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Hintergrund der Erfindung
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Die hierin enthaltene Hintergrundbeschreibung dient dazu, den Kontext der Offenbarung allgemein darzustellen. Werke der derzeit genannten Erfinder, soweit sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben sind, sowie Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Anmeldung nicht als Stand der Technik gelten können, werden weder ausdrücklich noch stillschweigend als Stand der Technik gegen die vorliegende Offenbarung anerkannt.
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Ein System, das Ultraschallsender verwendet, kann den Standort von Geräten bestimmen, die Ultraschallsignale empfangen können, z.B. Geräte wie mobile Geräte, die sich in einer Einzelhandels-, Fabrik- oder Lagerumgebung befinden. Der Ultraschallsender beinhaltet typischerweise einen Emitter (z.B. Wandler oder Lautsprecher), der Ultraschallenergie in einem kurzen Impuls übertragen kann, der von einem Wandler (z.B. Mikrofon) in der mobilen Vorrichtung empfangen werden kann. So verfügen beispielsweise die heutigen unmodifizierten Smartphones über Audio-Hardware und -Schaltungen, die Ultraschallsignale im Frequenzbereich von 20-22 kHz empfangen können. Darüber hinaus kann die Verwendung mehrerer Ultraschallsender in der Umgebung verwendet werden, um eine bestimmte Position eines bestimmten Geräts unter Verwendung von in der Technik bekannten Techniken bereitzustellen, die Triangulation, Trilateration, Multilateration und dergleichen beinhalten.
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In einem Ultraschall-Ortungssystem ist die Häufigkeit der Übertragung eines Senders ein wichtiger Designparameter, der nicht nur die Wiederholungsrate für Positionsaktualisierungen einstellt, sondern wiederum die Gesamtpositionsgenauigkeit bei der Messung einer sich innerhalb eines Abtastbereichs bewegenden Vorrichtung ermittelt. Ultraschallimpulse müssen rechtzeitig verteilt werden, damit Reflexionen in der Amplitude unterhalb der Erfassungsschwelle abklingen, bevor ein neues Impulssignal gesendet wird und eine neue Messung stattfindet. Diese Zeiten, die so genannten Nachhallzeiten, können in einer typischen Einzelhandelsumgebung mehrere hundert Millisekunden betragen.
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Bei bestehenden Ultraschall-Ortungssystemen fehlt jedoch die Senderzeitplanung in mehrfacher Hinsicht. Besonders problematisch ist das Konzept der Größe. Mit zunehmender Größe von Einzelhandels-, Fabrik- und Lagereinrichtungen werden die Ultraschall-Ortungssysteme größer. Aber die Größe eines Ultraschall-Ortungssystems, um beispielsweise eine ganze Verkaufsfläche abzudecken, kann eine große Anzahl von Ortungssendern erfordern; und je größer die Anzahl der Sender, desto größer ist die Zeit, die benötigt wird, um jeden der Sender nacheinander zu sequenzieren. Aus diesem Grund werden die Aktualisierungsrate und die Genauigkeit der Position reduziert.
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Dementsprechend besteht Bedarf an einem verbesserten Ultraschall-Ortungssystem, das in der Lage ist, großflächige Abdeckungsbereiche zu erfassen.
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Figurenliste
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Die beigefügten Figuren, in denen sich gleichartige Referenznummern auf identische oder funktional ähnliche Elemente in den einzelnen Ansichten beziehen, sind zusammen mit der untenstehenden detaillierten Beschreibung in die Spezifikation integriert und bilden einen Teil derselben und dienen dazu, Ausführungsformen von Konzepten, die die beanspruchte Erfindung beinhalten, weiter zu veranschaulichen und verschiedene Prinzipien und Vorteile dieser Ausführungsformen zu erläutern.
- 1 ist ein Blockdiagramm eines Ultraschall-Ortungssystems gemäß einer exemplarischen Ausführungsform.
- 2 ist ein Blockdiagramm, das eine Draufsicht der Ultraschallsender von 1 darstellt und die physikalische Layoutkonfiguration der Sender in einer Örtlichkeit gemäß einer exemplarischen Ausführungsform darstellt.
- 3 ist eine Darstellung eines Flussdiagramms gemäß einer exemplarischen Ausführungsform.
- 4 ist eine Darstellung, die eine Draufsicht einer Symmetriemodus-Gruppierung der Sender von 2 darstellt, in einem Beispiel eines Doppelsymmetriemodus.
- 5 ist eine Darstellung, die eine Draufsicht einer Unterraum-Gruppierung der Sender von 2 darstellt, in einem Beispiel für einen Unterraummodus.
- 6 ist eine grafische Darstellung eines Zeitdiagramms, das einen Doppelsymmetriemodus und einen Unterraummodus in einer exemplarischen Ausführungsform zeigt.
- 7 ist eine Darstellung, die eine Draufsicht eines Doppelsymmetriemodus darstellt, bei dem die Symmetrielinien auf die Linien von Sendern und nicht zwischen die Linien von Sendern fallen, wie in 4 dargestellt.
- 8 ist eine Darstellung, die eine Draufsicht eines Unterraummodus darstellt, bei dem die Symmetrielinien auf die Linien von Sendern und nicht zwischen die Linien von Sendern fallen, wie in 5 dargestellt.
- 9 ist eine Darstellung, die eine Draufsicht eines Doppelsymmetriemodus einer Örtlichkeit darstellt, die anders ausgestaltet ist als die Örtlichkeit von 2, und zeigt, dass Muster des Doppelsymmetriemodus und des Unterraummodus horizontal und vertikal transponiert sein können, um unterschiedlich ausgestaltete Örtlichkeiten abzudecken.
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Fachleute werden erkennen, dass die Elemente in den Figuren aus Gründen der Einfachheit und Klarheit illustriert sind und nicht unbedingt maßstabsgetreu dargestellt wurden. So können beispielsweise die Abmessungen einiger der Elemente in den Figuren im Vergleich zu anderen Elementen übertrieben sein, um das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu verbessern.
