DE102023202603B3

DE102023202603B3 - Phasendifferenzkorrekturverfahren und Ultrabreitband-System

Info

Publication number: DE102023202603B3
Application number: DE102023202603.1A
Authority: DE
Inventors: Juri Sidorenko
Original assignee: Laterationxyz GmbH
Current assignee: Laterationxyz GmbH
Priority date: 2023-03-22
Filing date: 2023-03-22
Publication date: 2024-05-08
Anticipated expiration: 2043-03-23

Abstract

Beschrieben ist ein Phasendifferenzkorrekturverfahren zum Korrigieren einer Phasendrift und/oder eines Phasenversatzes umfassend: Aussenden eines ersten Signals durch einen ersten Transceiver, Empfangen des ersten Signals durch einen zweiten Transceiver, Bestimmen einer ersten Phasendifferenz in dem zweiten Transceiver zwischen einem ersten internen Signal des zweiten Transceivers und dem empfangenen ersten Signal, Aussenden eines zweiten Signals durch den zweiten Transceiver nach Ablauf eines definierten ersten Verzögerungszeitfensters, wobei das zweite Signal eine Information zur bestimmten ersten Phasendifferenz und/oder eine Information zum Bestimmen der ersten Phasendifferenz umfasst, Empfangen des zweiten Signals durch den ersten Transceiver, Bestimmen einer zweiten Phasendifferenz in dem ersten Transceiver zwischen einem zweiten internen Signal des ersten Transceivers und dem empfangenen zweiten Signal, und Summieren der ersten bestimmten Phasendifferenz und der zweiten bestimmten Phasendifferenz, wodurch ein Phasenversatz zwischen den beiden Transceivern korrigiert wird. Ferner ist ein weiteres Phasendifferenzkorrekturverfahren beschrieben. Außerdem sind Ultrabreitband-Systeme beschrieben und ein Computerprogrammcode.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Phasendifferenzkorrekturverfahren und ein Ultrabreitband-System, welches zum Ausführen des Phasendifferenzkorrekturverfahren geeignet ist, sowie ein entsprechender Computerprogramcode. Insbesondere ist ein Verfahren zur Phasendifferenz-Drift- und Versatz-Korrektur offenbart, welches zu einer Ultrabreitband(UWB)-Lokalisierung geeignet ist.
Informationen über eine Phase einer Trägerwelle werden bei der Navigation häufig zur Verbesserung oder Bereitstellung von Entfernungsinformationen verwendet. Bei der Satellitennavigation wird die Messung der Phase der Trägerwelle in Kombination mit der Pseudoentfernung verwendet. Das gleiche Prinzip kann auch für UWB-Lokalisierungssysteme verwendet werden, vorausgesetzt, es wird berücksichtigt, dass die Takte, die zum Erzeugen der gesendeten Welle verwendet werden, ungenau sind und daher Drift- und Versatzkorrektur erfordern. Der allgemeine Ansatz zum Überwinden dieses Problems ist die Verwendung von drahtgebundenen Verbindungen zwischen Stationen, um das Taktsignal zu verteilen. Als Folge ist die Phasendrift für jede Station gleich. In [1] wird gezeigt, wie die Phasendifferenz zwischen zwei Empfangsstationen, die das gleiche Taktsignal gemeinschaftlich verwenden, erhalten werden kann. Dieses Verfahren kann durch Verwenden von zwei Sendestationen auch umgekehrt werden [2]. In beiden Fällen ist es möglich, nur eine Station statt zweier Stationen zu verwenden. Bei der Verwendung von nur einer Station müssen aber mehrere Antennen in der Station vorhanden sein.
Eine Phasenmessung gemäß einer der soeben beschriebenen Verfahren aus dem Stand der Technik ist nur bei Systemen anwendbar, bei denen das Taktsignal gemeinschaftlich verwendet wird oder bei denen eine Station bzw. ein Transceiver mehrere Antennen aufweist, die zum Senden oder Empfangen des Signals verfügbar sind.
12 zeigt schematisch ein Ultrabreitband-System 100`, welche für die TOA-Messtechnik geeignet ist. Ein erster Transceiver 10` sendet ein erstes Signal 21`, das durch einen zweiten Transceiver 20` empfangen wird. Hierzu umfassen der erste und der zweite Transceiver 10`, 20` jeweils einen Sender und einen Empfänger. Der erste Transceiver 10` und der zweite Transceiver 20` können dazu ausgebildet sein, Zeitstempel der empfangenen und gesendeten ersten und zweiten Signale 21', 22' zu erstellen und diese zu senden bzw. zu empfangen. Eine Zeitstempeldifferenz dT in Kombination mit der bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit c0 (Lichtgeschwindigkeit) ermöglicht es, eine unbekannten Abstand 25' über d = c0 * dT zu bestimmen. In der Praxis sind der erste Transceiver 10' und der zweite Transceiver 20' nicht synchronisiert. Um dieses Problem zu lösen, kann eine Technik namens Zweiweg-Entfernungsmessung (two-way ranging) verwendet werden. Zur Umsetzung der Zweiweg-Entfernungsmessung antwortet der zweite Transceiver 20' durch Aussenden des zweiten Signals 22' dem ersten Transceiver 10'. Das zweite Signal 22' enthält eine Information über die Verarbeitungszeit zwischen der empfangenen und der zurückgesendeten Übertragungszeit. Dieses Verfahren wird in [3] näher erläutert. Zusätzlich zu dem Taktfehler sind UWB-Messungen auch anderen störenden Faktoren unterworfen wie zum Beispiel Signalstärkeabhängigkeiten [4] oder Aufwärmfehler [5]. Insoweit gehört das bisher zur 1 beschriebene Verfahren zum Stand der Technik.
US 2022/0066019 A1 offenbart ein drahtloses Entfernungsmessungssystem, welches eine Entfernung zwischen drahtlosen Geräten schätzt, indem es die Geräte durch den Austausch von Kalibrierungspaketen kalibriert, um die Transceiver-Einstellungen für die Durchführung von Phasenmessungen an den drahtlosen Geräten anzupassen und dann ein Messpaket von einem ersten drahtlosen Gerät an ein zweites drahtloses Gerät zu senden, um das erste und das zweite drahtlose Gerät zu synchronisieren.
US 2023/0037601 A1 offenbart Methoden und Geräte für die Ultrabreitband-Kommunikation (UWB). Ein erstes UWB-Gerät generiert eine Erkennungsnachricht, die Informationen bereitstellt, die für die Erkennung des ersten UWB-Geräts verwendet werden. Das erste UWB-Gerät sendet die Erkennungsnachricht über einen Schmalband-Erkennungskanal (NB). Der NB-Erkennungskanal ist keinem UWB-Kanal zugeordnet. Der UWB-Kanal ist einer von mehreren Kandidaten-UWB-Kanälen, die für die UWB-Kommunikation zugewiesen sind.
US 2021/0239826 A1 bezieht sich auf die Bestimmung einer Trägerphasenverschiebung zwischen einem ersten Transceiver und einem zweiten Transceiver, wobei jeder Transceiver einen Lokaloszillator zum Erzeugen eines Trägersignals umfasst.
In Hinblick auf das zum Stand der Technik gehörende, beschriebene Verfahren ist zu bemerken, dass selbst mit allen verwendeten Korrekturverfahren es nicht möglich ist, dass die Zeitstempel-basierte Positionsschätzung eine bessere Positionsschätzung als mehrere Zentimeter erhält.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Phasendifferenzkorrekturverfahren und damit ein verbessertes Ultrabreitband-System bereitzustellen, insbesondere ohne die Verwendung von mehreren Antennen oder ohne ein Taktsignal einer Quarzuhr gemeinschaftlich verwenden zu müssen. Es ist eine Aufgabe, ein Verfahren und ein Ultrabreitband-System zur verbesserten Ultrabreitband(UWB)-Lokalisierung bereitzustellen, mit welchem eine Positionsschätzung eine Genauigkeit von weniger als 5 cm aufweist.
Dies wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche der vorliegenden Anmeldung erreicht. Weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen werden durch den Gegenstand der abhängigen Ansprüche der vorliegenden Anmeldung definiert.
Mit dem hierin vorgeschlagenen Phasendifferenzkorrekturverfahren kann beispielsweise bei einer Frequenz von 6,5 GHz eine Positionsgenauigkeit von weniger als 1 cm, insbesondere von 0,8 mm, bestimmt werden. Bei höheren Frequenzen wird eine Positionsbestimmung noch genauer, da die Wellenlänge kleiner wird.
Kern der vorliegenden Erfindung ist es, Korrekturterme, welche eine Uhren-Drift-Korrektur und/oder eine Phasen-Offset-Korrektur umfassen, um einen Phasenversatz und einen Phasendrift aus den, insbesondere gemessenen, Signalen zu korrigieren. Hierzu kann bei jedem ausgesendeten Signal auch eine Information zu dem Zeitstempel des ausgesendeten Signals mitversendet werden. Bevorzugt wird jenen Signalen, welche zur Berechnung einer Phasendifferenz herangezogen werden, mit einer Information zu seinem Zeitstempel versendet.
Vorschlagsgemäß umfasst das Phasendifferenzkorrekturverfahren zum Korrigieren einer Phasendrift und/oder eines Phasenversatzes ein Aussenden eines ersten Signals durch einen ersten Transceiver, ein Empfangen des ersten Signals durch einen zweiten Transceiver. Zu dem ersten Signal kann eine erste Phasendifferenz in dem zweiten Transceiver zwischen einem ersten internen Signal des zweiten Transceivers und dem empfangenen ersten Signal bestimmt werden. Nach Ablaufen eines definierten ersten Verzögerungszeitfensters erfolgt ein Aussenden eines zweiten Signals durch einen ersten Transceiver und ein Empfangen des zweiten Signals durch den zweiten Transceiver. Zu dem zweiten Signal kann eine zweite Phasendifferenz in dem zweiten Transceiver zwischen einem ersten internen Signal, d.h. einer internen Welle, des zweiten Transceivers und dem empfangenen zweiten Signal bestimmt werden. Nach Ablaufen eines definierten zweiten Verzögerungszeitfensters erfolgt ein Aussenden eines dritten Signals durch den zweiten Transceiver nach Ablauf eines definierten zweiten Verzögerungszeitfensters, ein Empfangen des dritten Signals durch den ersten Transceiver. Zu dem dritten Signal wird eine dritte Phasendifferenz in dem ersten Transceiver zwischen einem zweiten internen Signal, d.h. einer internen Welle, des ersten Transceivers und dem empfangenen dritten Signal bestimmt werden. Nach Ablaufen eines definierten dritten Verzögerungszeitfensters erfolgt ein Aussenden eines vierten Signals durch einen ersten Transceiver, und ein Empfangen des vierten Signals durch den zweiten Transceiver. Zu dem vierten Signal kann eine vierte Phasendifferenz in dem zweiten Transceiver zwischen dem ersten internen Signal des zweiten Transceivers und dem empfangenen vierten Signal bestimmt werden. Nach Ablaufen eines definierten vierten Verzögerungszeitfensters erfolgt ein Aussenden eines fünften Signals durch den ersten Transceiver, und ein Empfangen des fünften Signals durch den zweiten Transceiver. Zu dem fünften Signal kann eine fünfte Phasendifferenz in dem zweiten Transceiver zwischen dem ersten internen Signal des zweiten Transceivers und dem empfangenen fünften Signal bestimmt werden.
