DE102020208389A1

DE102020208389A1 - Verfahren zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten

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Publication number: DE102020208389A1
Application number: DE102020208389.4A
Authority: DE
Inventors: Gerd Kilian; Albert Heuberger; Manfred Lutzky; Jakob Kneißl; Frank Obernosterer; Raimund Meyer; Jörg Robert; Bastian PERNER; Dominik HÄUSSLER; Alfred Müller; Norbert Franke; Stefan DÖHLA; Karin Prebeck; Kacper Sagnowski
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2020-07-03
Filing date: 2020-07-03
Publication date: 2022-01-05
Also published as: WO2022002994A2; WO2022002994A3

Abstract

Empfänger, der konfiguriert ist, um für eine Detektion eines Empfangszeitpunkts eines akustischen Testsignals, das in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist, eine erste kohärente Korrelation und eine zweite teilkohärente Korrelation durchzuführen, und um bei der Durchführung der ersten kohärenten Korrelation das empfangene akustische Testsignal mit einem akustischen Referenzsignal, das akustische Referenzsignalabschnitte aufweist, kohärent zu korrelieren, um ein erstes kohärentes Korrelationsergebnis zu erhalten, und um bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation zumindest einen Teil der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals- jeweils mit einem korrespondierenden akustischen Referenzsignalabschnitt kohärent zu korrelieren- oder gruppenweise mit jeweiligen Referenzsignalabschnitten kohärent zu korrelieren, um zumindest zwei Teilkorrelationsergebnisse zu erhalten, und um die zumindest zwei Teilkorrelationsergebnisse inkohärent zu kombinieren, um ein zweites teilkohärentes Korrelationsergebnis zu erhalten, und um den Empfangszeitpunkt des akustischen Testsignals oder des zumindest einen Teils des akustischen Testsignals in Abhängigkeit von dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis und dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis basierend auf einem aus dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis oder dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis zu detektieren.

Description

Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten. Manche Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein messdaueroptimiertes sowie performanceoptimiertes Verfahren bei der akustischen Entfernungsvermessung mobiler Endgeräte.
Für eine kostengünstige Messung eines Abstands bzw. einer Entfernung zwischen zwei mobilen Endgeräten können die in mobilen Endgeräten vorhandenen Ressourcen, wie z.B. Mikrofone und Lautsprecher, genutzt werden. Sofern Entfernungen in der Größenordnung von einem halben Meter bis zu etwa zehn Metern von besonderem Interesse sind, kann der Einsatz einer Kurzdistanzfunkverbindung (z.B. WPAN (Wireless Personal Area Network, dt. eine Kurzstreckenfunktechnik), wie z.B. Bluetooth Low Energy (LE) oder Bluetooth) sowie alternativ oder ergänzend eine akustische Abstandsmessung mittels Ultraschall in Betracht gezogen werden. Sofern die verwendete Kurzdistanzfunkverbindung auf dem Bluetooth-Standard basiert, ist die Genauigkeit der Auflösung der Entfernungsmessung über diese versionsabhängig und erstreckt sich hinsichtlich der erzielbaren Genauigkeit bis auf einige Zentimeter. Da die Entfernungsmessung bei Bluetooth auf der Auswertung von Signalleistungspegeln basiert, ist dieses Verfahren gerade bei räumlichen Veränderungen und dem damit verbundenen Fading relativ fehleranfällig.
Da oftmals eine besonders effiziente Problemlösung durch eine Kombination von verschiedenen Technologien erreicht werden kann, bietet sich eine ergänzende akustische Distanzmessung mittels Ultraschall an. Durch die unterschiedlichen Lösungsansätze der verschiedenen Technologien können jeweilige Schwächen vorteilhaft ausgeglichen werden. Beispielsweise benötigt die gegenseitige Ultraschallvermessung zweier mobiler Endgeräte einen zusätzlichen Funkkanal zum Rücktransport der Auswertedaten. Hierfür bietet sich die bereits vorhandene Kurzdistanzfunkverbindung (z.B. Bluetooth- oder Bluetooth-LE-Verbindung) an. Da diese eine größere Funkreichweite hat als der akustische Ansatz, kann die Ultraschallmessung als unterstützende oder nur im Bedarfsfall nachgeschaltete Messung betrachtet werden.
Eine akustische Distanzmessung im Ultraschallbereich kann unter Verwendung der vorhandenen Lautsprecher und Mikrofone erfolgen [4],[5]. Aktuell verbaute A/D-Wandler ermöglichen in der Regel Abtastraten von f_s = 44,1 kHz oder f_s = 48 kHz. Daraus ergibt sich eine für viele Anforderungen ausreichende örtliche Auflösung von circa 7,5 mm pro Abtastintervall, wenn für die Schallgeschwindigkeit ein Wert von c_Luft = 343,2 ^m/_s unterstellt wird. Als Frequenzbereich kann sinnvollerweise der oberhalb des wahrnehmbaren menschlichen Hörvermögens liegenden Bereich ab 16 kHz (Ultraschallbereich) gewählt werden.
Aus [1] und [2] ist das sog. ETOA-Verfahren (ETOA = Elapsed time between the two Time-Of-Arrivals, dt. verstrichene Zeit zwischen zwei Ankunftszeiten) bekannt.
Beim Einsatz des ETOA-Verfahrens zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten, wie z.B. zwischen zwei Mobiltelefonen (z.B. Smartphones), können die von den jeweiligen mobilen Endgeräten ausgesendeten akustischen Testsignale jedoch nicht mit ausreichender Zuverlässigkeit von dem jeweiligen anderen mobilen Endgerät detektiert werden. Vielmehr hängt die Zuverlässigkeit von vielen Faktoren ab. Ein ungünstiges Signal-zu-Rauschverhältnis (engl. signal-to-noise ratio, SNR) aufgrund der Ausbreitungsdämpfung, Mikrofonstörungen, z.B. aufgrund scheuernder Stoffe, Mehrwegeausbreitungen aufgrund von akustischen Reflexionen, eine fehlende Schallausbreitung auf direktem Weg (engl. line of sight) oder auch Doppler-Effekte können die zuverlässige Detektion der Testsignale sehr erschweren. In diesen Fällen kann eine Vielzahl von Messversuchen nötig sein, bis die Distanzvermessung hinreichend zuverlässig (erfolgreich) ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die bestehende Situation zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Patentansprüchen.
Ausführungsbeispiele schaffen einen Empfänger, wobei der Empfänger konfiguriert ist, um ein akustisches Testsignal zu empfangen, um ein empfangenes akustisches Testsignal zu erhalten, wobei das empfangene akustische Testsignal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte [z.B. mit vorgegebenen oder bekannten [z.B. gleichen oder unterschiedlichen] akustischen Sequenzen] aufweist, wobei der Empfänger konfiguriert ist, um für eine Detektion [z.B. oder Ermittlung] eines Empfangszeitpunkts des akustischen Testsignals oder zumindest eines Teils des akustischen Testsignals eine erste kohärente Korrelation und eine zweite teilkohärente Korrelation durchzuführen, wobei der Empfänger konfiguriert ist, um bei der Durchführung der ersten kohärenten Korrelation das empfangene akustische Testsignal mit einem akustischen Referenzsignal, das akustische Referenzsignalabschnitte aufweist, die mit den akustischen Testsignalabschnitten des empfangenen akustischen Testsignals korrespondieren, kohärent zu korrelieren, um ein erstes kohärentes Korrelationsergebnis zu erhalten, wobei der Empfänger konfiguriert ist, um bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation zumindest einen Teil [z.B. zumindest zwei [z.B. eine echte Teilmenge] oder alle] der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals

- jeweils mit einem korrespondierenden akustischen Referenzsignalabschnitt kohärent zu korrelieren
- oder gruppenweise mit jeweiligen Referenzsignalabschnitten kohärent zu korrelieren [z.B. wobei jede Gruppe zumindest zwei Testsignalabschnitte aufweist und wobei jede Gruppe eine echte Teilmenge aller Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals ist],

Bei Ausführungsbeispielen ist der Empfänger konfiguriert, um ein erstes Korrelationsmaximum des ersten kohärenten Korrelationsergebnisses zu ermitteln und um ein zweites Korrelationsmaximum des zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnisses zu ermitteln, wobei der Empfänger konfiguriert ist, um den Empfangszeitpunkt des akustischen Testsignals oder des zumindest einen Teils des akustischen Testsignals basierend auf dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis zu detektieren, wenn ein Verhältnis zwischen einem Wert [z.B. Betrag oder Betragsquadrat] des zweiten Korrelationsmaximums und einem Wert [z.B. Betrag oder Betragsquadrat] des ersten Korrelationsmaximums größer ist als eine Schwelle, und sonst basierend auf dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis.
Bei Ausführungsbeispielen ist die Schwelle konstant.
Beispielsweise kann ein Betrag der Schwelle [z.B. Betragsschwelle] im Bereich von 1,1 bis 1,5 liegen, wie z.B. bei 1,2 oder 1,4.
Bei Ausführungsbeispielen ist der Empfänger konfiguriert, um die Schwelle dynamisch in Abhängigkeit von Metadaten [z.B. Sensordaten], die während des Empfangs des akustischen Testsignals [z.B. mit einem oder mehreren Sensoren] ermittelt wurden, anzupassen.
Bei Ausführungsbeispielen ist der Empfänger konfiguriert, um die Schwelle dynamisch in Abhängigkeit von Signalparametern [z.B. Rauschen, Empfangspegel, SNR, Doppler, Frequenzoffset] des empfangenen akustischen Testsignals anzupassen.
Bei Ausführungsbeispielen ist der Empfänger konfiguriert, um, wenn der Empfangszeitpunkt basierend auf dem ersten kohärenten Detektionsergebnis ermittelt wird, den Empfangszeitpunkt basierend auf einem ersten Korrelationsmaximum oder ersten Korrelationsnebenmaximum [z.B. einer zeitlichen Lage des ersten Korrelationsmaximums oder ersten Korrelationsnebenmaximums] des ersten kohärenten Korrelationsergebnisses zu ermitteln, wobei der Empfänger konfiguriert ist, um, wenn der Empfangszeitpunkt basierend auf dem zweiten teilkohärenten Detektionsergebnis ermittelt wird, den Empfangszeitpunkt basierend auf einem zweiten Korrelationsmaximum oder zweiten Korrelationsnebenmaximum [z.B. einer zeitlichen Lage des zweiten Korrelationsmaximums oder zweiten Korrelationsnebenmaximums] des zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnisses zu ermitteln.
Bei Ausführungsbeispielen ist der Empfänger konfiguriert, um, wenn der Empfangszeitpunkt basierend auf dem ersten kohärenten Detektionsergebnis ermittelt wird, den Empfangszeitpunkt basierend auf dem ersten Korrelationsmaximum zu ermitteln wenn das erste kohärente Korrelationsergebnis innerhalb eines ersten vorgegebenen Suchfensters zeitlich vor dem ersten Korrelationsmaximum kein erstes Korrelationsnebenmaximum aufweist, dessen Wert [z.B. Betrag oder Betragsquadrat] eine erste Suchfensterschwelle übersteigt, und sonst basierend auf dem ersten Korrelationsbetragsnebenmaximum, wobei der Empfänger konfiguriert ist, um, wenn der Empfangszeitpunkt basierend auf dem zweiten teilkohärenten Detektionsergebnis ermittelt wird, den Empfangszeitpunkt basierend auf dem zweiten Korrelationsmaximum zu ermitteln wenn das zweite teilkohärente Korrelationsergebnis innerhalb eines zweiten vorgegebenen Suchfensters zeitlich vor dem zweiten Korrelationsmaximum kein zweites Korrelationsnebenmaximum aufweist, dessen Wert [z.B. Betrag oder Betragsquadrat] eine zweite Suchfensterschwelle übersteigt, und sonst basierend auf dem zweiten Korrelationsnebenmaximum.
Bei Ausführungsbeispielen ist die erste Suchfensterschwelle eine progressive [z.B. in die Vergangenheit vom ersten Korrelationsmaximum weg gehende] adaptive Suchfensterschwelle.
Bei Ausführungsbeispielen ist die zweite Suchfensterschwelle eine progressive [z.B. in die Vergangenheit vom zweiten Korrelationsmaximum weg gehende] adaptive Suchfensterschwelle.
Bei Ausführungsbeispielen ist der Empfänger konfiguriert, um die erste Suchfensterschwelle und/oder die zweite Suchfensterschwelle in Abhängigkeit von Signalparametern [z.B. Rauschen, Empfangspegel, SNR, Doppler, Frequenzoffset] des empfangenen akustischen Testsignals dynamisch anzupassen.
Bei Ausführungsbeispielen wird, wenn innerhalb des ersten Suchfensters Werte [z.B. Beträge oder Betragsquadrate] zumindest zweier erster Korrelationsnebenmaxima die erste Suchfensterschwelle übersteigen, der Empfangszeitpunkt basierend auf dem zeitlich frühesten ersten Korrelationsnebenmaximum aus den zumindest zwei ersten Korrelationsnebenmaxima ermittelt.
Bei Ausführungsbeispielen wird, wenn innerhalb des zweiten Suchfensters Werte [z.B. Beträge oder Betragsquadrate] zumindest zweier zweiter Korrelationsnebenmaxima die zweite Suchfensterschwelle übersteigen, der Empfangszeitpunkt basierend auf dem zeitlich frühesten zweiten Korrelationsnebenmaximum aus den zumindest zwei zweiten Korrelationsnebenmaxima ermittelt.
Bei Ausführungsbeispielen ist der Empfänger konfiguriert, um bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation eine echte Teilmenge der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals jeweils oder gruppenweise kohärent zu korrelieren.
Bei Ausführungsbeispielen ist der Empfänger konfiguriert, um bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation alle der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals jeweils oder gruppenweise kohärent zu korrelieren.
Bei Ausführungsbeispielen ist der Empfänger konfiguriert, um bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation jeden Testsignalabschnitt der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals oder zumindest des Teils der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals einzeln mit einem korrespondierenden akustischen Referenzsignalabschnitt kohärent zu korrelieren.
Bei Ausführungsbeispielen ist der Empfänger konfiguriert, um bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation die akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals oder zumindest den Teil der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals gruppenweise mit korrespondierenden jeweiligen Referenzsignalabschnitten kohärent zu korrelieren, wobei jede Gruppe zumindest zwei Testsignalabschnitte aufweist und wobei jede Gruppe eine echte Teilmenge aller Testsignalabschnitte oder des Teils der akustischen Testsignalabschnitte ist.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein mobiles Endgerät [z.B. Smartphone oder Tablet], wobei das mobile Endgerät einen Empfänger gem. einem der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen einen Sender, wobei der Sender konfiguriert ist, um ein akustisches Testsignal zu senden, wobei das akustische Testsignal in der Zeit sich periodisch wiederholende akustische Testsignalabschnitte aufweist, wobei die akustischen Testsignalabschnitte jeweils auf einer Folge mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten basieren, wobei gemäß dem vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten alle Betragsnebenmaxima einer Autokorrelationsfunktion der Folge

- gleich Null sind, oder
- [z.B. bei Binärfolgen mit den Elementen ∈ {0,1}] gleich Null und/oder Eins sind.

Bei Ausführungsbeispielen ist die Folge mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten eine aus

- einer komplexwertigen Zadoff-Chu-Folge,
- einer komplexwertigen P-phasigen Produktfolge,
- einer komplexwertigen perfekten Biphasen- oder Triphasen-Folge,
- einer binären m-Folge,
- einer binären Legendre-Folge.

Weitere Ausführungsbeispiele schaffen einen Sender, wobei der Sender konfiguriert ist, um ein akustisches Testsignal zu senden, wobei das akustische Testsignal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist, wobei die akustischen Testsignalabschnitte auf zumindest zwei unterschiedlichen Folgen mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten basieren, wobei gemäß dem vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten alle Betragsnebenmaxima von Autokorrelationsfunktionen und Kreuzkorrelationsfunktionen der zumindest zwei unterschiedlichen Folgen einen Schwellwert, der eine mit Eins oder Zwei multiplizierte Wurzel der Folgenlänge [L] der zumindest zwei Folgen nicht übersteigen [Schwellwert = $[S c h w e l l w e r t = 2 \sqrt{L}$
[z.B. für komplexwertige Folgen], oder Schwellwert = $S c h w e l l w e r t = 2 \sqrt{L}$
[z.B. für reellwertige Folgen]].
Bei Ausführungsbeispielen sind die zumindest zwei Folgen mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten zumindest zwei Folgen aus der Familie

- von komplexwertigen Zadoff-Chu-Folgen,
- von komplexwertigen Cubic-phase Folgen,
- von komplexwertigen m-Folgen,
- von binären m-Folgen [z.B. Gold-Folgen oder Kasami-Folgen].

Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein mobiles Endgerät, wobei das mobile Endgerät einen Sender gem. einem der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zum Detektieren eines akustischen Testsignals. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Durchführens einer ersten kohärenten Korrelation und einer zweiten teilkohärenten Korrelation, um einen Empfangszeitpunkt des akustischen Testsignals oder zumindest eines Teils des akustischen Testsignals zu detektieren [z.B. zu ermitteln], wobei bei der Durchführung der ersten kohärenten Korrelation das empfangene akustische Testsignal mit einem akustischen Referenzsignal, das akustische Referenzsignalabschnitte aufweist, die mit den akustischen Testsignalabschnitten des empfangenen akustischen Testsignals korrespondieren, kohärent zu korrelieren, um ein erstes kohärentes Korrelationsergebnis zu erhalten, wobei bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation zumindest ein Teil [z.B. zumindest zwei [z.B. eine echte Teilmenge] oder alle] der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals

- jeweils mit einem korrespondierenden akustischen Referenzsignalabschnitt kohärent korreliert wird
- oder gruppenweise mit jeweiligen Referenzsignalabschnitten kohärent korreliert wird [z.B. wobei jede Gruppe zumindest zwei Testsignalabschnitte aufweist und wobei jede Gruppe eine echte Teilmenge aller Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals ist],

Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zum Senden eines akustischen Testsignals. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Sendens eines akustischen Testsignals, wobei die akustischen Testsignalabschnitte jeweils auf einer Folge mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten basieren, wobei gemäß dem vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten alle Betragsnebenmaxima einer Autokorrelationsfunktion der Folge

Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zum Senden eines akustischen Testsignals. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Sendens eines akustischen Testsignals, wobei die akustischen Testsignalabschnitte auf zumindest zwei unterschiedlichen Folgen mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten basieren, wobei gemäß dem vorgegebenen periodische Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten alle Betragsnebenmaxima von Autokorrelationsfunktionen und Kreuzkorrelationsfunktionen der zumindest zwei unterschiedlichen Folgen einen Schwellwert, der eine mit Eins oder Zwei multiplizierte Wurzel der Folgenlänge [L] der zumindest zwei Folgen nicht übersteigen [Schwellwert = $[S c h w e l l w e r t = 2 \sqrt{L}$
[z.B. für komplexwertige Folgen], oder Schwellwert = $S c h w e l l w e r t = 2 \sqrt{L}$
[z.B. für reellwertige Folgen]].
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten, die über eine Kurzdistanzfunkverbindung miteinander verbunden sind. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Sendens eines ersten akustischen Signals von einem ersten mobilen Endgerät zu einem zweiten mobilen Endgerät der zwei mobilen Endgeräte, wobei das erste akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen ersten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Sendens eines zweiten akustischen Signals von dem zweiten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät, wobei das zweite akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um einen dritten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem vierten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Ermittelns einer Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen

- einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten und einem Detektionszeitpunkt aus dem ersten Satz von Detektionszeitpunkten, der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten korrespondiert, und
- einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten, der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten korrespondiert, und einem Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten,

- Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät,
- Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät,
- Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät,
- Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät

Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten , die über eine Kurzdistanzfunkverbindung miteinander verbunden sind. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Sendens eines ersten akustischen Signals von einem ersten mobilen Endgerät zu einem zweiten mobilen Endgerät der zwei mobilen Endgeräte , wobei das erste akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen ersten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Sendens eines zweiten akustischen Signals von dem zweiten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät, wobei das zweite akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um einen dritten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem vierten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Ermittelns einer Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen

- gleich Null sind, oder
- gleich Null und/oder Eins sind.

[S c h w e l l w e r t = 2 \sqrt{L}

S c h w e l l w e r t = 2 \sqrt{L}

Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zur Entfernungsmessung zwischen einer Gruppe von mobilen Endgeräten mit drei oder mehr mobilen Endgeräten, wobei die Endgeräte der Gruppe von mobilen Endgeräten über eine Kurzdistanzfunkverbindung [z.B. Bluetooth] miteinander verbunden sind. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Durchführens von funkbasierten Entfernungsmessungen zwischen den Enderäten der Gruppe von mobilen Endgeräten unter Verwendung der Kurzdistanzfunkverbindung [z.B. Bluetooth Entfernungsmessungen]. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Durchführens von zumindest zwei ergänzenden akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen zwischen den Endgeräten der Gruppe von mobilen Endgeräten, wobei die zumindest zwei akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen zeitlich synchronisiert zu periodisch ausgesendeten akustischen Baken, die von einem mobilen Endgerät der Gruppe von mobilen Endgeräten ausgesendet werden, durchgeführt werden.
Bei Ausführungsbeispielen werden die zumindest zwei akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen jeweils ansprechend auf eine zugewiesene Aussendung einer akustischen Bake der periodisch ausgesendeten akustischen Baken durchgeführt.
Beispielsweise kann eine erste akustische Zweiwege-Entfernungsmessung zwischen einem ersten mobilen Endgerät und einem zweiten mobilen Endgerät ansprechend auf eine Aussendung einer ersten Bake durchgeführt werden, während eine zweite akustische Zweiwege-Entfernungsmessungen zwischen einem ersten mobilen Endgerät und einem dritten mobilen Endgerät ansprechend auf eine Aussendung einer zweiten Bake durchgeführt werden kann.
Bei Ausführungsbeispielen werden die Zeitpunkte der jeweiligen Aussendungen der akustischen Baken den jeweiligen mobilen Endgeräten über die Kurzdistanzfunkverbindung zugewiesen [z.B. durch das mobile Endgerät, das die akustischen Baken periodisch aussendet].
Bei Ausführungsbeispielen werden den jeweiligen mobilen Endgeräten über die Kurzdistanzfunkverbindung jeweilige Testsignale aus einer Gruppe von Testsignalen zugewiesen [z.B. durch das mobile Endgerät, das die akustischen Baken periodisch aussendet].
Bei Ausführungsbeispielen wird zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Aussendungen von akustischen Baken der periodisch ausgesendeten akustischen Baken genau eine akustische Zweiwege-Entfernungsmessung der zumindest zwei akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen durchgeführt.
Bei Ausführungsbeispielen ist ein zeitlicher Abstand zwischen den periodisch ausgesendeten akustischen Baken größer als eine für die Durchführung einer der zumindest zwei akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen erforderliche Zeit.
Bei Ausführungsbeispielen sind die akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen akustische ETOA-Entfernungsmessungen [z.B. Messungen verstrichener Zeiten zwischen zwei Ankunftszeiten].
Bei Ausführungsbeispielen weist die Durchführung einer ersten akustischen Zweiwege-Entfernungsmessung der zumindest zwei akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen folgende Schritten auf: Senden eines ersten akustischen Signals von einem ersten mobilen Endgerät zu einem zweiten mobilen Endgerät der Gruppe von mobilen Endgeräten, wobei das erste akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist; Detektieren der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen ersten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten; Detektieren der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten; Senden eines zweiten akustischen Signals von dem zweiten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät, wobei das zweite akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist; Detektieren der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um einen dritten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten; Detektieren der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem vierten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten; Ermitteln einer Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen

- einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten und einem Detektionszeitpunkt aus dem ersten Satz von Detektionszeitpunkten, der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten korrespondiert, und
- einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten, der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten korrespondiert, und einem Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten.

Bei Ausführungsbeispielen weist die Durchführung einer zweiten akustischen Zweiwege-Entfernungsmessung der zumindest zwei akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen folgende Schritte auf: Senden eines dritten akustischen Signals von einem ersten mobilen Endgerät zu einem dritten mobilen Endgerät der Gruppe von mobilen Endgeräten, wobei das dritte akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist; Detektieren der akustischen Testsignalabschnitte des dritten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen fünften Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten; Detektieren der akustischen Testsignalabschnitte des dritten akustischen Signals mit dem dritten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem sechsten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten; Senden eines vierten akustischen Signals von dem dritten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät, wobei das vierte akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist; Detektieren der akustischen Testsignalabschnitte des vierten akustischen Signals mit dem dritten mobilen Endgerät, um einen siebten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten; Detektieren der akustischen Testsignalabschnitte des vierten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte des vierten akustischen Signals zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem achten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten; Ermitteln einer Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem dritten mobilen Endgerät basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen

- einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem achten Satz von Detektionszeitpunkten und einem Detektionszeitpunkt aus dem fünften Satz von Detektionszeitpunkten, der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem sechsten Satz von Detektionszeitpunkten korrespondiert, und
- einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem siebten Satz von Detektionszeitpunkten, der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem achten Satz von Detektionszeitpunkten korrespondiert, und einem Detektionszeitpunkt aus dem sechsten Satz von Detektionszeitpunkten.

Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein mobiles Endgerät, wobei das mobile Endgerät konfiguriert ist, um sich über eine Kurzdistanzfunkverbindung [z.B. Bluetooth] mit einer Gruppe von mobilen Endgeräten [z.B. Bluetooth Piconet] zu verbinden, wobei das mobile Endgerät konfiguriert ist, um über die Kurzdistanzfunkverbindung eine funkbasierte Entfernungsmessung zu zumindest einem anderen mobilen Endgerät der Gruppe von mobilen Endgeräten durchzuführen, wobei das mobile Endgerät konfiguriert ist, um zumindest eine ergänzende akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen zu dem zumindest einen anderen mobilen Endgerät durchzuführen, wobei das mobile Endgerät konfiguriert ist, um die zumindest eine ergänzende akustische Zweiwege-Entfernungsmessungen zeitlich synchronisiert zu einer akustischen Bake durchzuführen.
Bei Ausführungsbeispielen wird die akustische Bake von dem mobilen Endgerät selber ausgesendet.
Bei Ausführungsbeispielen wird die akustische Bake von einem anderen mobilen Endgerät der Gruppe von mobilen Endgeräten ausgesendet.
Bei Ausführungsbeispielen ist die akustische Bake eine dem mobilen Endgerät über die Kurzdistanzfunkverbindung zugewiesene akustische Bake aus einer Mehrzahl von periodisch ausgesendeten akustischen Baken.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zum Betrieb eines mobilen Endgeräts. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Verbindens des mobilen Endgeräts über eine Kurzdistanzfunkverbindung [z.B. Bluetooth] mit einer Gruppe von mobilen Endgeräten [z.B. Bluetooth Piconet]. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Durchführens zumindest einer funkbasierten Entfernungsmessung zu zumindest einem anderen mobilen Endgerät der Gruppe von mobilen Endgeräten über die Kurzdistanzfunkverbindung. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Durchführens zumindest einer ergänzenden akustischen Zweiwege-Entfernungsmessung zu dem zumindest einen anderen mobilen Endgerät, wobei die zumindest eine ergänzende akustische Zweiwege-Entfernungsmessungen zeitlich synchronisiert zu einer akustischen Bake durchgeführt wird.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens gem. einem der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele, wenn das Computerprogramm auf einem Computer, Microprozessor oder softwarebasierten Empfänger [z.B. SDR-Empfänger (SDR = software defined radio)] abläuft.
Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben, die mit den obigen Ausführungsbeispielen kombiniert werden können. Insbesondere können bei den folgenden Ausführungsbeispielen für die Detektion die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der empfängerseitig durchgeführten Detektion zum Einsatz kommen. Ferner können bei den folgenden Ausführungsbeispielen die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der senderseitig gesendeten Testsignale zum Einsatz kommen.
Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten, die über eine Kurzdistanzfunkverbindung [z.B. WPAN, wie z.B. Bluetooth] miteinander verbunden sind. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Sendens eines ersten akustischen Testsignals von einem ersten mobilen Endgerät zu einem zweiten mobilen Endgerät der zwei mobilen Endgeräte. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Detektierens des ersten akustischen Testsignals mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen ersten Detektionszeitpunkt (t_A1) zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Detektierens des ersten akustischen Testsignals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um einen zweiten Detektionszeitpunkt (t_B1) zu erhalten sofern eine Detektion des ersten akustischen Testsignals erfolgreich war, und Senden einer Wiederholungsaufforderung über die Kurzdistanzfunkverbindung von dem zweiten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät sofern eine Detektion des ersten akustischen Testsignals nicht erfolgreich war. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des wiederholten Sendens des ersten akustischen Testsignals und wiederholtes Detektieren des ersten akustischen Testsignals durch das erste mobile Endgerät ansprechend auf die Wiederholungsaufforderung [z.B. bis eine Detektion des wiederholt gesendeten ersten akustischen Testsignals beim zweiten mobilen Endgerät zum neuen wiederholten zweiten Detektionszeitpunkt (t_B1) erfolgreich ist]. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des wiederholten Sendens eines zweiten akustischen Testsignals von dem zweiten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät [z.B. ansprechend auf die erfolgreiche Detektion des ersten akustischen Testsignals durch das zweite mobile Endgerät]-Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des wiederholten Detektierens des zweiten akustischen Testsignals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um einen Satz von dritten Detektionszeitpunkten (t_B3, t_B5, t_B7, ...) zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Detektierens des zweiten akustischen Testsignals mit dem ersten mobilen Endgerät, um zumindest einen Detektionszeitpunkt (t_A3) aus einem Satz von vierten Detektionszeitpunkten (t_A3, t_A5, t_A7, ...) zu erhalten, und Senden einer Detektionsbestätigung über die Kurzdistanzfunkverbindung von dem ersten mobilen Endgerät zu dem zweiten mobilen Endgerät sofern eine vorgegebene Anzahl an erfolgreichen Detektionen des zweiten akustischen Testsignals durch das erste mobile Endgerät erreicht ist, wobei das zweite akustische Testsignal solange wiederholt gesendet wird, bis das zweite mobile Endgerät von dem ersten mobilen Endgerät über die Kurzdistanzfunkverbindung die Detektionsbestätigung empfängt oder ein Abbruchkriterium erfüllt ist. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Ermittelns einer Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen

- einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt (t_A3) aus dem Satz von vierten Detektionszeitpunkten (t_A3, t_A5, t_A7, ...) [z.B. der bei dem Schritt des Detektierens erhalten wurde] und dem ersten (t_A1) Detektionszeitpunkt, und
- einer Differenz zwischen einem [z.B. mit dem Detektionszeitpunkt aus dem Satz von vierten Detektionszeitpunkten [z.B. zeitlich] korrespondierenden] Detektionszeitpunkt (t_B3) aus dem Satz von dritten Detektionszeitpunkten (t_B3, t_B5, t_B7, ...) und dem zweiten Detektionszeitpunkt (t_B1).