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Die Vorrichtungs- und Verfahrenskomponenten wurden gegebenenfalls durch herkömmliche Symbole in den Zeichnungen dargestellt, die nur jene spezifischen Details zeigen, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung relevant sind, um die Offenbarung nicht mit Details zu verdecken, die für die Fachleute auf dem Gebiet, die auf die Beschreibung hierin zurückgreifen, leicht ersichtlich sind.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine verbesserte Technik beschrieben, um eine schnellere und genauere Lokalisierung einer mobilen Vorrichtung in einem Scanbereich, wie beispielsweise einer Verkaufsräumlichkeit, einem Lager oder einer Fabrik, zu ermöglichen. Insbesondere verwendet ein Ortungssystem eine einzigartige Rekonfiguration von Sendern zur schnelleren Identifizierung der Position eines oder mehrerer mobiler Geräte. Das Ortungssystem koordiniert den Betrieb der Sender in einer gruppierten Weise, um Ultraschall-Abstandsimpulse in Form von Impulssignalen, wie beispielsweise akustische Impulse oder kurze Töne, zu senden. Die Sequenzierung dieser Impulssignale kann optimierend und statisch durchgeführt werden, so dass die Sequenzierung unabhängig von der Anzahl der Sender in einer Örtlichkeit und der Größe der Örtlichkeiten die gleichen Leistungsgeschwindigkeiten ermöglicht.
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Obwohl ein Ultraschall-Ortungssystem eine hohe Genauigkeit aufweisen sollte, nimmt diese Genauigkeit mit zunehmender Anzahl der Sender ab. Die hierin enthaltene Konfiguration und Parallel-Sequenzierungstechniken können jedoch dazu beitragen, dass eine erhöhte Anzahl von Sendern verwendet werden kann, ohne die Zeitspanne, die zur Identifizierung eines Ziels (z.B. einer mobilen Vorrichtung) oder entsprechend der Positionsgenauigkeit dieser Identifizierung benötigt wird, zu beeinträchtigen.
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In einigen Ausführungsformen beinhaltet ein Ortungssystem eine Backend-Steuerung, die den Betrieb einer Vielzahl von Ultraschallsendern steuert, die über eine Örtlichkeit verteilt sind. Die Backend-Steuerung steuert diese Sender, um Impulssignale sequentiell zu sende, wobei bestimmte Gruppen von Sendern verwendet werden, die gleichzeictig gemäß einer oder mehreren Symmetrielinien senden. Diese Sender, die im hierin als Symmetriemodus bezeichneten Betrieb betrieben werden, sind zur Herstellung der Symmetrie entlang verschiedener Symmetrielinien zusammengefasst. Eine exemplarische Implementierung eines Symmetriemodus ist ein Doppelsymmetriemodus, bei dem die Sender in einer Örtlichkeit gruppiert sind, der auf einer zweiachsigen Symmetrie basiert, z.B. basierend sowohl auf einer horizontalen Symmetrie- als auch auf einer vertikalen Symmetrielinie. Das heißt, in einigen Beispielen werden die Sender in Gruppen eingeteilt, wobei jede Sendergruppe eine zweiachsige Symmetrie aufweist und wobei weiterhin jede Gruppe eine unterschiedliche Sammlung der Sender in der Örtlichkeit enthält.
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Bei Ultraschallsendern, die im Symmetriemodus konfiguriert sind, weist die Backend-Steuerung die Sender der ersten Gruppe an, zu feuern, d.h. Impulssignale in Form von akustischen Impulsen, Tönen usw. zu senden. Nachdem die erste Sendergruppe feuert, wird eine weitere Gruppe zum Feuern gebracht. Die Backend-Steuerung steuert diesen Prozess, indem sie jede Sendergruppe anweist, sequentiell, nacheinander, in ihren jeweils zugewiesenen Zeitfenstern zu feuern.
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In einigen Beispielen bestimmt die Backend-Steuerung die Symmetrielinien, ob zweiachsig mit vertikalen und horizontalen Linien oder anderen Symmetrielinien, indem sie eine Örtlichkeit zunächst in n Unterräume unterteilt, wobei n eine ganze Zahl gleich 2 oder größer ist. Diese Unterräume können in Laufzeit von der Backend-Steuerung bestimmt werden, sie können in einer Layout-Konfigurationsdatei vorab gespeichert werden, auf die die Backend-Steuerung während der Initialisierung zugreift, oder sie können während des Betriebs vorab gespeichert und aktualisiert werden. In einigen Beispielen speichert eine Layout-Konfigurationsdatei die Unterraumdaten für die Örtlichkeit, Daten, die die Symmetrie-Sendergruppen festlegen und Daten, die die Unterraum-Sendergruppen festlegen.
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Im Symmetriemodus kann jede Sendergruppe so strukturiert sein, dass beim Feuern der Sendergruppe die gesamte Örtlichkeit abgedeckt ist. Dies kann erreicht werden, indem jede Sendergruppe so gebildet wird, dass sie mindestens einen Sender in jedem der Unterräume der Örtlichkeit beinhaltet. Wenn jede Sendergruppe feuert, werden alle Unterräume gleichzeitig untersucht. Die Backend-Steuerung weist diese sequentielle Untersuchung an, bis alle Sendergruppen des Symmetriemodus gefeuert haben.
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Sobald alle Sendergruppen des Symmetriemodus gefeuert haben, kann die Backend-Steuerung eine Position des Ziels durch Triangulation, Trilateration und/oder Multilateration bestimmen, basierend auf den vom Ziel erhaltenen Ortungsdaten. So kann das Ziel beispielsweise jedes Mal, wenn ein Impulssignal am Ziel empfangen wird, einen Zeitstempel aufzeichnen. Somit würde das Ziel einen Zeitstempel für jede Sendergruppe im Symmetriemodus entsprechend dem Zeitrahmen jeder Sendergruppe durchführen. Das Ziel sendet die Zeitstempel über ein drahtloses Netzwerk an die Backend-Steuerung. Die Backend-Steuerung zeichnet diese Zeitstempel auf und identifiziert mittels Triangulation, Trilateration und/oder Multilateration, welche Sendergruppe des Symmetriemodus dem Ziel am nächsten liegt.