Nach einem zeitlichen Ablauf des Versendens und Empfangens des ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Signales durch die entsprechenden Transceiver erfolgt vorschlagsgemäß ein Bestimmen der korrigierten Phasendifferenz durch, falls eine erste, zweite, vierte und/oder fünfte Phasendifferenz zum Bestimmen der korrigierten Phasendifferenz benötigt wird, Bestimmen der benötigten Phasendifferenzen in dem zweiten Transceiver zwischen einem ersten internen Signal des zweiten Transceivers und dem zu der benötigten Phasendifferenz zugehörigen empfangenen Signal aus der Menge umfassen dem ersten, zweiten, vierten und fünften Signal. Ferner erfolgt, wie bereits beschrieben, ein Bestimmen einer dritten Phasendifferenz in dem ersten Transceiver zwischen einem zweiten internen Signal des ersten Transceivers und dem empfangenen dritten Signal. Schließlich erfolgt das Bestimmen der korrigierten Phasendifferenz durch Anwenden mindestens einer Grundrechenart auf die dritte Phasendifferenz und auf mindestens zwei der benötigten Phasendifferenzen. Der Begriff benötigte Phasendifferenz bedeutet, dass abhängig davon, auf welcher Basis welcher empfangener Signale, also erstes Signal bis fünftes Signal, die Phasendifferenzen, welche zu einem der empfangenen ersten bis fünften Signale assoziiert sind, berechnet werden, um schließlich die korrigierte Phasendifferenz zu bestimmen, d.h. berechnen. Aus diesem Grund, ist beschrieben, dass eine erste oder zweite oder vierte oder fünfte Phasendifferenz in dem zweiten Transceiver zwischen einem ersten internen Signal des zweiten Transceivers und dem empfangenen ersten Signal bestimmt werden kann, aber nicht muss, sofern die entsprechende Phasendifferenz nicht benötigt wird. Bei den benötigten Phasendifferenzen handelt es sich somit um jene Phasendifferenzen, die bestimmt werden können bzw. bestimmt werden, sofern sie benötigt werden. Die dritte Phasendifferenz hingegen wird bestimmt, da diese bei der Bestimmung der korrigierten Phasendifferenz in jedem Fall benötigt wird. Vorschlagsgemäß wird die entsprechende korrigierte Phasendifferenz gemäß einem ersten oder zweiten oder dritten oder vierten oder fünften oder sechsten oder siebten Ansatz bestimmt, wie in den Patentansprüchen 1 bis 7 beansprucht.
Das vorgeschlagene Phasendifferenzkorrekturverfahren kann unter Verwendung Ankunftszeit-Messtechnik (TOA = Time of Arrival) ausgeführt werden. Das Bestimmen einer Phasendifferenz umfasst ein Messen von Signalen, d.h. das Empfangen von Signalen durch einen entsprechenden Transceiver. Ferner umfasst das Bestimmen der Phasendifferenz ein Auswerten der gemessenen Signale durch Berechnen der Phasendifferenz. Das Berechnen der Phasendifferenz kann durch irgendeinen Transceiver oder durch einen Server oder dergleichen erfolgen. Mit anderen Worten, ein Signal zur Bestimmung einer Phasendifferenz umfasst die gemessenen Signale, aus denen die Phasendifferenz in einem beliebigen Transceiver oder auf einem Server oder in einer Cloud berechnet werden können.
Das Bestimmen der korrigierten Phasendifferenz kann ein Anwenden mindestens einer Grundrechenart auf die dritte Phasendifferenz und auf die erste und zweite Phasendifferenzen umfassen, wodurch eine Detektion einer Positionsgenauigkeit des ersten Transceivers und des zweiten Transceivers verbessert wird. Alternativ kann das Bestimmen der korrigierten Phasendifferenz durch Anwenden mindestens einer Grundrechenart auf die dritte Phasendifferenz und auf mindestens eine der ersten oder zweiten Phasendifferenzen und auf mindestens eine der vierten oder fünften Phasendifferenzen, wodurch eine Detektion einer Positionsgenauigkeit des ersten Transceivers und des zweiten Transceivers verbessert wird. Mit anderen Worten, die zuvor bestimmte benötigten Phasendifferenzen aus der Menge bestehend aus der ersten Phasendifferenz, der zweiten Phasendifferenz, der vierten Phasendifferenz und der fünften Phasendifferenz sowie der dritten Phasendifferenz werden verwendet, um eine Uhren-Drift-Korrektur und/oder eine Phasen-Offset-Korrektur zu bestimmen, wodurch die korrigierten Phasendifferenz bestimmt wird.
Vorliegend wird eine Uhren-Drift-Korrektur und eine Phasen-Offset-Korrektur bestimmt auf Basis der dritten Phasendifferenz, welche auf einem dritten Signal basiert, welches vom zweiten Transceiver zu dem ersten gesendet wird, und auf Basis des zeitlich zuvor und/oder zeitlich danach gesendeten und gemessenen ersten, zweiten, vierten oder fünften Signals. Hierbei werden das erste Signal und das zweite Signal zeitlich hintereinander von dem ersten Transceiver zu dem zweiten Transceiver gesendet, bevor der zweite Transceiver das dritte Signal an den ersten Transceiver sendet. Außerdem werden das vierte Signal und das fünfte Signal zeitlich hintereinander von dem ersten Transceiver zu dem zweiten Transceiver gesendet, nachdem der zweite Transceiver das dritte Signal zu dem ersten Transceiver gesendet hat. Hierdurch kann eine Uhren-Drift und/oder ein Phasen-Offset, insbesondere mit erhöhter, Genauigkeit korrigiert werden.
Das erste Signal entspricht gemäß einer zeitlichen Abfolge einem zeitlich ersten Signal, welches von einem ersten Transceiver ausgesendet wird.
Das zweite Signal entspricht gemäß einer zeitlichen Abfolge einem zeitlich zweiten Signal, welches von einem ersten Transceiver ausgesendet wird, nachdem das erste Signal gesendet worden ist.
Das dritte Signal entspricht gemäß einer zeitlichen Abfolge einem zeitlich dritten Signal, welches von einem zweiten Transceiver ausgesendet wird, nachdem das erste Signal und das zweite Signal von dem ersten Transceiver in Richtung des zweiten Transceivers gesendet worden sind.
Das vierte Signal entspricht gemäß einer zeitlichen Abfolge einem zeitlich vierten Signal, welches von einem ersten Transceiver ausgesendet wird, nachdem das erste Signal und das zweite Signal von dem ersten Transceiver in Richtung des zweiten Transceivers und das dritte Signal von dem zweiten Transceiver in Richtung des ersten Transceivers gesendet worden sind.
Das fünfte Signal entspricht gemäß einer zeitlichen Abfolge einem zeitlich fünften Signal, welches von einem ersten Transceiver ausgesendet wird, nachdem das erste Signal und das zweite Signal von dem ersten Transceiver in Richtung des zweiten Transceivers und das dritte Signal von dem zweiten Transceiver in Richtung des ersten Transceivers und das fünfte Signal von dem ersten Transceiver in Richtung des zweiten Transceivers gesendet worden sind.
Das erste bis fünfte Signal werden in einer zeitlichen Abfolge hintereinander versendet und können, müssen aber nicht, mit einer zugehörigen Zeitstempelinformation versendet werden. Insbesondere werden das erste bis fünfte Signal nach Ablauf der den entsprechenden ersten bis fünften Signalen zugeordneten Verzögerungszeitfenster gesendet. Ein Signal zur Bestimmung einer Phasendifferenz umfasst die gemessenen Signale, aus denen die Phasendifferenz in einem beliebigen Transceiver, bevorzugt dem Empfängertransceiver, oder auf einem Server oder in einer Cloud berechnet werden können. Würde keine Drift vorliegen, wäre die so erhaltene Phasendifferenz nur abhängig von der Distanz zwischen dem ersten und dem zweiten Transceiver und damit einer Signalphase entsprechen. Läge also keine Uhrendrift vor, so müsste lediglich der Phasen-Offset ermittelt werden, um auf die korrigierte Phasendifferenz zu schließen.
Wo die Berechnung der einzelnen Phasendifferenzen stattfindet ist irrelevant; sie können also im ersten und/oder im zweiten Transceiver berechnet werden. Wichtig ist nur, dass die gemessenen Signale zur Berechnung der korrigierten Phasendifferenz bei der Ausführung der Berechnung der korrigierten Phasendifferenz zur Verfügung stehen. Bevorzugt werden die einzelnen Phasendifferenzen jedoch in dem jeweiligen Empfängertransceiver berechnet, welcher das Signal empfängt, welches eine Grundlage zur Bestimmung der entsprechenden Phasendifferenz bildet.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Ultrabreitband-System mit einem ersten Transceiver und einem zweiten Transceiver, welche jeweils zum Senden und Empfangen von Signalen ausgebildet sind und voneinander beabstandet sind, wobei das System dazu ausgebildet ist, ein Phasendifferenzkorrekturverfahren wie hierin beschrieben auszuführen. Durch Ausführen des Phasendifferenzkorrekturverfahrens wird eine Uhren-Drift und/oder ein Phasen-Offset korrigiert, wodurch ein Phasenversatz zwischen den beiden Transceivern korrigiert, insbesondere wobei die Phasendifferenz eine Funktion der Distanz beider Transceiver ist. Nach einem Korrigieren der Phasendifferenz wird somit die Signalphase erhalten. Das erfindungsgemäße Ultrabreitband(UWB)-System weist Sender-, Empfänger- oder Sende/Empfangsgerät-stationen, vorliegend Transceiver genannt, auf. Die Empfangsstationen, also die Transceiver, können die Phasendifferenz zwischen der Trägerwelle, d.h. des ersten Signals, und/oder des zweiten Signals und/oder eines dritten Signals und/oder eine vierten und/oder eines fünften Signals erhalten. Die interne Welle oder das interne Signal, welches zur Bestimmung einer Phasendifferenz verwendet wird, ist unabhängig davon, welches Signal gesendet und/oder empfangen wird. Die interne Welle hat eine Frequenz mit einer bestimmten Genauigkeit und einer Phasendrift.
Zum Empfangen von Signalen umfasst ein Transceiver mindestens eine Antenne. Ein Phasenwert eines empfangenen Signals wird dadurch bestimmt, dass eine Phase eines Signals als Funktion einer komplexen Basisband-Impulsantwort (basisband impulse response) des von der Antenne empfangenen Sendesignals erhalten wird. Beim Empfangen eines Signals durch einen Transceiver wird der SFD (start frame delimiter), der Realteil des Signals und der Imaginärteil des Signals gemessen. Über diese Messwerte kann schließlich die Phasendifferenz zwischen dem empfangenen Signal und einem internen Signal berechnet werden.
Nachfolgend werden einige in dieser Anmeldung verwendete Begriffe erläutert, um die Begriffe im Rahmen dieser Anmeldung zu definieren.
In der vorliegenden Anmeldung ist ein Signal als eine elektromagnetische Welle, insbesondere mit oder ohne modulierter Information, zu verstehen. Der Begriff Signal kann durch den Begriff Welle ausgetauscht werden, da Welle und Signal zueinander synonym verwendet werden. Vorliegend werden die Signale als digitale Signale gesendet und empfangen. Selbstverständlich kann auch ein Analogsignal in ein Digitalsignal transkribiert werden. Vorliegend werden die Signale zwischen Transceivern transmittiert, wobei vorliegend ein Transceiver nur einen Receiver umfassen kann, sofern der Empfänger für die Durchführung des erfindungsgemäßen Phasendifferenzkorrekturverfahrens ausreichend ist. Wann ein Receiver ausreichend ist, wird für dem Fachmann durch die weitere Beschreibung erläutert werden. In der Regel umfasst ein Transceiver einen Sender und einen Empfänger.