Bei Ausführungsbeispielen wird

- die Differenz zwischen dem einem Detektionszeitpunkt (t_A3) aus dem Satz von vierten Detektionszeitpunkten (t_A3, t_A5, t_A7, ...) und dem ersten Detektionszeitpunkt (t_A1), oder
- zumindest der eine Detektionszeitpunkt aus dem Satz von vierten Detektionszeitpunkten (t_A3, t_A5, t_A7, ...) und der erste Detektionszeitpunkt (t_A1)

Bei Ausführungsbeispielen wird

- die Differenzen zwischen den Detektionszeitpunkten aus dem Satz von dritten Detektionszeitpunkten (t_B3, t_B5, t_B7, ...) und dem zweiten Detektionszeitpunkt (t_B1), oder
- alle Detektionszeitpunkte aus dem Satz von dritten Detektionszeitpunkten (t_B3, t_B5, t_B7, ...) und der zweite Detektionszeitpunkt (t_B1)

Bei Ausführungsbeispielen ist der erste Detektionszeitpunkt (t_A1) im Falle der wiederholten Aussendung des ersten akustischen Testsignals der Detektionszeitpunkt der letzten Aussendung des ersten akustischen Testsignals der wiederholten Aussendung des ersten akustischen Testsignals, und/oder wobei der eine Detektionszeitpunkt aus dem Satz von dritten Detektionszeitpunkten (t_B3, t_B5, t_B7, ...) mit dem einen Detektionszeitpunkt aus dem Satz von vierten Detektionszeitpunkten (t_A3, t_A5, t_A7, ...) zeitlich korrespondiert.
Bei Ausführungsbeispielen weist das Verfahren ferner einen dem Schritt des Sendens des ersten akustischen Testsignals vorgelagerten Schritt des Ermittelns von Wahrscheinlichkeiten für eine erfolgreiche Übertragung von akustischen Testsignalen [z.B. in beiden Richtungen] zwischen den zwei mobilen Endgeräten auf, wobei das erste mobile Endgerät dasjenige mobile Endgerät der zwei mobilen Endgeräte ist, dessen zu dem anderen mobilen Endgerät der zwei mobilen Endgeräte ausgesendetes akustisches Testsignal eine höhere Wahrscheinlichkeit für eine erfolgreiche Übertragung aufweist als ein von dem anderen mobilen Endgerät ausgesendetes akustisches Testsignal, wobei das zweite mobile Endgerät das andere mobile Endgerät ist.
Bei Ausführungsbeispielen wird der vorgelagerte Schritt des Ermittelns von Wahrscheinlichkeiten für eine erfolgreiche Übertragung von akustischen Testsignalen zwischen den zwei mobilen Endgeräten durchgeführt, wenn ein zeitlicher Aufwand für eine Übertragung einer Wiederholungsaufforderung über die Kurzdistanzfunkverbindung größer ist, als ein zeitlicher Aufwand für eine Übertragung eines akustischen Testsignals.
Bei Ausführungsbeispielen ist die vorgegebene Anzahl an erfolgreichen Detektionen gleich eins.
Bei Ausführungsbeispielen ist die vorgegebene Anzahl an erfolgreichen Detektionen größer gleich zwei.
Bei Ausführungsbeispielen wird bei dem Ermitteln der Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät die Entfernung ferner basierend auf zumindest einer mit der halben Schallgeschwindigkeit gewichteten zweiten Differenzen zwischen

- einer Differenz zwischen einem anderen Detektionszeitpunkt (t_A7) aus dem Satz von vierten Detektionszeitpunkten (t_A3, t_A5, t_A7, ...) [z.B. der bei dem Schritt des Detektierens erhalten wurde] und dem ersten (t_A1) Detektionszeitpunkt, und
- einer Differenz zwischen einem [z.B. mit dem anderen Detektionszeitpunk aus dem Satz von vierten Detektionszeitpunkten [z.B. zeitlich] korrespondieren] anderen Detektionszeitpunkt (t_B7) aus dem Satz von dritten Detektionszeitpunkten (t_B3, t_B5, t_B7, ... ) und dem zweiten Detektionszeitpunkt (t_B1)

Bei Ausführungsbeispielen wird eine Länge des von dem ersten mobilen Endgeräts ausgesendeten ersten akustischen Testsignals und/oder eine Länge des von dem zweiten mobilen Endgeräts ausgesendeten zweiten akustischen Testsignals nach einer vorgegebenen Anzahl an nicht erfolgreichen Detektionen durch das jeweils andere mobile Endgerät verändert [z.B. vergrößert].
Bei Ausführungsbeispielen wird bei dem wiederholten Senden des zweiten akustischen Testsignals das zweite akustische Testsignal wiederholt ausgesendet durch Senden eines zweiten akustischen Signals, das in der Zeit [z.B. periodische oder nicht periodische] akustische Testsignalabschnitte aufweist, die die wiederholten Aussendungen des zweiten akustischen Testsignals bilden, wobei bei dem wiederholten Detektieren des zweiten akustischen Testsignals mit dem zweiten mobilen Endgerät die akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät detektiert werden, um den dritten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B3, t_B11, t_B13, t_B15) zu erhalten, wobei bei dem Detektieren des zweiten akustischen Testsignals mit dem ersten mobilen Endgerät die akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät detektiert werden, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals den zumindest einen Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A9, t_A11, t_A13, t_A15) zu erhalten.
Bei Ausführungsbeispielen weist das Verfahren ferner einen Schritt des Detektierens des zweiten akustischen Signals mit den akustischen Testsignalabschnitten mit dem ersten mobilen Endgerät durch Korrelation des zweiten akustischen Signals mit einem zweiten akustischen Referenzsignal, um, bei einer erfolgreichen Detektion durch die Korrelation, alle Detektionszeitpunkte aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A9, t_A11, t_A13, t_A15) zu erhalten.
Bei Ausführungsbeispielen sind zwischen den akustischen Testsignalabschnitten des zweiten Signals akustische Pausen vorhanden.
Bei Ausführungsbeispielen wird eine Länge des von dem ersten mobilen Endgerät ausgesendeten ersten akustischen Testsignals nach einer vorgegebenen Anzahl an nicht erfolgreicher Detektionen durch das zweite mobile Endgerät verändert [z.B. vergrößert], wobei Längen der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten Signals nach einer vorgegebenen Anzahl an nicht erfolgreicher Detektionen durch das zweite mobile Endgerät verändert [z.B. vergrößert] werden.
Bei Ausführungsbeispielen wird die Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät ferner basierend auf einer Konstanten ermittelt.
Bei Ausführungsbeispielen basiert die Konstante auf einer Differenz zwischen einem Zeitpunkt eines Detektierens, mit dem ersten mobilen Endgerät, eines von dem ersten mobilen Endgerät gesendeten ersten akustischen Signals [z.B. des ersten akustischen Testsignals] und dem Zeitpunkt des Sendens des ersten akustischen Signals, wobei die Konstante auf einer Differenz zwischen einem Zeitpunkt eines Detektierens, mit dem zweiten mobilen Endgerät, eines von dem zweiten mobilen Endgerät gesendeten zweiten akustischen Signals [z.B. des zweiten akustischen Testsignals] und dem Zeitpunkt des Sendens des zweiten akustischen Signals basiert.
Bei Ausführungsbeispielen wird bei dem Senden des ersten akustischen Testsignals das erste akustische Testsignal mit einem Lautsprecher des ersten mobilen Endgeräts erzeugt, und/oder wobei bei dem Senden des zweiten akustischen Testsignals das zweite akustische Testsignal mit einem Lautsprecher des zweiten mobilen Endgeräts erzeugt wird.
Bei Ausführungsbeispielen wird bei dem Detektieren des ersten akustischen Testsignals mit dem ersten mobilen Endgerät das erste akustische Testsignal mit einem Mikrofon des ersten mobilen Endgeräts detektiert, und/oder wobei bei dem Detektieren des ersten akustischen Testsignals mit dem zweiten mobilen Endgerät das erste akustische Testsignal mit einem Mikrofon des zweiten mobilen Endgeräts detektiert wird, und/oder wobei bei dem Detektieren des zweiten akustischen Testsignals mit dem zweiten mobilen Endgerät das zweite akustische Testsignal mit dem Mikrofon des zweiten mobilen Endgeräts detektiert wird, und/oder wobei bei dem wiederholten Detektieren des zweiten akustischen Testsignals mit dem ersten mobilen Endgerät das zweite akustische Testsignal mit dem Mikrofon des ersten mobilen Endgeräts detektiert wird.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein erstes mobiles Endgerät, wobei das erste mobile Endgerät über eine Kurzdistanzfunkverbindung [z.B. WPAN, wie z.B. Bluetooth] mit einem zweiten mobilen Endgerät verbunden ist, wobei das erste mobile Endgerät konfiguriert ist, um ein erstes akustisches Testsignal zu dem zweiten mobilen Endgerät zu senden, wobei das erste mobile Endgerät konfiguriert ist, um das erste akustischen Testsignal zu detektieren, um einen ersten Detektionszeitpunkt (t_A1) zu erhalten, wobei das erste mobile Endgerät konfiguriert ist, um, ansprechend auf einen Empfang einer von dem zweiten mobilen Endgerät über die Kurzdistanzfunkverbindung ausgesendeten Wiederholungsaufforderung, die von dem zweiten mobilen Endgerät ausgesendet wird sofern eine Detektion des ersten akustischen Testsignals durch das zweite mobile Endgerät nicht erfolgreich war, das erste akustische Testsignal wiederholt auszusenden und das erste akustische Testsignal wiederholt zu detektieren, um den ersten Detektionszeitpunkt (t_A1) zu aktualisieren, wobei das erste mobile Endgerät konfiguriert ist, um ein von dem zweiten mobilen Endgerät wiederholt ausgesendetes akustisches Testsignal zu detektieren, um zumindest einen Detektionszeitpunkt (t_A3) aus einem Satz von vierten Detektionszeitpunkten (t_A3, t_A5, t_A7, ...) zu erhalten, und um eine Detektionsbestätigung über die Kurzdistanzfunkverbindung zu dem zweiten mobilen Endgerät zu senden sofern eine vorgegebene Anzahl an erfolgreichen Detektionen des zweiten akustischen Testsignals erreicht ist, wobei das zweite akustische Testsignal von dem zweiten mobilen Endgerät solange wiederholt gesendet wird, bis das zweite mobile Endgerät von dem ersten mobilen Endgerät über die Kurzdistanzfunkverbindung die Detektionsbestätigung empfängt oder ein Abbruchkriterium erfüllt ist, wobei das erste mobile Endgerät konfiguriert ist, um über die Kurzdistanzfunkverbindung von dem zweiten mobilen Endgerät eine Information über

- einen zweiten Detektionszeitpunkt einer Detektion des ersten akustischen Signals durch das zweite mobile Endgerät und [z.B. alle] Detektionszeitpunkte aus einem Satz von dritten Detektionszeitpunkten von Detektionen des wiederholten ausgesendeten zweiten akustischen Signals durch das zweite mobile Endgerät, oder
- Differenzen zwischen den Detektionszeitpunkten aus dem Satz von dritten Detektionszeitpunkten (t_B3, t_B5, t_B7, ...) und dem zweiten Detektionszeitpunkt (t_B1)

- einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt (t_A3) aus dem Satz von vierten Detektionszeitpunkten (t_A3, t_A5, t_A7, ...) [z.B. der bei dem Schritt des Detektierens erhalten wurde] und dem ersten (t_A1) Detektionszeitpunkt, und
- einer Differenz zwischen einem [z.B. mit dem Detektionszeitpunkt aus dem Satz von vierten Detektionszeitpunkten [z.B. zeitlich] korrespondierenden] Detektionszeitpunkt (t_B3) aus dem Satz von dritten Detektionszeitpunkten (t_B3, t_B5, t_B7, ...) und dem zweiten Detektionszeitpunkt (t_B1)

Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zum Ermitteln einer Entfernung zwischen zwei mobilen Endgeräten, die über eine Kurzdistanzfunkverbindung [z.B. WPAN, wie z.B. Bluetooth] miteinander verbunden sind. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Sendens eines ersten akustischen Testsignals mit einem ersten mobilen Endgerät zu einem zweiten mobilen Endgerät der zwei mobilen Endgeräte. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Detektierens des ersten akustischen Testsignals mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen ersten Detektionszeitpunkt (f_A1) zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des wiederholten Sendens des ersten akustischen Testsignals und wiederholtes Detektieren des ersten akustischen Testsignals mit dem ersten mobilen Endgerät ansprechend auf einen Empfang einer von dem zweiten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät über die Kurzdistanzfunkverbindung ausgesendeten Wiederholungsaufforderung, die von dem zweiten mobilen Endgerät ausgesendet wird sofern eine Detektion des ersten akustischen Testsignals durch das zweite mobile Endgerät nicht erfolgreich war. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Detektierens eines von dem zweiten mobilen Endgerät wiederholt ausgesendeten zweiten akustischen Testsignals mit dem ersten mobilen Endgerät, um zumindest einen Detektionszeitpunkt (t_A3) aus einem Satz von vierten Detektionszeitpunkten (t_A3, t_A5, t_A7, ...) zu erhalten, und Senden einer Detektionsbestätigung über die Kurzdistanzfunkverbindung von dem ersten mobilen Endgerät zu dem zweiten mobilen Endgerät sofern eine vorgegebene Anzahl an erfolgreichen Detektionen des zweiten akustischen Testsignals erreicht ist, wobei das zweite akustische Testsignal von dem zweiten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät solange wiederholt gesendet wird, bis das zweite mobile Endgerät von dem ersten mobilen Endgerät über die Kurzdistanzfunkverbindung die Detektionsbestätigung empfängt oder ein Abbruchkriterium erfüllt ist. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Empfangens mit dem ersten mobilen Endgerät einer von dem zweiten mobilen Endgerät über die Kurzdistanzfunkverbindung ausgesendeten Information über

- einen zweiten Detektionszeitpunkt einer Detektion des ersten akustischen Signals durch das zweite mobile Endgerät und [z.B. alle] Detektionszeitpunkte aus einem Satz von dritten Detektionszeitpunkten von Detektionen des wiederholten ausgesendeten zweiten akustischen Signals, oder
- Differenzen zwischen den Detektionszeitpunkten aus dem Satz von dritten Detektionszeitpunkten (t_B3, t_B5, t_B7, ...) und dem zweiten Detektionszeitpunkt (t_B1).

Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Ermittelns mit dem ersten mobilen Endgerät einer Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen

- einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt (t_A3) aus dem Satz von vierten Detektionszeitpunkten (t_A3, t_A5, t_A7, ...) [z.B. der bei dem Schritt des Detektierens erhalten wurde] und dem ersten (f_A1) Detektionszeitpunkt, und
- einer Differenz zwischen einem [z.B. mit dem Detektionszeitpunkt aus dem Satz von vierten Detektionszeitpunkten [z.B. zeitlich] korrespondierenden] Detektionszeitpunkt (t_B3) aus dem Satz von dritten Detektionszeitpunkten (t_B3, t_B5, t_B7, ...) und dem zweiten Detektionszeitpunkt (t_B1).

Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten, die über eine Kurzdistanzfunkverbindung [z.B. WPAN, wie z.B. Bluetooth] miteinander verbunden sind. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Sendens eines ersten akustischen Signals von einem ersten mobilen Endgerät zu einem zweiten mobilen Endgerät der zwei mobilen Endgeräte, wobei das erste akustische Signal in der Zeit [z.B. periodische oder nicht periodische] akustische Testsignalabschnitte aufweist. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen ersten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A1, t_A3, t_A5, t_A7) zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B1, t_B3, t_B5, t_B7) zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Sendens eines zweiten akustischen Signals von dem zweiten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät, wobei das zweite akustische Signal in der Zeit [z.B. periodische oder nicht periodische] akustische Testsignalabschnitte aufweist. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um einen dritten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B9, t_B11, t_B13, t_B15) zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A9, t_A11, t_A13, t_A15) zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Ermittelns einer Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen

- einer Differenz zwischen einem [z.B. erfolgreichen] Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A9, t_A11, t_A13, t_A15) [z.B. der bei dem Schritt des Detektierens erhalten wurde] und einem Detektionszeitpunkt aus dem ersten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A1, t_A3, t_A5, t_A7), der mit dem [z.B. erfolgreichen] Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B1, t_B3, t_B5, t_B7) [z.B. zeitlich] korrespondiert, und
- einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B3, t_B11, t_B13, t_B15), der mit dem [z.B. erfolgreichen] Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A9, t_A11, f_A13, t_A15) [z.B. zeitlich] korrespondiert, und einem [z.B. erfolgreichen] Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B1, t_B3, t_B5, t_B7).

Bei Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren ferner einen Schritt des Detektierens des ersten akustischen Signals mit den akustischen Testsignalabschnitten mit dem zweiten mobilen Endgerät durch Korrelation des ersten akustischen Signals mit einem ersten akustischen Referenzsignal, um, bei einer erfolgreichen Detektion durch die Korrelation, alle Detektionszeitpunkte aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B1 t_B3, t_B5, t_B7) zu erhalten.
Bei Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren ferner einen Schritt des Detektierens des zweiten akustischen Signals mit den akustischen Testsignalabschnitten mit dem ersten mobilen Endgerät durch Korrelation des zweiten akustischen Signals mit einem zweiten akustischen Referenzsignal, um, bei einer erfolgreichen Detektion durch die Korrelation, alle Detektionszeitpunkte aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A9, t_A11, t_A13, t_A15) zu erhalten.
Bei Ausführungsbeispielen wird

- die Differenzen zwischen dem einen [z.B. erfolgreichen] Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A9, t_A11, t_A13, t_A15) und allen Detektionszeitpunkten aus dem ersten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A1, t_A3, t_A5, t_A7), oder
- zumindest der eine [z.B. erfolgreiche] Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A9, t_A11, t_A13, t_A15) und alle Detektionszeitpunkte aus dem ersten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A1 t_A3, t_A5, t_A7)

Bei Ausführungsbeispielen wird

- die Differenzen zwischen allen Detektionszeitpunkten aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B9 t_B11, t_B13, t_B15) und dem einen [z.B. erfolgreichen] Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B1, t_B3, t_B5, t_B7) , oder
- alle Detektionszeitpunkte aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B3, t_B11, t_B13, t_B15) und zumindest der eine [z.B. erfolgreiche] Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B1, t_B3, t_B5, t_B7)

Bei Ausführungsbeispielen wird bei dem Ermitteln der Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät die Entfernung ferner basierend auf zumindest einer mit der halben Schallgeschwindigkeit gewichteten zweiten Differenzen zwischen

- einer Differenz zwischen einem [z.B. erfolgreichen] anderen Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A9, t_A11, t_A13, t_A15) [z.B. der bei dem Schritt des Detektierens erhalten wurde] und einem anderen Detektionszeitpunkt aus dem ersten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A1, t_A3, t_A5, t_A7), der mit einem [z.B. erfolgreichen] anderen Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B1, t_B3, t_B5, t_B7) [z.B. zeitlich] korrespondiert, und
- einer Differenz zwischen einem anderen Detektionszeitpunkt aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B3, t_B11, t_B13, t_B15), der mit einem anderen [z.B. erfolgreichen] Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A9, t_A11, t_A13, t_A15) [z.B. zeitlich] korrespondiert und einem [z.B. erfolgreichen] anderen Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B1, t_B3, t_B5, t_B7)

Bei Ausführungsbeispielen weist das erste akustische Signal zwischen den akustischen Testsignalabschnitten akustische Pausen auf, und/oder wobei das zweite akustische Signal zwischen den akustischen Testsignalabschnitten akustische Pausen aufweist.
Bei Ausführungsbeispielen werden Längen der akustischen Testsignalabschnitte des von dem ersten mobilen Endgerät ausgesendeten ersten akustischen Signals und/oder Längen der akustischen Testsignalabschnitte des von dem zweiten mobilen Endgerät ausgesendeten zweiten akustischen Signals nach einer vorgegebenen Anzahl an nicht erfolgreicher Detektionen durch das jeweils andere mobile Endgerät verändert [z.B. vergrößert].
Bei Ausführungsbeispielen werden das erste akustische Testsignal und das zweite akustische Testsignal zumindest teilweise zeitlich ineinander verschachtelt ausgesendet, derart dass sich die akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals und die akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals aufgrund der akustischen Pausen zeitlich nicht überlappen.
Bei Ausführungsbeispielen wird die Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät ferner basierend auf einer Konstanten ermittelt.
Bei Ausführungsbeispielen basiert die Konstante auf einer Differenz zwischen einem Zeitpunkt eines Detektierens, mit dem ersten mobilen Endgerät, eines von dem ersten mobilen Endgerät gesendeten ersten akustischen Signals [z.B. des ersten akustischen Testsignals] und dem Zeitpunkt des Sendens des ersten akustischen Signals basiert, und wobei die Konstante auf einer Differenz zwischen einem Zeitpunkt eines Detektierens, mit dem zweiten mobilen Endgerät, eines von dem zweiten mobilen Endgerät gesendeten zweiten akustischen Signals [z.B. des zweiten akustischen Testsignals] und dem Zeitpunkt des Sendens des zweiten akustischen Signals basiert.
Bei Ausführungsbeispielen wird bei dem wiederholten Senden des ersten akustischen Testsignals das erste akustische Testsignal mit einem Lautsprecher des ersten mobilen Endgeräts erzeugt, und/oder wobei bei dem wiederholten Senden des zweiten akustischen Testsignals das zweite akustische Testsignal mit einem Lautsprecher des zweiten mobilen Endgeräts erzeugt wird.
Bei Ausführungsbeispielen wird bei dem wiederholten Detektieren des ersten akustischen Testsignals mit dem ersten mobilen Endgerät das erste akustische Testsignal mit einem Mikrofon des ersten mobilen Endgeräts detektiert, und/oder wobei bei dem wiederholten Detektieren des ersten akustischen Testsignals mit dem zweiten mobilen Endgerät das erste akustische Testsignal mit einem Mikrofon des zweiten mobilen Endgeräts detektiert wird, und/oder wobei bei dem wiederholten Detektieren des zweiten akustischen Testsignals mit dem zweiten mobilen Endgerät das zweite akustische Testsignal mit dem Mikrofon des zweiten mobilen Endgeräts detektiert wird, und/oder wobei bei dem Detektieren des zweiten akustischen Testsignals mit dem ersten mobilen Endgerät das zweite akustische Testsignal mit dem Mikrofon des ersten mobilen Endgeräts detektiert wird.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein erstes mobiles Endgerät, wobei das erste mobile Endgerät über eine Kurzdistanzfunkverbindung [z.B. WPAN, wie z.B. Bluetooth] mit einem zweiten mobilen Endgerät verbunden ist, wobei das erste mobile Endgerät konfiguriert ist, um ein erstes akustisches Signal zu dem zweiten mobilen Endgerät zu senden, wobei das erste akustische Signal in der Zeit [z.B. periodische oder nicht periodische] akustische Testsignalabschnitte aufweist, wobei das erste mobile Endgerät konfiguriert ist, um die akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals zu detektieren, um einen ersten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A1, t_A3, t_A5, t_A7) zu erhalten, wobei das erste mobile Endgerät konfiguriert ist, um akustische Testsignalabschnitte eines von dem zweiten mobilen Endgerät ausgesendeten zweiten akustischen Signals zu detektieren, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (f_A9, t_A11, t_A13, t_A15) zu erhalten, wobei das erste mobile Endgerät konfiguriert ist, um über die Kurzdistanzfunkverbindung von dem zweiten mobilen Endgerät eine Information über

- [z.B. alle] Detektionszeitpunkte aus einem dritten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B9, t_B11, t_B13, t_B15) von Detektionen der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals durch das zweite mobile Endgerät und zumindest einen [z.B. erfolgreiche] Detektionszeitpunkt aus einem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B1, t_B3, t_B5, t_B7) von Detektionen der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals durch das zweite mobile Endgerät, oder
- Differenzen zwischen [z.B. allen] Detektionszeitpunkten aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B3, t_B11, t_B13, t_B15) und dem einen [z.B. erfolgreichen] Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B1, t_B3, t_B5, t_B7),

- einer Differenz zwischen einem [z.B. erfolgreichen] Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A9, t_A11, t_A13, t_A15) [z.B. der bei dem Schritt des Detektierens erhalten wurde] und einem Detektionszeitpunkt aus dem ersten Satz von Detektionszeitpunkten (f_A1, t_A3, t_A5, t_A7), der mit dem [z.B. erfolgreichen] Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B1, t_B3, t_B5, t_B7) [z.B. zeitlich] korrespondiert, und
- einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B9, t_B11, t_B13, t_B15), der mit dem [z.B. erfolgreichen] Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A9, t_A11, t_A13, t_A15) [z.B. zeitlich] korrespondiert, und einem [z.B. erfolgreichen] Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B1, t_B3, t_B5, t_B7)

Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zum Ermitteln einer Entfernung zwischen zwei mobilen Endgeräten, die über eine Kurzdistanzfunkverbindung [z.B. WPAN, wie z.B. Bluetooth] miteinander verbunden sind. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Sendens eines ersten akustischen Signals mit einem ersten mobilen Endgerät zu einem zweiten mobilen Endgerät der zwei mobilen Endgeräte, wobei das erste akustische Signal in der Zeit [z.B. periodische oder nicht periodische] akustische Testsignalabschnitte aufweist. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen ersten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A1, t_A3, t_A5, t_A7) zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Detektierens von akustischen Testsignalabschnitten eines von dem zweiten mobilen Endgerät ausgesendeten zweiten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A9, t_A11, t_A13, t_A15) zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Empfangens mit dem ersten mobilen Endgerät einer von dem zweiten mobilen Endgerät über die Kurzdistanzfunkverbindung ausgesendeten Information über

- [z.B. alle] Detektionszeitpunkte aus einem dritten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B9, t_B11, t_B13, t_B15) von Detektionen der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals durch das zweite mobile Endgerät und zumindest einen [z.B. erfolgreiche] Detektionszeitpunkt aus einem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B1, t_B5, t_B5, t_B7) von Detektionen der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals durch das zweite mobile Endgerät, oder
- Differenzen zwischen [z.B. allen] Detektionszeitpunkten aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B3, t_B11, t_B13, t_B15) und dem einen [z.B. erfolgreichen] Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B1 t_B3, t_B5, t_B7).

- einer Differenz zwischen einem [z.B. erfolgreichen] Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A9, t_A11, t_A13, t_A15) [z.B. der bei dem Schritt des Detektierens erhalten wurde] und einem Detektionszeitpunkt aus dem ersten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A1, t_A3, t_A5, t_A7) der mit dem [z.B. erfolgreichen] Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B1, t_B3, t_B5, t_B7) [z.B. zeitlich] korrespondiert, und
- einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B9, t_B11, t_B13, t_B15), der mit dem [z.B. erfolgreichen] Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A9, t_A11, t_A13, t_A15) [z.B. zeitlich korrespondiert], und einem [z.B. erfolgreichen] Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B1, t_B3, t_B5, t_B7).