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In einigen weiteren exemplarischen Ausführungsformen kann die Backend-Steuerung nach dem Übertragen der Impulssignale während des Symmetriemodus die Sender in einen zweiten Modus schalten, in dem die Sender in einem anderen Gruppierungsmuster zusammengefasst sind. Dieses zweite Gruppierungsmuster kann aus den gleichen Unterräumen n abgeleitet werden, die in der Layout-Konfigurationsdatei gespeichert sind. Oder dieses zweite Gruppierungsmuster kann aus einer anderen Konfiguration der Sender in der Örtlichkeit abgeleitet werden. In beiden Fällen werden die Sender in diesem zweiten Modus in einem so genannten Unterraummodus zusammengefasst, in dem die Sender nicht die gleiche mehrachsige Symmetrie aufweisen wie im Symmetriemodus. In der Tat weisen in einigen Beispielen des Unterraummodus die Sender in einer Gruppe keine Symmetrie untereinander auf, sondern nur die Gruppe selbst kann eine Symmetrie mit anderen Gruppen aufweisen, oder sogar die Gruppe selbst kann keine Symmetrie aufweisen. Wie im Symmetriemodus sendet jede Sendergruppe jedenfalls im Unterraummodus ihre Impulssignale während eines zugewiesenen Zeitrahmens, und die Zeitrahmen für die verschiedenen Gruppen werden nacheinander ausgelöst, bis alle Sendergruppen des Unterraummodus gefeuert haben.
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Wie im Symmetriemodus kann die Backend-Steuerung Zeitstempelinformationen vom Ziel durch das sequentielle Gruppenfeuern des Unterraummodus sammeln. Aus diesen Informationen bestimmt die Backend-Steuerung, welche Sendergruppe im Unterraummodus dem Ziel am nächsten ist.
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Die Backend-Steuerung sammelt Standortsignalinformationen (z.B. Zeitstempelinformationen) als Reaktion auf die Impulssignale sowohl des Symmetriemodus als auch des Unterraummodus, und die Backend-Steuerung bestimmt einen Ort des Ziels, z.B. durch Triangulation, Trilateration und/oder Multilateration.
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Die hierin beschriebenen Techniken ermöglichen verschiedene Leistungsvorteile. Durch die Verwendung einer Symmetriemodus-Konfiguration, insbesondere eines Doppelsymmetriemodus, kann das System zur schnelleren Identifizierung eines sich bewegenden Ziels, wie beispielsweise einer mobilen Vorrichtung, beitragen. So stellt beispielsweise die Doppelspiegelsymmetrie (d.h. eine Senderfeuer-Gruppenkonfiguration mit horizontaler und vertikaler Symmetrie, wie in 4 dargestellt) sicher, dass ein Beobachter (z.B. ein Sender) immer näher an einem Objekt (z.B. einem Ziel oder einer mobilen Vorrichtung) ist als der Beobachter an dem Spiegelbild dieses Objekts. Darüber hinaus stellt der Symmetriemodus sicher, dass alle Unterräume einer Örtlichkeit gleichzeitig gescannt werden, wodurch die Zeit bis zur erneuten Übertragung durch einen bestimmten Sender verkürzt wird und somit sichergestellt wird, dass die gesamte Örtlichkeit scheinbar bei jedem Impuls abgedeckt wird.
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Eine beliebige Anzahl von Zielen in einer Örtlichkeit kann mit den vorliegenden Techniken lokalisiert werden. Als Beispiel kann das zu lokalisierende Ziel eine mobile Vorrichtung aus einer Vielzahl von geschäftlichen und privaten elektronischen Plattformen sein, wie z.B. Mobilfunktelefone, Mobilstationen, mobile Einheiten, mobile Knoten, Benutzerausrüstung, Teilnehmerausrüstung, Teilnehmerstationen, mobile Computer, Zugangsendgeräte, entfernte Endgeräte, Endgeräteausrüstung, schnurlose Handgeräte, Spielgeräte, Personalcomputer und persönliche digitale Assistenten und dergleichen, die im Folgenden alle als Vorrichtung bezeichnet werden. Jede Vorrichtung umfasst einen Prozessor, der weiter mit einer Tastatur, einem Lautsprecher, einem Mikrofon, einem Display, Signalprozessoren und anderen Funktionen gekoppelt sein kann, wie sie in der Technik bekannt und daher nicht dargestellt sind.
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1 ist ein Blockdiagramm eines Ultraschall-Ortungssystems gemäß diesem Dokument. Ein Ultraschalltransponder wie ein piezoelektrischer Lautsprecher oder Emitter 116 kann in einem Ultraschallsender 110 implementiert sein. Der Sender kann einen kurzen Ultraschallimpuls (z.B. eine Ultraschalldruckwelle 20) zum Hören in der Umgebung für eine mobile Vorrichtung 100 senden. Die mobile Vorrichtung 100 kann einen Wandler, wie beispielsweise ein vorhandenes Mikrofon 106, zum Empfangen des Impulses 20 beinhalten. Die mobile Vorrichtung beinhaltet auch eine vorhandene Audioschaltung, um den Impuls in ein elektrisches Signal 108 umzuwandeln. Die mobile Vorrichtung beinhaltet auch einen vorhandenen Prozessor 102 zur Umwandlung und Verarbeitung des Signals. Der Prozessor 102 kann auch mit einer drahtlosen lokalen Netzwerkschnittstelle 104 gekoppelt werden, um mit anderen Vorrichtungen in einem Kommunikationsnetzwerk drahtlos zu kommunizieren.