Der Begriff „interne Welle“ bzw. „internes Signal“ lässt sich wie folgt erklären: Eine Quarzoszillatoruhr (crystal clock) treibt eine PLL (Phase Locked Loop; deutsch: Phasenregelschleife) an, die eine Trägerwelle erzeugt. Diese Trägerwelle wird nicht nur zum Senden verwendet, sondern auch um das empfangene Signal zu demodulieren. Dazu wird ein Abwärtsmischer (down coverter mixer) verwendet. Wird ein Signal mit einer Antenne empfangen, bestimmt der Abwärtsmischer mit dem internen Signal die I/Q Daten.
Diese geben Aufschluss über die Phasendifferenz Φ zwischen dem internen Signal und dem empfangenen Signal gemäß $Φ = arctan (\frac{Q}{I}) .$

Nachdem die I/Q Daten durch den Analog-Digital-Umsetzer (ADC) digitalisiert wurden, kann der Basisband-Prezessor (Baseband Processor) die Impuls-Antwort bilden, um die I/Q Daten dem direkten Signal zuzuordnen.
Unter dem Begriff Phasendifferenz ist die Differenz der Phase von dem Empfangenen Signal und der Phase von der internen Welle der Quarzuhr zu verstehen. Diese wird bestimmt indem die I/Q Daten in der Impuls-Antwort (Channel Impulse Response) ausgelesen werden. Spezifisch zum UWB Chip müssen diese Daten weiter verrechnet werden, um die Phasendifferenz zu bestimmen, beispielsweise mit dem Driftsynchronisationsrahmen Begrenzer (synchronization frame delimiter /SFD). Wenn in der vorliegenden Anmeldung von der Bestimmung der Phasendifferenz die Rede ist, dann ist damit die Bestimmung aller für die Berechnung der Phasendifferenz notwendigen Daten, insbesondere SFD, Realteil und Imaginärteil des empfangenen Signals, gemeint, die beim Empfangen der Nachricht entstehen. Dabei ist es unerheblich, wo diese Daten zur eigentlichen Phasendifferenz zusammengeführt werden. Mit anderen Worten, die Phasendifferenz als solche kann durch einen beliebigen Transceiver berechnet werden.
Gemäß der hierin beschriebenen technischen Lehre werden mehrere Phasendifferenzen zwischen den Transceivern gebildet, um die Signalphase zu bestimmen, die nur abhängig von der Distanz zwischen zwei Transceivern ist. Die Drift- und Versatz korrigierte Phasendifferenz wird vorliegend als Signalphase bezeichnet werden.
Bevorzugt wird das Phasendifferenzkorrekturverfahren in einer Reihenfolge der einzelnen Schritte ausgeführt, wie in Anspruch 1 nacheinander beansprucht. Es ist jedoch denkbar, dass ein Bestimm der ersten bis fünften Phasendifferenz erst dann erfolgt, wenn das erste Signal bis fünfte Signal zwischen dem ersten Transceiver und dem zweiten Transceiver ausgetauscht worden sind.
Mit dem präsentierten Korrekturverfahren kann die korrigierte Phasendifferenz, also die Signalphase, im Fall von verteilten UWB-Stationen mit Taktungenauigkeit realisiert werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ferner einen Computerprogramcode, welcher Schritte eines Phasendifferenzkorrekturverfahrens wie hierin beschrieben ausführt, wenn der Computerprogramcode auf einem Programcode ausführbaren Medium ausgeführt wird.
Im Wesentlichen umfasst das Phasendifferenzkorrekturverfahren ein Korrigieren der Phasendrift und/oder des Phasenversatzes. Dieses kann zwischen zwei aktiven Stationen bzw. aktiven Transceivern (senden und empfangen von Signalen) oder beliebig vielen passiven Transceivern (nur empfangen von Signalen) realisiert werden. Ein passiver Transceiver entspricht einem Receiver (Empfänger).
Die hierin beschriebene technische Lehre offenbart, wie die Phasendifferenz zwischen zwei oder mehreren Transceivern, insbesondere UWB-Transceivern, korrigiert werden kann, ohne das Taktsignal teilen zu müssen und/oder ohne spezielle Antennenarrays verwenden zu müssen. Durch Korrigieren der Phasendifferenz kann die Signalphase erhalten werden, welche nur eine Funktion der Distanz der Transceiver ist.
Das hierin offenbarte Phasendifferenzkorrekturverfahren konnte durch reale Messungen verifiziert werden. Anhand der realen Messungen konnte beispielsweise gezeigt werden, dass die korrigierte Phasendifferenz, also die Signalphase, verwendet werden kann, um die Präzision und Genauigkeit von UWB-Lokalisierungssystemen deutlich zu erhöhen, wie dies nachfolgend der Bildbeschreibung zu entnehmen ist.
In dem Stand der Technik war bisher nur bekannt, dass eine Positionsbestimmung im UWB-Bereich nur auf mehrere cm genau bestimmt werden konnte. Mit der hierin offenbarten Erfindung jedoch wird eine Position auf 0,8 mm genau bei einer Frequenz von 6,5 GHz erfasst. Bei höheren Frequenzen wird eine Positionsbestimmung noch genauer, da die Wellenlänge kleiner wird.
Dies ist eine technische Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik. Denn eine Phasenmessung gemäß einer der in der Einleitung beschriebenen Verfahren ist nur bei Systemen anwendbar, bei denen das Taktsignal gemeinschaftlich verwendet wird oder bei denen eine Station mehrere Antennen aufweist, die zum Senden oder Empfangen des Signals verfügbar sind. Das erfindungsgemäße Phasendifferenzkorrekturverfahren macht es nicht nur möglich, dieses Problem zu lösen, sondern das Phasendifferenzkorrekturverfahren kann auch für Ankunftszeit (TOA) bzw. auch für Ankunftszeitdifferenz (TDOA) verwendet werden. Außerdem können aktive und/oder passive Transceiver verwendet werden.
Die hierin offenbarte technische Lehre ist in den Bereichen von Vorteil, in welchen eine hohe Positionsgenauigkeit eine wichtige Rolle spielt, wie beispielsweise Augmented Reality, Robotics, Militär, Automobilität, insbesondere beim autonomen Fahren, Aufzeichnen und Überwachen, etc.
Ferner sei an dieser Stelle noch einmal die Bedeutung hierin verwendeter Abkürzungen erklärt:

TOA: Ankunftszeit-Messtechnik (TOA = Time of Arrival)
TDOA: Ankunftszeitdifferenz-Messtechnik (TDOA = Time Difference of Arrival)

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgerecht; vielmehr wird im Allgemeinen darauf Wert gelegt, die Prinzipien der Erfindung zu veranschaulichen. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 schematisch einen Ablauf des erfindungsgemäßen Phasendifferenzkorrekturverfahrens in einem Ultrabreitband-System;
2 die korrigierte Phasendifferenz gegenüber einer durchgeführten Anzahl an Messungen;
3 Ergebnisse von Messungen mit Uhren-Drift-Korrektur und mit Phasen-Offset-Korrektur gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 Ergebnisse von Messungen mit Uhren-Drift-Korrektur und mit Phasen-Offset-Korrektur gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 Ergebnisse von Messungen mit Uhren-Drift-Korrektur und mit Phasen-Offset-Korrektur gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 Ergebnisse von Messungen mit Uhren-Drift-Korrektur und mit Phasen-Offset-Korrektur gemäß der vorliegenden Erfindung;
7 Ergebnisse von Messungen mit Uhren-Drift-Korrektur und mit Phasen-Offset-Korrektur gemäß der vorliegenden Erfindung;
8 Ergebnisse von Messungen mit Uhren-Drift-Korrektur und mit Phasen-Offset-Korrektur gemäß der vorliegenden Erfindung;
9 Ablauf eines erfindungsgemäßen Phasendifferenzkorrekturverfahrens;
10 Ergebnisse von Messungen ohne Uhren-Drift-Korrektur und ohne die Phasen-Offset-Korrektur;
11 Ergebnisse von Messungen ohne Uhren-Drift-Korrektur, aber mit Phasen-Offset-Korrektur; und
12 schematisch ein Ultrabreitband-System mit einer TOA zwischen zwei UWB-Transceivern.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
Gleiche oder gleichwertige Elemente oder Elemente mit gleicher oder gleichwertiger Funktionalität werden in der folgenden Beschreibung durch gleiche oder gleichwertige Referenzzahlen bezeichnet, auch wenn sie in verschiedenen Figuren vorkommen. Vorliegend wird beispielsweise der Begriff Signal synonym für elektromagnetische Welle und umgekehrt verwendet. Die hierin beschriebene technische Lehre wird in Zusammenschau der 1 bis 12 nachfolgend beschrieben.
In der folgenden Beschreibung wird eine Vielzahl von Details aufgeführt, um eine durchgehende Erläuterung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Für einen Fachmann wird es jedoch offensichtlich sein, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch ohne diese spezifischen Details ausgebildet werden können. In anderen Fällen werden bekannte Strukturen und Vorrichtungen eher in Blockschaltbildern oder schematischen Darstellungen als im Detail dargestellt, um zu vermeiden, dass Ausführungsformen der vorliegenden technischen Lehre verdeckt werden. Darüber hinaus können Merkmale der verschiedenen nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben ist.
Wie bereits in der Einleitung erwähnt wurde, war eine Phasenmessung bisher nur bei Systemen anwendbar, bei denen das Taktsignal gemeinschaftlich verwendet wird oder bei denen ein Transceiver mehrere Antennen aufweist, die zum Senden oder Empfangen des Signals verfügbar sind.
Das erfindungsgemäße Phasendifferenzkorrekturverfahren löst diese Probleme und kann sowohl bei einem Verfahren angewendet werden, in dem die Ankunftszeit (TOA) relevant ist, als auch bei einem Verfahren angewendet werden, in dem die Ankunftszeitdifferenz (TDOA) relevant ist. Dies wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsformen erklärt.
1 zeigt schematisch einen Ablauf des erfindungsgemäßen Phasendifferenzkorrekturverfahrens in einem Ultrabreitband-System 100. Das Ultrabreitband-System 100 umfasst einen ersten Transceiver 10 und einem zweiten Transceiver 20, welche jeweils zum Senden und Empfangen von Signalen A, B, C, D, E ausgebildet sind. Der erste Transceiver 10 und der zweite Transceiver 20 sind voneinander beabstandet. Der erste Transceiver 10 und der zweite Transceiver sind einen Abstand d, 25 beabstandet. Der erste Transceiver 10 kann auch als Initiator bezeichnet werden, welcher den Ablauf des Phasendifferenzkorrekturverfahrens durch Aussenden eines ersten Signals A initiiert. Der zweite Transceiver 20 kann auch als Responder (Deutsch: Beantworter) bezeichnet werden, welcher auf das erste empfangene Signal A regiert, indem er mit einem zweiten Signal B antwortet.
8 zeigt den Ablauf des erfindungsgemäßen Phasendifferenzkorrekturverfahrens als solches. Das erfindungsgemäße Phasendifferenzkorrekturverfahren umfasst die Schritte 800 bis 950. Das Phasendifferenzkorrekturverfahren wird mit Bezug auf die 1 und 8 nachfolgend erläutert.