Ausführungsbeispiele optimieren eine akustische Zweiwege-Distanzvermessung, sowohl hinsichtlich ihres zeitlichen Ablaufs plus einer situationsabhängigen Performanceverbesserung. Messungen haben gezeigt, dass es viele Szenarien gibt, in welchen ein oder sogar beide Endgeräte schlecht mit akustischen Testsignalen erreichbar sind, sei es durch ein ungünstiges Signal-zu-Rauschverhältnis (SNR) aufgrund der Ausbreitungsdämpfung oder durch direkte Störungen am Mikrofon, hervorgerufen z.B. durch Kleidung, die am Mikrofon scheuert, durch Mehrwegeausbreitung oder auch durch Doppler-Effekte aufgrund von Bewegungen. In diesen Fällen kann eine Vielzahl von Messversuchen nötig sein, bis die Distanzvermessung hinreichend zuverlässig (erfolgreich) ist. Die vorliegende Erfindung setzt hier an. Durch einen mehrstufigen sende- und empfangsseitigen Ansatz lässt sich die Anzahl der notwendigen Vermessungsvorgänge und somit auch der Zeit- und Energiebedarf für die Gewinnung einer zuverlässigen Schätzung deutlich reduzieren. Durch das wiederholte Aussenden von (verschiedenartigen) Teilsequenzen kann zudem die Länge des zur Signaldetektion benötigten Testsignals der Situation angepasst werden: möglichst lange Signale bei reiner Rauschstörung (ohne Mobilität) und deutlich kürzere bei Störeffekten wie Frequenzoffset oder Dopplereffekte.
Ausführungsbeispiele schaffen eine kostengünstigen COTS-Applikation (COTS = Commercial Off-The-Shell, dt. seriengefertigte Produkte aus dem Elektronik- oder Softwaresektor) zur möglichst genauen Distanzvermessung zwischen zwei mobilen Endgeräten mittels Laufzeitvermessung akustischer (Ultra-)Schallwellen unter Einsatz der vorhandenen Lautsprecher und Mikrofone. Abhängig von seiner Position bzw. Abstand zu anderen Nutzern können dem Nutzer dann standortbezogene Dienste (engl. location-based-service, LBS) offeriert werden. Standortbezogene Dienste können dabei selektive Information liefern, wie beispielsweise POI (POI = point of interest, dt. interessanter Ort), ortsbezogene Werbung und Kommunikation oder mobile Arbeitszeiterfassung.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht von zeitlichen Abläufen beim ETOA-Verfahren nach [1],
2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten, die über eine Kurzdistanzfunkverbindung miteinander verbunden sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
3 eine schematische Ansicht eines Systems mit einem ersten mobilen Endgerät und einem zweiten mobilen Endgerät, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
4 eine schematische Ansicht eines zeitlichen Ablaufs des Verfahrens aus 2 zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung (modifiziertes ETOA-Verfahren),
5 eine schematische Ansicht eines methodischen Ablaufplan eines zweistufigen ETOA-Messansatzes, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
6 eine schematische Ansicht eines zeitlichen Ablaufs des Verfahrens aus 2 zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung (modifiziertes ETOA-Verfahren mit Dauer-An von Lautsprecher),
7 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten, die über eine Kurzdistanzfunkverbindung miteinander verbunden sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
8 eine schematische Ansicht eines zeitlichen Ablaufs des Verfahrens aus 7 zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung (modifiziertes ETOA-Verfahren).
9 ein schematisches Blockschaltbild eines Empfängers, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
10 ein schematisches Blockschaltbild eines Senders, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
11a in einem Diagramm Detektions-Fehlerraten aufgetragen über ein Signal-Rausch-Verhältnis (SNR, signal-to-noise ratio) für verschiedene Kreuzkorrelationsvarianten bei einem statischen AWGN Kanal (AWGN = additive white Gaussian noise, dt. additives weißes gaußsches Rauschen),
11b in einem Diagramm Detektions-Fehlerraten aufgetragen über ein Signal-Rausch-Verhältnis (SNR, signal-to-noise ratio) für verschiedene Kreuzkorrelationsvarianten bei einem Fading-Kanal bei einer angenommenen Geschwindigkeit von 1 km/h,
12 in einem Diagramm Detektions-Fehlerraten aufgetragen über ein Signal-Rausch-Verhältnis (SNR, signal-to-noise ratio) für verschiedene Kreuzkorrelationsvarianten bei einem statischen AWGN Kanal (AWGN = additive white Gaussian noise, dt. additives weißes gaußsches Rauschen),
13 in einem Diagramm Detektions-Fehlerraten aufgetragen über ein Signal-Rausch-Verhältnis (SNR, signal-to-noise ratio) für verschiedene Kreuzkorrelationsvarianten bei einem zeitvarianten Kanal (gausian walking, dt. gaußsches gehen),
14 in einem Diagramm eine Autokorrelationsfunktion einer vierfach übertragenen Zadoff-Chu-Folge mit einer einfachen Zadoff-Chu-Folge nach Gleichung (20),
15a in einem Diagramm eine Summe (inkohärente Betragssumme) der zeitjustierten Teilkorrelate aus 14 für L=127 und M=4,
15b in einem Diagramm eine Summe (inkohärente Betragssumme) der zeitjustierten Teilkorrelate nach Gleichung (20) für L=127 und M=19,
16a in einem Diagramm eine Autokorrelationsfunktion nach Gleichung (21) für die vierfach übertragene Zadoff-Chu-Folge mit M=4 und N=508,
16b in einem Diagramm einen Ausschnitt der Autokorrelationsfunktion nach Gleichung (21) für die vierfach übertragene Zadoff-Chu-Folge mit M=4 und N=508,
17a in einem Diagramm eine Autokorrelationsfunktion nach Gleichung (21) für eine zwölffach aneinandergereihte Zadoff-Chu-Folge mit M=1 bis 12 und N=516,
17b in einem Diagramm einen Ausschnitt der Autokorrelationsfunktion nach Gleichung (21) für eine zwölffach aneinandergereihte Zadoff-Chu-Folge mit M=1 bis 12 und N=516,
18a in einem Diagramm eine inkohärente Betragssumme der Teilkorrelate (Summe der zeitjustierten Teilkorrelate) mit unterschiedlichen Zadoff-Chu-Folgen mit L=127 und M=1 bis 4
18b in einem Diagramm die inkohärente Betragssumme der Teilkorrelate (Summe der zeitjustierten Teilkorrelate) mit unterschiedlichen Zadoff-Chu-Folgen mit L=43 und M=1 bis 12,
19 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Entfernungsmessung zwischen einer Gruppe von mobilen Endgeräten mit drei oder mehr mobilen Endgeräten, wobei die Gruppe von mobilen Endgeräten über eine Kurzdistanzfunkverbindung (RF) (z.B. Bluetooth) miteinander verbunden ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
20 eine schematische Ansicht einer Gruppe von mobilen Endgeräten A, B, C, die mittels einer Kurzdistanzfunkverbindung (RF) (z.B. Bluetooth) miteinander verbunden ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
21 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Detektieren eines akustischen Testsignals, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
22 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Senden eines akustischen Testsignals, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
23 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Senden eines akustischen Testsignals, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
24 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb eines mobilen Endgeräts, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen, so dass deren Beschreibung untereinander austauschbar ist.
1. Messdaueroptimiertes Verfahren bei der akustischen Entfernungsvermessung mobiler Endgeräte
Bevor hierbei Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der 2 bis 8 detailliert beschrieben werden, wird zunächst das zugrundeliegende akustische Messverfahren näher beschrieben, welches gem. Ausführungsbeispielen für den Einsatz einer Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten optimiert wird.
Zur präzisen akustischen Distanzvermessung von zwei Mobilgeräten ist das ETOA-Verfahren [1], [2] (ETOA = Elapsed time between the two Time-Of-Arrivals, dt. verstrichene Zeit zwischen zwei Ankunftszeiten) gut geeignet. Die Distanz D zwischen zwei Punkten berechnet sich gemäß $D = c_{L u f t} \cdot Δ t_{D}$
wobei c_Luft die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schallwellen in der Luft ist, die bei 20 °C und Normaldruck einen Wert von 343,2 ^m/_s aufweist. Bei der Einweg-Laufzeitschätzung [2] (engl. Time-Of-Arrival, TOA) wird die Laufzeitdifferenz Δt_D = t_B - t_A der Schallwellen zwischen dem Aussenden vom ersten Endgerät A und dem Empfangen im zweiten Endgerät B ausgewertet. Problematisch ist hier, dass für eine sinnvolle Auswertung eine sehr genaue Zeitsynchronisation zwischen den beiden Endgeräten vorliegen muss, was in der Regel jedoch nicht gegeben ist. Zusätzlich erschwerend kommt noch die fehlende Echtzeitkontrolle der Laufzeitvermessungs-Applikationen hinzu, da die gängigen mobilen Betriebssysteme wie Android oder iOS keinen Zugriff auf die exakten Sende- und Empfangszeiten von t_A oder t_B erlauben. Zwischen dem Applikationszeitpunkt $t_{A}^{*},$
also dem Zeitpunkt, zu welchem die Applikation die Messung anweist, und dem Zeitpunkt t_A, an dem das Testsignal tatsächlich den Lautsprecher verlässt, können mehrere Millisekunden liegen und die Messgenauigkeit somit erheblich beeinflussen. Diese fehlende Echtzeitkontrolle lässt sich auch bei einer weiteren gängigen Messmethode, dem Paketumlaufverfahren [2] (engl. Round-Trip-Time, RTT), nicht beseitigen. Insofern wird an dieser Stelle auch nicht näher darauf eingegangen und beispielsweise auf Ausführungen in [2] oder [4] verwiesen.
Lediglich das in 1 dargestellte ETOA-Verfahren [1] benötigt weder eine Echtzeitkontrolle der einzelnen Ereignisse noch muss eine exakte Zeitsynchronisation zwischen den beiden Endgeräten vorliegen. Dies sei im Folgenden anhand der 1 näher erläutert, welche eine schematische Ansicht von zeitlichen Abläufen beim ETOA-Verfahren nach [1] zeigt:

1) In einem ersten Schritt veranlasst die Applikation vom ersten Endgerät A zum Zeitpunkt $t_{A 0}^{*}$
das Aussenden eines ersten Testsignals Sig_A an das zweite Endgerät B. Zu welchem Zeitpunkt t_A0 das erste Testsignal Sig_A tatsächlich den Lautsprecher LSA verlässt, bleibt aus Sicht der Applikation unbekannt. Da aber das erste Endgerät A das erste Testsignal Sig_A mit seinem eigenen Mikrofon M_A aufzeichnet, lässt sich der relative Empfangszeitpunkt t_A1 indirekt anhand der späteren Signalauswertung bestimmen. Das an Mikrofon M_A aufgezeichnete und mit beispielsweise 48 kHz abgetastete Signal steht der Applikation dann ab dem Zeitpunkt $t_{A 1}^{*}$
zur Auswertung zur Verfügung.
2) In einem zweiten Schritt zeichnet das zweite Endgerät B auf seiner Seite das vom ersten Endgerät A ausgesandte erste Testsignal Sig_A ebenfalls mit seinem Mikrofon M_B zum Zeitpunkt t_B1 auf und kann dann ab dem Zeitpunkt $t_{B 1}^{*}$
t_B1 mit der Auswertung beginnen.
3) In einem dritten Schritt veranlasst die Applikation vom zweiten Endgerät B zum Zeitpunkt $t_{B 2}^{*}$
ihrerseits das Aussenden eines zweiten Testsignals Sig_B an das erste Endgerät A. Die Zeitspanne zwischen den Zeitstempeln $t_{B 2}^{*}$
und $t_{B 1}^{*}$
t_B1 (aus dem zweiten Schritt) sollte dabei größer sein als die Testsignallänge Δt_TS vom ersten Endgerät A. Der Lautsprecher LSB vom zweiten Endgerät B sendet dann zum Zeitpunkt t_B2 dieses zweite Testsignal Sig_B vom zweiten Endgerät B aus, welches zum Zeitpunkt t_B3 vom eigenen Mikrofon M_B aufgezeichnet wird. Das Mikrofon M_B vom zweiten Endgerät B zeichnet somit fortlaufend mindestens seit dem Zeitpunkt t_B1 auf und beendet seine Aufzeichnung frühestens zum Zeitpunkt t_B3 + Δt_TS, wenn das zweite Testsignal Sig_B des zweiten Endgeräts B vollständig aufgezeichnet worden ist.
4) In einem vierten Schritt empfängt das erste Endgerät A, bei dem die Mikrofonaufzeichnung mindestens seit dem Zeitpunkt t_A1 läuft, zum Zeitpunkt t_A3 das vom zweiten Endgerät B ausgesandte zweite Testsignal Sig_B und die Applikation kann dann zum Zeitpunkt $t_{A 3}^{*}$
t_A3 mit der Auswertung beginnen. Die Aufzeichnung von Mikrofon M_A endet frühestens zum Zeitpunkt t_A3 + Δt_TS.

Wie also in 1 zu erkennen ist, sendet das erste Endgerät A das erste Testsignal Sig_A aus, welches vom ersten Endgerät A zum ersten Detektionszeitpunk t_A1 und vom zweiten Endgerät B zum zweiten Detektionszeitpunkt t_B1 detektiert wird. Das zweite Endgerät B sendet das zweite Testsignal Sig_B aus, welches vom zweiten Endgerät B zum dritten Detektionszeitpunk t_B3 und vom ersten Endgerät A zum vierten Detektionszeitpunkt t_A3 detektiert wird.
Hierbei bezeichnet in 1 f_Diff1 die Differenz zwischen dem vierten Detektionszeitpunk t_A3 und dem ersten Detektionszeitpunkt t_A1, t_Diff2 die Differenz zwischen dem dritten Detektionszeitpunkt t_B3 und dem zweiten Detektionszeitpunk t_B1. Ferner bezeichnet t_Diff3 die Differenz zwischen dem ersten Detektionszeitpunk t_A1 und dem Zeitpunkt t_A0 der Aussendung des ersten Testsignals Sig_A, und t_Diff4 die Differenz zwischen dem dritten Detektionszeitpunk t_B3 und dem Zeitpunkt t_B2 der Aussendung des zweiten Testsignals Sig_B. Ferner bezeichnet Δt_D die von der Entfernung zwischen den zwei mobilen Endgeräten A und B abhängige Zeit zwischen dem Zeitpunkt des Aussendens eines der Testsignale durch eines der zwei mobilen Endgeräten A und B und dem Detektionszeitpunkt des jeweiligen Testsignals durch das jeweilig andere mobile Endgerät.
Die gesuchte Entfernungsdistanz D zwischen den beiden mobilen Endgeräten berechnet sich dann gemäß
Eine detaillierte Herleitung von Gl. (2) findet sind in [1] oder [2]. Hier wurden zur besseren Veranschaulichung die verschiedenen Anteile der benötigten Laufzeitdifferenzen in Gl. (2) sowie in 1 gekennzeichnet. Die beiden letzten Terme in Gl. (2) typisieren die Entfernung zwischen Lautsprecher und Mikrofon jeweils bei den beiden Endgeräten A und B. Diese Entfernungen sind geräteabhängig konstant und können vorab vermessen und abgespeichert werden. Da diese Entfernungen bei mobilen Endgeräten, wie z.B. Mobiltelefonen, in der Regel in einer Größenordnung von wenigen Zentimetern liegen, kann für beide Ausdrücke zusammen auch einfach ein additiver Wert angenommen werden. Die Entfernung D wird jedoch im Wesentlichen von den beiden ersten Termen von Gl. (2) bestimmt, welche die jeweils verstrichene Zeit der beiden Mikrofon-Aufzeichnungen in beiden Endgeräten A und B darstellen, daher auch die Bezeichnung ETOA (engl. Elapsed time between the two Time-Of-Arrivals). Die beiden ETOA-Anteile werden jeweils getrennt in den beiden Endgeräten A und B berechnet, wodurch keine exakte Zeitsynchronisation benötigt wird. Zudem gehen keine Betriebssystembedingten Verzögerungen (die jeweils mit einem Asterisk „*“ gekennzeichneten Zeitstempel in 1) in Gl. (2) ein, da durch die beidseitigen doppelten Mikrofonaufzeichnungen der Lautsprechersignale zu den Zeitpunkten t_A1, t_A3, t_B1 und t_B3 nur deren Differenz von Bedeutung ist und nicht die absoluten Zeitpunkte.
Die beidseitig aufgezeichneten Signalsequenzen können nun bezüglich des Beginns der Testsignale Sig_A und Sig_B (beispielsweise über die Korrelation von Empfangssignal und Testsignal) analysiert und der entsprechende Index des Abtastwertes identifiziert werden. Anschließend kann die Anzahl der Abtastwerte, die zwischen den beiden Ereignissen vergangen sind, gezählt werden. Somit ergibt sich für die Distanz der beiden Endgeräte $D = \frac{c_{L u f t}}{2} \cdot (\frac{n_{A 3} - n_{A 1}}{ƒ_{s A}} - \frac{n_{B 3} - n_{B 1}}{ƒ_{s B}}) + K,$
wobei n_x den Index des Abtastwertes zum Zeitpunkt t_x kennzeichnet. Mit f_sA und f_sB seien die zugehörigen Abtastfrequenzen der beiden Endgeräte A und B charakterisiert und mit K werden die beiden letzten Ausdrücke in Gl. (2), also die beiden konstanten Lautsprecher-Mikrofon-Entfernungen, bezeichnet. In Gl. (3) ist berücksichtigt, dass in beiden Endgeräten A und B unterschiedliche effektive Abtastraten vorliegen können, was z.B. durch leicht unterschiedliche Oszillatorfrequenzen verursacht sein kann. Falls f_sA und f_sB bekannt sind, kann eine entsprechende Korrektur vorgenommen werden. Der Einfachheit halber wird aber in den weiteren Ausführungen von identischen Abtastraten f_sA = f_sB ausgegangen.
Da die Signalauswertungen auf beiden Endgeräten A und B getrennt durchgeführt werden, berichtet zumindest eines der Endgeräte die geschätzte Zeitdifferenz zwischen dem Empfang des eigenen und des fremden Signals an das andere Endgerät, damit die Entfernung D berechnet werden kann. Dies kann, wie bereits erwähnt, vorteilhaft z.B. über die Kurzdistanzfunkverbindung (z.B. Bluetooth-Verbindung oder Bluetooth-LE-Verbindung) laufen. Ob es hier eine Master/Slave-Konfiguration gibt, ob wechselnde Absprachen hinsichtlich des Datenaustausches stattfinden oder ob beide Endgeräte A und B mit gegenseitigem Datenaustausch die Distanzberechnung jeweils getrennt durchführen, ist hier nicht von Bedeutung,
Wie bereits erwähnt, wird für das ETOA-Verfahren keine exakte Zeitsynchronisation zwischen den Endgeräten benötigt und es bestehen auch keine Echtzeitanforderungen an die Sende- und/oder Empfangsapplikation. (Im Gegensatz zum RTT Verfahren, ist es bei ETOA nicht notwendig das aufgenommene Signal bereits während der Messung auszuwerten, um für den weiteren Verlauf der Messung notwendige Parameter zu ermitteln.) Mögliche Fehlerquellen in Gl. (3) sind die Abhängigkeit der Schallgeschwindigkeit c_Luft von Temperatur, Luftfeuchte und Luftdruck, ein möglicher Frequenzoffset zwischen den beiden Abtastfrequenzen und Ungenauigkeiten bei der Bestimmung der einzelnen Indizes n_x. Im Rahmen der Messgenauigkeit, die hier von Interesse sind, kann die Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit vernachlässigt werden. Ein Anstieg der Temperatur von 20 °C auf 40 °C würde sich bei einer Distanz von D = Sm mit rund 18 cm Abweichung bemerkbar machen und ein Abtastfrequenzoffset von 40 ppm würde sich bei 48 kHz mit 1,5 cm Änderung pro einer Sekunde Zeitdauer für das Signalintervall Δt_A = n_A3 - n_A1 auswirken.
Lediglich die Zuverlässigkeit der Bestimmung der vier Startindizes n_A1, n_A3, n_B1, n_B3 (und hier insbesondere die dem Beginn des jeweils fremden und somit schwächeren Signals zugeordneten n_A3 und n_B3) hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab. Ein ungünstiges Signal-zu-Rauschverhältnis (SNR) aufgrund der Ausbreitungsdämpfung, Mikrofonstörungen z.B. aufgrund scheuernder Stoffe, Mehrwegeausbreitungen aufgrund von akustischen Reflexionen, eine fehlende Schallausbreitung auf direktem Weg („Line of sight“) oder auch Doppler-Effekte können das zuverlässige Auffinden des Beginns des Testsignals sehr erschweren.
Zur Verbesserung der Startindexbestimmung bedarf es einer ganzen Reihe von Maßnahmen, die an unterschiedlichen Stellen ansetzen:

1) Sendeseitiges Design des oder der akustischen Testsignale.
2) Auswahl eines geeigneten ETOA-Messverfahrens,
3) Optimierung der Signaldetektion auf Empfängerseite.

Die im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich insbesondere auf den zweiten Punkt. Bei Ausführungsbeispielen wird mittels verschiedener Maßnahmen das ETOA-Messverfahren insbesondere bzgl. Pegelschwankungen und externen, ggf. impulsartigen (nicht-stationären) Störungen robuster und insbesondere hinsichtlich der Messdauer deutlich schneller gemacht.
1.1. Messdaueroptimiertes modifiziertes ETOA-Verfahren
2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100 zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten, die über eine Kurzdistanzfunkverbindung (z.B. WPAN (Wireless Personal Area Network, dt. eine Kurzstreckenfunktechnik, wie z.B. Bluetooth) miteinander verbunden sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 100 umfasst einen Schritt 102 des Sendens eines ersten akustischen Testsignals von einem ersten mobilen Endgerät zu einem zweiten mobilen Endgerät der zwei mobilen Endgeräte. Ferner umfasst das Verfahren 100 einen Schritt 104 des Detektierens des ersten akustischen Testsignals mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen ersten Detektionszeitpunkt (t_A1) zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren 100 einen Schritt 106 des Detektierens des ersten akustischen Testsignals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um einen zweiten Detektionszeitpunkt (t_B1) zu erhalten sofern eine Detektion des ersten akustischen Testsignals erfolgreich war, und Senden einer Wiederholungsaufforderung über die Kurzdistanzfunkverbindung von dem zweiten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät sofern eine Detektion des ersten akustischen Testsignals nicht erfolgreich war. Ferner umfasst das Verfahren 100 einen Schritt 108 des wiederholten Sendens des ersten akustischen Testsignals und wiederholtes Detektieren des ersten akustischen Testsignals durch das erste mobile Endgerät ansprechend auf die Wiederholungsaufforderung (z.B. bis eine Detektion des wiederholt gesendeten ersten akustischen Testsignals beim zweiten mobilen Endgerät zum neuen wiederholten zweiten Detektionszeitpunkt (t_B1) erfolgreich ist). Ferner umfasst das Verfahren 100 einen Schritt 110 des wiederholten Sendens eines zweiten akustischen Testsignals von dem zweiten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät (z.B. ansprechend auf die erfolgreiche Detektion des ersten akustischen Testsignals durch das zweite mobile Endgerät). Ferner umfasst das Verfahren 100 einen Schritt 112 des wiederholten Detektierens des zweiten akustischen Testsignals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um einen Satz von dritten Detektionszeitpunkten (t_B3, t_B5, t_B7, ... ) zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren 100 einen Schritt 114 des Detektierens des zweiten akustischen Testsignals mit dem ersten mobilen Endgerät, um zumindest einen Detektionszeitpunkt (t_A3) aus einem Satz von vierten Detektionszeitpunkten (t_A3, t_A5, t_A7, ...) zu erhalten, und Senden einer Detektionsbestätigung über die Kurzdistanzfunkverbindung von dem ersten mobilen Endgerät zu dem zweiten mobilen Endgerät sofern eine vorgegebene Anzahl an erfolgreichen Detektionen des zweiten akustischen Testsignals durch das erste mobile Endgerät erreicht ist, wobei das zweite akustische Testsignal solange wiederholt gesendet wird, bis das zweite mobile Endgerät von dem ersten mobilen Endgerät über die Kurzdistanzfunkverbindung die Detektionsbestätigung empfängt oder ein Abbruchkriterium erfüllt ist. Ferner umfasst das Verfahren 100 einen Schritt 116 des Ermittelns einer Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen

- einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt (t_A3) aus dem Satz von vierten Detektionszeitpunkten (t_A3, t_A5, t_A7, ...) (z.B. der bei dem Schritt des Detektierens (114) erhalten wurde) und dem ersten (t_A1) Detektionszeitpunkt, und
- einer Differenz zwischen einem (z.B. mit dem Detektionszeitpunk aus dem Satz von vierten Detektionszeitpunkten (z.B. zeitlich) korrespondierenden) Detektionszeitpunkt (t_B3) aus dem Satz von dritten Detektionszeitpunkten (t_B3, t_B5, t_B7, ...) und dem zweiten Detektionszeitpunkt (t_B1).