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Das Kommunikationsnetzwerk kann lokale und weiträumige drahtlose Netzwerke, drahtgebundene Netzwerke oder andere drahtlose Kommunikationssysteme nach IEEE 802.11 oder Wi-Fi™ beinhalten, einschließlich virtueller und erweiterter virtueller Netzwerke. Es ist vorgesehen, dass das Kommunikationsnetzwerk eine Backend-Steuerung/Planer 130 beinhaltet, der die Netzwerksteuerung durchführt und die Ortungsbestimmungen bereitstellt. Die Backend-Steuerung 130 steuert weiterhin den Betrieb jedes der Ultraschallsender 110, um synchron zu arbeiten, und konfiguriert die Sender 110 so, dass sie Ultraschallimpulse (hierin auch als Impulse bezeichnet) gemäß einer doppelten Symmetriekonfiguration senden, wie in einigen Ausführungsformen hierin erläutert. Die Backend-Steuerung 130 kann mit einem Netzwerkschalter 120 verbunden sein, der drahtgebunden (z.B. eine Ethernet-Schnittstellenverbindung) oder drahtlos (z.B. IEEE 802.11 oder Wi-Fi™) mit der Vielzahl der Ultraschallsender 110 verbunden sein kann, und mit mindestens einer drahtlosen Kommunikationsverbindung, wie beispielsweise einem drahtlosen Zugangspunkt 125, der zur Kommunikation mit den mobilen Geräten 100 verwendet wird.
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Um eine genauere Ortung zu ermöglichen, beispielsweise unter Verwendung einer Flugzeittechnik, kann eine große Vielzahl der Ultraschallsender 110 in einer Umgebung verwendet werden, wobei jeder Sender einen Emitter 116 trägt. Für Unauffälligkeit und klare Signalisierung können die Sender an einer Decke der Umgebung befestigt werden, wo die Position jedes Senders festgelegt und der Backend-Steuerung 130 bekannt ist. Die Konfiguration von 1 kann Flugzeitinformationen von mehreren Impulsen von verschiedenen Sendern 110 verwenden, um die mobile Vorrichtung 100 zu lokalisieren. Da die Position und Position dieser Sender 110 bekannt und festgelegt ist, können die verschiedenen Signale, die das Mikrofon der mobilen Vorrichtung von jedem Sender empfängt, verwendet werden, um die Position der mobilen Vorrichtung mit einer geeigneten Ortungstechnik, wie beispielsweise Triangulation, Trilateration oder Multilateration, zu lokalisieren und zu verfolgen.
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In der Praxis weiß die mobile Vorrichtung 100 möglicherweise nicht, welcher bestimmte Sender derjenige ist, der den Ultraschallimpuls aussendet. Daher steuert die Backend-Steuerung 130 den Betrieb der Sender 110, wobei die Backend-Steuerung weiß, welche Sendergruppe zu einem bestimmten Zeitpunkt sendet, und das Layout der Sender in dieser Gruppe. Die Backend-Steuerung 130 hat die Information gespeichert, dass sich das Layout der Sender im Symmetriemodus z.B. vom Layout im Unterraummodus unterscheidet. Die Backend-Steuerung hat diese Layouts z.B. in Konfigurationsdateien gespeichert.
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Wie weiter ausgeführt, kann die Backend-Steuerung 130 einen Planer beinhalten und mit jedem der Ultraschallsender kommunizieren, um die Sender basierend auf verschiedenen Rekonfigurationen der Sendergruppen zu gruppieren. Um die Reichweite der Sendergruppierungen zu optimieren, können die Gruppierungen durch eine Doppelsymmetrie definiert werden, bei der alle Sender einer bestimmten Gruppe eine Symmetrie über zwei ausgewählte Symmetrielinien oder Symmetrieebenen (z.B. eine horizontale und eine vertikale) aufweisen.
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Nach dem Empfangen eines Impulses von einer Gruppe von Sendern kann die Vorrichtung 100 mit der Backend-Steuerung 130 über das Kommunikationsnetzwerk durch den Zugangspunkt 125 kommunizieren, dass die Vorrichtung 100 den Impuls empfangen hat. Die Backend-Steuerung 130 wird dann wissen, dass der Impuls von der jeweiligen Sendergruppe kam, indem sie den Zeitrahmen verfolgt, über den die Impulssignale gesendet wurden, und diesen Zeitrahmen mit dem vom Ziel empfangenen Zeitstempel vergleicht, wobei dieser Zeitstempel die Zeit darstellt, zu der die Zielvorrichtung 100 das Impulssignal empfängt. Dieser Vorgang wiederholt sich für die nächste Sendergruppe, die nächste Sendergruppe danach usw., bis alle Sendergruppen im Symmetriemodus ihre jeweiligen Impulssignale übertragen haben. Die Backend-Steuerung 130 empfängt und speichert die Zeitstempel, die in jedem sequentiellen Zeitrahmen empfangen werden, von denen die Backend-Steuerung 130 die Position des Ziels in der Örtlichkeit bestimmt oder zumindest bestimmt, welche der Sendergruppen des Symmetriemodus der Vorrichtung 100 am nächsten liegt.
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2 veranschaulicht eine exemplarische Umgebung (Örtlichkeit) 150, in der eine Vielzahl von Ultraschallsendern 110 angeordnet ist, von denen nur einige aus Gründen der Zweckmäßigkeit gekennzeichnet sind. Weiterhin wird ein Beispiel für die mobile Vorrichtung (MD) 100 gezeigt. Die Sender 110 werden in einer physikalischen Layout-Konfiguration in einer Örtlichkeit, wie beispielsweise einem Gebäude, dargestellt.
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3 veranschaulicht ein Flussdiagramm, das einen exemplarischen Prozess 200 darstellt, der von der Backend-Steuerung 130 oder unter deren Steuerung durchgeführt wird, um eine optimierte Lokalisierung der mobilen Vorrichtung 100 in der Umgebung 150 zu erreichen. Die Backend-Steuerung (Block 202) erhält erste physikalische Layoutdaten für die Ultraschallsender 110 und für die Umgebung 150. Diese physikalischen Layoutdaten können die Position der Sender 110 innerhalb der Umgebung 150, die Anzahl der Sender 110 und, in einigen Beispielen, die Abmessungen der Umgebung 150 beinhalten.