Das Phasendifferenzkorrekturverfahren 800 zum Korrigieren einer Phasendrift und/oder eines Phasenversatzes umfasst in Schritt 810 ein Aussenden eines ersten Signals A durch einen ersten Transceiver 10. In Schritt 820 umfasst das Phasendifferenzkorrekturverfahren 800 Empfangen des ersten Signals A durch einen zweiten Transceiver 20. Ein erste Phasendifferenz pA kann in dem zweiten Transceiver 20 zwischen einem ersten internen Signal 21 des zweiten Transceivers 20 und dem empfangenen ersten Signal A bestimmt werden. Die erste Phasendifferenz kann eine benötigte Phasendifferenz sein. Nach Ablaufen eines definierten ersten Verzögerungszeitfensters erfolgt in Schritt 830 ein Aussenden eines zweiten Signals B durch den ersten Transceiver 10, wobei in Schritt 840 ein Empfangen des zweiten Signals B durch den zweiten Transceiver 20 erfolgt. Eine zweite Phasendifferenz pB kann in dem zweiten Transceiver 20 zwischen einem ersten internen Signal 21 des zweiten Transceivers 20 und dem empfangenen zweiten Signal B bestimmt werden . Die zweite Phasendifferenz kann eine benötigte Phasendifferenz sein. Nach Ablaufen eines definierten zweiten Verzögerungszeitfensters erfolgt in Schritt 850 ein Aussenden eines dritten Signals C durch den zweiten Transceiver 20 nach Ablauf des definierten zweiten Verzögerungszeitfensters. Das Phasendifferenzkorrekturverfahren 800 umfasst ferner in Schritt 860 ein Empfangen des dritten Signals C durch den ersten Transceiver 10; und in Schritt 890 ein Bestimmen einer dritten Phasendifferenz pC in dem ersten Transceiver 10 zwischen einem zweiten internen Signal des ersten Transceivers 10 und dem empfangenen dritten Signal C. Die dritte Phasendifferenz pC wird in jedem Fall benötigt. Nach Ablaufen eines definierten dritten Verzögerungszeitfensters erfolgt in Schritt 900 ein Aussenden eines vierten Signals D durch einen ersten Transceiver 10. In Schritt 910 erfolgt ein Empfangen des vierten Signals D durch den zweiten Transceiver 20. Ein Bestimmen einer vierten Phasendifferenz pD kann in dem zweiten Transceiver 20 zwischen dem ersten internen Signal 21 des zweiten Transceivers 20 und dem empfangenen vierten Signal D erfolgen. Die vierte Phasendifferenz kann eine benötigte Phasendifferenz sein. In Schritt 920 erfolgt nach Ablaufen eines definierten vierten Verzögerungszeitfensters ein Aussenden eines fünften Signals E durch den ersten Transceiver 10, und in Schritt 930 ein Empfangen des fünften Signals E durch den zweiten Transceiver 20. Ein Bestimmen einer fünften Phasendifferenz pE kann in dem zweiten Transceiver 20 zwischen dem ersten internen Signal des zweiten Transceivers 20 und dem empfangenen fünften Signal E erfolgen. Die fünfte Phasendifferenz kann eine benötigte Phasendifferenz sein. Bevorzugt werden die erste bis fünfte Phasendifferenz pA, pB, pC, pD, pE in jenem Transceiver 10, 20 berechnet, welcher das zugehörige Signal A, B, C, D, E empfängt. Ein Bestimmen einer korrigierten Phasendifferenz P1, P2, P3, P4, P5, P6 erfolgt in Schritten 940 und 950 durch: Falls eine erste, zweite, vierte und/oder fünfte Phasendifferenz pA, pB, pD, pE zum Bestimmen der korrigierten Phasendifferenz P1, P2, P3, P4, P5, P6 benötigt wird, Bestimmen der benötigten Phasendifferenzen pA, pB, pD, pE in dem zweiten Transceiver 20 zwischen einem ersten internen Signal des zweiten Transceivers 20 und dem zu der benötigten Phasendifferenz zugehörigen empfangenen Signal A, B, D, E aus der Menge umfassend das erste, zweite, vierte und fünfte Signal A, B, D, E, Bestimmen einer dritten Phasendifferenz pC in dem ersten Transceiver 10 zwischen einem zweiten internen Signal des ersten Transceivers 10 und dem empfangenen dritten Signal C (Schritt 940). Außerdem umfasst das Bestimmen der korrigierten Phasendifferenz P1, P2, P3, P4, P5, P6 ein Anwenden mindestens einer Grundrechenart auf die dritte Phasendifferenz pC und auf mindestens zwei der benötigten Phasendifferenzen pA, pB, pD, pE, wodurch jeweils eine Detektion einer Positionsgenauigkeit des ersten Transceivers 10 und des zweiten Transceivers 20 verbessert wird (Schritt 950).
Das Bestimmen einer korrigierten Phasendifferenz P1, P2, P3, P4, P5, P6 kann also durch Anwenden mindestens einer Grundrechenart auf die dritte Phasendifferenz pC und auf die erste und zweite Phasendifferenzen pA, pB, oder durch Anwenden mindestens einer Grundrechenart auf die dritte Phasendifferenz pC und auf mindestens eine der ersten oder zweiten Phasendifferenzen pA, pB und auf mindestens eine der vierten oder fünften Phasendifferenzen pD, pE, wodurch jeweils eine Detektion einer Positionsgenauigkeit des ersten Transceivers 10 und des zweiten Transceivers 20 verbessert wird. Vorliegend ist mit mindestens eine der vierten oder fünften Phasendifferenzen pD, pE entweder nur die vierte Phasendifferenz pD oder nur die fünfte Phasendifferenz pE oder die vierte Phasendifferenz pD und die fünfte Phasendifferenz pE gemeint. Vorliegend ist mit mindestens eine der ersten oder zweiten Phasendifferenzen pA, pB entweder nur die erste Phasendifferenz pA oder nur die zweite Phasendifferenz pB oder die erste Phasendifferenz pA und die zweite Phasendifferenz pB gemeint.
Eine Information zur Berechnung der dritten Phasendifferenz pC oder die berechnete dritte Phasendifferenz pC kann dem zweiten Transceiver 20 übermittelt werden, um die korrigierte Phasendifferenz P1, P2, P3, P4, P5, P6 in dem zweiten Transceiver 20 zu bestimmen. Alternativ können Informationen zur Berechnung der ersten, zweiten, vierten und fünften Phasendifferenz pA, pB, pD, pE und/oder die berechnete erste, zweite, vierte und fünfte Phasendifferenz pA, pB, pD, pE dem ersten Transceiver 10 übermittelt werden, um die korrigierte Phasendifferenz P1, P2, P3, P4, P5, P6 in dem ersten Transceiver 10 zu bestimmen.
Bevorzugt wird lediglich die dritte Phasendifferenz pC im ersten Transceiver 20 berechnet, während die erste, zweite , vierte und fünfte Phasendifferenz pA, pB, pD, pE im zweiten Transceiver 20 berechnet werden. Dies hat den Vorteil, dass die entsprechende Phasendifferenz dort berechnet wird, wo das entsprechende Signal zur zu berechnenden Phasendifferenz auch empfangen wird. Andernfalls müssten die gemessenen also die empfangenen Signale und damit die Messdaten der Kanalimpulsantwort CIR (channel impulse response) an einen Transceiver zur Berechnung versendet werden. Denkbar ist es daher, die erste bis fünfte Phasendifferenz pA, pB, pC, pD, pE in irgendeinem der Transceiver 10, 20 zu berechnen. Hierzu müssen lediglich die Information eines entsprechenden Signals A, B, C, D, E an den Transceiver 10, 20, welcher die entsprechende Phasendifferenz pA, pB, pC, pD, pE berechnet, übermittelt werden. Es ist ferner denkbar, dass der erste Transceiver 10 und der zweite Transceiver 20 jeweils die erste bis fünfte Phasendifferenz pA, pB, pC, pD, pE berechnet.
Der erste Transceiver 10 sendet das erste Signal A, welches eine Kontrollnachricht (Control message) umfasst, und das zweite Signal B sendet, welches eine Reichweiteninitiationsnachricht (Ranging Initiation Message) zum Initiieren einer Laufzeitmessung umfasst, wobei das zweite Signal B erst nach dem Ablaufen des ersten Verzögerungszeitfensters gesendet wird. Das erste Verzögerungszeitfensters ist ein Zeitfenster zwischen den Zeitpunkten t₃₂-t₃₁ mit t₃₂, t₃₁ > 0 (siehe 1). Das dritte Signal C, welches zum Zeitpunkt t₃₃ ausgesendet wird, also nach Ablaufen eines zweiten Verzögerungszeitfensters t₃₃-t₃₂ mit t₃₃, t₃₂ > 0, umfasst eine Reichweitenantwortnachricht (Ranging Response Message). Das vierte Signal D, welches zum Zeitpunkt t₃₄ ausgesendet wird, also nach Ablaufen eines dritten Verzögerungszeitfensters t₃₄-t₃₃ mit t₃₄, t₃₃ > 0, umfasst eine Reichweitenfinalnachricht (Ranging Final Message). Das fünfte Signal E, welches zum Zeitpunkt t₃₅ ausgesendet wird, also nach Ablaufen eines vierten Verzögerungszeitfensters t₃₅-t₃₄ mit t₃₅, t₃₄ > 0, umfasst eine Messungsbenachrichtigungsnachricht (Measurement Report Message).
Das Aussenden des ersten Signals A initialisiert das Ablaufen des ersten Verzögerungszeitfensters. Es gilt t₃₂ > t₃₁ > 0. Das Aussenden des zweiten Signals B initialisiert das Ablaufen des zweiten Verzögerungszeitfensters. Es gilt t₃₃ > t₃₂ > 0.
Das Aussenden des dritten Signals C initialisiert das Ablaufen des dritten Verzögerungszeitfensters. Es gilt t₃₄ > t₃₃ > 0. Das Aussenden des vierten Signals D initialisiert das Ablaufen des vierten Verzögerungszeitfensters. Es gilt t₃₅ > t₃₄ > 0.
Wie 1 zu entnehmen ist, laufen das erste Verzögerungszeitfenster t₃₂-t₃₁, das zweite Verzögerungszeitfenster t₃₃-t₃₂, das dritte Verzögerungszeitfenster t₃₄-t₃₃ und das vierte Verzögerungszeitfenster t₃₅-t₃₄ der Anzahl (d.h. der Ordnungszahl) aufsteigend zeitlich hintereinander ab.
Mit anderen Worten, bei n Verzögerungszeitfenstern mit n einer natürlichen Zahl, insbesondere zwischen 1 und 4 oder größer, initialisiert das Aussenden des n-ten Signals, den Ablauf des nten Verzögerungszeitfensters. Vorliegend wird der Ablauf synonym zu dem Ablaufen verwendet. Das vorliegende Phasenkorrekturverfahren ist nicht auf den Austausch von fünf Signalen beschränkt. Vielmehr können mehre als fünf Signale ausgetauscht werden. Wichtig ist, dass die Signale in bekannten Zeitabständen zu einander, also nach Ablauf eines bekannten Zeitfensters gesendet werden. Bevorzugt weisen die Zeitfenster eine einzige konstante Länge auf. Bevorzugt weist ein Zeitfenster eine Länge von 2ms, besonders bevorzugt von 1 ms oder kleiner auf.
Erfolgt ein Bestimmen der korrigierten Phasendifferenz P1 durch Anwenden mindestens einer Grundrechenart auf die dritte Phasendifferenz pC und auf der zweiten Phasendifferenzen pB und auf der vierten Phasendifferenzen pD, kann die korrigierten Phasendifferenz P1 zwischen dem zweiten und vierten Signal B, D des ersten Transceivers 10 und dem dritten Signal C des zweiten Transceivers 20 gemäß einem ersten Ansatz durch $P 1 = 2 pC + pB + pD$
bestimmt wird, wobei pB die zweite Phasendifferenz, pC die dritte Phasendifferenz und pD die vierte Phasendifferenz ist. 2 zeigt die korrigierte Phasendifferenz P1, welche gemäß dem ersten Ansatz berechnet worden ist und gegenüber einer durchgeführten Anzahl an Messungen auftragen ist. Die gestrichelten Linien in 2, welche parallel zur x-Achse eingezeichnet sind, geben die Standardabweichung an, welche mit dem ersten Ansatz für die korrigierte Phasendifferenz erreicht worden ist. Mit dem ersten Ansatz kann eine Standardabweichung der korrigierten Phasendifferenz P1 von 29° oder weniger erreicht werden.