Bei Ausführungsbeispielen kann das in 2 gezeigte Verfahren 100 von einem ersten mobilen Endgerät und einem zweiten mobilen Endgerät ausgeführt werden, wie diese in 3 gezeigt sind.
Im Detail zeigt 3 eine schematische Ansicht eines Systems mit einem ersten mobilen Endgerät A und einem zweiten mobilen Endgerät B, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in 3 zu erkennen ist, können das erste mobile Endgerät A und das zweite mobile Endgerät B über eine Kurzdistanzfunkverbindung RF, wie z.B. WPAN (Wireless Personal Area Network, dt. eine Kurzstreckenfunktechnik), wie z.B. Bluetooth, miteinander verbunden sein. Hierzu können das erste mobile Endgerät A und das zweite mobile Endgerät B jeweilige Funktransceiver T_RA und T_RB aufweisen.
Wie in 3 ferner zu erkennen ist, kann das erste mobile Endgerät A das erste akustische Signal Sig_A aussenden, z.B. mittels des Lautsprechers LS_A, wobei das erste akustische Signal Sig_A sowohl von dem ersten mobilen Endgerät A als auch von dem zweiten mobilen Endgerät B detektiert werden können, z.B. mittels der Mikrofone M_A und M_B der mobilen Endgeräte A und B.
Das zweite mobile Endgerät B kann das zweite akustische Signal Sig_B aussenden, z.B. mittels des Lautsprechers LS_B, wobei das zweite akustische Signal Sig_B sowohl von dem ersten mobilen Endgerät A als auch von dem zweiten mobilen Endgerät B detektiert werden können, z.B. mittels der Mikrofone M_A und M_B der mobilen Endgeräte A und B.
Im Folgenden werden detaillierte Ausführungsbeispiele des in 2 gezeigten Verfahrens 100 näher beschrieben.
Bei dem ETOA-Messverfahren aus 1 als auch bei anderen Zweiwege-Messverfahren besteht eine generelle Problematik darin, dass beide Empfangsrichtungen (vom ersten Endgerät A zu dem zweiten Endgerät B und umgekehrt) gleichzeitig mit hinreichender Qualität verfügbar sein müssen, damit eine gültige Messung zustande kommt. Insofern müssen Signaldetektion und Ermittlung des Startzeitpunkts sowohl am Empfänger (z.B. Mikrofon M_A) vom ersten Endgerät A wie auch am Empfänger (z.B. Mikrofon M_B) vom zweiten Endgerät B funktionieren. Mit zunehmender Distanz und damit abnehmenden Empfangssignalpegeln und/oder bei einem oder beiden sich bewegenden Endgeräten nimmt die Qualität der akustischen Signalübertragung ab und die notwendige Ermittlung der Startzeitpunkte des empfangenen Signals kann nicht mehr mit der für die Anwendung geforderten Genauigkeit erfolgen. Die Signalübertragung wird dann als „nicht erfolgreich“ qualifiziert. In einem einfachen stochastischen Modell wird die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Übertragung vom ersten Endgerät A zum zweiten Endgerät B als $P_{S u c c}^{\bar{A B}}$
bezeichnet und entsprechend diejenige vom zweiten Endgerät B zum ersten Endgerät A als $P_{S u c c}^{\bar{B A}} .$
Die daraus für eine Abstandsschätzung folgende Gesamterfolgsrate des ETOA-Verfahrens ergibt sich zu $P_{S u c c}^{\bar{A B A}} = P_{S u c c}^{\bar{A B}} \cdot P_{S u c c}^{\bar{B A}}$
wie auch Untersuchungen in [5] und [6] gezeigt haben.
Ausführungsbeispielen liegt die Idee zugrunde, bei gegebener Gesamterfolgsrate $P_{S u c c}^{\bar{A B A}}$
die dafür benötigte Messdauer deutlich zu reduzieren, insbesondere auch für Fälle, in denen $P_{S u c c}^{\bar{A B}} > P_{S u c c}^{\bar{B A}} oder P_{S u c c}^{\bar{A B}} < P_{S u c c}^{\bar{B A}}$
gilt.
Es sei im Folgenden von einem ersten Beispiel ausgegangen. Wird für $P_{S u c c}^{\bar{A B}} = 0.8$
= 0.8 und für $P_{S u c c}^{\bar{B A}} = 0.1$
= 0.1 unterstellt, so resultiert für $P_{S u c c}^{\bar{A B A}}$
ein Wert von 0.08. Im statistischen Mittel werden dann 13 Einzelmessungen nach 1 benötigt, um eine gültige Distanzmessung für D zu erhalten. Eine Einzelmessung nach 1 benötigt näherungsweise mindestens eine Zeitspanne von $Δ t_{S d T} > 2 \cdot ((t_{B 1} - t_{A 0}) + Δ t_{T S}),$
mit der entfernungsbedingten akustischen Signallaufzeit (t_B1 - t_A0) sowie der Länge des Testsignals Δt_TS. Applikationsbedingte Messzeitverlängerungen wie auch die erforderlichen Zeiten für die jeweilige Kurzdistanzfunkkommunikation (z.B. Bluetooth-Kommunikation) zwischen den Endgeräten A und B bleibt hier außen vor. Wird beispielhaft von einer akustischen Signallaufzeit Δt_D = 30 ms ausgegangen (dies entspricht einer Distanz von etwa D=10m) und wird eine Testsignallänge von Δt_TS =100 ms angenommen, dann ergibt sich ein Δt_SdT von 260 ms, was für die 13 Versuche eine Gesamtmesszeit von 3380 ms ergibt.
Wenn in einem ersten Schritt unterstellt wird, dass bekannt ist, dass $P_{S u c c}^{\bar{A B}} > P_{S u c c}^{\bar{B A}}$
ist, dann kann in einem zweiten Schritt eine erfolgreiche Messung mit einem Vorgehen gemäß 4 deutlich schneller durchgeführt werden.
4 zeigt hierbei eine schematische Ansicht eines zeitlichen Ablaufs des Verfahrens zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel (modifiziertes ETOA-Verfahren).
Wie in 4 zu erkennen ist, startet die Applikation vom ersten Endgerät A zum Zeitpunkt $t_{A 0}^{*}$
bzw. t_A0 das Aussenden eines ersten Testsignals Sig_A an das zweite Endgerät B (Schritt 2A in 4). Kann das zweite Endgerät B das erste Testsignal Sig_A nicht erfolgreich auswerten (d.h. nicht detektieren oder den Startzeitpunkt nicht hinreichend genau bestimmen), so erfolgt ein sofortiger Abbruch der Messung durch das zweite Endgerät B, den dieses auch über die Kurzdistanzfunkverbindung (z.B. Bluetooth-Verbindung) an das erste Endgerät A berichtet. Das erste Endgerät A startet dann erneut das Aussenden des ersten Testsignals Sig_A (erneut Schritt 2A in 4). Dieser Vorgang mit Abbruch und Neuaussendung des ersten Testsignals Sig_A wird so oft wiederholt, bis das zweite Endgerät B das erste Testsignal Sig_A von A erfolgreich auswerten kann. Für das obige Beispiel mit $P_{S u c c}^{\bar{A B}} = 0.8$
sollte dies nach der ersten Wiederholung der Fall sein. Kann das zweite Endgerät B das erste Testsignal Sig_A vom ersten Endgerät A erfolgreich auswerten, dann erfolgt beim zweiten Endgerät B eine fortlaufende akustische Signalaufzeichnung. Das zweite Endgerät B startet dann auf seiner Seite das Aussenden eines zweiten Testsignals Sig_B (Schritt 2B in 4). Bei jedem Aussenden wird auch mit dem eigenen Mikrofon M_B aufgezeichnet und entsprechend ausgewertet, wobei bei dem eigenen Sendesignal beispielsweise von 100% Erfolgsquote $(P_{S u c c}^{\bar{A A}} = P_{S u c c}^{\bar{B B}} = 1)$
ausgegangen werden kann. Gegenüber dem in 1 gezeigten ETOA-Verfahren, sendet das zweite Endgerät B also sobald wie möglich, also vorteilhafterweise in etwa mit einem Zeitversatz von ((t_A3 - t_B2) + Δt_TS), erneut das zweite Testsignal Sig_B. Dieser Vorgang kann so lange wiederholt werden, bis eine vorgegebene Höchstzahl erreicht ist oder bis das erste Endgerät A über die Kurzdistanzfunkverbindung (z.B. via Bluetooth) mitteilt, dass eine der Aussendungen erfolgreich detektiert werden konnte. Das zweite Endgerät B kann dann die Aussendungen des zweiten Testsignals Sig_B abbrechen und sämtliche bis dorthin ermittelte Zeitdifferenzen (t_B3 - t_B1), (t_B5 - t_B1), (t_B7 - t_B1), ..., (t_BX - t_B1) unter Verwendung der Kurzdistanzfunkverbindung an das erste Endgerät A senden. Das erste Endgerät A hat seit dem Zeitpunkt t_A1 selbst fortlaufend aufgezeichnet und kann nun eineindeutig die geforderte Entfernungsdistanz D berechnen. Beim obigen Beispiel wäre dies im Mittel nach 10 Aussendungen (wegen $P_{S u c c}^{\bar{B A}} = 0.1)$
vom zweiten Endgerät B der Fall.
Wie also in 4 zu erkennen ist, sendet das erste Endgerät A das erste Testsignal Sig_A aus, welches vom ersten Endgerät A zum ersten Detektionszeitpunk t_A1 und vom zweiten Endgerät B zum zweiten Detektionszeitpunkt t_B1 detektiert wird. Das zweite Endgerät B sendet das zweite Testsignal Sig_B mehrfach aus, welches von dem zweiten Endgerät B zu allen Detektionszeitpunkten aus einem Satz von dritten Detektionszeitpunkten t_B3, t_B5,..., t_B21 und von dem ersten Endgerät A zu einem Detektionszeitpunkt aus einem Satz von vierten Detektionszeitpunkten t_A3, t_A5, ..., t_A21 detektiert wird.
Hierbei bezeichnet in 4 t_Diff1 jeweils die Differenz zwischen einem der Detektionszeitpunkte aus dem Satz von vierten Detektionszeitpunkten t_A3, t_A5, ..., t_A21 und dem ersten Detektionszeitpunkt t_A1, t_Diff2 jeweils die Differenz zwischen einem der Detektionszeitpunkte des Satzes von dritten Detektionszeitpunkten t_B5, t_B5, ..., t_B21 und dem zweiten Detektionszeitpunk t_B1. Ferner bezeichnet t_Diff3 die Differenz zwischen dem ersten Detektionszeitpunk t_A1 und dem Zeitpunkt t_A0 der Aussendung des ersten Testsignals Sig_A, und t_Diff4 jeweils die Differenz zwischen einem Detektionszeitpunk aus dem Satz von dritten Detektionszeitpunkten t_B3, t_B5,..., t_B21 und einem zeitlich korrespondierenden Zeitpunkt aus einem Satz von Zeitpunkten t_B2, t_B4, ..., t_B20 von Aussendungen des zweiten Testsignals Sig_B. Ferner bezeichnet Δt_D die von der Entfernung zwischen den zwei mobilen Endgeräten A und B abhängige Zeit zwischen dem Zeitpunkt des Aussendens eines der Testsignale durch eines der zwei mobilen Endgeräten A und B und dem Detektionszeitpunkt des jeweiligen Testsignals durch das jeweilig andere mobile Endgerät.
Die Vorteile des in 4 gezeigten Verfahrens 100 basieren auf der Kenntnis, ob $P_{S u c c}^{\bar{A B}} > P_{S u c c}^{\bar{B A}}$
oder $P_{S u c c}^{\bar{A B}} < P_{S u c c}^{\bar{B A}}$
gilt. Das kann von Bedeutung sein, insbesondere dann, wenn der Daten- oder Informationsaustausch über die Kurzdistanzfunkverbindung (z.B. via Bluetooth) im Vergleich zu den eigentlichen ETOA-Verfahrensschritten unverhältnismäßig viel Zeit benötigt. Falls das zweite Endgerät B keinen Startzeitpunkt findet, wird zuerst vom zweiten Endgerät B über die Kurzdistanzfunkverbindung (z.B. Bluetooth) signalisiert, dass nichts gefunden wurde. Danach sendet das erste Endgerät A wieder ein Startsignal über die Kurzdistanzfunkverbindung (z.B. via Bluetooth), dass die Messung gestartet wurde. Ist dieser Zeitbedarf jedoch von untergeordneter Bedeutung, bzw. wird die Kommunikation zwischen dem ersten Endgerät A und dem zweiten Endgerät B anders gelöst, so kann auch auf diesen nachfolgend beschriebenen Schritt 1 verzichtet werden.
Um abzuschätzen, ob $P_{S u c c}^{\bar{A B}} > P_{S u c c}^{\bar{B A}} oder P_{S u c c}^{\bar{A B}} < P_{S u c c}^{\bar{B A}}$
vorliegt, kann eine modifizierte Variante des Verfahrens nach 1 verwendet werden. Beispielsweise reicht für das obige Beispiel ein zweimaliger Aufruf des Verfahrens nach 1. Falls das erste Endgerät A als Master fungiert, berichtet ihm das zweite Endgerät B nach jedem der Durchläufe über die Kurzdistanzfunkverbindung (z.B. via Bluetooth), ob das erste Testsignal Sig_A vom zweiten Endgerät B ausgewertet werden konnte oder nicht. Da das zweite Endgerät B unabhängig vom eigenen Auswertungserfolg auf jeden Fall auch immer sein eigenes zweites Testsignal Sig_B zu dem ersten Endgerät A abschickt, kann das erste Endgerät A daher ebenfalls unabhängig vom zweiten Endgerät B ebenfalls zweimal überprüfen, ob es das Testsignal auswerten kann oder nicht. Dieser dem zweiten Schritt (nach 4) vorgezogene Durchlauf (hier als erster Schritt bezeichnet) kann somit mit folgenden Ergebnissen enden:

1) In einem der beiden unabhängigen Durchgänge funktioniert die Auswertung gleichzeitig für beide Empfangsrichtungen. Damit ist eine gültige Abstandsmessung zustande gekommen und dieser Messvorgang kann erfolgreich beendet werden.
2) Für keine Richtung konnte ein Testsignal ausgewertet werden. Lösung: Weitere EinzelAufrufe des ersten Schrittes (modifiziertes Verfahren nach 1), solange bis irgendeine gültige Einzelauswertung aufgetreten ist. Diese Richtung hat dann die größere Einzelerfolgsrate. (Für obiges Beispiel mit $P_{S u c c}^{\bar{A B}} = 0.8$
sollten zwei Durchläufe ausreichen damit das zweite Endgerät B einmal erfolgreich auswertet.)
3) In beiden Durchläufen ist immer nur eine Auswertung erfolgreich, und zwar einmal für das erste Endgerät A und das andere Mal für das zweite Endgerät B. Lösung: Weitere Einzelaufrufe des Verfahrens nach 1, solange bis irgendeine Einzeldetektion die Mehrheit hat. Diese Richtung hat dann die größere Einzelerfolgsrate.

Der zeitliche Gesamtaufwand für diesen neuen Messansatz ergibt dann folgenden mittleren Zeitbedarf: zuerst im ersten Schritt zwei Aufrufe der modifizierten Variante nach 1 entsprechend Gl. (5) sowie für den zweiten Schritt 12 Durchläufe mit jeweils einer Zeitdauer von ((t_A3 - t_B2) + Δt_TS). Daraus resultiert mit den im Beispiel gewählten Annahmen eine mittlere Gesamtmesszeit von 2080 ms, gegenüber den ursprünglichen 3380 ms.
Zudem hat im Mittel auch der Kommunikationsumfang über die Kurzdistanzfunkverbindung (z.B. Bluetooth) abgenommen. Bei den ursprünglichen 13 Versuchen des Beispiels nach 1 muss 13-mal eine Mess-Initialisierung (dem zweiten Endgerät B wird mitgeteilt, dass eine Messung ansteht) durchgeführt werden und bis zu 13-mal erfolgt die Übermittlung der MessErgebnisse vom zweiten Endgerät B zum ersten Endgerät A. Diese Zahl ist abhängig von $P_{S u c c}^{\bar{A B}} .$
Daher bringt es bei einem Einzelaufruf des Original-Verfahrens nach 1 auch relativ wenig, das zweite Testsignal Sig_B beim Rückkanal vom zweiten Endgerät B zum ersten Endgerät A nicht auszusenden, wenn das zweite Endgerät B selbst nicht empfangen hat, da gleichwohl eine Fehlermeldung über die Kurzdistanzfunkverbindung (z.B. via Bluetooth) kommuniziert werden müsste. Insofern werden bis zu 26 Einzelmitteilungen über die Kurzdistanzfunkverbindung übertragen. Beim modifizierten zweistufigen Ansatz gem. Ausführungsbeispielen werden für das obige Beispiel lediglich vier Messinitialisierungen und vier Messdatenübermittlungen benötigt, also insgesamt acht Datenübermittlungen über die Kurzdistanzfunkverbindung.
5 zeigt den methodischen Ablaufplan des neuen zweistufigen ETOA-Messansatzes. Die vier verschiedenen Schleifenzähler (N₁, N₂, N₃, N₄) können dabei entsprechend der Situation angepasst werden und lassen sich gegebenenfalls durch Simulationen vorab bestimmen.
Ausführungsbeispiele ermöglichen es, den bei einem Zweiwege-Messverfahren nach 1 zwingend erforderlichen gleichzeitigen beidseitigen Auswertungserfolg zu umgehen. Dabei wird entsprechend 4 angestrebt, durch mehrfaches Wiederholen zuerst eine erfolgreiche Einweg-Auswertung zu generieren und anschließend bei fortlaufend beidseitiger Signalaufzeichnung die Einweg-Auswertung in die andere Richtung erfolgreich abzuschließen. Gerade bei sehr niedrigen Einzelerfolgsraten wie beispielsweise $P_{S u c c}^{\bar{A B}} = P_{S u c c}^{\bar{B A}} = 0.1$
werden für das zweistufige Verfahren im Mittel lediglich 30 (10 x Schritt 1, 10 x Schritt 2A und 10 x Schritt 2B) Einweg-Auswertungen benötigt, anstelle der sonst im Mittel erforderlichen 100 Zweiwege-Messdurchläufe nach 1. Allgemein ausgedrückt bedeutet dies: damit man für das Verfahren nach 1 ein gültige Distanzmessung erhält, wird eine Versuchsanzahl $n_{S d T} = [\frac{1}{P_{S u c c}^{\bar{A B}} \cdot P_{S u c c}^{\bar{B A}}}]$
benötigt, wobei hier, wie üblich, ein Bernoulli-Prozess unterstellt wird. Durch das neue zweistufige modifizierte Verfahren reduziert sich diese Versuchsanzahl näherungsweise auf: $n_{N e u} = [\frac{1}{m a x (P_{S u c c}^{\bar{A B}}, P_{S u c c}^{\bar{B A}})}] + [\frac{1}{P_{S u c c}^{\bar{A B}}}] + [\frac{1}{P_{S u c c}^{\bar{B A}}}]$
Bei idealen Bedingungen, also $P_{S u c c}^{\bar{A B}} = P_{S u c c}^{\bar{B A}} = 1,$
benötigen beide Varianten nur einen Durchlauf. Alternativ kann auch der erste Schritt weggelassen werden, falls kein Interesse daran besteht, ob in Schritt 2A $P_{S u c c}^{\bar{A B}} > P_{S u c c}^{\bar{B A}} oder P_{S u c c}^{\bar{A B}} < P_{S u c c}^{\bar{B A}}$
gelten soll. Bei der Berechnung von Gl. (7) entfällt dann der erste Term.
1.1.1 Mehrfachvermessungen in Richtung des ersten Endgeräts A beim modifizierten ETOA-Verfahren
Der bisherige Ansatz in Schritt 2B in 4 und 5 ging von einem sofortigen Abbruch aus, sobald eine der Aussendungen (des zweiten Testsignals Sig_B) des zweiten Endgeräts B von dem ersten Endgerät A erfolgreich detektiert werden konnte. Das zweite Endgerät B bricht dann auf Geheiß von dem ersten Endgerät A seine Aussendungen der zweiten Testsignale Sig_B ab und sendet sämtliche bis dorthin ermittelte Zeitdifferenzen (t_B3 - t_B1), (t_B5 - t_B1), (t_B7 - t_B1), ..., (t_B21 - t_B1) unter Verwendung der Kurzdistanzfunkverbindung (z.B. Bluetooth-Verbindung) an das erste Endgerät A. Das erste Endgerät A hat seit dem Zeitpunkt t_A1 selbst fortlaufend aufgezeichnet und kann nun eineindeutig via $D = \frac{c_{L u f t}}{2} \cdot [(t_{A X} - t_{A 1}) - (t_{B X} - t_{B 1})] + K,$
die gesuchte Entfernungsdistanz D zwischen den beiden mobilen Endgeräten A und B berechnen. Mit K seien in Analogie zu Gl. (3) die beiden konstanten Lautsprecher-Mikrofon-Entfernungen bezeichnet. Der Zeitindex t_AX bezeichnet dabei denjenigen Zeitpunkt, bei dem das erste Endgerät A die Aussendung von dem zweiten Endgerät B erfolgreich detektieren konnte, also einen der Indizes X ∈ {3, 5, 7, 9, ..., (2N₄ + 1)} aus 4 bzw. dem Schwellwert N₄ aus 5. Mit t_BX sei dann der zu t_AX zugehörige Zeitindex bezeichnet. Dieser bzw. die entsprechende Zeitdifferenz (t_BX - t_B1) lassen sich eindeutig bestimmen, da zwischen (t_AX - t_A1) und (t_BX - t_B1) ein Zeitversatz von 2Δt_D liegt, was der doppelten Laufzeitdifferenz entspricht. Da diese Zeitspanne in den relevanten Fällen kleiner als 60 ms (entspricht einer Entfernung von 10 m) ist, kann sie damit leicht von benachbarten Zeitdifferenzen unterschieden werden, da der dortige Versatz mit (t_B2 - t_B1) > Δt_TS deutlich größer sein sollte
Anstelle des sofortigen Abbruchs bei der ersten erfolgreichen Signalauswertung durch das erste Endgerät A, kann bei Ausführungsbeispielen im Schritt 2B die Schleife mit den Aussendungen der zweiten Testsignale Sig_B von Endgerät B immer bis zu ihrem Schleifenende N₄ durchlaufen. Wird N₄, also die Anzahl der Schleifendurchläufe, in Relation zur Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Übertragung $P_{S u c c}^{\bar{B A}}$
entsprechend großzügig gewählt, dann können innerhalb dieser Messkampagne mehrere erfolgreiche Signalauswertungen bei dem ersten Endgerät A stattgefunden haben. Die Berechnung der einzelnen Entfernungsdistanzen sollte gemäß $D_{μ} = \frac{C_{L u f t}}{2} \cdot [(t_{A X_{μ}} - t_{A 1}) - (t_{B X_{μ}} - t_{B 1})] + K_{1} X_{μ} \in {3,5,7,9, \dots, (2 N_{4} + 1)}$
in einem ersten Schritt einzeln erfolgen. Daraus lassen sich dann gegebenenfalls Rückschlüsse auf die unterschiedliche Qualität der Einzelmessungen oder systematische Distanzveränderungen ziehen. Distanzveränderungen können dann über ihren Zeitverlauf ebenfalls einer Plausibilitätsprüfung unterzogen werden. Generell lässt sich sagen, dass die Einzelmessungen nach ihrer individuellen Auswertung, dann einer weitergehenden statistischen Auswertung wie Median, Modalwert, arithmetische Mittelung, oder gewichtete Mittelung unterzogen werden können.
Bei diesem Messansatz sind gem. Ausführungsbeispielen natürlich auch Mischformen möglich. Anstelle einer festen Anzahl von N₄ Schleifendurchläufen, kann die Schleife auch an sog. „while“-Bedingungen (dt. während-Bedingungen) gekoppelt werden. Beispielsweise kann nach Y erfolgreichen Signalauswertungen durch das erste Endgerät A die Schleife in Schritt 2B abgebrochen werden.
Im Gegensatz zum vorangegangenen Abschnitt 1 erfolgt nicht nach einer ersten erfolgreichen Signalauswertung bei dem ersten Endgerät A der sofortige Abbruch der Messschleife, sondern bei Ausführungsbeispielen kann die Schleife mit einer festen Anzahl von N₄ Schleifendurchläufen durchlaufen oder ein Schleifenabbruch nach Y erfolgreichen Signalauswertungen durch das erste Endgerät A erfolgen. Dadurch lässt sich bezogen auf eine Einzelmessung nochmals eine erhebliche Zeiteinsparung erzielen. Beispielsweise werden beim Beispiel mit den Einzelerfolgsraten $P_{S u c c}^{\bar{A B}} = P_{S u c c}^{\bar{B A}} = 0.1$
und bei Y=3 geforderten erfolgreichen Signalauswertungen im Schritt 2B bei diesem Ansatz im Mittel 50 Einweg-Auswertungen (10 x Schritt 1, 10 x Schritt 2A und 30 x Schritt 2B) benötigt, anstelle der dann im Mittel erforderlichen 300 Zweiwege-Messdurchläufe nach 1. Falls die Einzelerfolgsraten unterschiedlich sind (beispielsweise wie im ersten Beispiel mit $P_{S u c c}^{\bar{A B}} = 0.8$
und $P_{S u c c}^{\bar{B A}} = 0.1),$
dann empfiehlt es sich wegen der Y Mehrfach-Messungen in Schritt 2B, in Schritt 2A mit der niedrigeren Einzelerfolgsrate zu beginnen. Es kann aber auch hier der erste Schritt weggelassen werden, falls kein Interesse daran besteht, ob in Schritt 2A $P_{S u c c}^{\bar{A B}} > P_{S u c c}^{\bar{B A}}$
oder $P_{S u c c}^{\bar{A B}} < P_{S u c c}^{\bar{B A}}$
gelten soll.
1.1.2 Mehrfachvermessungen sowie Dauersignal (z.B. über Lautsprecher L_B) des zweiten Endgeräts B in Richtung des ersten Endgeräts A beim modifizierten ETOA-Verfahren
Bei den beiden vorangegangenen Abschnitten 1 und 1.1 wurde davon ausgegangen, dass die Lautsprecher in beiden Endgeräten A und B sofort nach dem Aussenden der Testsequenzen wieder ausgeschaltet oder auf leise geschaltet werden. Werden die Testsignale mehrfach benötigt, wie beispielsweise in 4 beim Lautsprecher von dem zweiten Endgerät B, so wird der Lautsprecher, von der Applikation zum Zeitpunkt $t_{B x}^{*}$
getriggert, zum Zeitpunkt t_Bx neu gestartet und nach der Testsignaldauer Δt_TS wieder abgeschaltet oder gemutet. Dieser Umstand kann sich bei Ausführungsbeispielen wie folgt ändern.
6 zeigt eine schematische Ansicht eines zeitlichen Ablaufs des Verfahrens zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel (modifiziertes ETOA-Verfahren mit Dauer-An von Lautsprecher LS_B).
Wie in 6 zu erkennen ist, läuft der Lautsprecher LS_B des zweiten Endgeräts B ab dem Einschaltpunkt t_B2 im kohärenten Dauerbetrieb bis zum Ende von Schritt 2B. Entweder sendet das zweite Endgerät B das zweite Testsignal der Länge Δt_TS aus oder eine Nullfolge mit der definierten Zeitdauer (t_B(x+2) - t_Bx - Δt_TS) wird gesendet, um danach wieder das zweite Testsignal mit der Länge Δt_TS zu senden. Das Verhältnis zwischen Testsignallänge Δt_TS und Pausenlänge (t_B(x+2) - t_Bx - Δt_TS) sei dabei beliebig vorgebbar. Alternativ kann von dem zweiten Endgerät auch ein zweites akustisches Signal gesendet werden, wobei das zweite akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist.
Auch auf der Empfangsseite von dem ersten Endgerät A wiederholt sich diese Periodizität von Testsignal und Nullfolge. Dabei kann das erste Endgerät A nach dem Start seiner Aufzeichnung zum Zeitpunkt t_A1 sowie einer Verzögerung von mindestens der Testsignallänge Δt_TS mit der fortlaufenden Auswertung des Empfangssignals beginnen. Dabei sind folgende Szenarien möglich:

1) Der Empfänger (z.B. das erste Endgerät A) findet einen ersten Startzeitpunkt t_Ax. Dann ist dem Empfänger (z.B. dem ersten Endgerät A) bekannt, dass das zweite Testsignal Sig_B bzw. ein Testsignalabschnitt Sig_B des zweiten akustischen Signals und damit ein weiterer Startzeitpunkt nach einem konstanten Zeitversatz erneut im Empfangssignal aufzufinden ist. Die Signaldetektion verfügt damit über Vorabwissen und kann damit wesentlich genauer im Empfangssignal suchen. Findet die Signaldetektion diesen gesuchten neuen Startzeitpunkt t_A(x+2), dann kann der Empfänger (z.B. das erste Endgerät A) anhand einer IST-SOLL Analyse der Startzeitpunkt-Differenz überprüfen, wie genau die Startzeitpunkte getroffen wurden. Da dieser Vorgang der periodischen Testsignalwiederholung gemäß 6 insgesamt N₄-mal erfolgt, besteht somit (N₄-1)-mal die Möglichkeit jeweils einen zusätzlichen Startzeitpunkt zu schätzen und eine entsprechende Analyse der Laufzeit-Differenz durchzuführen. Da nicht bekannt ist, ob der erste gefundene Startzeitpunkt t_Ax auch der erste bei N₄=1 ausgesandte Zeitpunkt ist, sollte die Suche nach weiteren Startzeitpunkten gegebenenfalls auch vor dem ersten gefundenen Startzeitpunkt t_Ax im Empfangssignal erfolgen. Je mehr mögliche Startzeitpunkte gefunden werden, umso mehr Zuverlässigkeitsinformation kann daraus abgeleitet werden, insbesondere dadurch, dass die Zeitabstände zwischen den einzelnen Startzeitpunkten bekannt sind.
2) Lässt sich keiner der N₄ Startzeitpunkte finden, so kann in einem weitergehenden Schritt das vollständige Gesamtsignal mit der zeitlichen Länge ΔTS_Gesamt als weiteres neues Testsignal verwendet werden. Der zusätzliche SNR-Gewinn durch die Verwendung längerer Testsignale wird im nächsten Abschnitt (Abschnitt 1.3) erläutert. Die Verwendung längerer Testsequenzen erweist sich dann als vorteilhaft, wenn beispielsweise am Mikrofon scheuernde Stoffe das Umgebungsrauschen zeitweise signifikant ansteigen lassen.

Wie also in 6 zu erkennen ist, sendet das erste Endgerät A das erste Testsignal Sig_A aus, welches vom ersten Endgerät A zum ersten Detektionszeitpunk t_A1 und vom zweiten Endgerät B zum zweiten Detektionszeitpunkt t_B1 detektiert wird. Das zweite Endgerät B sendet das zweite Testsignal Sig_B mehrfach aus, welches von dem zweiten Endgerät B zu allen Detektionszeitpunkten aus einem Satz von dritten Detektionszeitpunkten t_B3, t_B5,..., t_B21 und von dem ersten Endgerät A zu einem Detektionszeitpunkt aus einem Satz von vierten Detektionszeitpunkten t_A3, t_A5, ..., t_A21 detektiert wird.
Hierbei bezeichnet in 6 t_Diff1 jeweils die Differenz zwischen einem der Detektionszeitpunkte aus dem Satz von vierten Detektionszeitpunkten t_A3, t_A5, ..., t_A21 und dem ersten Detektionszeitpunkt t_A1, t_Diff2 jeweils die Differenz zwischen einem der Detektionszeitpunkte des Satzes von dritten Detektionszeitpunkten t_B3, t_B5, ..., t_B21 und dem zweiten Detektionszeitpunk t_B1. Ferner bezeichnet t_Diff3 die Differenz zwischen dem ersten Detektionszeitpunk t_A1 und dem Zeitpunkt t_A0 der Aussendung des ersten Testsignals Sig_A, und t_Diff4 jeweils die Differenz zwischen einem Detektionszeitpunk aus dem Satz von dritten Detektionszeitpunkten t_B3, t_B5,..., t_B21 und einem zeitlich korrespondierenden Zeitpunkt aus einem Satz von Zeitpunkten t_B2, t_B4, ..., t_B20 von Aussendungen des zweiten Testsignals Sig_B. Ferner bezeichnet Δt_D die von der Entfernung zwischen den zwei mobilen Endgeräten A und B abhängige Zeit zwischen dem Zeitpunkt des Aussendens eines der Testsignale durch eines der zwei mobilen Endgeräten A und B und dem Detektionszeitpunkt des jeweiligen Testsignals durch das jeweilig andere mobile Endgerät.
Bei Ausführungsbeispielen kann das Endgerät (z.B. ein Lautsprecher des Endgeräts) das Testsignal periodisch aussenden, wobei sich dazwischen Pausen befinden können. Die Zeitabstände zwischen den identischen Testsignalen sind beiden Endgeräten bekannt und müssen nicht unbedingt alle identisch sein. Wird eines dieser Testsignale auf Empfangsseite gefunden, so weiß der Empfänger in welcher zeitlichen Position er die anderen Testsignale zu finden hat. Er muss dafür sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung suchen. Je mehr Startzeitpunkte gefunden werden, desto bessere qualitative wie auch quantitative Aussagen lassen sich bei der nachfolgenden Distanzberechnung treffen. Wird kein Startzeitpunkt gefunden, dann kann das Gesamtsendesignal der Länge ΔTS_Gesamt als zusätzliches langes Testsignal verwendet werden. Dies ist dann vorteilhaft, wenn das Umgebungsrauschen sehr groß ist.
1.1.3 Variation der Testsignallänge Δt_TS beim modifizierten ETOA-Verfahren
Einer der Gründe, warum die Einzelerfolgsraten $P_{S u c c}^{\bar{A B}}$
oder $P_{S u c c}^{\bar{B A}}$
sehr niedrig sind, kann ein sehr schlechtes Signal-zu-Rauschverhältnis (SNR) sein, entweder weil die Signalleistung S mit zunehmender Entfernung abnimmt oder weil das Rauschen N beispielsweise durch einen am Mikrofon scheuernden Stoff stellenweise signifikant ansteigt.
Es ist bekannt, dass bei einem Korrelationsempfänger mit zunehmender Länge des zu korrelierenden Testsignals ein SNR-Gewinn $g = 10 \cdot {log}_{10} (\frac{Δ t_{T S 2}}{Δ t_{T S 1}}) (dB)$
erzielt werden kann. Steigt beispielsweise die Testsignallänge Δt_TS1 aus dem ersten Beispiel von 100 ms auf Δt_TS2 = 500 ms an, so ergibt dies einen Gewinn g von 7 dB. Ein Δt_TS2-Wert von 1000 ms würde 10 dB Gewinn bedeuten. Die „Peak“-Suche (oder Maximum-Suche) bei der Korrelation von Empfangssignal und dem Referenz-Testsignal könnte davon signifikant profitieren. Andererseits gilt es zu beachten, dass bei derartigen Korrelationslängen andere Störeffekte wie Frequenzoffsets oder Dopplereffekte deutlich an negativem Einfluss gewinnen. Auch die mittlere Zeitdauer für einen erfolgreichen Messvorgang würde ansteigen: von den ursprünglich 3.380 ms (Δt_TS = 100 ms) auf 13.780 ms (Δt_TS = 500 ms) bzw. 26.780 ms (Δt_TS = 1000 ms). Andererseits gilt aber auch zu beachten, dass sich aufgrund der längeren Testsignale auch die jeweiligen Einzelerfolgsraten $P_{S u c c}^{\bar{A B}}$
oder $P_{S u c c}^{\bar{B A}}$
verbessern können und damit die Anzahl der Versuche sinkt, bis eine Distanzmessung erfolgreich ist.
Daher wird bei Ausführungsbeispielen variable Testsignallängen verwendet und zwar möglichst nur dort, wo sie auch benötigt werden. Beim neuen modifizierten ETOA-Verfahren kann beispielsweise beim ersten Schritt mit kürzeren Längen von 50 bis 150 ms begonnen werden. Liefern hier die zwei oder drei Messdurchgänge nach 1 keine gültige Distanzmessung bzw. zufriedenstellende Einzel-Distanz-Auswertungen zur Typisierung der beiden Einzelerfolgsraten, dann kann für die nächsten Messdurchgänge eine deutlich längere Testsignallänge verwendet werden. Zeigen sich hier bessere Auswertungserfolge, so kann diese Testsignallänge auch im zweiten Verfahrensschritt nach 4 verwendet werden. Hier kann auch ein hybrider Lösungsansatz verwendet werden: Hat sich im ersten Verfahrensschritt gezeigt, dass die bessere Einzelerfolgsrate mit einer kürzeren Testsignallänge gut zurecht kommt und die andere Messrichtung eine längere Testsignallänge benötigt, dann können in beide Richtungen jeweils unterschiedliche Testsignallängen verwendet werden. Der Transfer der benötigten Informationen zu den verschiedenen Testsignallängen erfolgt während der Mess-Initialisierung über die Kurzdistanzfunkverbindung (z.B. Bluetooth-Verbindung).
Bei Ausführungsbeispielen erfolgt ein intelligenter und am Bedarf orientierter Einsatz von Testsignallängen mit unterschiedlicher Zeitdauer. Auch den Einzelerfolgsraten angepasste hybride Lösungen sind möglich.
1.2. Zweistufiges messdaueroptimiertes modifiziertes ETOA Verfahren mit unterschiedlichen Testsignallängen und kohärenter sowie inkohärenter Signalauswertung
7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 200 zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten, die über eine Kurzdistanzfunkverbindung (z.B. WPAN, wie z.B. Bluetooth) miteinander verbunden sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren umfasst einen Schritt 202 des Sendens eines ersten akustischen Signals von einem ersten mobilen Endgerät zu einem zweiten mobilen Endgerät der zwei mobilen Endgeräte, wobei das erste akustische Signal in der Zeit (z.B. periodische oder nicht periodische) akustische Testsignalabschnitte aufweist. Ferner umfasst das Verfahren 200 einen Schritt 204 des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen ersten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A1, t_A3, t_A5, t_A7) zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren 200 einen Schritt 206 des Detektieren der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B1, t_B3, t_B5, t_B7) zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren 200 einen Schritt 210 des Sendens eines zweiten akustischen Signals von dem zweiten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät, wobei das zweite akustische Signal in der Zeit (z.B. periodische oder nicht periodische) akustische Testsignalabschnitte aufweist. Ferner umfasst das Verfahren 200 einen Schritt 212 des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um einen dritten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B9, t_B11, t_B13, t_B15) zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren 200 einen Schritt 214 des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A9, t_A11, t_A13, t_A15) zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren 200 einen Schritt 216 des Ermittelns einer Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen

- einer Differenz zwischen einem (z.B. erfolgreichen) Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A9, t_A11, t_A13, t_A15) (z.B. der bei dem Schritt des Detektierens (214) erhalten wurde) und einem Detektionszeitpunkt aus dem ersten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A1, t_A3, t_A5, t_A7), der mit dem (z.B. erfolgreichen) Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B1, t_B3, t_B5, t_B7) (z.B. zeitlich) korrespondiert, und
- einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B9, t_B11, t_B13, t_B15), der mit dem (z.B. erfolgreichen) Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A9, t_A11, t_A13, t_A15) (z.B. zeitlich korrespondiert), und einem (z.B. erfolgreichen) Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B1, t_B3, t_B5, t_B7).