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Die Backend-Steuerung (Block 204) übernimmt die physikalischen Layoutdaten und teilt die Umgebung 150 in virtuelle Teilregionen oder Unterräume auf. Wie hierin verwendet, müssen Unterräume keine physischen Räume sein. Die Unterräume können Bereiche innerhalb der Umgebung 150 sein. Jeder Unterraum kann die gleiche Größe im Bereich haben, oder die Unterräume können unterschiedlich groß sein. In einigen Beispielen stellen die Unterräume keine Flächen dar, sondern ein Unterraum definiert einfach eine bestimmte Gruppierung von benachbarten Sendern 110 mit einer entsprechenden Feuer- oder Sendefolge in der Örtlichkeit. In Beispielen, in denen die Umgebung 150 geteilt ist, kann diese Aufteilung basierend auf den Layoutdaten der Sender 110, den Layoutdaten der Umgebung 150 oder den Layoutdaten aus beiden erfolgen. In einigen Ausführungsformen teilt die Backend-Steuerung die Umgebung 150 in gleich große Bereiche derselben Geometrie (z.B. „Zellen“), wie rechteckige, quadratische oder rautenförmige Zellen. In anderen Beispielen kann die Backend-Steuerung die Umgebung 150 in Zellen mit unterschiedlichen, aber komplementären Geometrien unterteilen, z.B. einige Zellen mit rechteckiger Form und andere mit komplementären quadratischen Formen.
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4 veranschaulicht ein Beispiel für ein Unterraumlayout, das von der Backend-Steuerung (durch Block 204) für die Umgebung 150 verwendet wird. Wie dargestellt, sind die Sender 110 der Umgebung 150 in neun (9) Unterräume 300-316 unterteilt, die jeweils gleich groß und quadratisch geformt sind. Um die Sender 110 in diese Unterräume 300-316 zu rekonfigurieren, wurden orthogonale Symmetrielinien verwendet. Eine erste Symmetrielinie 318 entspricht vertikal verlaufenden Linien, während eine zweite Symmetrielinie 320 horizontal verlaufenden Linien entspricht. Die Anzahl der Symmetrielinien bestimmt die Anzahl der Unterräume. Im dargestellten Beispiel sind die Symmetrielinien 318 und 320 orthogonal zueinander, was die Durchführung einer weiter beschriebenen Doppelsymmetrie-Rekonfiguration erleichtert. Während für dieses speziell veranschaulichte Beispiel die Symmetrielinien entlang der vertikalen und horizontalen Ausrichtung verlaufen, können tatsächlich beliebig viele orthogonale Symmetrielinien erzeugt werden, wie beispielsweise eine um 45° gedrehte Symmetrie.
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Die Unterräume 300-316 können in einer Layout-Konfigurationsdatei gespeichert werden, auf die die Backend-Steuerung 130 zugreift. In anderen Beispielen hingegen werden die Unterräume 300-316 während der Laufzeit von der Backend-Steuerung 130 bestimmt.
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Mit den eingestellten Unterräumen betreibt die Backend-Steuerung 130 die Sender in zwei verschiedenen Impulssignalmodi, um den Standort der mobilen Vorrichtung 100, einen Symmetriemodus und einen Unterraummodus zu identifizieren.
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Um im Symmetriemodus zu arbeiten, ordnet die Backend-Steuerung 130 jeden der Sender 110 einer von mehreren Symmetriemodus-Sendergruppen (Block 206) zu. 4 veranschaulicht ein Beispiel, in dem die Backend-Steuerung 130 die Gesamtgruppe der Sender 110 in neun (9) verschiedene Gruppen unterteilt hat, die jeweils mit Gruppe 1, 2, 3, ...., 7, 8 und 9 bezeichnet sind. Alle Sender, die in die Doppelsymmetriegruppe 1 rekonfiguriert sind, sind in 4 mit 1 gekennzeichnet. Die Backend-Steuerung 130 ist so konfiguriert, dass sie jeden Sender nur einer dieser Symmetriegruppen zuordnet und so, dass jeder Unterraum nur einen Sender von jeder Symmetriegruppe innerhalb dieses Unterraums hat. So hat beispielsweise der Unterraum 300 neun (9) Sender, und im Doppelsymmetriemodus hat die Backend-Steuerung diese neun Sender so konfiguriert, dass jeder einzelne einer anderen Symmetrie-Sendergruppe zugeordnet ist. Im dargestellten Beispiel ist die Symmetrie eine doppelte Symmetrie.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 2 hat die Backend-Steuerung bei Block 206 die Sender 110 so zugeordnet, dass eine doppelte Symmetrie um die Symmetrielinien 318 und 320 entsteht. Im veranschaulichten Beispiel ist diese doppelte Symmetrie ein bestimmter Typ, der hierin als Doppelspiegelsymmetrie bezeichnet wird. Durch die Konfiguration der Sender in einer Konfiguration mit doppelter Symmetrie stellt die Backend-Steuerung sicher, dass jeder Sender in einer Gruppe symmetrisch zu jedem anderen Sender in dieser Gruppe ist, d.h. symmetrisch um Achse 318 und symmetrisch um Achse 320. Betrachtet man beispielsweise den Unterraum 300, so ist der der Gruppe 3 zugeordnete Sender 110 symmetrisch um die Axiallinie 320 mit dem Sender der Gruppe 3 im Unterraum 306. Ebenso ist der Sender der Gruppe 3 in Unterraum 300 symmetrisch um die Linie 318 mit dem Sender der Gruppe 3 in Unterraum 302. Diese doppelte Symmetrie wird für jeden Sender über die gesamte Umgebung 150 erreicht.
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Im Symmetriemodus weist die Backend-Steuerung (Block 208) eine erste Gruppe von Sendern an, ein Ultraschallimpulssignal zu senden. In einigen Beispielen ist die Backend-Steuerung konfiguriert, um auf Antwortsignale von der mobilen Vorrichtung zu warten und diese zu empfangen, wobei die Antwortsingle anzeigen, wann die mobile Vorrichtung das Impulssignal empfangen hat. In einigen Ausführungsformen weist die Backend-Steuerung nur eine Symmetrie-Sendergruppe (Gruppe 1 - 9 in 4) an, gleichzeitig zu senden. Nachdem jede Sendergruppe ein Impulssignal gesendet hat, sendet eine nächste Sendergruppe ihr Impulssignal. Und die Backend-Steuerung kann den Prozess wiederholen, bis jede Gruppe ein Impulssignal übertragen hat.