Erfolgt ein Bestimmen der korrigierten Phasendifferenz P2 durch Anwenden mindestens einer Grundrechenart auf alle der fünf zuvor bestimmten Phasendifferenzen pA, pB, pC, pD, pE, kann die korrigierten Phasendifferenz P2 zwischen dem ersten, zweiten, vierten und fünften Signal A, B, D, E des ersten Transceivers 10 und dem dritten Signal C des zweiten Transceivers 20 gemäß einem zweiten Ansatz durch $\begin{matrix} P 2 = ((pB + pC) + (pB - pA) + (pD + pC) + (pD - pE)) / 2 \\ = pB + pC + pD - (pA + pE) / 2 \end{matrix}$
bestimmt wird, wobei pA die erste Phasendifferenz, pB die zweite Phasendifferenz, pC die dritte Phasendifferenz, pD die vierte Phasendifferenz und pE die fünfte Phasendifferenz ist. 3 zeigt die korrigierte Phasendifferenz P1, welche gemäß dem zweiten Ansatz berechnet worden ist und gegenüber einer durchgeführten Anzahl an Messungen auftragen ist. Die gestrichelten Linien in 3, welche parallel zur x-Achse eingezeichnet sind, geben die Standardabweichung an, welche mit dem zweiten Ansatz für die korrigierte Phasendifferenz erreicht worden ist. Mit dem zweiten Ansatz kann eine Standardabweichung der korrigierten Phasendifferenz P2 von 10° oder weniger erreicht werden.
Erfolgt ein Bestimmen der korrigierten Phasendifferenz P3 durch Anwenden mindestens einer Grundrechenart auf die dritte Phasendifferenz pC und auf der zweiten Phasendifferenz pB und auf den vierten und fünften Phasendifferenzen pD, pE, kann die korrigierten Phasendifferenz P3 zwischen dem zweiten und vierten und fünften Signal B, D, E des ersten Transceivers 10 und dem dritten Signal C des zweiten Transceivers 20 gemäß einem dritten Ansatz durch $\begin{matrix} P 3 = (pB + pC) - (pD - pE) \\ = pB + pC - pD + pE \end{matrix}$
bestimmt werden, wobei pB die zweite Phasendifferenz, pC die dritte Phasendifferenz, pD die vierte Phasendifferenz und pE die fünfte Phasendifferenz ist. 4 zeigt die korrigierte Phasendifferenz P3, welche gemäß dem dritten Ansatz berechnet worden ist und gegenüber einer durchgeführten Anzahl an Messungen auftragen ist. Die gestrichelten Linien in 4, welche parallel zur x-Achse eingezeichnet sind, geben die Standardabweichung an, welche mit dem dritten Ansatz für die korrigierte Phasendifferenz erreicht worden ist. Mit dem dritten Ansatz kann eine Standardabweichung der korrigierten Phasendifferenz P3 von 33° oder weniger erreicht werden.
Erfolgt ein Bestimmen der korrigierten Phasendifferenz P4 durch Anwenden mindestens einer Grundrechenart auf die dritte Phasendifferenz pC und auf die erste und zweite Phasendifferenzen pA, pB,. d.h. auf zwei Phasendifferenzen, welche zeitlich vor der dritten Phasendifferenz gemessen worden sind, kann die korrigierten Phasendifferenz P3 zwischen dem ersten und zweiten Signal A, B des ersten Transceivers 10 und dem dritten Signal C des zweiten Transceivers 20 gemäß einem vierten Ansatz durch $P 4 = (pB + pC) + (pB - pA) = 2 pB + pC - pA$
bestimmt werden, wobei pB die zweite Phasendifferenz, pC die dritte Phasendifferenz, und pA die erste Phasendifferenz ist. 5 zeigt die korrigierte Phasendifferenz P4, welche gemäß dem vierten Ansatz berechnet worden ist und gegenüber einer durchgeführten Anzahl an Messungen auftragen ist. Die gestrichelten Linien in 5, welche parallel zur x-Achse eingezeichnet sind, geben die Standardabweichung an, welche mit dem vierten Ansatz für die korrigierte Phasendifferenz erreicht worden ist. Mit dem vierten Ansatz kann eine Standardabweichung der korrigierten Phasendifferenz P4 von 33° oder weniger erreicht werden.
Erfolgt ein Bestimmen der korrigierten Phasendifferenz P5 durch Anwenden mindestens einer Grundrechenart auf die dritte Phasendifferenz pC und auf den ersten und zweiten Phasendifferenzen pA, pB und auf der vierten Phasendifferenz pD, kann die korrigierten Phasendifferenz P5 zwischen dem ersten und zweiten und vierten Signal A, B, D des ersten Transceivers 10 und dem dritten Signal C des zweiten Transceivers 20 gemäß einem fünften Ansatz durch $P 5 = (pD + pC) + (pB - pA)$
bestimmt werden, wobei pA die erste Phasendifferenz, pB die zweite Phasendifferenz, pC die dritte Phasendifferenz und pD die vierte Phasendifferenz ist. 6 zeigt die korrigierte Phasendifferenz P5, welche gemäß dem zweiten Ansatz berechnet worden ist und gegenüber einer durchgeführten Anzahl an Messungen auftragen ist. Die gestrichelten Linien in 6, welche parallel zur x-Achse eingezeichnet sind, geben die Standardabweichung an, welche mit dem vierten Ansatz für die korrigierte Phasendifferenz erreicht worden ist. Mit dem vierten Ansatz kann eine Standardabweichung der korrigierten Phasendifferenz P5 von 32° oder weniger erreicht werden.
Erfolgt ein Bestimmen der korrigierten Phasendifferenz P6 durch Anwenden mindestens einer Grundrechenart auf die dritte Phasendifferenz pC und auf der ersten Phasendifferenzen pA und auf der fünften Phasendifferenzen pE, kann die korrigierten Phasendifferenz P6 zwischen dem ersten und fünften Signal A, E des ersten Transceivers 10 und dem dritten Signal C des zweiten Transceivers 20 gemäß einem sechsten Ansatz durch $P 6 = 2 pC + pE + pA$
bestimmt wird, wobei pA die erste Phasendifferenz, pC die dritte Phasendifferenz und pE die fünfte Phasendifferenz ist. 7 zeigt die korrigierte Phasendifferenz P6, welche gemäß dem ersten Ansatz berechnet worden ist und gegenüber einer durchgeführten Anzahl an Messungen auftragen ist. Die gestrichelten Linien in 7, welche parallel zur x-Achse eingezeichnet sind, geben die Standardabweichung an, welche mit dem sechsten Ansatz für die korrigierte Phasendifferenz erreicht worden ist. Mit dem sechsten Ansatz kann eine Standardabweichung der korrigierten Phasendifferenz P6 von 63° oder weniger erreicht werden. Auch wenn die erreichbare Standardabweichung beim sechsten Ansatz etwa doppelt so groß ist, wie beim ersten Ansatz, dem dritten Ansatz, vierten Ansatz und dem fünften Ansatz, kann auch bei Verwendung des sechsten Ansatz die Uhren-Drift und/oder der Phasen-Offset korrigiert werden, wie die gestrichelten Linien in 7 verdeutlichen.
8 zeigt ein weiteres Beispiel zur Berechnung einer korrigierten Phasendifferenz P7. Erfolgt ein Bestimmen der korrigierten Phasendifferenz P7 durch Anwenden mindestens einer Grundrechenart auf die dritte Phasendifferenz pC und auf die vierte und fünfte Phasendifferenzen pD, pE, d.h. auf zwei Phasendifferenzen, welche zeitlich nach der dritten Phasendifferenz gemessen worden sind, kann die korrigierten Phasendifferenz P7zwischen dem vierten und fünften Signal D, E des ersten Transceivers 10 und dem dritten Signal C des zweiten Transceivers 20 gemäß einem siebten Ansatz durch $P 7 = (pD + pC) + (pD - pE) = 2 pD + pC - pE$
bestimmt werden, wobei pC die dritte Phasendifferenz, pD die vierte Phasendifferenz und pE die fünfte Phasendifferenz ist. 8 zeigt die korrigierte Phasendifferenz P0, welche gemäß dem siebten Ansatz berechnet worden ist und gegenüber einer durchgeführten Anzahl an Messungen auftragen ist. Die gestrichelten Linien in 8, welche parallel zur x-Achse eingezeichnet sind, geben die Standardabweichung an, welche mit dem weiteren Ansatz für die korrigierte Phasendifferenz erreicht worden ist. Mit dem siebten Ansatz kann eine Standardabweichung der korrigierten Phasendifferenz 7 von 21° oder weniger erreicht werden.
Von all den gezeigten Ansätzen weist die korrigierte Phasendifferenz P2, welche nach dem zweiten Ansatz bestimmt ist, eine Genauigkeit von ±10° oder weniger auf, welches das Beste zu erzielender Ergebnis ist. Dies ist beispielsweise auch den 2 bis 8 zu entnehmen. Der Abstand zwischen den gestrichelten Linien in jeder der 2 bis 8 zeigt eine Größenordnung der berechneten Standardabweichung zu dem jeweiligen Ansatz an.
Die korrigierte Phasendifferenz, also die Signalphase, kann in ein Längenmaß bei bekannten Wellenlängen der Signale AB, C, D, E umgewandelt werden. Bevorzugt erfasst das Phasendifferenzkorrekturverfahren zur Erfassung einer Positionsänderung eines Transceivers 10, 20 eine veränderte Phasendifferenz und damit eine veränderte Signalphase, wenn eine Messrate von empfangenen ersten, zweiten, dritten, vierten und/oder fünften Signalen A , B, C, D, E größer als ein Verhältnis aus einer Geschwindigkeit v zu der Wellenlänge des empfangenen ersten, zweiten dritten, vierten und/oder fünften Signalen , B, C, D, E ist, wobei die Geschwindigkeit v eine Transceiver-Bewegungsgeschwindigkeit ist.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat herausgefunden, dass der Uhren-Drift und/oder der Phasen-Offset besonders gut korrigiert werden, sofern zum Korrigieren der Phasendifferenz Signale verwendet werden, welche symmetrisch um ein Reichweitensignal (dem dritten Signal C) des zweiten Transceiver 20 genutzt werden (siehe Ergebnis zum zweiten Ansatz). Beim zweiten Ansatz werden zum Korrigieren der Uhren-Drift und des Phasenoffsets, die Informationen zu fünf Signalen genutzt, welche zeitlich direkt hintereinander zwischen den Transceivern 10, 20 gesendet und empfangen worden sind.
Ferner hat der Erfinder herausgefunden, dass es von Vorteil ist, wenn die Signale A, B, C, D, E in einem bekannten zeitlichen Ablauf direkt nacheinander ausgesendet und empfangen werden (siehe ersten Ansatz bzw. dritten Ansatz bis fünften Ansatz), insbesondere mit einem relative kurzen Zeitfenster dazwischen. Beim sechsten Ansatz sind die Signale zwar symmetrisch zueinander um das dritte Signal C verteilt gesendet und empfangen worden, jedoch ist das Zeitfenster zwischen dem Aussenden von Signal A und dem Aussenden von Signal C (bzw. Signale C und D) doppelt so groß wie das Zeitfenster zwischen dem Aussenden von Signal B und dem Aussenden von Signal C (bzw. Signale C und D) gemäß dem ersten Ansatz.