Bei Ausführungsbeispielen kann das in 7 gezeigte Verfahren 200 von dem in 3 gezeigten ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät ausgeführt werden.
Im Folgenden werden detaillierte Ausführungsbeispiele des in 7 gezeigten Verfahrens 200 näher beschrieben.
Das Verfahren 200 bietet alle zuvor diskutierten Vorteile. Auch der erste Schritt aus Abschnitt 1 kann ersatzlos entfallen. Der in Abschnitt 1.2 beschriebene Lösungsansatz, dass der Lautsprecher im Dauerbetrieb seine Testsignale aussendet, wird nun wie in 8 dargestellt ist, in beide Richtungen betrieben. 8 zeigt hierbei eine schematische Ansicht eines zeitlichen Ablaufs des Verfahrens 200 zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten, gemäß einem Ausführungsbeispiel (modifiziertes ETOA-Verfahren).
Wie in 8 zu erkennen ist, erfolgt das in Abschnitt 1.2 für die Richtung vom zweiten Endgerät B zum ersten Endgerät A besprochene Vorgehen nun auch in Richtung vom ersten Endgerät A zum zweiten Endgerät B:

1) Beide Empfänger (z.B. erstes Endgerät A und zweites Endgerät B) haben die Möglichkeit einer Einzelsignaldetektion des kurzen Testsignals mit der Länge Δt_TS. Wird ein Startzeitpunkt gefunden, so können durch die vorab bekannten Zeitverschiebungen auch die anderen Startzeitpunkte präziser gefunden werden. Durch IST-SOLL Analysen der verschiedenen Startzeitpunkt-Differenzen lassen sich qualitative Zuverlässigkeitsaussagen treffen. Dabei sollte in jede Richtung zumindest ein Startzeitpunkt gefunden werden. Werden mehrere Startzeitpunkte gefunden, kann bei der Distanzberechnung, wie in Abschnitt 1.1 beschrieben, verschiedene statistische Auswertungen durchgeführt werden.
2) Als zusätzliche Messung oder für den Fall, dass zumindest in eine der beiden Richtungen kein Startzeitpunkt eines kurzen Testsignals der Länge Δt_TS zuverlässig bestimmt werden konnte, kann eine Korrelation mit dem Gesamtsignal der Länge ΔTS_Gesamt durchgeführt werden. Die Verwendung längerer Testsignale erweist sich, wie in Abschnitt 1.3 beschrieben, dann als vorteilhaft, wenn beispielsweise am Mikrofon scheuernde Stoffe das Umgebungsrauschen zeitweise signifikant ansteigen lassen. Diese Auswertung kann ebenfalls, oder gemeinsam mit den Ergebnissen aus 1), zur Distanzberechnung herangezogen werden.
3) Es ist zu beachten, dass die maximale Auswertungsdauer Δt_{Bild_5} = (t_A15 - t_A1) nicht beliebig anwachsen darf. Lange Verzögerungszeiten können zeitliche Abweichungen durch unterschiedliche Abtastraten der beiden Endgeräte A und B verursachen und auch der Fall von zeitvarianten Kanaleigenschaften (Dopplerverschiebung, Mehrwegeausbreitung) kann Fehler verursachen. Insofern sollte die Mess- oder Auswertungsdauer einen Zeitrahmen von 1000 bis 1500 ms nicht übersteigen. Wird beispielsweise eine Testsignallänge von Δt_TS = 100 ms vorgegeben und eine Pause von 50 ms gewählt, dann resultiert mit N₃ = N₄ = 4 eine Gesamtsignallänge von ΔTS_Gesamt= 600 ms. Damit ergibt sich eine Gesamtauswertungsdauer von etwas mehr wie Δt_{Bild_5} = 1200 ms. Bei der Auswertung der einzelnen Aufnahmezeitpunkte sollten die unterschiedlichen Zeitspannen in der Distanz-Analyse konstruktiv berücksichtigt werden: Änderungen zeigen gegebenenfalls ein dynamisches Bewegungsprofil und sollten anders gehandhabt werden, wie beispielsweise der statische Fall. Hier kann dann über größere Zeiträume gemittelt werden.

Wie also in 8 zu erkennen ist, sendet das erste Endgerät A wiederholt das erste Testsignal Sig_A bzw. das erste akustische Signal mit den Testsignalabschnitten Sig_A aus, wobei die Testsignalabschnitte Sig_A von dem ersten Endgerät A zu allen Detektionszeitpunkten aus einem ersten Satz von Detektionszeitpunkten t_A1, t_A3, ..., t_A7 und von dem zweiten Endgerät B zu einem oder mehreren Detektionszeitpunkten aus einem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten t_B1, t_B3, ..., t_B7 detektiert werden. Das zweite Endgerät B sendet weiderholt das zweite Testsignal Sig_B bzw. das zweite akustische Signal mit den Testsignalabschnitten Sig_B aus, wobei die Testsignalabschnitte von dem zweiten Endgerät B zu allen Detektionszeitpunkten aus einem dritten Satz von Detektionszeitpunkten t_B9, t_B11, ..., t_B15 und von dem ersten Endgerät A zu einem oder mehreren Detektionszeitpunkten aus einem vierten Satz von Detektionszeitpunkten t_A9, t_A11, ..., t_A15 detektiert werden.
Die Differenz f_Diff1 kann hierbei zwischen einem (z.B. erfolgreichen) Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A9, t_A11, t_A13, t_A15) und einem Detektionszeitpunkt aus dem ersten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A1, t_A3, t_A5, t_A7) , der mit dem (z.B. erfolgreichen) Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B1, t_B3, t_B5, t_B7) zeitlich korrespondiert, gebildet werden.
Die Differenz t_Diff2 kann hierbei zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B9, t_B11, t_B13, t_B15), der mit dem (z.B. erfolgreichen) Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A9, t_A11, t_A13, t_A15) zeitlich korrespondiert, und einem (z.B. erfolgreichen) Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B1, t_B3, t_B5, t_B7), gebildet werden.
In 8 bezeichnet Δt_D die von der Entfernung zwischen den zwei mobilen Endgeräten A und B abhängige Zeit zwischen dem Zeitpunkt des Aussendens eines der Testsignale durch eines der zwei mobilen Endgeräten A und B und dem Detektionszeitpunkt des jeweiligen Testsignals durch das jeweilig andere mobile Endgerät.
Bei Ausführungsbeispielen werden die Testsignale Sig_A und Sig_B (z.B. von den jeweiligen Lautsprechern der zwei Endgerät A und B) ohne Unterbrechung mehrfach in beide Richtungen ausgesendet. Zwischen den kurzen Testsignalen der Länge Δt_TS können sich Signalpausen befinden, die falls erforderlich, unterschiedliche Längen haben können. Die einzelnen Zeitabstände zwischen den Testsignalen sind beiden Endgeräten A und B bekannt. Wird der Startzeitpunkt eines dieser Testsignale auf einer der beiden Empfangsseiten gefunden, so ist dem jeweiligen Empfänger bekannt in welcher zeitlichen Position dieser die Startzeitpunkte der anderen Testsignale zu finden hat. Gegebenenfalls hat der jeweilige Empfänger sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung zu suchen. Je mehr Startzeitpunkte gefunden werden, desto bessere qualitative wie auch quantitative Aussagen lassen sich bei der nachfolgenden Distanzberechnung treffen. Wird kein Startzeitpunkt gefunden, dann kann das Gesamtsendesignal der Länge ΔTS_Gesamt als zusätzliches langes Testsignal verwendet werden. Dies ist dann vorteilhaft, wenn das möglicherweise schwankende Umgebungsrauschen sehr groß ist.
1.2.1 Ineinander verschachtelte Aussendung der Testsignale
Durch die mehrfache Aussendung der Testsignale bis zu einer bestimmten Höchstanzahl N₃ durch das erste Endgerät A im Schritt A des Verfahrens in 8 entsteht potentiell eine lange Verzögerung zwischen den für die Auswertung verwendeten Eigenempfangszeitpunkten t_A1, t_A3, t_A5 ... und den darauffolgenden Fremdempfangszeitpunkten t_A9, t_A11, t_A13 ... (siehe 8). Diese lange Verzögerung kann bewirken, dass sich der Frequenzoffset zwischen den beiden Abtastfrequenzen sowie zeitvariante Kanaleigenschaften (Dopplerverschiebung, Mehrwegeausbreitung) negativ auf die Messgenauigkeit auswirken. Insbesondere kann das Distanzschätzergebnis durch unterschiedliche Kanalbedingungen während der beiden Mess-Schritte verfälscht werden, obwohl beide Endgeräte A und B in der Lage waren, die jeweiligen Signale erfolgreich zu detektieren.
Als Lösungsansatz dieser Problematik können die beiden Schritte A und B aus dem in Abschnitt 1 beschriebenen Verfahren ineinander verschachtelt ausgeführt werden. Hierzu können die beiden Endgeräte A und B abwechselnd je eine Aussendung vornehmen um dann eine vom anderen Gerät zu empfangen. Die Zeitabstände zwischen der Aussendung und dem Empfang eines Paares an Testsignalen ist folglich ähnlich wie 1 minimal.
Damit die Gesamtmessdauer kürzer oder gleich der von Abschnitt 1 wird, sollte eine möglichst genaue Anfangssynchronisation vorliegen, da die Endgeräte koordiniert aussenden und empfangen. Es sollte vermieden werden, dass beide Lautsprecher zum selben Zeitpunkt ein Testsignal aussenden. Zu dem Zeitpunkt wo eines der Endgeräte sein Testsignal aussendet, sollte das andere Endgerät die kohärente Nullfolge aussenden.
Der Schutzabstand, also die zeitliche Dauer (t_A(x+2) - t_Ax - Δt_TS) der Nullfolgen zwischen den Testsignalen, ist daher entsprechend groß zu wählen. Zum einen ist die Differenz aufgrund der grobem Zeitsynchronisation der beiden Endgeräte bzgl. der Applikations-Startzeitpunkte $t_{A 0}^{*}$
sowie $t_{B 0}^{*}$
zu berücksichtigen, sowie die maximale Laufzeitdifferenz Δt_D und die Testsignallänge Δt_TS. Wird beispielsweise für $(t_{B 0}^{*} - t_{A 0}^{*})$
circa 20 ms veranschlagt, für Δt_D 30 ms und für Δt_TS= 100 ms, so ergibt sich ein Schutzabstand von mindestens 150 ms. Damit resultiert bei Annahme von N₃ = N₄ = 4 eine Gesamtauswertungsdauer von etwa 1000 ms.
Bei Ausführungsbeispielen wird die zeitliche Abfolge der Messungen derart verändert, sodass die Endgeräte jeweils abwechselnd Aussendungen vornehmen. Damit wird der relative Zeitunterschied zwischen Aussendung und Empfang der Testsignale minimiert, wodurch sich bessere Eigenschaften des Verfahrens in zeitvarianten Kanälen erwarten lassen.
2. Messdauer- sowie performanceoptimiertes Verfahren bei der akustischen Entfernungsvermessung mobiler Endgeräte
Wie bereits oben in Abschnitt 1 beschrieben, ist zur akustischen Distanzvermessung von zwei Mobilgeräten das in 1 dargestellte ETOA-Verfahren [1], [2] („Elapsed time between the two Time-Of-Arrivals“) gut geeignet, da sich das ETOA-Verfahren durch folgende Vorteile auszeichnet:

• Gemäß dem ETOA-Verfahren wird die Entfernung durch Auswertung der jeweils verstrichenen Zeitdifferenzen der einzelnen Mikrofon-Aufzeichnungen getrennt in beiden Endgeräten gemessen. Daher wird im Gegensatz zu vielen anderen Messverfahren keine exakte Zeitsynchronisation (was einen erheblichen Mehraufwand bedeuten würde) zwischen den beiden Mobilgeräten benötigt.
• Die Applikation benötigt keine Echtzeitkontrolle der exakten Sende- und Empfangszeitpunkte, was die gängigen mobilen Betriebssysteme wie Android oder iOS auch nicht ermöglichen.

Bzgl. der genauen Funktionsweise des ETOA-Verfahrens sei auf die oben zu Beginn von Abschnitt 1 gemachten Ausführungen verwiesen.
Das herkömmliche ETOA-Verfahren hat jedoch die folgenden zwei Nachteile:

1. Damit eine gültige Messung zustande kommt, müssen die Auswertungen in beide Empfangsrichtungen (von Endgerät A zu Endgerät B sowie umgekehrt) gleichzeitig mit hinreichender Qualität verfügbar sein.
2. Die gewählte Länge des zur Signaldetektion benötigten Testsignals ist immer eine Kompromisslösung: möglichst lange bei reiner Rauschstörung und deutlich kürzer bei Störeffekten wie Frequenzoffset oder Dopplereffekte.

Der erste Nachteil, der beidseitig gleichzeitig benötigte Auswertungserfolg nach 1 kann dadurch abgeschwächt werden, dass durch mehrfaches Aussenden des Testsignals in die eine Richtung (siehe hierzu 8), dies solange wiederholt wird bis eine erfolgreiche Auswertung erfolgt ist und anschließend bei fortwährender Signalaufzeichnung in beiden Endgeräten die wiederholte Testsignal-Aussendung in die Rückrichtung durchgeführt wird, bis auch hier ein erfolgreicher Messversuch stattgefunden hat (siehe Ausführungsbeispiele oben in Abschnitt 1).
Durch dieses neue nunmehr zweistufige ETOA-Messverfahren nach 8 (siehe Ausführungsbeispiele oben in Abschnitt 1) lässt sich die für eine gültige Distanzmessung benötigte Versuchsanzahl deutlich reduzieren. Wird mit $P_{S u c c}^{\bar{A B}}$
die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Übertragung von Endgerät A nach Endgerät B und entsprechend mit $P_{S u c c}^{\bar{B A}}$
die umgekehrte Übertragungsrichtung bezeichnet und wird beispielsweise ein $P_{S u c c}^{\bar{A B}} = P_{S u c c}^{\bar{B A}} = 0.2$
vorgegeben, so benötigt das Standard-ETOA-Verfahren nach 1 im statistischen Mittel 25 Einzelmessungen (und dies jeweils in beide Übertragungsrichtungen) bis eine erfolgreiche Distanzmessung zustande gekommen ist. Das zweistufige ETOA-Messverfahren nach 8 benötigt hingegen im statistischen Mittel nur 10 Messvorgänge in jeweils lediglich eine Richtung. Bei diesem Beispiel liegt das zeitliche Einsparpotential somit bei 80%.
Die Lösung des zweiten Problems ergibt sich ebenfalls aus 8. Das mehrfache Aussenden des Testsignals erfolgt in periodischen Abständen, wobei sich das Testsignal über die volle Periodenlänge erstrecken kann oder durch das Aussenden einer Nullfolge aufgefüllt wird. Damit resultiert ein Gesamtsignal, welches sich aus L_AB bzw. LBA periodisch wiederholten Teilsignalen zusammensetzt. Der Detektor auf der Empfängerseite kann nun versuchen, die Startzeitpunkte der einzelnen kurzen Testsignale zu extrahieren, oder er kann versuchen, über die kohärent ermittelten Korrelationsteilergebnisse der L_AB bzw. LBA Testsignale nichtkohärent zu mitteln (teilkohärentes Verfahren) oder er kann alternativ versuchen, über das Gesamtsignal zu korrelieren (vollkohärentes Verfahren) und diesen Startpunkt erfolgreich zu erkennen. Letzteres ist dann besonders vorteilhaft, wenn das Umgebungsrauschen sehr groß ist. Die Auswertung der kürzeren Testsignale auf teilkohärenter Basis ist dagegen bei Störeffekten wie Frequenzoffset oder Dopplereffekte vorteilhafter.
Zusammenfassend gilt festzuhalten: Für die verschiedenen Varianten des ETOA-Verfahrens wird keine exakte Zeitsynchronisation zwischen den Endgeräten benötigt und es bestehen auch keine Echtzeitanforderungen an die Sende- und/oder Empfangsapplikation. Mögliche Fehlerquellen in Gleichung (3) sind die Abhängigkeit der Schallgeschwindigkeit c_Luft von Temperatur, Luftfeuchte und Luftdruck, ein möglicher Frequenzoffset zwischen den beiden Abtastfrequenzen und Ungenauigkeiten bei der Bestimmung der einzelnen Indizes n_x. Im Rahmen der Messgenauigkeit, die hier von Interesse sind, kann die Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit vernachlässigt werden. Lediglich die Zuverlässigkeit der Bestimmung der beispielhaften vier Startindizes n_A1 , n_A3, n_B1, n_B3 (und hier insbesondere die dem Beginn des jeweils fremden und somit schwächeren Signals zugeordneten n_A3 und n_B1) hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab. Ein ungünstiges Signal-zu-Rauschverhältnis (SNR) aufgrund der Ausbreitungsdämpfung, Mikrofonstörungen z.B. aufgrund scheuernder Stoffe, Mehrwegeausbreitungen aufgrund von akustischen Reflexionen, eine fehlende Schallausbreitung auf direktem Weg (engl. line of sight) oder auch Doppler-Effekte können das zuverlässige Auffinden des Beginns des jeweiligen Testsignals sehr erschweren.
Zur Verbesserung der Startindexbestimmung bedarf es einer ganzen Reihe von Maßnahmen, die an unterschiedlichen Stellen ansetzen:

1) Sendeseitiges Design des oder der akustischen Testsignale,
2) Auswahl eines geeigneten ETOA-Messverfahrens,
3) Optimierung der Signaldetektion auf Empfängerseite.

Die Ausführungsbeispiele in Abschnitt 1 beschäftigen sich im Wesentlichen mit dem zweiten Punkt, wohingegen sich die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele auf das Zusammenspiel von Sender und Empfänger beziehen. Dazu werden allgemein die Auswirkungen verschiedener akustischer Testsignale auf die Performance der Detektion untersucht und die verschiedenen kohärenten und teilkohärenten Korrelationsansätze analysiert sowie die Entscheidungslogik des Detektors beschrieben.
9 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Empfängers 120, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Der Empfänger 120 ist konfiguriert, um ein akustisches Testsignal Sig zu empfangen (z.B. mittels eines Mikrofons M), um ein empfangenes akustisches Testsignal zu erhalten, wobei das empfangene akustische Testsignal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte (z.B. mit vorgegebenen oder bekannten (z.B. gleichen oder unterschiedlichen) akustischen Sequenzen, vgl. Testsignalabschnitte bzw. Teil-Testsignal _SK(I) in 8) aufweist, wobei der Empfänger 120 konfiguriert ist, um für eine Detektion eines Empfangszeitpunkts des akustischen Testsignals Sig oder zumindest eines Teils (z.B. mit zumindest zwei Testsignalabschnitten) des akustischen Testsignals Sig eine erste kohärente Korrelation, z.B. mittels einer ersten kohärenten Korrelationsstufe 122, und eine zweite teilkohärente Korrelation, z.B. mittels einer zweiten teilkohärenten Korrelationsstufe 124, durchzuführen.
Der Empfänger 120, z.B. die erste kohärente Korrelationsstufe 122, ist hierbei konfiguriert, um bei der Durchführung der ersten kohärenten Korrelation das empfangene akustische Testsignal Sig' mit einem akustischen Referenzsignal, das akustische Referenzsignalabschnitte aufweist, die mit den akustischen Testsignalabschnitten des empfangenen akustischen Testsignals korrespondieren, kohärent zu korrelieren, um ein erstes kohärentes Korrelationsergebnis 126 zu erhalten.
Der Empfänger 120, z.B. die zweite teilkohärente Korrelationsstufe 124, ist hierbei konfiguriert, um bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation zumindest einen Teil (z.B. zumindest zwei (z.B. eine echte Teilmenge) oder alle) der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals Sig'

- jeweils mit einem korrespondierenden akustischen Referenzsignalabschnitt kohärent zu korrelieren
- oder gruppenweise mit jeweiligen Referenzsignalabschnitten kohärent zu korrelieren (z.B. wobei jede Gruppe zumindest zwei Testsignalabschnitte aufweist und wobei jede Gruppe eine echte Teilmenge aller Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals ist),

Der Empfänger 120 ist hierbei konfiguriert, um den Empfangszeitpunkt 130 des akustischen Testsignals Sig oder des zumindest einen Teils des akustischen Testsignals Sig in Abhängigkeit von dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis 126 (z.B. einem ersten Korrelationsmaximum oder Korrelationsnebenmaximum des ersten Korrelationsergebnisses) und dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis 128 (z.B. einem zweiten Korrelationsmaximum oder Korrelationsnebenmaximum des zweiten Korrelationsergebnisses) basierend auf einem aus dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis 126 oder dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis 128 zu detektieren.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Empfänger 120 konfiguriert sein, um ein erstes Korrelationsmaximum des ersten kohärenten Korrelationsergebnisses 126 zu ermitteln und um ein zweites Korrelationsmaximum des zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnisses 128 zu ermitteln, wobei der Empfänger 120 konfiguriert sein kann, um den Empfangszeitpunkt 130 des akustischen Testsignals Sig oder des zumindest einen Teils des akustischen Testsignals Sig basierend auf

- dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis 128 zu detektieren, wenn ein Verhältnis zwischen einem Wert (z.B. Betrag oder Betragsquadrat) des zweiten Korrelationsmaximums und einem Wert (z.B. Betrag oder Betragsquadrat) des ersten Korrelationsmaximums größer ist als eine Schwelle, und
- sonst basierend auf dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis 126.

Bei Ausführungsbeispielen kann der Empfänger 120 konfiguriert sein, um, wenn der Empfangszeitpunkt basierend auf dem ersten kohärenten Detektionsergebnis 126 ermittelt wird, den Empfangszeitpunkt basierend auf einem ersten Korrelationsmaximum oder ersten Korrelationsnebenmaximum (z.B. einer zeitlichen Lage des ersten Korrelationsmaximums oder ersten Korrelationsnebenmaximums) des ersten kohärenten Korrelationsergebnisses 126 zu ermitteln.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Empfänger 120 konfiguriert sein, um, wenn der Empfangszeitpunkt basierend auf dem zweiten teilkohärenten Detektionsergebnis 128 ermittelt wird, den Empfangszeitpunkt basierend auf einem zweiten Korrelationsmaximum oder zweiten Korrelationsnebenmaximum (z.B. einer zeitlichen Lage des zweiten Korrelationsmaximums oder zweiten Korrelationsnebenmaximums) des zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnisses 128 zu ermitteln.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Empfänger 120, wie dies beispielhaft in 9 angedeutet ist, in einem mobilen Endgerät 118 implementiert sein. Das zu empfangende akustische Signal Sig kann hierbei von einem anderen mobilen Endgerät ausgesendet werden. Alternativ kann das zu empfangende akustische Signal Sig von dem mobilen Endgerät 118 selber, z.B. von einem Lautsprecher LS des mobilen Endgeräts 118, ausgesendet werden.
Beispielsweise kann das mobile Endgerät 118 das oben in Abschnitt 1 beschriebene erste mobile Endgerät A und/oder das zweite mobile Endgerät B (vgl. 3) sein. Im Falle des ersten mobilen Endgeräts A kann dieses das selbst ausgesendete akustische Testsignal Sig_A empfangen und einen Empfangszeitpunkt desselben wie in Bezug auf 9 beschrieben detektieren und/oder das von dem zweiten mobilen Endgerät B ausgesendete zweite akustische Testsignal Sig_B empfangen und einen Empfangszeitpunkt desselben wie in Bezug auf 9 beschrieben detektieren. Im Falle des zweiten mobilen Endgeräts B kann dieses das selbst ausgesendete akustische Testsignal Sig_B empfangen und einen Empfangszeitpunkt desselben wie in Bezug auf 9 beschrieben detektieren und/oder das von dem ersten mobilen Endgerät A ausgesendete erste akustische Testsignal Sig_A empfangen und einen Empfangszeitpunkt desselben wie in Bezug auf 9 beschrieben detektieren.
10 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Senders 140, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Der Sender 140 ist konfiguriert, um ein akustisches Testsignal zu senden (z.B. mittels eines Lautsprechers LS), wobei das akustische Testsignal Sig in der Zeit akustische Testsignalabschnitte (vgl. Testsignalabschnitte bzw. Teil-Testsignal s_K(I) in 8) aufweist.
Bei Ausführungsbeispielen kann das akustische Testsignal Sig in der Zeit sich periodisch wiederholende akustische Testsignalabschnitte aufweisen, wobei die akustischen Testsignalabschnitte jeweils auf einer Folge mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten basieren, wobei gemäß dem vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten alle Betragsnebenmaxima einer Autokorrelationsfunktion der Folge

- gleich Null sind, oder
- (z.B. bei Binärfolgen mit den Elementen ∈ {0,1}) gleich Null und/oder Eins sind. Beispielsweise kann die Folge mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten eine sein aus
- einer komplexwertigen Zadoff-Chu-Folge,
- einer komplexwertigen P-phasigen Produktfolge,
- einer komplexwertigen perfekten Biphasen- oder Triphasen-Folge,
- einer binären m-Folge,
- einer binären Legendre-Folge.