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Die Feuerreihenfolge der verschiedenen Sendergruppen kann variieren. Der Doppelsymmetriemodus stellt sicher, dass die gesamte Umgebung 150 schnell untersucht werden kann, ohne dass Sendergruppen in einer bestimmten Reihenfolge aktiviert werden müssen. In einigen Ausführungsformen können die Sendergruppen gemäß einem Reihenfolgemuster der Gruppe 1, dann der Gruppe 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 und 9 aktiviert werden; in anderen Beispielen könnte das Reihenfolgemuster Gruppe 2, dann Gruppe 4, 6, 8, 1, 3, 5, 7 und 9 sein; in anderen Beispielen könnte jedes andere Reihenfolgemuster verwendet werden. Während in diesen Beispielen jede Gruppe einmal vor der Wiederholung der Gruppen aktiviert wird, können in einigen Ausführungsformen Sendergruppen variabel aktiviert werden, z.B. nach einer nicht verbrauchenden Reihenfolge, wie Gruppe 1, dann Gruppe 2, 1, 2, 4 und 5, bis die mobile Vorrichtung ausreichend lokalisiert ist.
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Die Backend-Steuerung bei Block 208 steuert den Prozess, um jede der Sendergruppen separat zu aktivieren, um Impulssignale zu übertragen. Dieser Prozess erfolgt für jede Sendergruppe unter Steuerung des Backend-Prozessors, so dass die Backend-Steuerung nach Abschluss von Block 208 Zeitstempel von der mobilen Vorrichtung empfangen hat, die allen Sendergruppen des Symmetriemodus entsprechen. Nachdem alle Sendergruppen während des Doppelsymmetriemodus gefeuert haben, bestimmt die Backend-Steuerung dann, welche Sendergruppe den Ultraschallsender am nächsten zum Ziel hatte. Wenn beispielsweise die Sendergruppe 3 die kürzeste Flugzeit (d.h. die Zeit vom Impuls bis zum empfangenen Zeitstempel) aus allen Sendergruppen hat, dann bestimmt die Backend-Steuerung, dass einer der Sender in Gruppe 3 dem tatsächlichen Standort der mobilen Vorrichtung am nächsten liegt.
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Die Backend-Steuerung wechselt dann in einen zweiten Modus, z.B. einen Unterraummodus, in dem die Backend-Steuerung die Sender 110 in eine UnterraumLayout-Konfiguration, z.B. die von Block 204, umkonfiguriert. Im Unterraummodus 210 weist die Backend-Steuerung jeden Unterraum von Sendern an, separat und sequentiell Impulssignale zu senden, um weiter zu bestimmen, in welchem Unterraum sich die mobile Vorrichtung 100 befindet und wo sie sich innerhalb dieses Unterraums befindet.
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5 veranschaulicht ein Beispiel für jeden der Sender 110, die in Gruppen konfiguriert sind, die durch die Unterräume 300-316 (Block 210) definiert sind. Im Unterraummodus (Block 212) weist die Backend-Steuerung jede der Sendergruppen, im dargestellten Beispiel die Gruppen 10 - 18, an, Impulssignale zu senden, wobei wie im Doppelsymmetriemodus jede nachfolgende Gruppe gesteuert wird, um eine Aktualisierungsperiode (z.B. 200 ms) vor dem Senden ihres jeweiligen Impulses abzuwarten.
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Im Unterraummodus senden die Sender für jede Unterraumgruppe Impulssignale und die mobile Vorrichtung zeichnet Zeitstempel auf, wann das Impulssignal empfangen wird. Wenn sich eine mobile Vorrichtung nicht in einem bestimmten Unterraum befindet, kann die mobile Vorrichtung während eines Zeitraums keinen Zeitstempel aufzeichnen. Wenn sich eine mobile Vorrichtung in einem anderen Unterraum befindet, aber in der Nähe des zu diesem Zeitpunkt aktiven Unterraums, kann die mobile Vorrichtung einen Zeitstempel aufzeichnen, wobei dieser Zeitstempel eine Flugzeit repräsentiert, die länger ist als die Flugzeit der Unterraumgruppe, die die mobile Vorrichtung tatsächlich enthält.
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In dem veranschaulichten Beispiel wiederholt sich der Prozess für mehrere Unterräume, wie beispielsweise für jeden der Unterräume, und identifiziert einen entsprechenden Unterraum, in dem sich die mobile Vorrichtung befindet. Das Ziel zeichnet beim Empfang des Impulssignals einen Zeitstempel auf und sendet diesen Zeitstempel an die Backend-Steuerung (Block 212). Die Backend-Steuerung zeichnet die empfangenen Zeitstempel auf, während die Sendergruppen in sequentieller Reihenfolge gefeuert werden.
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Aus den empfangenen Zeitstempelinformationen bestimmt die Backend-Steuerung sowohl im Symmetriemodus als auch im Unterraummodus den Standort der mobilen Vorrichtung 100 bei Block 214. So identifiziert die Backend-Steuerung beispielsweise, welche Sendergruppe mit doppelter Symmetrie die kürzeste Flugzeit und welcher Unterraum die kürzeste Flugzeit erzeugt hat. Da der Unterraum nur einen Sender aus jeder Sendergruppe mit doppelter Symmetrie hat, ist die Backend-Steuerung in der Lage, den Unterraum und einen entsprechenden Sender innerhalb des der mobilen Vorrichtung nächstgelegenen Unterraums zu bestimmen.