Ferner hat der Erfinder herausgefunden, dass es von Vorteil ist, wenn die verwendeten Signale, wenn auch nicht alle symmetrisch zueinander, zumindest in einem konstanten Zeitfenster direkt hintereinander ausgesendet und empfangen worden sind (siehe Ergebnisse zum dritten Ansatz und fünften Ansatz). Beispielsweise hat der Erfinder herausgefunden, dass ein Ansatz, wonach gemäß P_nein1=2pC+pD+pA oder P_Nein2 = 2pC+pE+pB gilt, nicht dazu führen, die Uhren-Drift und den Phasen-Offset zu korrigieren. Die Signale, welche in den Ansätzen P_nein1=2pC+pD+pA oder P_Nein2=2pC+pE+pB genutzt werden, sind nicht symmetrisch um Signal C verteilt.
Um die Vorteile der vorliegenden Erfindung dem Leser der vorliegenden Anmeldung in einem direkten optischen Vergleich zu ermöglichen, zeigt 10 Ergebnisse von Messungen ohne Uhren-Drift-Korrektur und ohne die Phasen-Offset-Korrektur, wobei die Ergebnis auf derselben Skala dargestellt sind, wie die in 2 bis 8 gezeigten Ergebnisse. 11 zeigt Ergebnisse von Messungen ohne Uhren-Drift-Korrektur, aber mit Phasen-Offset-Korrektur, wobei die y-Achsenskala mit denen aus 2 bis 8 identisch ist und die Anzahl der Messungen dreimal so viel beträgt, um die Uhrendrift optisch besser darzustellen.
Zusätzlich oder alternativ sind zur Ausübung des Phasendifferenzkorrekturverfahrens der erste und/oder der zweite Transceiver 10, 20 dazu ausgebildet, das erste, das zweite, das dritte Signal, das vierte Signal und/oder das fünfte Signal auf unterschiedlichen Frequenzen zu senden, wobei das Phasendifferenzkorrekturverfahren weiter ein Bestimmen eines Zeitfensters umfasst, in dem alle der unterschiedlichen Frequenzen ein Vielfaches einer Periodendauer aufweisen, wobei jede der unterschiedlichen Frequenzen ein unterschiedliches Vielfaches an Periodendauern in dem Zeitfenster aufweist. Beispielsweise werden unterschiedliche Übertragungsfrequenzen (F1, F2, F3 und F4) übertragen, beispielsweise können folgende Frequenzen verwendet werden: F1=3494.4 MHz, F2=3993.6 MHz, F3=4492.8 MHz, und F4=6489.6 MHz. Ein Zeitstempel-basierte Verfahren kann dann verwendet werden, um die korrekte Lösung auszuwählen. Durch den Zeitstempel kann die Anzahl der möglichen Lösungen reduziert werden. Angenommen bei einer Frequenz wird eine Phasendifferenz von 180° gemessen und bei einer anderen Frequenz werden auch 180° gemessen. Dann kann berechnet werden, bei welchen Distanzen sich genau diese Konstellation ergibt. Angenommen es passiert bei einem Meter, bei zwei Meter und so weiter. Dann kann mit Hilfe des Zeitstempel-Verfahrens (was nur auf 10 cm genau ist) entschieden werden, welche der möglichen Lösungen in Frage kommt.
Alternativ kann Folgendes angewendet werden: Bevorzugt werden auf einer Frequenz alle benötigten Phasendifferenzen pA, pB, pC, pD, pE berechnet und dann werden auf einer anderen Frequenz alle benötigten Phasendifferenzen pA, pB, pC, pD, pE nocheinmal berechnet. Beispielsweise werden auf Frequenz von 8 GHz die benötigten Phasendifferenz bestimmt. Diese Frequenz entspricht einer Wellenlänge von etwa 3.8 cm. Dann werden die benötigten Phasendifferenzen bei einer anderen Frequenz von beispielsweise 6.5 GHz bestimmt. Diese Frequenz entspricht einer Wellenlänge von 4.6 cm haben. Wenn jetzt die Differenz gebildet wird, haben wir eine Periode alle 20 cm (8 GHz-6.5 GHz). Da aber in dem hierin vorgeschlagenen Verfahren immer die halbe Wellenlänge verwendet wird, wird eine Periode von 10 cm erhalten (statt 20cm). Wenn das Zeitstempel Verfahren eine absolute Distanz mit einer Genauigkeit von 5 cm liefern kann, können wir die Mehrdeutigkeit auflösen und erhalten eine Distanzmessung mit einer viel höheren Genauigkeit.
Das hierin beschriebene Phasendifferenzkorrekturverfahren kann als ein Computerprogramcode ausgebildet sein, welcher Schritte eines Phasendifferenzkorrekturverfahrens wie hierin beschrieben ausführt, wenn der Computerprogramcode auf einem Programcode ausführbaren Medium ausgeführt wird.
Bei dem beschriebenen Phasendifferenzkorrekturverfahren werden mindestens drei Phasendifferenzen bestimmt, wobei eine Phasendifferenz zwischen mindestens einem empfangenen und einem internen Signal bestimmt wird, um die Uhrendrift- und den Phasenversatz zwischen den Signalen korrigieren.
Das hervorgehende zeigt, wie mit Hilfe des hierin beschriebenen Phasendifferenzkorrekturverfahrens Phasendifferenz-Drift- und Versatz-Korrektur angewendet werden können, um die Ankunftszeittechnik zu korrigieren.
Mit den hierin beschriebenen Phasendifferenzkorrekturverfahren kann folgendes erreicht werden:

• UWB-Uhrendriftkorrektur durch Mitsenden von Zeitstempelinformation beim Aussenden eines jeden Signals.
• UWB-Phasenversatzkorrektur zwischen zwei oder mehr Transceivern.
• UWB-Phasendifferenzkorrekturterm für TOA.

Auch wenn einige Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung oder Anordnung beschrieben wurden, ist klar, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, wobei ein Block oder eine Vorrichtung einem Verfahrensschritt oder einem Merkmal eines Verfahrensschrittes entspricht. Analog dazu stellen Aspekte, die im Kontext eines Verfahrensschritts beschrieben werden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Elements oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Die erfinderischen Methoden können auf einem digitalen Speichermedium gespeichert oder auf einem Übertragungsmedium wie einem drahtlosen Übertragungsmedium oder einem drahtgebundenen Übertragungsmedium wie dem Internet übertragen werden.
Je nach bestimmten Umsetzungsanforderungen können Ausführungsformen der Erfindung in Hardware oder in Software umgesetzt werden. Die Umsetzung kann mit einem digitalen Speichermedium, z.B. einer Diskette, einer DVD, einer CD, einem ROM, einem PROM, einem EPROM, einem EEPROM oder einem FLASH-Speicher, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem so zusammenwirken oder zusammenwirken können, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird.
Einige erfindungsgemäße Ausführungsformen bestehen aus einem Datenträger mit elektronisch lesbaren Steuersignalen, die mit einem programmierbaren Rechnersystem so zusammenwirken (können), dass eines der hier beschriebenen Verfahren durchgeführt wird. Insbesondere sind die elektronisch lesbaren Steuersignale zum Erfassen von Zeitstempeln eines Signales ausgebildet.
Im Allgemeinen können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert werden, wobei der Programmcode zur Durchführung einer der Methoden wirksam ist, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer läuft. Der Programmcode kann z.B. auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert werden.
Andere Ausführungsformen umfassen das auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherte Computerprogramm zur Durchführung einer der hier beschriebenen Methoden.
Mit anderen Worten, eine Verkörperung der erfinderischen Methode ist daher ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung einer der hier beschriebenen Methoden, wenn das Computerprogramm auf einem Computer läuft.
Eine weitere Verkörperung des erfinderischen Verfahrens ist daher ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), der das Computerprogramm zur Durchführung eines der hierin beschriebenen Verfahren enthält und darauf aufgezeichnet ist.
Eine weitere Verkörperung des erfinderischen Verfahrens ist daher ein Datenstrom oder eine Folge von Signalen, die das Computerprogramm zur Durchführung eines der hier beschriebenen Verfahren darstellen. Der Datenstrom oder die Signalfolge kann z.B. so konfiguriert sein, dass er oder sie über eine Datenkommunikationsverbindung, z.B. über das Internet, übertragen werden kann.
Eine weitere Ausführungsform umfasst ein Verarbeitungsmittel, z.B. einen Computer oder eine programmierbare Logikvorrichtung, die so konfiguriert oder angepasst ist, dass sie eine der hier beschriebenen Methoden ausführt.
Eine weitere Verkörperung umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zur Durchführung einer der hier beschriebenen Methoden installiert ist.
In einigen Ausführungsformen kann ein programmierbares Logikbauelement (z.B. ein feldprogrammierbares Gate-Array) verwendet werden, um einige oder alle Funktionalitäten der hier beschriebenen Methoden auszuführen. In einigen Ausführungsformen kann ein feldprogrammierbares Gate-Array mit einem Mikroprozessor zusammenarbeiten, um eine der hier beschriebenen Methoden durchzuführen. Im Allgemeinen werden die Methoden vorzugsweise von einer beliebigen Hardwarevorrichtung ausgeführt.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen dienen lediglich der Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden technischen Lehre. Es versteht sich von selbst, dass Änderungen und Variationen der Anordnungen und der hier beschriebenen Einzelheiten für andere Fachkräfte offensichtlich sind. Es ist daher beabsichtigt, nur durch den Umfang der bevorstehenden Patentansprüche begrenzt zu sein und nicht durch die spezifischen Details, die durch die Beschreibung und Erklärung der hier beschriebenen Ausführungsformen präsentiert werden.
Literaturverzeichnis

[1] US 10 509 116 B2 . URL: https://patents.justia.com/patent/10509116
[2] Decawave, LTD: Method and apparatus for determining the angle of departure, Feb 3, 2020. URL: https://patents.justia.com/patent/10992340
[3] J. Sidorenko, V. Schatz, N. Scherer-Negenborn, M. Arens and U. Hugentobler, „Error Corrections for Ultrawideband Ranging," in IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 69, no. 11, pp. 9037-9047, Nov. 2020, doi: 10.1109/TIM.2020.2996706.
[4] https://patentscope.wipo.int/search/en/detail.jsf?docld= WO2020165429
[5] J. Sidorenko, V. Schatz, N. Scherer-Negenborn, M. Arens and U. Hugentobler, „DecaWave Ultra-Wideband Warm-Up Error Correction," in IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Bd. 57, Nr. 1, S. 751-760, Feb. 2021, doi: 10.1109/TAES.2020.3015323.