Bei Ausführungsbeispielen können die akustischen Testsignalabschnitte auf zumindest zwei unterschiedlichen Folgen mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten basieren, wobei gemäß dem vorgegebenen periodische Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten alle Betragsnebenmaxima von Autokorrelationsfunktionen und Kreuzkorrelationsfunktionen der zumindest zwei unterschiedlichen Folgen einen Schwellwert, der eine mit Eins oder Zwei multiplizierte Wurzel der Folgenlänge [L] der zumindest zwei Folgen nicht übersteigen [Schwellwert = $2 \sqrt{L}$
[z.B. für komplexwertige Folgen], oder Schwellwert = $2 \sqrt{L},$
[z.B. für reellwertige Folgen]]. Beispielsweise können die zumindest zwei Folgen mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten zumindest zwei Folgen sein aus der Familie

Bei Ausführungsbeispielen kann der Sender 140, wie dies beispielhaft in 10 angedeutet ist, in einem mobilen Endgerät 118 implementiert sein.
Beispielsweise kann das mobile Endgerät 118 das oben in Abschnitt 1 beschriebene erste mobile Endgerät A und/oder das zweite mobile Endgerät B (vgl. 3) sein. Im Falle des ersten mobilen Endgeräts A kann dieses das erste akustische Signal SigA mit den in Bezug auf 10 beschriebenen Signaleigenschaften aussenden. Im Falle des zweiten mobilen Endgeräts B kann dieses das zweite akustische Signal SigB mit den in Bezug auf 10 beschriebenen Signaleigenschaften aussenden.
Im Folgenden werden detaillierte Ausführungsbeispiele des Empfängers 120 und/oder Senders 140 beschrieben.
2.1 Teilkohärenter Detektor für ein Testsignal, welches sich aus nicht überlappenden Teil-Testsignalen zusammensetzt
Die Verwendung der Kreuzkorrelation als Detektionsbasis zur Bestimmung der Ankunftszeit des Testsignals ist ein weit verbreitetes Analyseverfahren [1,2,3,4]. Der maximale Betragswert des Korrelationsergebnisses zwischen der Testsignalsequenz s(n) (n=1,2,...,N) und dem geeignet vorverarbeiteten und abgetasteten empfangenen Signal g(m) (m=1,2,...,M) repräsentiert im ungestörten Fall den Empfangszeitpunkt des eingehenden Testsignals, solange Fading-Effekte und fehlende LOS-Verbindung unberücksichtigt bleiben.
Werden zeitdiskrete Signale unterstellt, dann ergibt sich für die Kreuzkorrelationsfunktion der Ausdruck $φ_{s g}^{k o h \ddot{a} r e n t} (m) = \sum_{n = 1}^{N} S * (n) g (n + m)$
wobei das *-Zeichen die Konjugiert-Komplex-Operation charakterisiert. Mit argmax_m $| φ_{s g}^{k o h \ddot{a} r e n t} (m) |$
resultiert dann die Startposition des Testsignals. Hinsichtlich der Rechenkomplexität kann die Berechnung der Kreuzkorrelationsfunktion sehr aufwendig werden. Wird beispielsweise bei einer Abtastrate von f_s = 48 kHz eine Testsignallänge von 50 ms unterstellt, so beläuft sich N auf 2400 Abtastwerte, bei einer Testsignallänge von 500 ms sind es schon 24.000 Abtastwerte.
Aus Abschnitt 1 ist bekannt, dass beim Korrelationsempfänger bei Vorhandensein einer rein additiven weißen Rauschstörung mit zunehmender Testsignallänge Δt_TS ein SNR-Gewinn von $g_{N} = 10 \cdot {log}_{10} (\frac{Δ t_{T S 2}}{Δ t_{T S 1}}) = 10 \cdot {log}_{10} (K) (in dB)$
erreicht werden kann. Wächst beispielsweise die Testsignallänge Δt_TS1 von 50 ms auf Δt_TS2 = 500 ms an, so ergibt dies einen SNR-Gewinn von g_N = 10 dB.
Andererseits gilt zu beachten, dass bei entsprechend langen Korrelationslängen N andere Störeffekte wie Frequenzoffsets oder Dopplereffekte einen deutlich negativeren Einfluss auf die Detektionsrate besitzen. Je stärker diese Effekte sind, d.h. je kürzer die Kohärenzzeit des somit zeitvarianten Übertragungskanals ist, umso kürzer sollten auch die Testsignallängen sein.
Anhand von 8 ist zu erkennen, dass das Testsignal s(n) der Gesamtlänge N aus K_AB bzw. KBA Teilsequenzen besteht. Gl. (11) kann auf diese verkürzte Teilsequenz direkt angewendet werden. Bei ausschließlichem Vorhandensein eines reinen Frequenzoffsets und/oder Dopplerspreizung würde sich eine deutlich verbesserte Detektionsrate ergeben. Da aber in realen Systemen immer auch eine additive Rauschstörung im Empfangssignal vorhanden ist, würde nach Gl. (12) aufgrund der nun ja verkürzten Teilsequenz dem SNR-Gewinn ein entsprechender SNR-Verlust entgegenwirken. Dem negativen Effekt von Gl. (12) bei Verkürzung der Testsequenzlänge kann jedoch durch eine inkohärente Aufsummierung der einzelnen, jeweils kohärenten Teilkorrelationen teilweise entgegengewirkt werden. Dies sei im Folgenden beschrieben.
Das zur Schätzung verfügbare zeitdiskrete Testsignal s(n) der Gesamtlänge N wird in K einander nicht überlappende Teil-Testsignal mit jeweils der Länge L zerlegt. Mit $\frac{N}{L} = K \in ℕ$
resultiert die K Teil-Testsignale mit Länge L: $s_{k} (l) = s (l + (k - 1) \cdot L), l = 1 (1) L, k = 1 (1) K .$
Mit diesen K Teil-Testsignalen berechnen sich die K Teil-Korrelationen $φ_{s g}^{k} (m) = \sum_{l = 1}^{L} s_{k}^{*} (l) g (l + m),$
die dann betragsmäßig (und somit inkohärent), d.h. $| φ_{s g}^{i n k o h \ddot{a} r e n t} (m) | = \sum_{k = 1}^{K} | φ_{s g}^{k} (m + (k - 1) \cdot L) |$
aufaddiert werden. Mit argmax_m $| φ_{s g}^{i n k o h \ddot{a} r e n t} (m) |$
resultiert abschließend auch hier im ungestörten Fall den Empfangszeitpunkt des eingehenden Testsignals.
11a zeigt in einem Diagramm Detektions-Fehlerraten aufgetragen über ein Signal-Rausch-Verhältnis (SNR, signal-to-noise ratio) für verschiedene Kreuzkorrelationsvarianten bei einem statischen AWGN Kanal (AWGN = additive white Gaussian noise, dt. additives weißes gaußsches Rauschen). Hierbei beschreibt eine erste Kurve 150 eine Detektions-Fehlerrate in Abhängigkeit vom Signal-Rausch-Verhältnis für eine kohärente Korrelation nach Gleichung (11) über das gesamte Testsignal. Eine zweite Kurve 151 beschreibt eine Detektions-Fehlerrate in Abhängigkeit vom Signal-Rausch-Verhältnis für eine kohärente Korrelation nach Gleichung (11) über einen einzelnen Teilabschnitt des Testsignals. Eine dritte Kurve 152 beschreibt eine Detektions-Fehlerrate in Abhängigkeit vom Signal-Rausch-Verhältnis für eine teilkohärente Korrelation nach den Gleichungen (15) und (16).
Mit anderen Worten, 11a zeigt die Detektionsfehlerrate beim statischen Kanal mit additiver weißer Rauschstörung. Als Detektionsfehler wird im vorliegenden Beispiel ein Schätzfehler von mehr als ±0.5 Meter bezeichnet. Je länger die Gesamtlänge des Testsignals, umso besser die Performance. Wird die Testsignallänge von $Δ t_{T S 1} = 500$
ms (Kurve 150) auf eine Länge von Δt_TS2 = 43 ms (Kurve 151) verkürzt und wird auch hier die kohärente Auswertung gemäß GI. (11) angewandt, so ergibt sich entsprechend Gl. (12) ein Verlust von g_N = 10,6 dB. Werden jedoch die K kohärent gewonnenen Teil-Korrelationen inkohärent entsprechend Gl. (16) aufaddiert, dann stellt sich bezogen auf die Performance der einzelnen Teil-Testsignallänge der Zeitdauer von 43 ms (Kurve 151) ein Gewinn entsprechend $g_{K} = 10 \cdot {log}_{10} (\sqrt{K}) (in dB)$
ein. Im Beispiel von 11a beträgt dieser für K=12 (Kurve 152) g_K = 5.4 dB gegenüber der Ausgangskurve 151.
11b zeigt in einem Diagramm Detektions-Fehlerraten aufgetragen über ein Signal-Rausch-Verhältnis (SNR, signal-to-noise ratio) für verschiedene Kreuzkorrelationsvarianten bei einem Fading-Kanal bei einer angenommenen Geschwindigkeit von 1 km/h. In 11b beschreibt eine erste Kurve 153 eine Detektions-Fehlerrate in Abhängigkeit vom Signal-Rausch-Verhältnis für eine kohärente Korrelation nach Gleichung (11) über das gesamte Testsignal. Eine zweite Kurve 154 beschreibt eine Detektions-Fehlerrate in Abhängigkeit vom Signal-Rausch-Verhältnis für eine kohärente Korrelation nach Gleichung (11) über einen einzelnen Teilabschnitt des Testsignals. Eine dritte Kurve 155 beschreibt eine Detektions-Fehlerrate in Abhängigkeit vom Signal-Rausch-Verhältnis für eine teilkohärente Korrelation nach den Gleichungen (15) und (16).
Mit anderen Worten, in 11b wird der Einfluss des Dopplereffektes auf die Detektionsfehlerrate durch das sogenannte Jakes-Spektrum dargestellt. Dabei zeigt sich, dass die kohärente Auswertung mit einer Zeitdauer von 500 ms (Kurve 153) vollständig versagt. Eine Geschwindigkeit von 1 km/h entspricht bei (der verwendeten Abtastfrequenz von 48 kHz und der Schallgeschwindigkeit von c_Luft = 343,2 ^m/_s) einer maximal möglichen Frequenzverschiebung von circa 15 Hz. Aufgrund der daraus resultierenden kurzen Kohärenzzeit werden deutlich kürzere Testsignallängen für eine Vollkorrelation nach Gl. (11) oder eine kohärente Teil-Korrelationen nach Gl. (15) benötigt. Dieser Zusammenhang wird für die kohärente Auswertung gemäß Gl. (11) mit Δt_TS2 = 43 ms (Kurve 154) und insbesondere für die K=12 Teil-Korrelationen (mit jeweils Δt_L = 43 ms) und inkohärenter Addition entsprechend Gl. (16) (Kurve 155) in 11b veranschaulicht.
Ergänzend sei hier noch darauf hingewiesen, dass die absoluten Kurvenverläufe in 11a und 11b wenig Aussagekraft haben, da hierzu Details wie SNR, Detektionsfehlerrate oder Testsignalaufbau genauer erläutert werden müssten. Von Bedeutung sind hier lediglich die relativen Bezüge der Kurvenverläufe zueinander.
11a und 11b verdeutlichen anschaulich, dass die bisher aus der Literatur bekannte Verwendung eines Testsignals mit starrer Länge [1],[2], egal ob nun kürzer (20 bis 100 ms) oder länger (500 bis 2000 ms), welches ausschließlich vollkohärent nach Gl. (11) ausgewertet wird, in Abhängigkeit von den Störszenarien unbefriedigende Fehlerraten liefern wird.
Der deutlich überlegenere Kompromissansatz ist ein aus K kurzen Teilsignalen der Länge L zusammengesetztes Gesamt-Testsignal der Länge N, wobei der Detektor über die K kurzen Teilsignale jeweils kohärent korreliert (Gl. (15)) und die Teilkorrelationen anschließend nichtkohärent (Gl. (16)) aufaddiert werden. Der Maximalwert des teilkohärenten Korrelationsergebnisses repräsentiert dann den Empfangszeitpunkt des Testsignals. Die K kurzen Teilsignale können dabei jeweils identischen (periodischen) oder auch jeweils unterschiedlichen Inhalt aufweisen und es kann auch wie in 8 dargestellt, eingefügte Teilbereiche mit Nullfolgen geben.
Ausführungsbeispiele schaffen einen Detektor für ein ETOA-Verfahren nach 8, wobei der Detektor ein aus K kurzen Teilsignalen der Länge L zusammengesetztes Gesamt-Testsignal der Länge N erwartet, die K kurzen Teilsignale jeweils nach Gl. (15) kohärent korreliert und anschließend die zeitjustierten Teilkorrelationen nach Gl. (16) inkohärent aufaddiert. Der Maximalwert des teilkohärenten Korrelationsergebnisses repräsentiert dann den Empfangszeitpunkt des Testsignals im ungestörten Fall. Die K kurzen Teilsignale können dabei jeweils identischen (periodischen) oder auch unterschiedlichen Inhalt aufweisen und es kann auch wie in 8 dargestellt, eingefügte Teilbereiche mit Nullfolgen geben.
2.2 Situationsangepasster Detektor für ein aus nicht überlappenden Teil-Testsignalen zusammensetztes Gesamt-Testsignal mit Entscheidungs-Algorithmus
Alle bisherigen Ansätze beschreiben Kompromisslösungen von Detektoren, die entweder immer ein Testsignal mit beliebiger, aber starrer Länge vollkohärent nach Gl. (11) auswerten [1], [2], oder einen Detektor, der wie in Abschnitt 2.1 beschrieben, eine kohärente Korrelation über K Teilsignale durchführt und anschließend die zeitjustierten Teilkorrelate inkohärent aufaddiert. Es konnte gezeigt werden, dass der oben beschriebene teilkohärente Detektionsansatz die bessere Kompromisslösung darstellt.
Bei Ausführungsbeispielen können jedoch verschiedenen Detektionsansätze getrennt durchführt werden, wobei ein entsprechender Schaltalgorithmus situationsbedingt die Performance (dt. Leistungsfähigkeit) des vorangegangenen Detektors noch steigern kann, insbesondere bei Vorhandensein einer rein additiven weißen Rauschstörung.
Das Gesamt-Testsignal der Länge N besteht wie in Abschnitt 2.1 beschrieben, aus K kurzen Teilsignalen (oder Testsignalabschnitte) der Länge L. Die K kurzen Teilsignale können dabei jeweils identischen (periodischen) oder auch unterschiedlichen Inhalt aufweisen und es kann auch wie in 8 dargestellt, eingefügte Teilbereiche mit Nullfolgen geben.
Bei Ausführungsbeispielen kann nun der Empfänger 120, z.B. ein Detektor des Empfängers, folgende Schritte durchführen:

• Berechnung der kohärenten Korrelation mit jedem der K Teilsignale gemäß GI. (15) und anschließende inkohärente Aufsummation aller zeitjustierten Teilkorrelate entsprechend Gl. (16).
• Berechnung der kohärenten Korrelation des Gesamt-Testsignals mit dem gesamten Sendesignal nach Gl. (11)
• Durchführung eines Schaltalgorithmus: Die Entscheidung, welche der beiden Berechnungsvarianten ausgewählt wird, hängt vom Verhältnis der maximalen Betragswerte der beiden Korrelationsergebnisse zueinander ab

m a x | φ_{s g}^{i n k o h \ddot{a} r e n t} (m) | \leq S c h w e l l e \cdot m a x | φ_{s g}^{k o h \ddot{a} r e n t} (m) | .

Das Betragsmaximum der kohärenten Korrelation über das Gesamt-Testsignal ist stark von der Dopplerfrequenz abhängig. Je größer die Dopplerfrequenz, umso kleiner wird die Kohärenzzeit und damit die „effektive“ zur Betragsbildung beitragende Korrelationslänge. Mit zunehmendem Frequenzdrift sinkt daher das Betragsmaximum in seiner Amplitude. Falls das mit einem Schwellwert (beispielsweise Schwelle = 1.2) gewichtete Betragsmaximum der kohärenten Korrelation kleiner als das Betragsmaximum der teilkohärenten Korrelation ist, wird der Startzeitpunkt der mobilitätsrobusten teilkohärenten Berechnung genommen, andernfalls das Maximum der störungsrobusten vollkohärenten Korrelation.
12 zeigt in einem Diagramm Detektions-Fehlerraten aufgetragen über ein Signal-Rausch-Verhältnis (SNR, signal-to-noise ratio) für verschiedene Kreuzkorrelationsvarianten bei einem statischen AWGN Kanal (AWGN = additive white Gaussian noise, dt. additives weißes gaußsches Rauschen). Hierbei beschreibt eine erste Kurve 160 eine Detektions-Fehlerrate in Abhängigkeit vom Signal-Rausch-Verhältnis für eine kohärente Korrelation nach Gleichung (11) über das gesamte Testsignal. Eine zweite Kurve 161 beschreibt eine Detektions-Fehlerrate in Abhängigkeit vom Signal-Rausch-Verhältnis für eine teilkohärente Korrelation nach Gleichung (16). Eine dritte Kurve 162 beschreibt eine Detektions-Fehlerrate in Abhängigkeit vom Signal-Rausch-Verhältnis bei Anwendung des erfindungsgemäßen Schaltalgorithmus nach Gleichung (18).
Mit anderen Worten, 12 zeigt analog zu 11a erneut den statischen Kanal mit additiver weißer Rauschstörung, nun aber zusätzlich mit der Detektionsfehlerrate des gemäß Gl. (18) arbeitenden Schaltalgorithmus (Kurve 162). Durch die Wahl der Schwelle > 1 kann sichergestellt werden, dass sich der Entscheidungsalgorithmus in dieser störungsrobusten Situation fast immer für die Variante mit der kohärenten Korrelation nach Gl. (11) entscheidet. Im Mobilitätsfall von 11b sind die Ergebnisse des Schaltalgorithmus nahezu deckungsgleich mit denen der teilkohärenten Korrelation (Kurve 155 in 11b).
Mit einer oder mehreren der nachfolgend aufgeführten zusätzlichen Maßnahmen lässt sich der Empfänger 120, z.B. ein Detektor des Empfängers 120, weiter verbessern:

• Moderne Smartphones verfügen mittlerweile über sehr viele Sensoren, deren Daten sowohl zur weiteren Verbesserung des Entscheidungsalgorithmus, wie auch für eine allgemeine Lageeinschätzung, z.B. hinsichtlich einer zusätzlich benötigten Zuverlässigkeitsinformation herangezogen werden können. Wichtige Sensoren sind hier: Bewegungssensor, Gyroskop (Lagesensor), Näherungssensor (Proximity Sensor) oder der Umgebungslichtsensor. Diese Metadaten können während der Messung erfasst werden und am Ende der Messung, gemeinsam mit den gemessenen Empfangszeitpunkten der Signale, zwischen Empfänger und Sender ausgetauscht werden. Anhand dieser Daten können einzelne Teilergebnisse eine höhere oder niedrigere Gewichtung gegenüber anderen Teilergebnissen erhalten. Durch die Metadaten kann beispielsweise bekannt sein, dass keines der Geräte während mehrerer Messdurchläufe seine Position verändert hat.
• Verfeinerungen bei der Detektion des ersten Pfades. Die gesuchte Distanz muss nicht immer mit dem Betragsmaximum des jeweiligen Korrelationsergebnisses identisch sein. In Indoor-Szenarien kommt es häufiger vor, dass Reflektionen an Hindernissen einen zweiten Pfad ausbilden, der ein stärkeres Maximum besitzt als der direkte erste Pfad (engl. line-of-sight, LOS), der durch eine fehlende Sichtverbindung möglicherweise einen gedämpften Peak aufweist. Fast alle Detektionsalgorithmen [1],[2] suchen daher, ausgehend vom gefundenen Korrelationsmaximum, innerhalb eines Suchfensters der Breite B_SF in der Vergangenheit nach einem möglichen weiteren lokalen Maximum als ersten Peak, der dann den Empfangszeitpunkt des eingehenden Testsignals darstellt. Hier hat es sich als sinnvoll erwiesen eine adaptive Schwelle zu verwenden, die sowohl vom SNR (SNR = signal-to-noise ratio, dt. Signal-Rausch-Verhältnis) abhängt und auch mit der Entfernung zum Korrelationsmaximum progressiv ansteigt. Letzteres begründet sich mit dem Betragsverlauf der Nebenmaxima im Suchfenster (vgl. 17b und 18b). 13 zeigt hierzu ein Beispiel. Im Detail zeigt 13 in einem Diagramm Detektions-Fehlerraten aufgetragen über ein Signal-Rausch-Verhältnis (SNR, signal-to-noise ratio) für verschiedene Kreuzkorrelationsvarianten bei einem zeitvarianten Kanal (gausian walking, dt. gaußsches gehen). Hierbei beschreibt eine erste Kurve 163 eine Detektions-Fehlerrate in Abhängigkeit vom Signal-Rausch-Verhältnis für eine kohärente Korrelation nach Gleichung (11) über das gesamte Testsignal. Eine zweite Kurve 164 beschreibt eine Detektions-Fehlerrate in Abhängigkeit vom Signal-Rausch-Verhältnis bei Anwendung des erfindungsgemäßen Schaltalgorithmusses nach Gleichung (18). Eine dritte Kurve 165 beschreibt eine Detektions-Fehlerrate in Abhängigkeit vom Signal-Rausch-Verhältnis bei Anwendung des erfindungsgemäßen Schaltalgorithmusses nach Gleichung (18) in Kombination mit einer adaptiven, progressiven Detektionsschwelle. Im Falle des zeitvarianten Kanals „Gaussian walking“, bei dem das Doppler-Leistungsdichtespektrum mit Hilfe einer Gauß-Kurve (σ=23 Hz) beschrieben wird, erweist sich die vollkohärente Korrelation (Kurve 163) und einer Länge von 500 ms, wie nicht anders zu erwarten, als grundsätzlich ungeeignet. Der Schaltalgorithmus in Kombination mit der adaptiven Schwelle (Kurve 165) führt hier zu einer signifikanten Performancesteigerung auch gegenüber der teilkohärenten Korrelation (Kurve 164) mit Schaltalgorithmus aber mit fester, entfernungsunabhängiger Schwelle.
• Entscheidet sich der Schaltalgorithmus aus Gl. (18) für das Ergebnis der teilkohärenten Korrelationsauswertung, dann lassen sich durch weitere Verfeinerungen Zusatzinformationen gewinnen, die das Ergebnis qualitativ noch verbessern.
- - Die Zerlegung aus Gl. (13) kann mit einer anderen Aufteilung durchgeführt werden. Anstelle einer Zerlegung des Gesamt-Testsignals in K Teilfolgen, kann K mittels einer Primfaktorzerlegung über eine Permutation ihrer Primfaktoren unterschiedlich zerlegt werden. (Beispielsweise kann das in den 11a bis 13 gezeigte Zahlenbeispiel mit K=12 alternativ in die unterschiedlichen Vielfache K=6, 4, 3, 2 zerlegt werden.) Durch diese geänderte Aufteilung verschiebt sich das Verhältnis zwischen den kohärenten und inkohärenten Teilkorrelaten. Eine Auswertung der verschiedenen Ergebnisse erlaubt dann genauere Aussagen zur Dopplerfrequenz und ermöglicht auch Rückschlüsse auf die Zuverlässigkeit der getroffenen Aussagen.
- - Liefern die gerade angesprochenen unterschiedlichen Teilzerlegungen nach Gl. (13) schon eine ausreichend gute Aussage hinsichtlich der einzelnen Betragsmaxima via Auswertung von GI. (15) und damit eine Aussage über die einzelnen Empfangszeitpunkte dieser Teiltestsignale, dann kann die gesuchte Distanz D wie bereits in Abschnitt 1 dargelegt, mit den unterschiedlichen Empfangszeitpunkten mehrfach berechnet und entsprechend gemittelt werden. Die Teilergebnisse erlauben dann ebenfalls Rückschlüsse zur Zuverlässigkeit der getroffenen Aussagen.
- - Die KTeilkorrelate aus Gl. (15) können vor der Aufsummation gemäß Gl. (16) auch einer zwischengeschalteten Einzelanalyse unterzogen werden. Dies ist insbesondere bei einem impulshaften Anstieg der Rauschleistung oder einer Störung (Kleidung scheuert am Mikrofon bei einem Schritt) vorteilhaft, wo einzelne Teilkorrelate ein deutlich ungünstigeres SNR besitzen, als die anderen Teilkorrelationen. Gehen nur die besseren Anteile in Gl. (16) ein, dann kann in der Regel eine genauere Bestimmung der Position des Betragsmaximums erfolgen.

Ausführungsbeispiele schaffen einen Detektor für ein ETOA-Verfahren nach 8, wobei der Detektor ein aus K kurzen Teilsignalen der Länge L zusammengesetztes Gesamt-Testsignal der Länge N erwartet, wobei der Detektor

a. die K kurzen Teilsignale jeweils nach Gl. (15) kohärent korreliert und anschließend die Teilkorrelationen nach Gl. (16) inkohärent aufaddiert, und
b. eine kohärente Korrelation des Gesamt-Testsignal mit dem gesamten Sendesignal nach GI. (11) durchführt, und optional
c. weitere teilkohärente Korrelationen mit anderer hybrider Aufteilung berechnet.

Anschließend kann eine automatische Auswahl der verschiedenen Korrelationsergebnisse, beispielsweise gemäß Gl. (18), zur weiteren Verarbeitung erfolgen. Der Maximalwert des entschiedenen Korrelationsergebnisses repräsentiert dann den Empfangszeitpunkt des Testsignals im ungestörten Fall. Zusätzlich kann vor diesem Korrelationsmaximum unter Anwendung einer adaptiven relativen Schwelle ein erster LOS-Signalpfad gesucht werden.
Die K kurzen Teilsignale können dabei jeweils identischen (periodischen) oder auch unterschiedlichen Inhalt aufweisen und es kann auch wie in 8 dargestellt, eingefügte Teilbereiche mit Nullfolgen geben.
2.3 Erzeugung eines Testsignals, welches sich aus nicht überlappenden periodischen Teil-Testsignalen zusammensetzt
Für die beiden in den Abschnitten 2.1 und 2.2 beschriebenen Ausführungsbeispiele wird ein Sendesignal benötigt, welches im Empfänger sowohl eine störungsrobuste vollkohärente Korrelation nach Gl. (11), als auch eine mobilitätsrobuste teilkohärente Korrelation nach Gl. (16) ermöglicht.
Das Gesamt-Testsignal s(n) der Länge N besteht wie in den vorangegangenen Abschnitten beschrieben, aus K kürzeren Teilsignalen jeweils der Länge L. In diesem Abschnitt wird unterstellt, dass die K kurzen Teilsignale ein identisches Aussehen haben. Diese K-fach wiederholte Grundfolge s̃(l) der Länge L besitzt damit die Eigenschaft $\tilde{s} (l) = s (l + (k - 1) \cdot L), l = 1 (1) L, k = 1 (1) K, mit K = \frac{N}{L}$
Gesucht sei nun eine möglichst perfekte Folge s̃(l), die folgenden Anforderungen genügt:

1. Korrelation der einfachen perfekten Folge s̃(l) mit der K-fach übertragenen Folge s(n), dergestalt ${\tilde{φ}}_{s s} (m) = \sum_{l = 1}^{L} \tilde{s} * (l) \cdot s (l + m), f \ddot{u} r m = 0 (1) N - 1,$
damit für Gl. (15) möglichst gute Teilkorrelate resultieren. Die Breite der für die Teilkorrelate benötigten Messfenster beläuft sich auf jeweils L Werte und das Hauptmaximum beträgt φ̃_ss(0) = L.
2. Eine Autokorrelationsfunktion (AKF) $φ_{s s} (m) = \sum_{n} s * (n) \cdot s (n + m), f \ddot{u} r | m | = 0 (1) N - 1$
mit möglichst „gutem“ Korrelationsverhalten für die vollkohärente Korrelation. Der Ausdruck Σ_n(·) bedeutet die Summierung über alle n, für die das Argument (·) nicht verschwindet. Die Breite der AKF beläuft sich auf 2N-1 Werte und das AKF-Hauptmaximum beträgt φ̃_ss(0) = N.