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6 veranschaulicht ein Beispiel für ein Zeitdiagramm der Impulssignalübertragungen der Sendergruppe sowohl für den Doppelsymmetriemodus als auch für den Unterraummodus, beispielsweise die Ausführungsform der 4 und 5. Jede Sendergruppe mit doppelter Symmetrie sendet ihr Impulssignal über einen jeweiligen Zeitrahmen mit doppelter Symmetrie, der im dargestellten Beispiel als ein 200 ms Zeitrahmen dargestellt ist. Nachdem alle Gruppen 1-9 im Doppelsymmetriemodus ihr Impulssignal während der jeweiligen 200 ms Zeitrahmen übertragen haben und die daraus resultierenden Standortsignalinformationen erhalten wurden, rekonfiguriert die Backend-Steuerung die Sender in den Unterraummodus, und jede Unterraumgruppe 10-18 sendet ihre Impulssignale gemäß diesem Modus während der jeweiligen 200 ms Zeitrahmen.
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In der veranschaulichten Ausführungsform dauert der gesamte Ortungsprozess etwa 200 ms x 18 Gruppenzeitrahmen oder 3,6 Sekunden. Die Zeitspanne hängt von der Größe der Umgebung, der Anzahl der Sendergruppen und dem Unterraummodus ab. Wie die Fachleute realisieren werden, kann die hierin beschriebene Ultraschall-Ortungstechnik zu einem deutlich verkürzten Ortungszyklus führen, im Gegensatz zur sequentiellen Aktivierung jedes Senders in der Örtlichkeit, die im obigen Beispiel 200 ms x 81 individuelle Senderzeitrahmen oder 16,2 Sekunden dauern würde. Daher erleichtert die hierin beschriebene Technik der Doppelsymmetrie- und Unterraum-Senderaktivierung den Einsatz einer großen Anzahl von Ultraschall-Ortungssendern, die für die Abdeckung großer Örtlichkeiten erforderlich sein können.
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Während in dem veranschaulichten Beispiel die von Block 210 verwendete Unterraumkonfiguration mit der von Block 204 verwendeten Unterraumkonfiguration übereinstimmt, kann in anderen Beispielen für den Block 210 eine andere Unterraumkonfiguration verwendet werden. So kann beispielsweise die Backend-Steuerung Sendergruppen verwenden, die für Block 210 größer oder kleiner sind als die von Block 204, wobei in einigen Beispielen die Größenänderung dynamisch basierend auf den im Doppelsymmetriemodus empfangenen Ortungsinformationsdaten bestimmt werden kann.
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In den exemplarischen Ausführungsformen der 4 und 5 halbieren sich die Symmetrielinien zwischen benachbarten Sendern, vertikal und horizontal. In anderen Ausführungsformen können Symmetrielinien mit Sendern ausgerichtet sein, z.B. mit Symmetrielinien, die mit Spalten und Reihen von Sendern ausgerichtet sind, wie in 7, die Sendergruppen für einen Doppelsymmetriemodus zeigt, und wie in 8, die Sendergruppen im Unterraummodus zeigt, bei denen Sender, die mit Symmetrielinien ausgerichtet sind, nicht in den Unterraumimpulsen enthalten sind.
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Die hierin beschriebenen Techniken sind skalierbar und können an eine beliebige Anzahl von Umgebungslayouts angepasst werden. 9 veranschaulicht eine weitere exemplarische Umgebung, in der eine Backend-Steuerung Sender in eine Doppelsymmetriekonfiguration konfiguriert hat, die einen Gang oder einen anderen Raum zwischen zwei benachbarten rechteckig geformten Räumen berücksichtigt. Der Betrieb des Ortungssystems für diese Konfiguration würde mit den anderen Beispielen hierin übereinstimmen.
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In einigen Ausführungsformen kann die Backend-Steuerung den Doppelsymmetriemodus und den Unterraummodus in beliebiger Reihenfolge betreiben. Darüber hinaus kann das sequentielle Feuern der Sendergruppen im Doppelsymmetriemodus (oder derjenigen im Unterraummodus) je nach Örtlichkeit geändert werden. In einigen Ausführungsformen kann die Feuerreihenfolge der Sendergruppen geändert werden, um sie an die Größe und Form der Örtlichkeit selbst anzupassen. So kann beispielsweise eine Örtlichkeit gemäß 9 eine andere Reihenfolge von Zeitrahmen für Gruppen mit doppelter Symmetrie aufweisen als die von 4 und 5. Eine Konfigurationsdatei kann von der Backend-Steuerung aufgerufen werden und verwendet werden, um z.B. die Reihenfolge der Sendergruppen für verschiedene Örtlichkeiten vorzugeben.
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Für die Doppelsymmetrie- und Unterraummodi kann eine beliebige Anzahl von Sendergruppen verwendet werden. Darüber hinaus kann die Backend-Steuerung eine andere Gesamtanzahl von Doppelsymmetriegruppen verwenden als die der Gesamtanzahl der Unterraumgruppen. Weiterhin können die geometrische Form und Größe der Doppelsymmetriegruppen von der geometrischen Form und Größe der Unterraumgruppen abweichen. Die Backend-Steuerung kann optimierte Formen und Größen von Sendergruppen bestimmen, basierend beispielsweise auf der physikalischen Layoutkonfiguration der Sender und der Örtlichkeit.
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In der vorstehenden Beschreibung wurden spezifische Ausführungsformen beschrieben. Ein Durchschnittsfachmann erkennt jedoch, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang der Erfindung, wie sie in den untenstehenden Ansprüchen definiert ist, abzuweichen. Dementsprechend sind die Beschreibung und die Figuren vielmehr in einem illustrativen als in einem einschränkenden Sinne zu betrachten, und alle derartigen Modifikationen sollen im Umfang der vorliegenden Lehren eingeschlossen sein.
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Die Nutzen, Vorteile, Lösungen für Probleme und alle Elemente, die zum Auftreten oder einer Verstärkung eines Nutzens, eines Vorteils, oder einer Lösung führen können, sind nicht als kritische, erforderliche oder wesentliche Merkmale oder Elemente in einigen oder sämtlichen Ansprüchen zu verstehen. Die Erfindung ist lediglich durch die angehängten Ansprüche definiert, einschließlich jeglicher Änderungen, die während der Anhängigkeit dieser Anmeldung vorgenommen wurden und aller Äquivalente der erteilten Ansprüche.