Claims

Phasendifferenzkorrekturverfahren zum Korrigieren einer Phasendrift und/oder eines Phasenversatzes umfassend: Aussenden eines ersten Signals (A) durch einen ersten Transceiver (10), Empfangen des ersten Signals (A) durch einen zweiten Transceiver (20), nach Ablaufen eines definierten ersten Verzögerungszeitfensters Aussenden eines zweiten Signals (B) durch einen ersten Transceiver (10), Empfangen des zweiten Signals (B) durch den zweiten Transceiver (20), nach Ablaufen eines definierten zweiten Verzögerungszeitfensters Aussenden eines dritten Signals (C) durch den zweiten Transceiver (20) nach Ablauf eines definierten zweiten Verzögerungszeitfensters, Empfangen des dritten Signals (C) durch den ersten Transceiver (10), Bestimmen einer sogenannten dritten Phasendifferenz (pC) in dem ersten Transceiver (10) zwischen einem zweiten internen Signal des ersten Transceivers (10) und dem empfangenen dritten Signal (C), nach Ablaufen eines definierten dritten Verzögerungszeitfensters Aussenden eines vierten Signals (D) durch einen ersten Transceiver (10), Empfangen des vierten Signals (D) durch den zweiten Transceiver (20), nach Ablaufen eines definierten vierten Verzögerungszeitfensters Aussenden eines fünften Signals (E) durch den ersten Transceiver (10), Empfangen des fünften Signals (E) durch den zweiten Transceiver (20), und Bestimmen einer korrigierten Phasendifferenz (P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7) durch, falls eine erste, zweite, vierte und/oder fünfte Phasendifferenz (pA, pB, pD, pE) zum Bestimmen der korrigierten Phasendifferenz (P1, P2, P3, P4, P5, P6) benötigt wird, Bestimmen der benötigten Phasendifferenzen (pA, pB, pD, pE) in dem zweiten Transceiver (20) zwischen einem ersten internen Signal des zweiten Transceivers (20) und dem zu der benötigten Phasendifferenz zugehörigen empfangenen Signal (A, B, D, E) aus der Menge des ersten, zweiten, vierten und fünften Signals (A, B, D, E), Bestimmen einer dritten Phasendifferenz (pC) in dem ersten Transceiver (10) zwischen einem zweiten internen Signal des ersten Transceivers (10) und dem empfangenen dritten Signal (C), und durch Anwenden mindestens einer Grundrechenart auf die dritte Phasendifferenz (pC) und auf mindestens zwei der benötigten Phasendifferenzen (pA, pB, pD, pE) wodurch jeweils eine Detektion einer Positionsgenauigkeit des ersten Transceivers (10) und des zweiten Transceivers (20) verbessert wird, wobei die korrigierten Phasendifferenz (P1) zwischen dem zweiten und vierten Signal (B, D) des ersten Transceivers (10) und dem dritten Signal (C) des zweiten Transceivers (20) gemäß einem ersten Ansatz durch $P 1 = 2 pC + pB + pD$
bestimmt wird.
Phasendifferenzkorrekturverfahren zum Korrigieren einer Phasendrift und/oder eines Phasenversatzes umfassend: Aussenden eines ersten Signals (A) durch einen ersten Transceiver (10), Empfangen des ersten Signals (A) durch einen zweiten Transceiver (20), nach Ablaufen eines definierten ersten Verzögerungszeitfensters Aussenden eines zweiten Signals (B) durch einen ersten Transceiver (10), Empfangen des zweiten Signals (B) durch den zweiten Transceiver (20), nach Ablaufen eines definierten zweiten Verzögerungszeitfensters Aussenden eines dritten Signals (C) durch den zweiten Transceiver (20) nach Ablauf eines definierten zweiten Verzögerungszeitfensters, Empfangen des dritten Signals (C) durch den ersten Transceiver (10), Bestimmen einer sogenannten dritten Phasendifferenz (pC) in dem ersten Transceiver (10) zwischen einem zweiten internen Signal des ersten Transceivers (10) und dem empfangenen dritten Signal (C), nach Ablaufen eines definierten dritten Verzögerungszeitfensters Aussenden eines vierten Signals (D) durch einen ersten Transceiver (10), Empfangen des vierten Signals (D) durch den zweiten Transceiver (20), nach Ablaufen eines definierten vierten Verzögerungszeitfensters Aussenden eines fünften Signals (E) durch den ersten Transceiver (10), Empfangen des fünften Signals (E) durch den zweiten Transceiver (20), und Bestimmen einer korrigierten Phasendifferenz (P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7) durch, falls eine erste, zweite, vierte und/oder fünfte Phasendifferenz (pA, pB, pD, pE) zum Bestimmen der korrigierten Phasendifferenz (P1, P2, P3, P4, P5, P6) benötigt wird, Bestimmen der benötigten Phasendifferenzen (pA, pB, pD, pE) in dem zweiten Transceiver (20) zwischen einem ersten internen Signal des zweiten Transceivers (20) und dem zu der benötigten Phasendifferenz zugehörigen empfangenen Signal (A, B, D, E) aus der Menge des ersten, zweiten, vierten und fünften Signals (A, B, D, E), Bestimmen einer dritten Phasendifferenz (pC) in dem ersten Transceiver (10) zwischen einem zweiten internen Signal des ersten Transceivers (10) und dem empfangenen dritten Signal (C), und durch Anwenden mindestens einer Grundrechenart auf die dritte Phasendifferenz (pC) und auf mindestens zwei der benötigten Phasendifferenzen (pA, pB, pD, pE) wodurch jeweils eine Detektion einer Positionsgenauigkeit des ersten Transceivers (10) und des zweiten Transceivers (20) verbessert wird, wobei die korrigierten Phasendifferenz (P2) zwischen dem ersten, zweiten, vierten und fünften Signal (A, B, D, E) des ersten Transceivers (10) und dem dritten Signal (C) des zweiten Transceivers (20) gemäß einem zweiten Ansatz durch $\begin{matrix} P 2 = ((pB + pC) + (pB - pA) + (pD + pC) + (pD + pE)) / 2 \\ = pB + pC + pD - (pA + pE) / 2 \end{matrix}$
bestimmt wird.
Phasendifferenzkorrekturverfahren zum Korrigieren einer Phasendrift und/oder eines Phasenversatzes umfassend: Aussenden eines ersten Signals (A) durch einen ersten Transceiver (10), Empfangen des ersten Signals (A) durch einen zweiten Transceiver (20), nach Ablaufen eines definierten ersten Verzögerungszeitfensters Aussenden eines zweiten Signals (B) durch einen ersten Transceiver (10), Empfangen des zweiten Signals (B) durch den zweiten Transceiver (20), nach Ablaufen eines definierten zweiten Verzögerungszeitfensters Aussenden eines dritten Signals (C) durch den zweiten Transceiver (20) nach Ablauf eines definierten zweiten Verzögerungszeitfensters, Empfangen des dritten Signals (C) durch den ersten Transceiver (10), Bestimmen einer sogenannten dritten Phasendifferenz (pC) in dem ersten Transceiver (10) zwischen einem zweiten internen Signal des ersten Transceivers (10) und dem empfangenen dritten Signal (C), nach Ablaufen eines definierten dritten Verzögerungszeitfensters Aussenden eines vierten Signals (D) durch einen ersten Transceiver (10), Empfangen des vierten Signals (D) durch den zweiten Transceiver (20), nach Ablaufen eines definierten vierten Verzögerungszeitfensters Aussenden eines fünften Signals (E) durch den ersten Transceiver (10), Empfangen des fünften Signals (E) durch den zweiten Transceiver (20), und Bestimmen einer korrigierten Phasendifferenz (P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7) durch, falls eine erste, zweite, vierte und/oder fünfte Phasendifferenz (pA, pB, pD, pE) zum Bestimmen der korrigierten Phasendifferenz (P1, P2, P3, P4, P5, P6) benötigt wird, Bestimmen der benötigten Phasendifferenzen (pA, pB, pD, pE) in dem zweiten Transceiver (20) zwischen einem ersten internen Signal des zweiten Transceivers (20) und dem zu der benötigten Phasendifferenz zugehörigen empfangenen Signal (A, B, D, E) aus der Menge des ersten, zweiten, vierten und fünften Signals (A, B, D, E), Bestimmen einer dritten Phasendifferenz (pC) in dem ersten Transceiver (10) zwischen einem zweiten internen Signal des ersten Transceivers (10) und dem empfangenen dritten Signal (C), und durch Anwenden mindestens einer Grundrechenart auf die dritte Phasendifferenz (pC) und auf mindestens zwei der benötigten Phasendifferenzen (pA, pB, pD, pE) wodurch jeweils eine Detektion einer Positionsgenauigkeit des ersten Transceivers (10) und des zweiten Transceivers (20) verbessert wird, wobei die korrigierten Phasendifferenz (P3) zwischen zweiten und vierten und fünften Signal (B, D, E) des ersten Transceivers (10) und dem dritten Signal (C) des zweiten Transceivers (20) gemäß einem dritten Ansatz durch $\begin{matrix} P 3 = (pB + pC) - (pD - pE) \\ = pB + pC - pD + pE \end{matrix}$
bestimmt wird.
Phasendifferenzkorrekturverfahren zum Korrigieren einer Phasendrift und/oder eines Phasenversatzes umfassend: Aussenden eines ersten Signals (A) durch einen ersten Transceiver (10), Empfangen des ersten Signals (A) durch einen zweiten Transceiver (20), nach Ablaufen eines definierten ersten Verzögerungszeitfensters Aussenden eines zweiten Signals (B) durch einen ersten Transceiver (10), Empfangen des zweiten Signals (B) durch den zweiten Transceiver (20), nach Ablaufen eines definierten zweiten Verzögerungszeitfensters Aussenden eines dritten Signals (C) durch den zweiten Transceiver (20) nach Ablauf eines definierten zweiten Verzögerungszeitfensters, Empfangen des dritten Signals (C) durch den ersten Transceiver (10), Bestimmen einer sogenannten dritten Phasendifferenz (pC) in dem ersten Transceiver (10) zwischen einem zweiten internen Signal des ersten Transceivers (10) und dem empfangenen dritten Signal (C), nach Ablaufen eines definierten dritten Verzögerungszeitfensters Aussenden eines vierten Signals (D) durch einen ersten Transceiver (10), Empfangen des vierten Signals (D) durch den zweiten Transceiver (20), nach Ablaufen eines definierten vierten Verzögerungszeitfensters Aussenden eines fünften Signals (E) durch den ersten Transceiver (10), Empfangen des fünften Signals (E) durch den zweiten Transceiver (20), und Bestimmen einer korrigierten Phasendifferenz (P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7) durch, falls eine erste, zweite, vierte und/oder fünfte Phasendifferenz (pA, pB, pD, pE) zum Bestimmen der korrigierten Phasendifferenz (P1, P2, P3, P4, P5, P6) benötigt wird, Bestimmen der benötigten Phasendifferenzen (pA, pB, pD, pE) in dem zweiten Transceiver (20) zwischen einem ersten internen Signal des zweiten Transceivers (20) und dem zu der benötigten Phasendifferenz zugehörigen empfangenen Signal (A, B, D, E) aus der Menge des ersten, zweiten, vierten und fünften Signals (A, B, D, E), Bestimmen einer dritten Phasendifferenz (pC) in dem ersten Transceiver (10) zwischen einem zweiten internen Signal des ersten Transceivers (10) und dem empfangenen dritten Signal (C), und durch Anwenden mindestens einer Grundrechenart auf die dritte Phasendifferenz (pC) und auf mindestens zwei der benötigten Phasendifferenzen (pA, pB, pD, pE) wodurch jeweils eine Detektion einer Positionsgenauigkeit des ersten Transceivers (10) und des zweiten Transceivers (20) verbessert wird, wobei die korrigierten Phasendifferenz (P4) zwischen dem ersten und zweiten Signal (A, B) des ersten Transceivers (10) und dem dritten Signal (C) des zweiten Transceivers (20) gemäß einem vierten Ansatz durch $P 4 = (pB + pC) + (pB - pA) = 2 pB + pC - pA$
bestimmt wird.