Von einer perfekten Korrelationsfolge wird gesprochen [7], wenn ihre AKF bzw. eine Periode der periodischen AKF möglichst gut einem Einheitsimpuls entspricht. Außer den Hauptmaximen φ̃_ss(0) bzw. φ̃_ss(0) sollen sämtliche anderen Werte, die sogenannten Nebenwerte, Null sein.
Nach [7] existiert kein Syntheseverfahren, mit denen binäre (bipolar s(n) ∈ {-1,1} oder unipolar s(n) ∈ {0,1}) oder ternäre (s(n) ∈ {-1,0,1}) Folgen mit optimal impulsförmiger AKF gebildet werden können.
Dagegen ist die Synthese von „perfekten Folgen“ mit idealer periodischer AKF möglich, insbesondere wenn komplexwertige Folgen erlaubt werden. Besonders interessant sind uniforme Folgen, deren Elemente alle den Betrag Eins annehmen und die dadurch eine Energieeffizienz von 100 % aufweisen [7].
Am wohl bekanntesten, da intensiv beim Mobilfunkstandard LTE verwendet, sind die Zadoff-Chu-Folgen (ZC): ${\tilde{s}}_{M} (l) = exp (\frac{j π M l (l - 1)}{L}), f \ddot{u} r l = 1 (1) L,$
wobei der Parameter M so gewählt werden muss, dass M und L teilerfremd sind. Für jeden erlaubten Parameter 1 ≤ M < L entsteht dabei eine neue Zadoff-Chu-Folge. Wird für L eine Primzahl gewählt, dann resultiert mit L-1 die größte Anzahl verschiedener Zadoff-Chu-Folgen einer Familie der Länge L. Die GI. (22) gilt nur für den Fall, dass L ungerade ist. Für den Fall von geraden Längen L resultieren wegen der dann häufiger fehlenden Teilerfremdheit deutlich weniger Familienmitglieder, ein Umstand der unten in Abschnitt 2.4 berücksichtigt wird.
14 zeigt in einem Diagramm die Autokorrelationsfunktion einer vierfach übertragenen Zadoff-Chu-Folge mit einer einfachen Zadoff-Chu-Folge nach Gleichung (20). Dabei beschreibt in 14 die Ordinate einen Betrag der Autokorrelationsfunktion, und die Abszisse den Laufindex m.
Mit anderen Worten, 14 zeigt eine nach Gl. (20) 4-fach korrelierte Zadoff-Chu-Folge nach Gl. (22) mit M=4 und einer Länge von L=127. Das Testsignal wird dazu in seiner Basisbandlage analysiert. Bei einer beispielhaften Bandbreite des Testsignals von 1 kHz, beläuft sich die Sendesymboldauer in dieser Basisbanddarstellung somit auf 1 ksym/s. Ein Gesamt-Testsignal mit einer Dauer von 508 ms besteht entsprechend aus 508 (4 × 127) Symbolen.
In 14 ist deutlich die perfekte periodische AKF-Eigenschaft der Zadoff-Chu-Folge zu erkennen. Für alle Nebenwerte im Messfenster 170 gilt λ = 0. Lediglich an den beiden Rändern, geht diese Eigenschaft verloren und ähnlich wie bei einer aperiodischen AKF werden nun Nullen eingefügt und die jeweils 63 Nebenwerte an beiden Rändern nehmen Korrelationswerte ungleich Null ein.
Die vier Teilkorrelationen aus 14 werden anschließend entsprechend Gl. (16) zeitjustiert inkohärent aufsummiert. Entsprechend ausgeschnitten ist dies in Bild 15a für die Zadoff-Chu-Folge mit M=4 dargestellt. Im Detail zeigt 15a in einem Diagramm eine Summe (inkohärente Betragssumme) der zeitjustierten Teilkorrelate aus 14 für L=127 und M=4. Dabei beschreibt die Ordinate die Betragssumme der vier Teilkorrelate und die Abszisse den Laufindex m. In 15a ist ferner eine für die Detektion von evtl. relevanten Korrelationsnebenmaxima verwendetes Suchfenster 172 eingezeichnet, welches ausgehend von dem Korrelationsmaximum eine vorgegebene Zeit in die Vergangenheit reicht. Die L-1 möglichen Zadoff-Chu-Folgen zeigen dabei an den Rändern ein höchst unterschiedliches Verhalten in ihren Nebenwerten. Dieser Umstand lässt sich zur Optimierung nutzen. Während das Beispiel aus 15a für M=4 ein relativ günstiges Verhalten interessierenden Bereich zeigt, wird in 15b für M=19 ein deutlich ungünstigeres Bereichsverhalten dargestellt. Im Detail zeigt 15b in einem Diagramm eine Summe (inkohärente Betragssumme) der zeitjustierten Teilkorrelate nach Gl. (16) für L=127 und M=19. Dabei beschreibt die Ordinate die Betragssumme der vier Teilkorrelate und die Abszisse den Laufindex m. In 15b ist zur Erkennung des ersten Pfades ferner ein für die Detektion eines Korrelationsnebenmaximums verwendetes Suchfenster 172 eingezeichnet, welches ausgehend von dem Korrelationsmaximum eine vorgegebene Zeit in die Vergangenheit reicht. Von Interesse ist hierbei insbesondere der Fensterbereich 172 für die Suche des ersten Pfades. Wird beispielsweise eine Echodistanz von 7,5m erlaubt, dann entspricht dies 1000 Abtastwerten bei f_s = 48 kHz oder 21 Symbolen in der Basisbanddarstellung. Gerade der Wert bei m = -20 in 15b mit einem Betrag von 19 würde bei der Pfadsuche einen systematischen Fehler verursachen.
Für die Qualitätsbewertung sind nach [7] zwei Gütemaße gebräuchlich. Das HNV beschreibt das Haupt-Nebenmaximums-Verhältnis gemäß $H N V = \frac{φ_{s s} (0)}{max | φ_{s s} (k) |} \forall k \neq 0$
und der Merit-Faktor (MF) ist das zweite Maß: $M F = \frac{φ_{s s}^{2} (0)}{\sum_{k} {| φ_{s s} (k) |}^{2}} .$
Das HNV bewertet die impulsförmige Eigenstörung durch die Nebenwerte und der Merit-Faktor die rauschförmigen Eigenstörungen der Nebenwerte. Der Index k kann sich dabei je nach Anforderung über den gesamten oder auch nur einen Teilbereich der Nebenwerte erstrecken.
16a zeigt in einem Diagramm eine Autokorrelationsfunktion nach Gleichung (21) für die vierfach übertragene Zadoff-Chu-Folge mit M=4, L=127 und N=508. Dabei beschreibt in 16a die Ordinate den Betrag der Autokorrelationsfunktion und die Abszisse den Laufindex m.
16b zeigt in einem Diagramm einen Ausschnitt der Autokorrelationsfunktion nach Gleichung (21) für die vierfach übertragene Zadoff-Chu-Folge mit M=4, L=127 und N=508. Dabei beschreibt in 16b die Ordinate den Betrag der Autokorrelationsfunktion und die Abszisse den Laufindex m. In 16b ist zur Erkennung des ersten Pfades ferner ein für die Detektion eines Korrelationsnebenmaximums verwendetes Suchfenster 172 eingezeichnet, welches ausgehend von dem Korrelationsmaximum eine vorgegebene Zeit in die Vergangenheit reicht.
Mit anderen Worten, 16a und 16b zeigen abschließend die AKF der vollkohärenten Korrelation nach Gl. (21) für die vierfach wiederholte Zadoff-Chu-Folge s̃(l) mit M=4. Aufgrund der Wiederholungen treten in der AKF im Abstand von L Symbolen jeweils Impulsspitzen auf, die ein dreieckförmiges Verhalten zeigen. Im Falle von Fading kommt es dann durchaus vor, dass die Suche des Betragsmaximums bei der kohärenten Korrelation aus Gl. (18) nicht das Hauptmaximum beim gesuchten Index m=0 findet, sondern beispielsweise das nächste bei m=127. Dadurch entstehen Mehrdeutigkeiten. Ist die Teilsignallänge L, wie hier mit L=127 entsprechend groß, dann lässt sich diese Mehrdeutigkeit noch abfangen und entsprechend korrigieren. Eine Verschiebung des Startzeitpunkts um 127 Symbole wie im vorliegenden Beispiel, entspricht einer zusätzlichen Distanzverschiebung von ±22,8 m. Da Distanzangaben bis circa 10 m noch sinnvoll sind, kann diese Mehrdeutigkeit noch abgefangen werden. Muss jedoch, wie in 11a und 11b dargestellt, aus Performancegründen eine kleinere Teilsignallänge verwendet werden, dann kann eine derartige Mehrdeutigkeit nicht mehr erkannt und korrigiert werden. Bei einem L von beispielsweise 43 Symbolen reduziert sich die Distanzverschiebung auf 7,75 m. In diesem Fall kann auf das in Abschnitt 2.4 beschriebene Ausführungsbeispiel zurückgegriffen werden.
Neben den bisher angesprochenen Zadoff-Chu-Folgen nach GI. (22) lassen sich natürlich auch andere ähnlich „perfekte“ Folgen für die Lösung dieser Problemstellung nutzen. In [7] werden hier sowohl reellwertige wie auch andere komplexwertige Folgen mit gutem periodischen Korrelationsverhalten genannt.
Bei Ausführungsbeispielen wird ein Sendesignal erzeugt, welches im Empfänger sowohl eine störungsrobuste vollkohärente Korrelation nach Gl. (11), als auch eine mobilitätsrobuste teilkohärente Korrelation nach Gl. (16) ermöglicht. Dazu wird ein Gesamt-Testsignal s(n) der Länge N verwendet, das aus K identischen Grundfolgen s̃(l) mit jeweils der Länge L besteht. Dafür geeignet sind Familienmitglieder von „perfekte Folgen“ mit idealer periodischer AKF, wie beispielsweise die komplexwertigen Zadoff-Chu-Folgen. Diese liefern gute Korrelationsergebnisse, sowohl bei den Teilkorrelaten, als auch bei der vollkohärenten AKF-Berechnung. Durch die periodische Wiederholung der Grundfolge treten in dieser AKF im Abstand von L Symbolen allerdings jeweils Impulsspitzen auf, die falsche Messergebnisse liefern können. Daher kann die Teilsignallänge L nicht beliebig verkürzt werden, da sich dann die auftretenden Messfehler nicht mehr erkennen und entsprechend korrigieren lassen.
2.4 Erzeugung eines Testsignals, welches sich aus aneinandergereihten Familienmitgliedern einer perfekten Familie zusammensetzt
Die Verwendung von K Teilsignalen identischen Aussehens können bei der AKF nach Gl. (21) Messfehler aufgrund von Mehrdeutigkeiten (siehe 16a) verursachen, die sich bei kleinen Teilsignallängen nicht mehr erkennen und entsprechend auch nicht mehr korrigieren lassen. Eine Lösung besteht nun darin, K verschiedene Zadoff-Chu-Folgen aus den L-1 möglichen Familienmitgliedern auszuwählen und entsprechend aneinanderzureihen: $s (n) = \sum_{k = 0}^{K - 1} {\tilde{S}}_{M_{k}} (n - k \cdot L), f \ddot{u} r n = 1 (1) N, N = K \cdot L$
Für die Beispiele aus den Abschnitten 2.1 und 2.2 (11a bis 12) wurde beispielhaft ein K=12 sowie ein L=43 verwendet. Werden beispielsweise für Gl. (25) die ersten 12 Zadoff-Chu-Folgen aus GI. (22) verwendet, dann resultiert eine AKF für die vollkohärente Korrelation nach GI. (21) gemäß 17a und 17b.
Im Detail zeigt 17a in einem Diagramm eine Autokorrelationsfunktion nach Gleichung (21) für eine zwölffach aneinandergereihte Zadoff-Chu-Folge mit M=1:12 und N=516. Dabei beschreibt die Ordinate einen Betrag der Autokorrelationsfunktion und die Abszisse den Laufindex m.
17b zeigt in einem Diagramm einen Ausschnitt der Autokorrelationsfunktion nach Gleichung (21) für eine zwölffach aneinandergereihte Zadoff-Chu-Folge mit M=1:12 und N=516. Dabei beschreibt die Ordinate einen Betrag der Autokorrelationsfunktion und die Abszisse den Laufindex m. In 17b ist zur Erkennung des ersten Pfades ferner ein für die Detektion eines Korrelationsnebenmaximums verwendetes Suchfenster 172 eingezeichnet, welches ausgehend von dem Korrelationsmaximum eine vorgegebene Zeit in die Vergangenheit reicht.
Werden die 17a und 17b mit den 16a und 16b verglichen, so wird deutlich, dass sich durch die Reduzierung der betragsgrößten Nebenmaxima deren Energie über alle Nebenwerte verschmiert. Während die Energie Σ_m|φ_ss(m)|² in 17a und 17b niedriger ist, steigt dafür die AKF-Fläche (Σ_m|φ_ss(m)|) deutlich um 350% an.
Noch signifikant unterschiedlicher sind die Ergebnisse bei der teilkohärenten Korrelation. Die im Abschnitt 2.3 für die Berechnung der einzelnen Teilkorrelate benötigte GI. (20) ändert sich nun in ${\tilde{φ}}_{s s}^{k} (m) = {\sum_{l = 1}^{L} \tilde{s}}_{M_{k}} (l) \cdot s (l + m), f \ddot{u} r m = 0 (1) N - 1,, k = 1 (1) K .$
Einerseits ist zu erkennen, dass die Komplexität deutlich ansteigt. Da das Gesamt-Testsignal s(n) jetzt aus K verschiedenen Zadoff-Chu-Sequenzen besteht, wird Gl. (26) im Gegensatz zu GI. (20) jetzt K mal ausgeführt. Ein anderer Unterschied ist, dass es sich bei Gl. (20) zumindest teilweise um die Berechnung einer periodischen AKF handelt und bei Gl. (26) jetzt vermehrt Anteile einer periodischen KKF-Berechnung einfließen.
Nun ist seit langem bekannt, dass „perfekte Familien“ mit sowohl perfekten periodischen AKF als auch verschwindenden periodischen KKF prinzipiell nicht existieren können. Entweder das eine oder das andere. Da die Familien der Zadoff-Chu-Folgen alle perfekte periodische AKFen besitzen, können die Nebenwerte der periodischen KKF nicht verschwinden. In [7] wird gezeigt, dass bei den Zadoff-Chu-Folgen für alle Nebenwerte der periodischen KKF die theoretisch mögliche Unterschranke ${\tilde{φ}}_{s g}^{k} (l) = \sqrt{L} \forall l$
erreicht werden kann. Im Vergleich mit Gl. (20) müssen die Beträge der Nebenwerte in Gl. (26) daher anwachsen. Dies sei mit dem Zwischenschritt von Bild 18a verdeutlicht. Im Detail zeigt 18a in einem Diagramm eine inkohärente Betragssumme der Teilkorrelate (Summe der zeitjustierten Teilkorrelate) mit unterschiedlichen Zadoff-Chu-Folgen mit L=127 und M=1 bis 4. Dabei beschreibt die Ordinate die Betragssumme der vier Teilkorrelate und die Abszisse den Laufindex m. In 18a ist zur Erkennung des ersten Pfades ferner ein für die Detektion eines Korrelationsnebenmaximums verwendetes Suchfenster 172 eingezeichnet, welches ausgehend von dem Korrelationsmaximum eine vorgegebene Zeit in die Vergangenheit reicht. Im Gegensatz zu 15a, wo für die Teilsignallänge L=127 nur eine einzelne Zadoff-Chu-Folge (M=4) verwendet wurde, werden in 18a jetzt die vier aneinandergereihten Zadoff-Chu-Folgen (M=1,2,3,4) verwendet. Das Anwachsen der Nebenwerte ist deutlich zu erkennen. Und ein noch signifikanterer Anstieg ist in 18b für den Fall zu beobachten, dass die Teilsignallänge von L=127 auf L=43 sinkt und die Anzahl der Teilkorrelate von K=4 auf K=12 ansteigt. Im Detail zeigt 18b in einem Diagramm eine inkohärente Betragssumme der Teilkorrelate (Summe der zeitjustierten Teilkorrelate) mit unterschiedlichen Zadoff-Chu-Folgen mit L=127 und M=1 bis 12. Dabei beschreibt die Ordinate die Betragssumme der vier Teilkorrelate und die Abszisse den Laufindex m. In 18b ist zur Erkennung des ersten Pfades ferner ein für die Detektion eines Korrelationsnebenmaximums verwendetes Suchfenster 172 eingezeichnet, welches ausgehend von dem Korrelationsmaximum eine vorgegebene Zeit in die Vergangenheit reicht. Des Weiteren ist in 18b eine progressive, adaptive Suchfensterschwelle 174 zur Detektion der relevanten Korrelationsnebenmaxima einzezeichnet. Auch hier können wieder sämtliche L-1 Familienmitglieder für die Permutation der Reihenfolge der K benötigten Zadoff-Chu-Folgen zur Minimierung des Betragsverhaltens der Nebenwerte herangezogen werden. Dabei hat sich gezeigt, dass durchaus signifikante Unterschiede zu beobachten sind. Zur Qualitätsbewertung können erneut die Gl. (23) sowie (24) herangezogen werden.
Neben den bisher angesprochenen Zadoff-Chu-Familien nach Gl. (22) lassen sich natürlich auch andere Familien mit ähnlichen guten Auto- und Kreuzkorrelationseigenschaften für die Lösung dieser Problemstellung nutzen. In [7] werden hier sowohl reellwertige (Gold-Folgen-Familie, Kasami-Folgen-Familie, u.a.) wie auch andere komplexwertige (Gold-Folgen-Familie, Cubic-phase-Familie, Prime-phase-Familie, u.a.) Folgen mit gutem periodischen Korrelationsverhalten genannt.
Bei Ausführungsbeispielen wird ein Sendesignal erzeugt, welches im Empfänger sowohl eine störungsrobuste vollkohärente Korrelation nach Gl. (11), als auch eine mobilitätsrobuste teilkohärente Korrelation nach Gl. (16) ermöglicht. Dazu wird ein Gesamt-Testsignal s(n) der Länge N verwendet, das aus K verschiedenen Grundfolgen s̃(l) mit jeweils der Länge L besteht. Geeignet dafür sind auch hier Familienmitglieder von „perfekte Folgen“ mit idealer periodischer AKF, wie beispielsweise die komplexwertigen Zadoff-Chu-Folgen. Diese liefern ansprechende Korrelationsergebnisse bei der Berechnung der Teilkorrelate nach Gl. (26), als auch bei der vollkohärenten AKF-Berechnung. Durch die Verwendung verschiedener Grundfolgen treten keine Impulsspitzen mehr auf, die falsche Messergebnisse liefern könnten. Im Vergleich zum Ansatz mit den identischen Grundfolgen steigt allerdings das Haupt-Nebenmaximums-Verhältnis wie auch der Merit-Faktor deutlich an.
2.5 Systemunterstützung durch Beacons für die Mehrbenutzer-Distanzvermessunq
Bei obigen Ausführungsbeispielen zur schallbasierten Zweiwege-Distanzvermessung wurde von einer P2P-Verbindung (P2P = point-to-point, dt. Punkt-zu-Punkt) ausgegangen. Gerade jedoch in öffentlichen Verkehrsmitteln, in Konferenzräumen oder in anderen geschlossenen Räumlichkeiten, wie beispielsweise Läden, existiert eine hohe Nutzerdichte und es muss daher auch der Abstand zu vielen Teilnehmern vermessen werden. Eine einfache Messung „Jeder mit Jedem“ ist jedoch nicht ohne weiteres möglich, da das Aufkommen quadratisch ansteigt. Bei N=20 Teilnehmern müssten nach dem bekannten Ansatz „2 aus N“, was sich über den Ausdruck N(N-1)/2 berechnen lässt, insgesamt 190 P2P-Messungen durchgeführt werden. Würde eine Einzelmessung beispielsweise 6 Sekunden benötigen, dann würde das einmalige Abarbeiten der 190 Einzelverbindungen rund 19 Minuten benötigen. An zusätzliche Mehrfachmessungen für eine detaillierte Beobachtung der Verweildauer kann bei einer derart großen Endgerätezahl gar nicht gedacht werden.
Zur Lösung des Problems gibt es eine Vielzahl aus der Literatur bekannter Ansätze [4],[8]. Zum einen können unter Verwendung unterschiedlicher Testsignale mehrere Endgeräte in einem Messvorgang angesprochen [8] und vermessen werden. Mit einer zweidimensionalen Nachverarbeitung lassen sich einige Distanzen trotz nichtdurchgeführten P2P-Messungen noch im Nachhinein bestimmen [4]. All dieses erfordert eine umfangreiche Koordination bzw. ein aufwendiges Steuerprogramm. Inwiefern dies mit immer wichtiger werdenden Aspekten des Datenschutzes noch in Einklang steht, bedarf einer eigenen Klärung.
19 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 300 zur Entfernungsmessung zwischen einer Gruppe von mobilen Endgeräten mit drei oder mehr mobilen Endgeräten, wobei die Gruppe von mobilen Endgeräten über eine Kurzdistanzfunkverbindung (RF) (z.B. Bluetooth) miteinander verbunden ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 300 umfasst einen Schritt 302 des Durchführens von funkbasierten Entfernungsmessungen zwischen der Gruppe von mobilen Endgeräten unter Verwendung der Kurzdistanzfunkverbindung (RF) (z.B. Bluetooth Entfernungsmessungen). Ferner umfasst das Verfahren 300 einen Schritt 304 des Durchführens von zumindest zwei ergänzenden akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen zwischen der Gruppe von mobilen Endgeräten, wobei die zumindest zwei akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen zeitlich synchronisiert zu periodisch ausgesendeten akustischen Baken, die von einem mobilen Endgerät der Gruppe von mobilen Endgeräten ausgesendet werden, durchgeführt werden.
Ausführungsbeispiele des in 19 gezeigten Verfahrens werden nachfolgend anhand der 20 näher beschrieben.
20 zeigt eine schematische Ansicht einer Gruppe 190 von mobilen Endgeräten A, B, C, die mittels einer Kurzdistanzfunkverbindung (RF) (z.B. Bluetooth) miteinander verbunden ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie bereits erwähnt können die Endgeräte der Gruppe 190 von mobilen Endgeräten A, B, C die Kurzdistanzfunkverbindung 192 (z.B. Bluetooth oder Bluetooth-LE) nutzen, um funkbasierte Entfernungsmessungen zueinander durchzuführen. Ergänzend können akustische Zweiwege-Entfernungsmessungen 194 zwischen den Endgeräten der Gruppe 190 von mobilen Endgeräten A, B, C durchgeführt werden. Die Zweiwege-Entfernungsmessungen 194 werden gem. den oben in den Abschnitten 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispielen durchgeführt. Zur Koordinierung dieser Zweiwege-Entfernungsmessungen 194 wird gem. Ausführungsbeispielen ein akustisches Baken von einem der mobilen Endgeräte (z.B. vom mobilen Endgerät A) ausgesendet, wobei die akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen zeitlich synchronisiert zu dem periodisch ausgesendeten akustischen Baken durchgeführt werden.
Beispielsweise kann eine erste akustische Zweiwege-Entfernungsmessung zwischen dem ersten mobilen Endgerät A und dem zweiten mobilen Endgerät B ansprechend auf eine Aussendung einer ersten Bake durchgeführt werden, während eine zweite akustische Zweiwege-Entfernungsmessungen zwischen dem ersten mobilen Endgerät A und dem dritten mobilen Endgerät C ansprechend auf eine Aussendung einer zweiten Bake durchgeführt werden kann.
Ein zeitlicher Abstand zwischen den periodisch ausgesendeten akustischen Baken kann hierbei geringfügig größer sein (z.B. 5% oder 10% oder 20% größer sein) als eine für die Durchführung einer der zumindest zwei akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen erforderlichen Zeit.
Mit anderen Worten, Ausführungsbeispiele nutzen einen mehrstufigen Lösungsansatz, der folgende Merkmale aufweist:

1) Wie bereits oben beschrieben, wird zur Distanzmessung eine Kombination von verschiedenen Technologien genutzt. Eine bereits vorhandene Bluetooth- oder Bluetooth LE Verbindung fungiert als übergeordnete Instanz. Mit Bluetooth können bis zu acht Geräte in einem Piconet miteinander kommunizieren und bis zu 10 Piconets lassen sich zu einem Kommunikationsverbund vereinen. Gesteuert wird das Piconet von einem Master, während die anderen Einheiten als Slaves arbeiten. Sowohl der Master wie auch die vom Master beauftragten Slaves können eigene Distanzmessungen vornehmen und dadurch die Anzahl der verbliebenen schallbasierten Zweiwege-Distanzvermessungen reduzieren. Bei Bluetooth Low Energy gibt es darüber hinaus noch die Möglichkeit eines Maschennetzwerkes mit eigenem Stack.
2) Eine Ultraschall-Distanzmessung kann nur bei Vorhandensein einer aktiven Bluetooth Verbindung durchgeführt werden. Da eine von Bluetooth initiierte einzelne P2P Ultraschall-Distanzmessung aufgrund der eingeschobenen Interaktionen von Bluetooth relativ zeitineffizient sein kann, erfolgt die Bluetooth-Beauftragung der Ultraschall-Distanzmessung gruppenbezogen und damit deutlich entkoppelter. Bluetooth weist einen Master (z.B. Endgerät A) an, eine bestimmte Anzahl von N_Gruppe P2P-Ultraschall-Distanzmessungen mit verschiedenen anderen Teilnehmern (z.B. Endgerät B) durchzuführen. Diese Information wird initial via Bluetooth allen betroffenen Teilnehmern zugänglich gemacht. Auch die Reihenfolge der N_Gruppe Einzelmessungen wird mitgeteilt, insbesondere können einzelne Messungen auch mehrfach durchgeführt werden.
3) Die gruppenbezogene Ultraschall-Distanzmessung läuft dann relativ unabhängig von den Bluetooth-Aktivitäten. Nach einem OK von Bluetooth sendet der Master ein sich periodisch wiederholendes Bakensignal aus, wobei die Bakenperiode etwas größer zu sein hat als die Dauer einer einzelnen P2P-Messung. Kurz nach Ende des Bakensignals beginnt der Master mit dem Aussenden seines Testsignals. Jeder Slave detektiert den Baken. Dadurch hat er eine Grobsynchronisation, wodurch sich die Längen der Mikrofonaufzeichnungen verkürzen lassen. Im Vergleich zu einer von Bluetooth einzeln initiierten P2P-Ultraschall-Distanzmessung können die N_Gruppe Einzelmessungen aufgrund der Baken-Synchronisation enger ineinandergeschoben werden, wodurch sich die mittlere Messdauer verkürzt. Nach Ende der N_Gruppe Einzelmessungen beendet der Master das Aussenden des Bakens und sämtliche zur Auswertung benötigte Daten werden via Bluetooth eingesammelt.
4) Die Ausführungszeit der N_Gruppe Ultraschall-Einzelmessungen lässt sich durch Parallelisierung noch weiter beschleunigen. Moderne Smartphones besitzen auch noch bei höheren Frequenzen entsprechend gute Frequenzgänge. Da das Testsignal beispielsweise lediglich eine Bandbreite von 1 kHz besitzt, können je nach Leistungsfähigkeit des Endgeräts mehrere 1-kHz Audio-Frequenzbänder zur Testsignalübertragung verwendet werden. Das Aushandeln der verschiedenen Frequenzen wird von Bluetooth übernommen und die Koordinierung ebenfalls bei der Bluetooth-Beauftragung nach Schritt 2 den einzelnen Teilnehmern mitgeteilt.

Durch die von Bluetooth entkoppelten Ultraschall-Gruppenmessungen lassen sich sehr viele P2P-Bluetooth-Nachrichten einsparen, wodurch sich die Ausführungszeit einer einzelnen P2P Ultraschall-Distanzmessung verkleinern lässt. Durch das Aussenden eines eigenen Bakensignals während der Ultraschall-Gruppenmessungen erfolgt eine weitere zeitliche Straffung der Einzelmessungen.
Ausführungsbeispiele schaffen einen zweistufigen Ansatz für eine Entfernungsmessung in einem Mehrbenutzer-Netzwerk, welches aus einer übergeordneten Bluetooth (LE) Mesh- oder Piconet-Zellarchitektur besteht und bereits eigenständige Distanzvermessungen durchführt. Daneben übernimmt es auch die Koordination der untergeordneten Ultraschall-Gruppenmessungen. Diese sollen zeitweise möglichst unabhängig vom Bluetooth-Netzwerk laufen. Lediglich bei der Initiierung und abschließenden Auswertung wird Bluetooth benötigt.
Durch die von Bluetooth entkoppelten Ultraschall-Gruppenmessungen lassen sich sehr viele P2P-Bluetooth-Nachrichten einsparen, wodurch sich die Ausführungszeit einer einzelnen P2P Ultraschall-Distanzmessung verkleinern lässt. Durch das Aussenden eines eigenen Bakensignals während der Ultraschall-Gruppenmessungen erfolgt eine weitere zeitliche Straffung der Einzelmessungen.
3. Weitere Ausführungsbeispiele
21 zeig ein Flussdiagramm eines Verfahrens 230 zum Detektieren eines akustischen Testsignals, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 230 umfasst einen Schritt 232 Empfangens eines akustisches Testsignal, um ein empfangenes akustisches Testsignal zu erhalten, wobei das empfangene akustische Testsignal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist. Ferner umfasst das Verfahren 230 einen Schritt 234 des Durchführens einer ersten kohärenten Korrelation und einer zweiten teilkohärenten Korrelation, um einen Empfangszeitpunkt des akustischen Testsignals oder zumindest eines Teils des akustischen Testsignals zu detektieren, wobei bei der Durchführung der ersten kohärenten Korrelation das empfangene akustische Testsignal mit einem akustischen Referenzsignal, das akustische Referenzsignalabschnitte aufweist, die mit den akustischen Testsignalabschnitten des empfangenen akustischen Testsignals korrespondieren, kohärent zu korrelieren, um ein erstes kohärentes Korrelationsergebnis zu erhalten, wobei bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation zumindest ein Teil der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals

- jeweils mit einem korrespondierenden akustischen Referenzsignalabschnitt kohärent korreliert wird
- oder gruppenweise mit jeweiligen Referenzsignalabschnitten kohärent korreliert wird,

22 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 240 zum Senden eines akustischen Testsignals, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 240 umfasst einen Schritt 242 des Sendens eines akustischen Testsignals, wobei die akustischen Testsignalabschnitte jeweils auf einer Folge mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten basieren, wobei gemäß dem vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten alle Betragsnebenmaxima einer Autokorrelationsfunktion der Folge

- gleich Null sind, oder
- gleich Null und/oder Eins sind.