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Darüber hinaus können in diesem Dokument relationale Begriffe wie erster und zweiter, oberer und unterer und dergleichen lediglich verwendet sein, um eine Entität oder Aktion von einer anderen Entität oder Aktion zu unterscheiden, ohne notwendigerweise eine tatsächliche derartige Beziehung oder Reihenfolge zwischen solchen Entitäten oder Aktionen zu erfordern oder zu implizieren. Die Ausdrücke „umfasst“, „umfassend“, „hat“, „haben“, „aufweist“, „aufweisen“, „enthält“, „enthalten“ oder jede andere Variation davon sollen eine nicht-ausschließliche Einbeziehung abdecken, derart, dass ein Prozess, Verfahren, Produkt oder Vorrichtung, das eine Liste von Elementen umfasst, hat, aufweist, enthält, nicht nur diese Elemente aufweist, sondern auch andere Elemente aufweisen kann, die nicht ausdrücklich aufgelistet sind oder einem solchen Prozess, Verfahren, Produkt oder Vorrichtung inhärent sind. Ein Element, dem „umfasst ... ein“, „hat ... ein“, „aufweist ... ein“ oder „enthält ...ein“ vorausgeht, schließt ohne weitere Einschränkungen die Existenz zusätzlicher identischer Elemente in dem Prozess, dem Verfahren, dem Produkt oder der Vorrichtung, die das Element umfasst, hat, aufweist oder enthält, nicht aus. Die Begriffe „ein“ und „eine“ sind als eine oder mehrere definiert, sofern es hierin nicht ausdrücklich anders angegeben wird. Die Begriffe „im Wesentlichen“, „im Allgemeinen“, „ungefähr“, „etwa“ oder jede andere Version davon sind so definiert, dass sie von einem Fachmann auf diesem Gebiet nahekommend verstanden werden, und in einer nicht-einschränkenden Ausführungsform ist der Ausdruck definiert als innerhalb von 10%, in einer weiteren Ausführungsform als innerhalb von 5%, in einer weiteren Ausführungsform als innerhalb von 1% und in einer weiteren Ausführungsform als innerhalb von 0,5%. Der Ausdruck „gekoppelt“, wie er hierin verwendet wird, ist als verbunden definiert, jedoch nicht notwendigerweise direkt und nicht notwendigerweise mechanisch. Eine Vorrichtung oder eine Struktur, die auf eine bestimmte Art „ausgeführt“ ist, ist zumindest auch so ausgeführt, kann aber auch auf Arten ausgeführt sein, die nicht aufgeführt sind.
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Es versteht sich, dass einige Ausführungsformen von einem oder mehreren generischen oder spezialisierten Prozessoren (oder „Verarbeitungsgeräten“) wie Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren, kundenspezifische Prozessoren und Field-Programmable-Gate-Arrays (FPGAs) und einmalig gespeicherten Programmanweisungen (einschließlich sowohl Software als auch Firmware) umfasst sein können, die den einen oder die mehreren Prozessoren steuern, um in Verbindung mit bestimmten Nicht-Prozessorschaltungen einige, die meisten oder alle der hierin beschriebenen Funktionen des Verfahrens und/oder der Vorrichtung zu implementieren. Alternativ können einige oder alle Funktionen durch eine Zustandsmaschine implementiert sein, die keine gespeicherten Programmanweisungen aufweist, oder in einer oder mehreren anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs), in denen jede Funktion oder einige Kombinationen von bestimmten Funktionen als benutzerdefinierte Logik implementiert sind. Natürlich kann eine Kombination der beiden Ansätze verwendet werden.
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Darüber hinaus kann eine Ausführungsform als ein computerlesbares Speichermedium implementiert sein, auf dem computerlesbarer Code gespeichert ist, um einen Computer (der zum Beispiel einen Prozessor umfasst) zu programmieren, um ein Verfahren auszuführen, wie es hierin beschrieben und beansprucht ist. Beispiele solcher computerlesbaren Speichermedien weisen eine Festplatte, eine CD-ROM, eine optische Speichervorrichtung, eine magnetische Speichervorrichtung, einen ROM (Nur-Lese-Speicher), einen PROM (programmierbarer Nur-Lese-Speicher), einen EPROM (löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher), einen EEPROM (elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher) und einen Flash-Speicher auf, sind aber nicht hierauf beschränkt auf. Ferner wird davon ausgegangen, dass ein Durchschnittsfachmann, ungeachtet möglicher signifikanter Anstrengungen und vieler Designwahlen, die zum Beispiel durch verfügbare Zeit, aktuelle Technologie und wirtschaftliche Überlegungen motiviert sind, ohne Weiteres in der Lage ist, solche Softwareanweisungen und - programme und ICs mit minimalem Experimentieren zu generieren, wenn er durch die hierin offenbarten Konzepte und Prinzipien angeleitet wird.
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Die Zusammenfassung der Offenbarung wird bereitgestellt, um es dem Leser zu ermöglichen, schnell das Wesen der technischen Offenbarung zu ermitteln. Sie wird mit dem Verständnis bereitgestellt, dass sie nicht zur Auslegung oder Einschränkung des Umfangs oder der Bedeutung der Ansprüche verwendet wird. Ferner kann der vorangehenden detaillierten Beschreibung entnommen werden, dass verschiedene Merkmale in verschiedenen Ausführungsformen zum Zwecke der Verschlankung der Offenbarung zusammengefasst sind. Diese Art der Offenbarung ist nicht so auszulegen, dass es die Absicht widerspiegelt, dass die beanspruchten Ausführungsformen mehr Merkmale erfordern, als ausdrücklich in jedem Anspruch angegeben sind. Vielmehr ist es so, wie die folgenden Ansprüche zeigen, dass der erfinderische Gegenstand in weniger als allen Merkmalen einer einzigen offenbarten Ausführungsform liegt. Somit werden die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung inkorporiert, wobei jeder Anspruch für sich als ein separat beanspruchter Gegenstand steht.