Phasendifferenzkorrekturverfahren zum Korrigieren einer Phasendrift und/oder eines Phasenversatzes umfassend: Aussenden eines ersten Signals (A) durch einen ersten Transceiver (10), Empfangen des ersten Signals (A) durch einen zweiten Transceiver (20), nach Ablaufen eines definierten ersten Verzögerungszeitfensters Aussenden eines zweiten Signals (B) durch einen ersten Transceiver (10), Empfangen des zweiten Signals (B) durch den zweiten Transceiver (20), nach Ablaufen eines definierten zweiten Verzögerungszeitfensters Aussenden eines dritten Signals (C) durch den zweiten Transceiver (20) nach Ablauf eines definierten zweiten Verzögerungszeitfensters, Empfangen des dritten Signals (C) durch den ersten Transceiver (10), Bestimmen einer sogenannten dritten Phasendifferenz (pC) in dem ersten Transceiver (10) zwischen einem zweiten internen Signal des ersten Transceivers (10) und dem empfangenen dritten Signal (C), nach Ablaufen eines definierten dritten Verzögerungszeitfensters Aussenden eines vierten Signals (D) durch einen ersten Transceiver (10), Empfangen des vierten Signals (D) durch den zweiten Transceiver (20), nach Ablaufen eines definierten vierten Verzögerungszeitfensters Aussenden eines fünften Signals (E) durch den ersten Transceiver (10), Empfangen des fünften Signals (E) durch den zweiten Transceiver (20), und Bestimmen einer korrigierten Phasendifferenz (P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7) durch, falls eine erste, zweite, vierte und/oder fünfte Phasendifferenz (pA, pB, pD, pE) zum Bestimmen der korrigierten Phasendifferenz (P1, P2, P3, P4, P5, P6) benötigt wird, Bestimmen der benötigten Phasendifferenzen (pA, pB, pD, pE) in dem zweiten Transceiver (20) zwischen einem ersten internen Signal des zweiten Transceivers (20) und dem zu der benötigten Phasendifferenz zugehörigen empfangenen Signal (A, B, D, E) aus der Menge des ersten, zweiten, vierten und fünften Signals (A, B, D, E), Bestimmen einer dritten Phasendifferenz (pC) in dem ersten Transceiver (10) zwischen einem zweiten internen Signal des ersten Transceivers (10) und dem empfangenen dritten Signal (C), und durch Anwenden mindestens einer Grundrechenart auf die dritte Phasendifferenz (pC) und auf mindestens zwei der benötigten Phasendifferenzen (pA, pB, pD, pE) wodurch jeweils eine Detektion einer Positionsgenauigkeit des ersten Transceivers (10) und des zweiten Transceivers (20) verbessert wird, wobei die korrigierten Phasendifferenz (P5) zwischen dem ersten und zweiten und vierten Signal (A, B, D) des ersten Transceivers (10) und dem dritten Signal (C) des zweiten Transceivers (20) gemäß einem fünften Ansatz durch $P 5 = (pD + pC) + (pB - pA)$
bestimmt wird.
Phasendifferenzkorrekturverfahren zum Korrigieren einer Phasendrift und/oder eines Phasenversatzes umfassend: Aussenden eines ersten Signals (A) durch einen ersten Transceiver (10), Empfangen des ersten Signals (A) durch einen zweiten Transceiver (20), nach Ablaufen eines definierten ersten Verzögerungszeitfensters Aussenden eines zweiten Signals (B) durch einen ersten Transceiver (10), Empfangen des zweiten Signals (B) durch den zweiten Transceiver (20), nach Ablaufen eines definierten zweiten Verzögerungszeitfensters Aussenden eines dritten Signals (C) durch den zweiten Transceiver (20) nach Ablauf eines definierten zweiten Verzögerungszeitfensters, Empfangen des dritten Signals (C) durch den ersten Transceiver (10), Bestimmen einer sogenannten dritten Phasendifferenz (pC) in dem ersten Transceiver (10) zwischen einem zweiten internen Signal des ersten Transceivers (10) und dem empfangenen dritten Signal (C), nach Ablaufen eines definierten dritten Verzögerungszeitfensters Aussenden eines vierten Signals (D) durch einen ersten Transceiver (10), Empfangen des vierten Signals (D) durch den zweiten Transceiver (20), nach Ablaufen eines definierten vierten Verzögerungszeitfensters Aussenden eines fünften Signals (E) durch den ersten Transceiver (10), Empfangen des fünften Signals (E) durch den zweiten Transceiver (20), und Bestimmen einer korrigierten Phasendifferenz (P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7) durch, falls eine erste, zweite, vierte und/oder fünfte Phasendifferenz (pA, pB, pD, pE) zum Bestimmen der korrigierten Phasendifferenz (P1, P2, P3, P4, P5, P6) benötigt wird, Bestimmen der benötigten Phasendifferenzen (pA, pB, pD, pE) in dem zweiten Transceiver (20) zwischen einem ersten internen Signal des zweiten Transceivers (20) und dem zu der benötigten Phasendifferenz zugehörigen empfangenen Signal (A, B, D, E) aus der Menge des ersten, zweiten, vierten und fünften Signals (A, B, D, E), Bestimmen einer dritten Phasendifferenz (pC) in dem ersten Transceiver (10) zwischen einem zweiten internen Signal des ersten Transceivers (10) und dem empfangenen dritten Signal (C), und durch Anwenden mindestens einer Grundrechenart auf die dritte Phasendifferenz (pC) und auf mindestens zwei der benötigten Phasendifferenzen (pA, pB, pD, pE) wodurch jeweils eine Detektion einer Positionsgenauigkeit des ersten Transceivers (10) und des zweiten Transceivers (20) verbessert wird, wobei die korrigierten Phasendifferenz (P6) zwischen dem ersten und fünften Signal (A, E) des ersten Transceivers (10) und dem dritten Signal (C) des zweiten Transceivers (20) gemäß einem sechsten Ansatz durch $P 6 = 2 pC + pE + pA$
bestimmt wird.
Phasendifferenzkorrekturverfahren zum Korrigieren einer Phasendrift und/oder eines Phasenversatzes umfassend: Aussenden eines ersten Signals (A) durch einen ersten Transceiver (10), Empfangen des ersten Signals (A) durch einen zweiten Transceiver (20), nach Ablaufen eines definierten ersten Verzögerungszeitfensters Aussenden eines zweiten Signals (B) durch einen ersten Transceiver (10), Empfangen des zweiten Signals (B) durch den zweiten Transceiver (20), nach Ablaufen eines definierten zweiten Verzögerungszeitfensters Aussenden eines dritten Signals (C) durch den zweiten Transceiver (20) nach Ablauf eines definierten zweiten Verzögerungszeitfensters, Empfangen des dritten Signals (C) durch den ersten Transceiver (10), Bestimmen einer sogenannten dritten Phasendifferenz (pC) in dem ersten Transceiver (10) zwischen einem zweiten internen Signal des ersten Transceivers (10) und dem empfangenen dritten Signal (C), nach Ablaufen eines definierten dritten Verzögerungszeitfensters Aussenden eines vierten Signals (D) durch einen ersten Transceiver (10), Empfangen des vierten Signals (D) durch den zweiten Transceiver (20), nach Ablaufen eines definierten vierten Verzögerungszeitfensters Aussenden eines fünften Signals (E) durch den ersten Transceiver (10), Empfangen des fünften Signals (E) durch den zweiten Transceiver (20), und Bestimmen einer korrigierten Phasendifferenz (P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7) durch, falls eine erste, zweite, vierte und/oder fünfte Phasendifferenz (pA, pB, pD, pE) zum Bestimmen der korrigierten Phasendifferenz (P1, P2, P3, P4, P5, P6) benötigt wird, Bestimmen der benötigten Phasendifferenzen (pA, pB, pD, pE) in dem zweiten Transceiver (20) zwischen einem ersten internen Signal des zweiten Transceivers (20) und dem zu der benötigten Phasendifferenz zugehörigen empfangenen Signal (A, B, D, E) aus der Menge des ersten, zweiten, vierten und fünften Signals (A, B, D, E), Bestimmen einer dritten Phasendifferenz (pC) in dem ersten Transceiver (10) zwischen einem zweiten internen Signal des ersten Transceivers (10) und dem empfangenen dritten Signal (C), und durch Anwenden mindestens einer Grundrechenart auf die dritte Phasendifferenz (pC) und auf mindestens zwei der benötigten Phasendifferenzen (pA, pB, pD, pE) wodurch jeweils eine Detektion einer Positionsgenauigkeit des ersten Transceivers (10) und des zweiten Transceivers (20) verbessert wird, wobei die korrigierten Phasendifferenz (P7) zwischen dem vierten und fünften Signal (D, E) des ersten Transceivers (10) und dem dritten Signal (C) des zweiten Transceivers (20) gemäß einem siebten Ansatz durch $P 7 = (pD + pC) + (pD - pE) = 2 pD + pC - pE$
bestimmt wird.
Phasendifferenzkorrekturverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Bestimmen der korrigierten Phasendifferenz (P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7) durch Anwenden mindestens einer Grundrechenart auf die dritte Phasendifferenz (pC) und auf die erste und zweite Phasendifferenzen (pA, pB), oder durch Anwenden mindestens einer Grundrechenart auf die dritte Phasendifferenz (pC) und auf die vierte und fünfte Phasendifferenzen (pD, pE), oder durch Anwenden mindestens einer Grundrechenart auf die dritte Phasendifferenz (pC) und auf mindestens eine der ersten oder zweiten Phasendifferenzen (pA, pB) und auf mindestens eine der vierten oder fünften Phasendifferenzen (pD, pE).
Phasendifferenzkorrekturverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Information zur Berechnung der dritten Phasendifferenz (pC) oder die berechnete dritte Phasendifferenz (pC) dem zweiten Transceiver (20) übermittelt wird, um die korrigierte Phasendifferenz (P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7) in dem zweiten Transceiver (20) zu bestimmen, oder Informationen zur Berechnung der ersten, zweiten, vierten und fünften Phasendifferenz (pA, pB, pD, pE) oder die berechnete erste, zweite, vierte und fünfte Phasendifferenz pA, pB, pD, pE) dem ersten Transceiver (10) übermittelt werden, um die korrigierte Phasendifferenz (P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7) in dem ersten Transceiver (10) zu bestimmen
Phasendifferenzkorrekturverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Transceiver (10) das erste Signal (A), welches eine Kontrollnachricht umfasst, und das zweite Signal (B) sendet, welches eine Reichweiteninitiationsnachricht zum Initiieren einer Laufzeitmessung umfasst, wobei das zweite Signal (B) erst nach dem Ablaufen des ersten Verzögerungszeitfensters gesendet wird.
Phasendifferenzkorrekturverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Aussenden des ersten Signals (A) das Ablaufen des ersten Verzögerungszeitfensters initialisiert.
Phasendifferenzkorrekturverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste Verzögerungszeitfenster, das zweite Verzögerungszeitfenster, das dritte Verzögerungszeitfenster und das vierte Verzögerungszeitfenster der Anzahl aufsteigend zeitlich hintereinander ablaufen.
Phasendifferenzkorrekturverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei bei n Verzögerungszeitfenstern mit n einer natürlichen Zahl, insbesondere zwischen 1 und 4 oder größer 4, das Aussenden des n-ten Signals, das Ablaufen des nten Verzögerungszeitfensters initialisiert.
Phasendifferenzkorrekturverfahren nach Anspruch 2, wobei die korrigierte Phasendifferenz (P2), welche nach dem zweiten Ansatz bestimmt ist, eine Genauigkeit von ±10° oder weniger aufweist.
Ultrabreitband-System (101), welches umfasst: einen ersten Transceiver (10) und einen zweiten Transceiver (20), welche einen Abstand voneinander beabstandet sind, wobei das System dazu ausgebildet ist, ein Phasendifferenzkorrekturverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 auszuführen.
Computerprogramcode, welcher Schritte eines Phasendifferenzkorrekturverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausführt, wenn der Computerprogramcode auf einem Programcode ausführbaren Medium ausgeführt wird.