23 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 250 zum Senden eines akustischen Testsignals, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 250 umfasst einen Schritt 252 des Sendens eines akustischen Testsignals, wobei die akustischen Testsignalabschnitte auf zumindest zwei unterschiedlichen Folgen mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten basieren, wobei gemäß dem vorgegebenen periodische Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten alle Betragsnebenmaxima von Autokorrelationsfunktionen und Kreuzkorrelationsfunktionen der zumindest zwei unterschiedlichen Folgen einen Schwellwert, der eine mit Eins oder Zwei multiplizierte Wurzel der Folgenlänge der zumindest zwei Folgen nicht übersteigen.
24 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 320 zum Betrieb eines mobilen Endgeräts, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 320 umfasst einen Schritt 322 des Verbindens des mobilen Endgeräts über eine Kurzdistanzfunkverbindung (RF) mit einer Gruppe von mobilen Endgeräten. Ferner umfasst das Verfahren 320 einen Schritt 324 des Durchführens zumindest einer funkbasierten Entfernungsmessung zu zumindest einem anderen mobilen Endgerät der Gruppe von mobilen Endgeräten über die Kurzdistanzfunkverbindung. Ferner umfasst das Verfahren 320 einen Schritt 326 des Durchführens zumindest einer ergänzenden akustischen Zweiwege-Entfernungsmessung zu dem zumindest einem anderen mobilen Endgerät, wobei die zumindest eine ergänzende akustische Zweiwege-Entfernungsmessungen zeitlich synchronisiert zu einer akustischen Bake durchgeführt wird.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger, das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise gegenständlich und/oder nichtvergänglich bzw. nichtvorübergehend.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Vorrichtungen können zumindest teilweise in Hardware und/oder in Software (Computerprogramm) implementiert sein.
Die hierin beschriebenen Verfahren können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.
Die hierin beschriebenen Verfahren, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Verfahren können zumindest teilweise durch Hardware und/oder durch Software ausgeführt werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
Bezugszeichenliste

ΔtTS: Zeitdauer des Testsignals
AKF: Autokorrelationsfunktion
APP: Applikation
COTS: Commercial Off-The-Shell, dt. seriengefertigte Produkte aus dem Elektronik- oder Softwaresektor
ETOA: Elapsed time between the two Time-Of-Arrivals, dt. verstrichene Zeit zwischen zwei Ankunftszeiten
KKF: Kreuzkorrelationsfunktion
LOS: Line of Sight
P2P: Punkt-zu-Punkt
PAKF: periodische Autokorrelationsfunktion
PKKF: periodische Kreuzkorrelation
RTT: Round-Trip-Time, dt. Umlaufzeit

Literaturverzeichnis

[1] C. Peng, G. Shen, Y. Zhang, Y. Li, and K. Tan, „Beepbeep: a high accuracy acoustic ranging system using COTS mobile devices," in Proceedings ofthe 5th international conference on Embedded networked sensor systems, ser. Sensys 2007. NY, USA: ACM, 2007, pp.1-14.
[2] Z. Yang, and Y. Liu „Location, Localization, and Localizability: Location-awareness Technology for Wireless Networks", Springer NY, ISBN 978-1-4419-7370-2, Nov. 2010
[3] M. Liu, L. Cheng, K. Qian, Jilang Wang, Jin Wang, and Y. Liu „Indoor acoustic localization: a survey", in Human-centric Computing and Information Sciences, 10, 2 (2020), Springer Open, 2020
[4] S. M. Moosavi-Dezfooli, Y. A. Pignolet, and D. Dzung, „Simultaneous Acoustic Localization of Multiple Smartphones with Euclidean Distance Matrices", in Proceedings of the 2016 International Conference on Embedded Wireless Systems and Networks, Feb. 2016, pp. 41-46
[5] B. Thiel, H. Kloch, and P. Lukowicz „Sound-based Proximity Detection with Mobile Phones", Proceedings of the 10th ACM Conference on Embedded Network Sensor Systems, 2012. ACM, NY, 11/2012.
[6] V. Filonenko, C. Cullen, and J. Carswell „Investigating Ultrasonic Positioning on Mobile Phones",International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation (IPIN), Zürich Switzerland, 2010 IEEE Xplore, Sept. 2010.
[7] Hans Dieter Lücke: „Korrelationssignal", Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York, 1992
[8] F. Yuan, Q. Wie, and E. Cheng, „Multiuser chirp modulation for underwater acoustic channel based on VTRM", in International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering 9, 2017, S.256-265.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

C. Peng, G. Shen, Y. Zhang, Y. Li, and K. Tan, „Beepbeep: a high accuracy acoustic ranging system using COTS mobile devices,“ in Proceedings ofthe 5^th international conference on Embedded networked sensor systems, ser. Sensys 2007. NY, USA: ACM, 2007, pp.1-14 [0274]
Z. Yang, and Y. Liu „Location, Localization, and Localizability: Location-awareness Technology for Wireless Networks“, Springer NY, ISBN 978-1-4419-7370-2, Nov. 2010 [0274]
M. Liu, L. Cheng, K. Qian, Jilang Wang, Jin Wang, and Y. Liu „Indoor acoustic localization: a survey“, in Human-centric Computing and Information Sciences, 10, 2 (2020), Springer Open, 2020 [0274]
S. M. Moosavi-Dezfooli, Y. A. Pignolet, and D. Dzung, „Simultaneous Acoustic Localization of Multiple Smartphones with Euclidean Distance Matrices“, in Proceedings of the 2016 International Conference on Embedded Wireless Systems and Networks, Feb. 2016, pp. 41-46 [0274]
B. Thiel, H. Kloch, and P. Lukowicz „Sound-based Proximity Detection with Mobile Phones“, Proceedings of the 10^th ACM Conference on Embedded Network Sensor Systems, 2012. ACM, NY, 11/2012. [0274]
V. Filonenko, C. Cullen, and J. Carswell „Investigating Ultrasonic Positioning on Mobile Phones“,International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation (IPIN), Zürich Switzerland, 2010 IEEE Xplore, Sept. 2010. [0274]
Hans Dieter Lücke: „Korrelationssignal“, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York, 1992 [0274]
F. Yuan, Q. Wie, and E. Cheng, „Multiuser chirp modulation for underwater acoustic channel based on VTRM“, in International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering 9, 2017, S.256-265. [0274]

Claims

Empfänger (120), wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um ein akustisches Testsignal (Sig) zu empfangen, um ein empfangenes akustisches Testsignal (Sig') zu erhalten, wobei das empfangene akustische Testsignal (Sig') in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um für eine Detektion eines Empfangszeitpunkts des akustischen Testsignals (Sig) oder zumindest eines Teils des akustischen Testsignals (Sig) eine erste kohärente Korrelation und eine zweite teilkohärente Korrelation durchzuführen, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um bei der Durchführung der ersten kohärenten Korrelation das empfangene akustische Testsignal (Sig') mit einem akustischen Referenzsignal, das akustische Referenzsignalabschnitte aufweist, die mit den akustischen Testsignalabschnitten des empfangenen akustischen Testsignals (Sig') korrespondieren, kohärent zu korrelieren, um ein erstes kohärentes Korrelationsergebnis (126) zu erhalten, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation zumindest einen Teil der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals (Sig') - jeweils mit einem korrespondierenden akustischen Referenzsignalabschnitt kohärent zu korrelieren - oder gruppenweise mit jeweiligen Referenzsignalabschnitten kohärent zu korrelieren, um zumindest zwei Teilkorrelationsergebnisse zu erhalten, und um die zumindest zwei Teilkorrelationsergebnisse inkohärent zu kombinieren, um ein zweites teilkohärentes Korrelationsergebnis (128) zu erhalten, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um den Empfangszeitpunkt des akustischen Testsignals (Sig) oder des zumindest einen Teils des akustischen Testsignals (Sig) in Abhängigkeit von dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis (126) und dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis (128) basierend auf einem aus dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis (126) oder dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis (128) zu detektieren.
Empfänger (120) nach Anspruch 1, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um ein erstes Korrelationsmaximum des ersten kohärenten Korrelationsergebnisses (126) zu ermitteln und um ein zweites Korrelationsmaximum des zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnisses (128) zu ermitteln, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um den Empfangszeitpunkt des akustischen Testsignals (Sig) oder des zumindest einen Teils des akustischen Testsignals (Sig) basierend auf dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis (128) zu detektieren, wenn ein Verhältnis zwischen einem Wert des zweiten Korrelationsmaximums und einem Wert des ersten Korrelationsmaximums größer ist als eine Schwelle, und sonst basierend auf dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis (126).
Empfänger (120) nach Anspruch 2, wobei die Schwelle konstant ist.
Empfänger (120) nach Anspruch 3, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um die Schwelle dynamisch in Abhängigkeit von Metadaten, die während des Empfangs des akustischen Testsignals (Sig) ermittelt wurden, anzupassen.
Empfänger (120) nach Anspruch 2 oder 4, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um die Schwelle dynamisch in Abhängigkeit von Signalparametern des empfangenen akustischen Testsignals (Sig) anzupassen.
Empfänger (120) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um, wenn der Empfangszeitpunkt basierend auf dem ersten kohärenten Detektionsergebnis (126) ermittelt wird, den Empfangszeitpunkt basierend auf einem ersten Korrelationsmaximum oder ersten Korrelationsnebenmaximum des ersten kohärenten Korrelationsergebnisses (126) zu ermitteln, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um, wenn der Empfangszeitpunkt basierend auf dem zweiten teilkohärenten Detektionsergebnis (128) ermittelt wird, den Empfangszeitpunkt basierend auf einem zweiten Korrelationsmaximum oder zweiten Korrelationsnebenmaximum des zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnisses (128) zu ermitteln.
Empfänger (120) nach Anspruch 6, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um, wenn der Empfangszeitpunkt basierend auf dem ersten kohärenten Detektionsergebnis (126) ermittelt wird, den Empfangszeitpunkt basierend auf dem ersten Korrelationsmaximum zu ermitteln wenn das erste kohärente Korrelationsergebnis innerhalb eines ersten vorgegebenen Suchfensters (172) zeitlich vor dem ersten Korrelationsmaximum kein erstes Korrelationsnebenmaximum aufweist, dessen Wert eine erste Suchfensterschwelle (174) übersteigt, und sonst basierend auf dem ersten Korrelationsbetragsnebenmaximum, und wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um, wenn der Empfangszeitpunkt basierend auf dem zweiten teilkohärenten Detektionsergebnis (128) ermittelt wird, den Empfangszeitpunkt basierend auf dem zweiten Korrelationsmaximum zu ermitteln wenn das zweite teilkohärente Korrelationsergebnis innerhalb eines zweiten vorgegebenen Suchfensters (172) zeitlich vor dem zweiten Korrelationsmaximum kein zweites Korrelationsnebenmaximum aufweist, dessen Wert eine zweite Suchfensterschwelle (174) übersteigt, und sonst basierend auf dem zweiten Korrelationsnebenmaximum.
Empfänger (120) nach Anspruch 7, wobei die erste Suchfensterschwelle (174) eine progressive adaptive Suchfensterschwelle ist, und/oder wobei die zweite Suchfensterschwelle (174) eine progressive adaptive Suchfensterschwelle ist.
Empfänger (120) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um die erste Suchfensterschwelle (174) und/oder die zweite Suchfensterschwelle (174) in Abhängigkeit von Signalparametern des empfangenen akustischen Testsignals dynamisch anzupassen.
Empfänger (120) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei, wenn innerhalb des ersten Suchfensters (172) Werte zumindest zweier erster Korrelationsnebenmaxima die erste Suchfensterschwelle (174) übersteigen, der Empfangszeitpunkt basierend auf dem zeitlich frühesten ersten Korrelationsnebenmaximum aus den zumindest zwei ersten Korrelationsnebenmaxima ermittelt wird, und/oder wobei, wenn innerhalb des zweiten Suchfensters (172) Werte zumindest zweier zweiter Korrelationsnebenmaxima die zweite Suchfensterschwelle (174) übersteigen, der Empfangszeitpunkt basierend auf dem zeitlich frühesten zweiten Korrelationsnebenmaximum aus den zumindest zwei zweiten Korrelationsnebenmaxima ermittelt wird.
Empfänger (120) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation eine echte Teilmenge der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals (Sig') jeweils oder gruppenweise kohärent zu korrelieren.
Empfänger (120) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation alle der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals (Sig') jeweils oder gruppenweise kohärent zu korrelieren.
Empfänger (120) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation jeden Testsignalabschnitt der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals (Sig') oder zumindest des Teils der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals (Sig') einzeln mit einem korrespondierenden akustischen Referenzsignalabschnitt kohärent zu korrelieren.
Empfänger (120) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation die akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals (Sig') oder zumindest den Teil der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals (Sig') gruppenweise mit korrespondierenden jeweiligen Referenzsignalabschnitten kohärent zu korrelieren, wobei jede Gruppe zumindest zwei Testsignalabschnitte aufweist und wobei jede Gruppe eine echte Teilmenge aller Testsignalabschnitte oder des Teils der akustischen Testsignalabschnitte ist.
Mobiles Endgerät (118), wobei das mobile Endgerät (118) einen Empfänger (120) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 aufweist.
Sender (140), wobei der Sender (140) konfiguriert ist, um ein akustisches Testsignal (Sig) zu senden, wobei das akustische Testsignal (Sig) in der Zeit sich periodisch wiederholende akustische Testsignalabschnitte aufweist, wobei die akustischen Testsignalabschnitte jeweils auf einer Folge mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten basieren, wobei gemäß dem vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten alle Betragsnebenmaxima einer Autokorrelationsfunktion der Folge - gleich Null sind, oder - gleich Null und/oder Eins sind.
Sender (140) nach Anspruch 16, wobei die Folge mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten eine ist aus - einer komplexwertigen Zadoff-Chu-Folge, - einer komplexwertigen P-phasigen Produktfolge, - einer komplexwertigen perfekten Biphasen- oder Triphasen-Folge, - einer binären m-Folge, - einer binären Legendre-Folge.
Sender (140), wobei der Sender (140) konfiguriert ist, um ein akustisches Testsignal (Sig) zu senden, wobei das akustische Testsignal (Sig) in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist, wobei die akustischen Testsignalabschnitte auf zumindest zwei unterschiedlichen Folgen mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten basieren, wobei gemäß dem vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten alle Betragsnebenmaxima von Autokorrelationsfunktionen und Kreuzkorrelationsfunktionen der zumindest zwei unterschiedlichen Folgen einen Schwellwert, der eine mit Eins oder Zwei multiplizierte Wurzel der Folgenlänge der zumindest zwei Folgen nicht übersteigen.
Sender (140) nach Anspruch 18, wobei die zumindest zwei Folgen mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten zumindest zwei Folgen sind aus der Familie - von komplexwertigen Zadoff-Chu-Folgen, - von komplexwertigen Cubic-phase Folgen, - von komplexwertigen m-Folgen, - von binären m-Folgen.
Mobiles Endgerät (118), wobei das mobile Endgerät (118) einen Sender nach einem der Ansprüche 16 bis 19 aufweist.
Verfahren (230) zum Detektieren eines akustischen Testsignals (Sig), wobei das V erfahren (230) aufweist: Empfangen (232) eines akustisches Testsignal (Sig), um ein empfangenes akustisches Testsignal (Sig') zu erhalten, wobei das empfangene akustische Testsignal (Sig') in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist, Durchführen (234) einer ersten kohärenten Korrelation und einer zweiten teilkohärenten Korrelation, um einen Empfangszeitpunkt des akustischen Testsignals (Sig) oder zumindest eines Teils des akustischen Testsignals (Sig) zu detektieren, wobei bei der Durchführung (234) der ersten kohärenten Korrelation das empfangene akustische Testsignal (Sig') mit einem akustischen Referenzsignal, das akustische Referenzsignalabschnitte aufweist, die mit den akustischen Testsignalabschnitten des empfangenen akustischen Testsignals (Sig') korrespondieren, kohärent zu korrelieren, um ein erstes kohärentes Korrelationsergebnis (126) zu erhalten, wobei bei der Durchführung (234) der zweiten teilkohärenten Korrelation zumindest ein Teil der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals (Sig') - jeweils mit einem korrespondierenden akustischen Referenzsignalabschnitt kohärent korreliert wird - oder gruppenweise mit jeweiligen Referenzsignalabschnitten kohärent korreliert wird, um zumindest zwei Teilkorrelationsergebnisse zu erhalten, und um die zumindest zwei Teilkorrelationsergebnisse inkohärent zu kombinieren, um ein zweites teilkohärentes Korrelationsergebnis (128) zu erhalten, wobei der Empfangszeitpunkt des akustischen Testsignals (Sig) oder des zumindest einen Teils des akustischen Testsignals (Sig) in Abhängigkeit von dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis (126) und dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis (128) basierend auf einem aus dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis (126) oder dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis (128) detektiert wird.
Verfahren (240) zum Senden eines akustischen Testsignals (Sig), wobei das Verfahren (240) aufweist: Senden (242) eines akustischen Testsignals (Sig), wobei das akustische Testsignal (Sig) in der Zeit sich periodisch wiederholende akustische Testsignalabschnitte aufweist, wobei die akustischen Testsignalabschnitte jeweils auf einer Folge mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten basieren, wobei gemäß dem vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten alle Betragsnebenmaxima einer Autokorrelationsfunktion der Folge - gleich Null sind, oder - gleich Null und/oder Eins sind.
Verfahren (250) zum Senden eines akustischen Testsignals (Sig), wobei das Verfahren (250) aufweist: Senden (250) eines akustischen Testsignals, wobei das akustische Testsignal (Sig) in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist, wobei die akustischen Testsignalabschnitte auf zumindest zwei unterschiedlichen Folgen mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten basieren, wobei gemäß dem vorgegebenen periodische Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten alle Betragsnebenmaxima von Autokorrelationsfunktionen und Kreuzkorrelationsfunktionen der zumindest zwei unterschiedlichen Folgen einen Schwellwert, der eine mit Eins oder Zwei multiplizierte Wurzel der Folgenlänge der zumindest zwei Folgen nicht übersteigen.
Verfahren (200) zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten (A, B), die über eine Kurzdistanzfunkverbindung (RF) miteinander verbunden sind, wobei das Verfahren (200) folgende Schritte aufweist: Senden (202) eines ersten akustischen Signals (Sig_A) von einem ersten mobilen Endgerät (A) zu einem zweiten mobilen Endgerät (B) der zwei mobilen Endgeräte (A, B), wobei das erste akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist, Detektieren (204) der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals (Sig_A) mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen ersten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A1, t_A3, t_A5, t_A7) zu erhalten, Detektieren (206) der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals (Sig_A) mit dem zweiten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B1, t_B3, t_B5, t_B7) zu erhalten, Senden (210) eines zweiten akustischen Signals (Sig_B) von dem zweiten mobilen Endgerät (B) zu dem ersten mobilen Endgerät, wobei das zweite akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist, Detektieren (212) der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals (Sig_B) mit dem zweiten mobilen Endgerät, um einen dritten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B9, t_B11, t_B13, t_B15) zu erhalten, Detektieren (214) der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals (Sig_B) mit dem ersten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals (Sig_B) zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A9, t_A11, t_A13, t_A15) zu erhalten, Ermitteln (216) einer Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät (A) und dem zweiten mobilen Endgerät (B) basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen - einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A9, t_A11, t_A13, t_A15) und einem Detektionszeitpunkt aus dem ersten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A1, t_A3, t_A5, t_A7), der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B1 t_B3, t_B5, t_B7) korrespondiert, und - einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B9, t_B11, t_B13, t_B15), der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A9, t_A11, t_A13, t_A15) korrespondiert, und einem Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B1, t_B3, t_B5, t_B7), wobei bei zumindest einem aus - Detektieren (204) der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals (Sig_A) mit dem ersten mobilen Endgerät, - Detektieren (206) der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals (Sig_A) mit dem zweiten mobilen Endgerät, - Detektieren (212) der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals (Sig_B) mit dem zweiten mobilen Endgerät, - Detektieren (214) der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals (Sig_B) mit dem ersten mobilen Endgerät eine erste kohärente Korrelation und eine zweite teilkohärente Korrelation durchgeführt werden, um einen Empfangszeitpunkt des jeweiligen akustischen Testsignals (Sig) oder zumindest eines Teils des jeweiligen akustischen Testsignals (Sig) zu detektieren, wobei bei der Durchführung der ersten kohärenten Korrelation das jeweilige akustische Testsignal mit einem akustischen Referenzsignal, das akustische Referenzsignalabschnitte aufweist, die mit den akustischen Testsignalabschnitten des jeweiligen akustischen Testsignals korrespondieren, kohärent zu korrelieren, um ein erstes kohärentes Korrelationsergebnis zu erhalten, wobei bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation zumindest ein Teil der akustischen Testsignalabschnitte des jeweiligen akustischen Testsignals - jeweils mit einem korrespondierenden akustischen Referenzsignalabschnitt kohärent korreliert wird - oder gruppenweise mit jeweiligen Referenzsignalabschnitten kohärent korreliert wird, um zumindest zwei Teilkorrelationsergebnisse zu erhalten, und um die zumindest zwei Teilkorrelationsergebnisse inkohärent zu kombinieren, um ein zweites teilkohärentes Korrelationsergebnis zu erhalten, wobei der Empfangszeitpunkt des akustischen Testsignals oder des zumindest einen Teils des akustischen Testsignals in Abhängigkeit von dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis und dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis basierend auf einem aus dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis oder dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis detektiert wird.
Verfahren (200) zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten (A, B), die über eine Kurzdistanzfunkverbindung (RF) miteinander verbunden sind, wobei das Verfahren (200) folgende Schritte aufweist: Senden (202) eines ersten akustischen Signals (Sig_A) von einem ersten mobilen Endgerät (A) zu einem zweiten mobilen Endgerät (B) der zwei mobilen Endgeräte (A, B), wobei das erste akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist, Detektieren (204) der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals (Sig_A) mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen ersten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A1, t_A3, t_A5, t_A7) zu erhalten, Detektieren (206) der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals (Sig_A) mit dem zweiten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B1, t_B3, t_B5, t_B7) zu erhalten, Senden (210) eines zweiten akustischen Signals (Sig_B) von dem zweiten mobilen Endgerät (B) zu dem ersten mobilen Endgerät, wobei das zweite akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist, Detektieren (212) der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals (Sig_B) mit dem zweiten mobilen Endgerät, um einen dritten Satz von Detektionszeitpunkten (f_B9, t_B11, t_B13, t_B15) zu erhalten, Detektieren (214) der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals (Sig_B) mit dem ersten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals (Sig_B) zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A9, t_A11, t_A13, t_A15) zu erhalten, Ermitteln (216) einer Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät (A) und dem zweiten mobilen Endgerät (B) basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen - einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A9, t_A11, t_A13, t_A15) und einem Detektionszeitpunkt aus dem ersten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A1, t_A3, t_A5, t_A7), der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B1, t_B3, t_B5, t_B7) korrespondiert, und - einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B9, t_B11 t_B13, f_B15), der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A9, t_A11, t_A13, t_A15) korrespondiert, und einem Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B1, t_B3, t_B5, t_B7), wobei die akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Testsignals und/oder des zweiten akustischen Testsignals jeweils auf einer Folge mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten basieren, wobei gemäß dem vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten alle Betragsnebenmaxima einer Autokorrelationsfunktion der Folge - gleich Null sind, oder - gleich Null und/oder Eins sind.
Verfahren (200) zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten (A, B), die über eine Kurzdistanzfunkverbindung (RF) miteinander verbunden sind, wobei das Verfahren (200) folgende Schritte aufweist: Senden (202) eines ersten akustischen Signals (Sig_A) von einem ersten mobilen Endgerät (A) zu einem zweiten mobilen Endgerät (B) der zwei mobilen Endgeräte (A, B), wobei das erste akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist, Detektieren (204) der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals (Sig_A) mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen ersten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A1, t_A3, t_A5, t_A7) zu erhalten, Detektieren (206) der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals (Sig_A) mit dem zweiten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B1, t_B3, t_B3, t_B7) zu erhalten, Senden (210) eines zweiten akustischen Signals (Sig_B) von dem zweiten mobilen Endgerät (B) zu dem ersten mobilen Endgerät, wobei das zweite akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist, Detektieren (212) der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals (Sig_B) mit dem zweiten mobilen Endgerät, um einen dritten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B9, t_B11, t_B13, t_B15) zu erhalten, Detektieren (214) der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals (Sig_B) mit dem ersten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals (Sig_B) zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A9, t_A11, t_A13, t_A15) zu erhalten, Ermitteln (216) einer Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät (A) und dem zweiten mobilen Endgerät (B) basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen - einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A9, f_A11, t_A13, t_A15) und einem Detektionszeitpunkt aus dem ersten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A1, t_A3, t_A5, t_A7), der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B1, t_B3, t_B5, t_B7) korrespondiert, und - einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B9, t_B11, t_B13, t_B15), der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (t_A9, t_A11, t_A13, t_A15) korrespondiert, und einem Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (t_B1, t_B3, t_B5, t_B7), wobei die akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Testsignals und/oder des zweiten akustischen Testsignals auf zumindest zwei unterschiedlichen Folgen mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten basieren, wobei gemäß dem vorgegebenen periodische Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten alle Betragsnebenmaxima von Autokorrelationsfunktionen und Kreuzkorrelationsfunktionen der zumindest zwei unterschiedlichen Folgen einen Schwellwert, der eine mit Eins oder Zwei multiplizierte Wurzel der Länge der zumindest zwei Folgen nicht überstreiten.
Verfahren (300) zur Entfernungsmessung zwischen einer Gruppe von mobilen Endgeräten (A, B, C) mit drei oder mehr mobilen Endgeräten, wobei die Endgeräte der Gruppe von mobilen Endgeräten (A, B, C) über eine Kurzdistanzfunkverbindung (RF) miteinander verbunden sind, wobei das Verfahren (300) aufweist: Durchführen (302) von funkbasierten Entfernungsmessungen (192) zwischen den Endgeräten der Gruppe von mobilen Endgeräten (A, B, C) unter Verwendung der Kurzdistanzfunkverbindung (RF), Durchführen (304) von zumindest zwei ergänzenden akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen (194) zwischen den Endgeräten der Gruppe von mobilen Endgeräten (A, B, C), wobei die zumindest zwei akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen (194) zeitlich synchronisiert zu periodisch ausgesendeten akustischen Baken, die von einem mobilen Endgerät der Gruppe von mobilen Endgeräten (A, B, C) ausgesendet werden, durchgeführt werden.
Verfahren (300) nach Anspruch 27, wobei die zumindest zwei akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen (192) jeweils ansprechend auf eine zugewiesene Aussendung einer akustischen Bake der periodisch ausgesendeten akustischen Baken durchgeführt werden.
Verfahren (300) nach Anspruch 28, wobei die Zeitpunkte der jeweiligen Aussendungen der akustischen Baken den jeweiligen mobilen Endgeräten über die Kurzdistanzfunkverbindung zugewiesen werden, und/oder wobei ein jeweiliges Testsignal aus einer Gruppe von Testsignalen den jeweiligen mobilen Endgeräten über die Kurzdistanzfunkverbindung zugewiesen werden.
Verfahren (300) nach einem der Ansprüche 27 bis 29, wobei zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Aussendungen von akustischen Baken der periodisch ausgesendeten akustischen Baken genau eine akustische Zweiwege-Entfernungsmessung der zumindest zwei akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen durchgeführt wird.
Verfahren (300) nach einem der Ansprüche 27 bis 30, wobei ein zeitlicher Abstand zwischen den periodisch ausgesendeten akustischen Baken größer ist als eine für die Durchführung einer der zumindest zwei akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen erforderliche Zeit.
Verfahren (300) nach einem der Ansprüche 27 bis 31, wobei die akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen akustische ETOA-Entfernungsmessungen sind.
Verfahren (300) nach einem der Ansprüche 27 bis 32, wobei die Durchführung einer ersten akustischen Zweiwege-Entfernungsmessung der zumindest zwei akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen aufweist: Senden (202) eines ersten akustischen Signals von einem ersten mobilen Endgerät zu einem zweiten mobilen Endgerät der Gruppe von mobilen Endgeräten, wobei das erste akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist, Detektieren (204) der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen ersten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten, Detektieren (206) der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten, Senden (210) eines zweiten akustischen Signals (Sig_B) von dem zweiten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät, wobei das zweite akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist, Detektieren (212) der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um einen dritten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten, Detektieren (214) der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem vierten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten, Ermitteln (216) einer Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen - einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten und einem Detektionszeitpunkt aus dem ersten Satz von Detektionszeitpunkten, der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten korrespondiert, und - einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten, der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten korrespondiert, und einem Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten.
Verfahren (300) nach einem der Ansprüche 27 bis 33, wobei die Durchführung einer zweiten akustischen Zweiwege-Entfernungsmessung der zumindest zwei akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen aufweist: Senden (202) eines dritten akustischen Signals von einem ersten mobilen Endgerät zu einem dritten mobilen Endgerät der Gruppe von mobilen Endgeräten, wobei das dritte akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist, Detektieren (204) der akustischen Testsignalabschnitte des dritten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen fünften Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten, Detektieren (206) der akustischen Testsignalabschnitte des dritten akustischen Signals mit dem dritten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem sechsten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten, Senden (210) eines vierten akustischen Signals von dem dritten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät, wobei das vierte akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist, Detektieren (212) der akustischen Testsignalabschnitte des vierten akustischen Signals mit dem dritten mobilen Endgerät, um einen siebten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten, Detektieren (214) der akustischen Testsignalabschnitte des vierten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte des vierten akustischen Signals zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem achten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten, Ermitteln (216) einer Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem dritten mobilen Endgerät basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen - einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem achten Satz von Detektionszeitpunkten und einem Detektionszeitpunkt aus dem fünften Satz von Detektionszeitpunkten, der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem sechsten Satz von Detektionszeitpunkten korrespondiert, und - einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem siebten Satz von Detektionszeitpunkten, der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem achten Satz von Detektionszeitpunkten korrespondiert, und einem Detektionszeitpunkt aus dem sechsten Satz von Detektionszeitpunkten.
Mobiles Endgerät (A), wobei das mobile Endgerät (A) konfiguriert ist, um sich über eine Kurzdistanzfunkverbindung (RF) mit einer Gruppe von mobilen Endgeräten (B, C) zu verbinden, wobei das mobile Endgerät (A) konfiguriert ist, um über die Kurzdistanzfunkverbindung (RF) eine funkbasierte Entfernungsmessung zu zumindest einem anderen mobilen Endgerät (B) der Gruppe von mobilen Endgeräten (B, C) durchzuführen, wobei das mobile Endgerät (A) konfiguriert ist, um zumindest eine ergänzende akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen zu dem zumindest einem anderen mobilen Endgerät (B) durchzuführen, wobei das mobile Endgerät (A) konfiguriert ist, um die zumindest eine ergänzende akustische Zweiwege-Entfernungsmessungen zeitlich synchronisiert zu einer akustischen Bake durchzuführen.
Mobiles Endgerät (A) nach Anspruch 35, wobei die akustische Bake von dem mobilen Endgerät (A) selber ausgesendet wird, oder wobei die akustische Bake von einem anderen mobilen Endgerät (B, C) der Gruppe von mobilen Endgeräten ausgesendet wird.
Mobiles Endgerät (A) nach einem der Ansprüche 35 bis 36, wobei die akustische Bake eine dem mobilen Endgerät über die Kurzdistanzfunkverbindung zugewiesene akustische Bake aus einer Mehrzahl von periodisch ausgesendeten akustischen Baken ist.
Verfahren (320) zum Betrieb eines mobilen Endgeräts, wobei das Verfahren aufweist: Verbinden (322) des mobilen Endgeräts über eine Kurzdistanzfunkverbindung (RF) mit einer Gruppe von mobilen Endgeräten, Durchführen (324) zumindest einer funkbasierten Entfernungsmessung zu zumindest einem anderen mobilen Endgerät der Gruppe von mobilen Endgeräten über die Kurzdistanzfunkverbindung, Durchführen (326) zumindest einer ergänzenden akustischen Zweiwege-Entfernungsmessung zu dem zumindest einem anderen mobilen Endgerät, wobei die zumindest eine ergänzende akustische Zweiwege-Entfernungsmessungen zeitlich synchronisiert zu einer akustischen Bake durchgeführt wird.
Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 21 bis 34 und 38, wenn das Computerprogramm auf einem Computer, Microprozessor oder softwarebasierten Empfänger abläuft.