DE60305525T2

DE60305525T2 - Mehrwegkompensation

Info

Publication number: DE60305525T2
Application number: DE60305525T
Authority: DE
Inventors: Josi Redhill ROSENFELD
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2003-11-11
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2023-11-12
Also published as: EP1567886B1; ATE327518T1; WO2004048998A1; EP1567886A1; AU2003278506A1; JP2006507750A; DE60305525D1; GB0227507D0; CN1717594A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Gerät zur Mehrwegkompensation und auf ein Verfahren zum Erzeugen von Korrelationsformen zur Verwendung darin.
Es gibt viele Applikationen, insbesondere zum Positionieren, die erfordern, dass die Flugzeit eines Hochfrequenzsignals (RF) von der Basisstation zu einer Mobilstation gemessen wird. Diese Applikationen umfassen GPS-Positionierung, wobei die Flugzeit von Satelliten zu einer Mobilstation sehr genau ermittelt werden soll, und ähnliche Positionierungsschemen, wobei eine Anzahl terrestrischer Basisstationen verwendet werden. Obschon der Ausdruck "Station" hier verwendet wird, dürfte es einleuchten, dass die betreffende Einheit, Anordnung oder das betreffende Gerät, die bzw. das "die Station" bildet, in jedem beliebigen Schema nicht stationär zu sein braucht, sondern oft mobil sein kann. Auf diese Weise können beispielsweise die Ausdrücke "Empfangsstation" und "Sendestation" hier im Allgemeinen Sinne verwendet werden, wobei es einleuchten dürfte, dass die betreffenden Empfangs/Sendeeinheiten (-anordnungen, -geräte) in jedem beliebigen Schema entweder mobil oder stationär sein können.
In diesen Schemen wird im Allgemeinen die Flugzeit eines Signals unter Anwendung einer Korrelationstechnik gemessen. Um die Technik einigermaßen zu vereinfachen werden zu bekannten Zeitpunkten pseudobeliebige Signale gesendet. In dem Empfänger werden die empfangenen Signale mit örtlich erzeugten Signalen korreliert, die im Vergleich zu den gesendeten Signalen eine variable Verzögerung haben. Die Verzögerung wird unter Verwendung einer Verzögerungsverriegelungsschleife eingestellt, bis die örtlichen Signale mit den empfangenen Signalen Spur halten, und die Verzögerung gibt dann die Flugzeit der Signale. Die Verzögerung wird derart eingestellt, dass die Korrelation zwischen empfangenen und örtlich erzeugten Signalen maximal ist.
Signale, die zwischen der Mobilstation und der Basisstation wandern, brauch nicht die direkte Sichtlinienstrecke (LOS) zu nehmen, sondern können jede beliebige Strecke einer Anzahl Strecken nehmen und zu einigermaßen verschiedenen Zeitpunkten eintreffen. Das empfangene Signal ist dadurch die Summe eines direkten LOS Signals und der Signale, die über die vielen Strecken empfangen worden sind. Die Effekte dieser verschiedenen Strecken sind als Mehrwegeffekte bekannt. Derartige viele Strecken können Spurfol gefehler verursachen und können zu Ungenauigkeiten in der Schätzung der Flugzeit der Sichtlinienstrecke und folglich zu Positionierungsfehlern führen. Insbesondere kann die maximale Korrelation zwischen örtlich erzeugten und empfangenen Signalen für längere Verzögerungen als die Verzögerung für das direkte LOS Signal auftreten. Weiterhin können die Mehrwegeffekte Änderungen in der Form der Korrelationsfunktion als eine Funktion der Verzögerung verursachen und diese können Schwierigkeiten in den Spurfolgetechniken verursachen. Mehrwegeffekte können auch Probleme in Bereichsapplikationen verursachen, wobei die Flugzeit eines direkten Signals gemessen werden muss.
Mehrwegfehler lassen sich nur schwer korrigieren. Sie sind stark lagen- und umgebungsabhängig, so dass Fehler, die an der einen Stelle ermittelt wurden nicht zum Korrigieren von Effekten an einer anderen Stelle verwendet werden können. Weiterhin sind die statistischen Eigenschaften der Mehrwegfehler komplex.
Es gibt viele Algorithmen, die zum Durchführen von Korrekturen verwendet worden sind. Diese umfassen eine Mehrwegschätzungsverzögerungsverriegelungsschleife (MEDLL) und einen minimaler Mittelwertschätzer (MMSE), die den Vorteil gegenüber alternativen Techniken haben, dass sie beim Vorhandensein von Störung ziemlich robust sind. Diese Techniken schätzen Parameter und ermöglichen die Verbesserung von Schätzungen für den Fall, dass weitere Information verfügbar wird. Der Nachteil dieser bekannten Techniken ist, dass sie rechnerisch intensiv sind und viele Wiederholungen erfordern um Parameter zu schätzen.
Dies gilt insbesondere für die MMSE-Technik, welche die beste theoretische Leistung bringt. Insbesondere hat kein anderer Schätzer einen einheitlich kleineren mittleren quadratischen Fehler, d.h. wenn ein anderer Schätzer besser leistet als MMSE unter bestimmten Mehrwegbedingungen, wird er unter anderen Umständen schlechter leisten. MMSE aber hat den signifikanten Nachteil, dass dies rechnerisch sehr intensiv ist, da die Parameter als beliebige Variablen behandelt werden. Deswegen wäre es günstig, die rechnerische Belastung im Vergleich zu MMSE zu reduzieren.
Weiterhin ist kein einziger Algorithmus unter allen Umständen der beste. Verschiedene Umstände haben verschiedene Mehrwegfähigkeiten und zur Zeit ist kein einziger Algorithmus unter allen Umständen der beste. Deswegen gibt es ein Bedürfnis nach einer Annäherung zur Mehrwegabschwächung, die an verschiedene Umstände angepasst werden kann.
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Mehrwegabschwächung geschaffen, wobei dieses Verfahren Folgendes umfasst:

– das Schaffen einer Anzahl vorbestimmter Mehrwegkorrelationsformen entsprechend der Korrelation der gesendeten und empfangenen Signale, die von dem Sender zu dem Empfänger in einer vorbestimmten Mehrwegumgebung übertragen wurden, und das Schaffen betreffender Korrekturformen, die Korrelationsformen in den Mehrwegumgebungen wobei die sichtbare Komponente des von dem Sender zu dem Empfänger übertragene Komponente entfernt wird;
– das Empfangen eines Signals von einem Sender, der ein Signal bekannter Form überträgt;
– das Berechnen einer Korrelationsform zwischen dem empfangenen Signal und der bekannten Form des übertragenen Signals;
– das Ermitteln der besten Anpassung der vorbestimmten Korrelationsform an die berechnete Korrelationsform durch einen Vergleich der berechneten Korrelationsform mit einer Anzahl vorbestimmter Mehrwegkorrelationsformen entsprechend betreffenden Mehrwegumgebungen; und
– das Subtrahieren der betreffenden Korrekturform entsprechend der bestimmten best pas senden Korrelationsform aus der berechneten empfangenen Korrelationsform zum Erhalten einer korrigierten Korrelationsform, korrigiert für Mehrwegeffekte.

Die Technik ist nicht rechnerisch anspruchsvoll, da die Musteranpassung, die angewandt wird um die beste Anpassung zu ermitteln, die einzige signifikante rechnerische Belastung ist. Weiterhin kann die Technik in vielen verschiedenen Situationen gute Ergebnisse liefern.
Der Erfinder hat erkannt, dass es eine Varietät an verschiedenen Mehrwegmechanismen gibt und dass diese zu Korrelationsformen führen, die von den unterliegenden physikalischen Phänomenen abhängig sind. So ergibt beispielsweise Mehrweg-Diffusstreuung eine exponentielle Abklingung in der Korrelationsfunktion. Dominante Reflexionen ergeben mehrere relative Verzögerungen. Obschon die Physik zweier Spitzen die gleiche sein kann, werden die Spitzen selber nicht die gleichen sein, da Zeitskalen und Amplituden größer oder kleiner sein könnten, je nach der Größe der Umgebung. Auf entsprechende Weise sind ein oder vorzugsweise zwei Parameter, Zeit und Größe, erforderlich um die gespeicherten Korrelationsformen zu den gemessenen Formen zu skalieren.
Auf entsprechende Weise kann der Schritt der Ermittlung der besten Anpassung einer vorbestimmten Korrelationsform an die berechnete Korrelationsform, erhalten aus den gemessenen Daten das Vergleichen der berechneten Korrelationsform mit den vorbestimmten Korrelationsformen umfassen, die durch einen oder mehrere Skalierungsparameter skaliert worden sind und das Ermitteln der Korrelationsform und der Skalierungsparameter, welche die beste Übereinstimmung ergeben, und der Schritt der Subtrahierung der Korrelationsform subtrahiert die von den Skalierungsparametern skalierte Korrekturform.
Bei Ausführungsformen wird das Verfahren angewandt zum Konpensieren von Mehrwegeffekten beim Navigieren. Auf entsprechende Weise kann das Verfahren weiterhin den Schritt aufweisen der Ortung der Spitze der korrigierten Korrelationsform zum Ermitteln der Zeitverzögerung des von dem Sender zu dem Empfänger übertragenen Signals.
Es ist von Vorteil, dass die gesamte Datensammlung und Klassifikation zum Ermitteln der gespeicherten Korrelations- und Korrekturformen im Vorauf durchgeführt wird und folglich nicht in Echtzeit in Prozessoren in den Sendern und Empfängern durchgeführt zu werden braucht, die begrenzte Verarbeitungsmittel haben.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Erzeugen der vorbestimmten Mehrwegkorrelationsformen zur Verwendung in dem oben beschriebenen Mehrwegkompensationsverfahren, wobei das Verfahren zum Erzeugen der vorbestimmten Mehrwegkorrelationsformen Folgendes umfasst:

– das Messen und Aufzeichnen eines Satzes experimenteller Korrelationsdaten als eine Funktion der Zeit unter Verwendung einer Anzahl Sende- und Empfangsstellen in einer Anzahl Umgebungen;
– das Wiederholen der Messung und Aufzeichnung experimenteller Daten der Sätze mit experimentellen Korrelationsdaten, während das direkte Signal physikalisch gesperrt wird;
– das Klassifizieren der aufgezeichneten experimentellen Korrelationsdaten unter Anwendung automatischer Musteranpassungstechniken zu einer Anzahl Gruppen;
– das Speichern eines einzigen Satzes mit Korrelationsdaten, die für jede Gruppe repräsentativ sind;
– das Speichern einer betreffenden Korrekturform entsprechend dem repräsentativen Satz mit Korrelationsdaten, wobei die Korrekturform die Korrelationsform der wiederholten Messung ohne die direkte LOS Komponente entsprechend jedem repräsentativen Datensatz ist.

In einem anderen Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Empfangsstation (Einheit, Anlage, Gerät), die Folgendes umfasst:

– einen Empfänger, vorgesehen zum Empfangen eines Signals bekannter Form, übertragen von einer Sendestation (Einheit, Anlage, Gerät); und
– einen Speicher, geeignet zum Speichern vorbestimmter Mehrwegkorrelationsformen entsprechend der Korrelation gesendeter und empfangener Signale, die von dem Sende zu dem Empfänger in vorbestimmten Mehrwegumgebungen übertragen wurden und die für betreffende Korrekturformen geeignet sind, die Korrelationsformen in den Mehrwegumgebungen sind, wobei die direkte Komponente des von dem Sender zu dem Empfänger übertragenen Signals entfernt ist; wobei die Empfangsstation vorgesehen ist
– zum Berechnen einer Korrelationsform zwischen dem empfangenen Signal und der bekannten Form des übertragenen Signals;
– zum Ermitteln der besten Anpassung der vorbestimmten Korrelationsform an die berechnete Korrelationsform durch einen Vergleich der berechneten Korrelationsform mit der Anzahl vorbestimmter Mehrwegkorrelationsformen entsprechend betreffenden Mehrwegumgebungen; und
– zum Subtrahieren der betreffenden Korrekturform entsprechend der ermittelten am besten passenden Korrelationsform von der berechneten empfangenen Korrelationsform zum Erhalten einer korrigierten Korrelationsform.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein System zur Mehrwegkompensation, das Folgendes umfasst:

– eine Empfangsstation wie oben beschrieben, und
– eine Sendestation, vorgesehen zum Übertragen des Signals einer bekannten Form.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nun eine Ausführungsform anhand der beiliegenden Zeichnung als Beispiel beschrieben. Es zeigen:
1 ein Systems zur Mehrwegkompensation,
2 Korrelationsformen,
3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Sammeln geeigneter Daten zur Verwendung bei Mehrwegkompensation; und
4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Mehrwegkompensation unter Verwendung kollektiver Daten.
In 1 umfasst eine Sendestation, allgemein durch 10 bezeichnet, eine Antenne 12, einen Sender 14, eine Steuereinheit 16 und einen Speicher 18. Ein Signal 2 wird einer Empfangseinheit, allgemein als 20 bezeichnet, zugeführt, die auf gleiche Weise eine Antenne 12, einen Empfänger 22, eine Steuereinheit 16 und einen Speicher 18 umfasst. Die Steuereinheit 16 kann typischerweise ein herkömmlicher Prozessor sein.
Die Sendestation 10 ist vorgesehen zum Übertragen eines Signals 2 mit einer bekannten pseudobeliebigen Sequenz zu dem Empfänger. Das Signal geht über eine direkte Sichtlinienstrecke 2, sowie über eine oder mehrere zusätzliche Strecken 6, in 1 schematisch dargestellt. Die Effekte dieser zusätzlichen Strecken 6 sind als Mehrwegeffekte bekannt.
In der anhand der 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsform ist das Ziel, die Lage der Empfangseinheit 20 durch Berechnung der Flugzeit des direkten Sichtliniensignals 2 von der Sendeeinheit zu der Empfangseinheit zu messen. Da das ausgesendete Signal eine bekannte pseudobeliebige Sequenz aufweist, die zu einer bekannten Zeit entsprechend dem Taktgeber in der Sendeeinheit gesendet wird, kann die Flugzeit des Signals 2 ermittelt werden. Dies geschieht durch einen Vergleich des empfangenen Signals mit dem bekannten übertragenen Signal nach einer Anzahl Verzögerungen D und dadurch, dass die Verzögerung D gefunden wird, welche die beste Übereinstimmung zwischen dem empfangenen Signal und dem bekannten gesendeten Signal ergibt.
Dieses Zusammenpassen erfolgt dadurch, dass diejenige Verzögerung D erhalten wird, welche die beste Korrelation zwischen dem empfangenen Signal und dem bekannten Signal ergibt. Die logische Schaltung und die Algorithmen zum Durchführen dieser Berechnung sind bekannt und werden an dieser Stelle nicht weiter beschrieben.
Wenn die einzige Strecke zwischen der Sendeeinheit 10 und der Empfangseinheit 20 die direkte Sichtlinienstrecke 2 wäre, hätte die Korrelation als eine Funktion der Zeit eine Form entsprechend derjenigen, die in 2 durch eine gezogene Linie (Kurve 30) dargestellt ist. Wenn nun vorausgesetzt wird, dass jedes Bit der von der Sendeeinheit 10 übertragenen pseudobeliebigen Anzahl Sequenzen in eine Zeit t übertragen wird, und dass aufeinander folgende Bits völlig unkorreliert sind, ist die Form der Korrelationsspitze ein Dreieck mit einem Maximum bei einer Verzögerung D₀, wobei die Korrelation bei Verzögerungen von D₀ + t und D₀ – t linear abnimmt.
Der Effekt anderer Strecken (schematisch als 6 in 1 angegeben) variiert, und zwar je nach der Umgebung, kann aber die Korrelationsspitze streuen oder kann auf alternative oder zusätzliche Weise zusätzliche Spitzen schaffen. Die Spitzen beziehen sich auf diskrete Reflektoren, während die allgemeine Schmierung der Korrelationsspitzen durch erweiterte oder verbreitete Reflektoren verursacht wird. Mehrere nahe beieinander liegende Spiegelreflexionen können auch eine Art von "Schmierung" zeigen. In der Praxis ist es wahrscheinlich, dass eine Kombination dieser Effekte ersichtlich ist, wie in 2 durch gestrichelte Linien (Kurve 32) angegeben ist.
Die Mehrwegkompensation nach der vorliegenden Erfindung benutzt experimentelle Korrelationsdaten und Korrekturdaten. Die Art und Weise, wie diese Daten erhalten werden, wird nun anhand der 3 beschrieben.
Zunächst werden experimentelle Korrelationsdaten für eine bekannte Sender- und Empfängerlage gemessen (Schritt 40).
Die direkte Sichtlinie zwischen dem Sender und dem Empfänger wird danach gesperrt (Schritt 42), beispielsweise dadurch, dass ein geeigneter Absorber in den in den direkten Weg vorgesehen wird, wie ein physikalischer Block, wie in 1 gestrichelt dargestellt. Die Korrelation als eine Funktion der Verzögerung wird danach gemessen (Schritt 44), und diese Korrelationsdaten werden nachstehend als "Korrekturdaten" bezeichnet um die Daten von den in dem Schritt 40 aufgezeichneten Daten unterscheiden zu können. Auf diese Weise sind die "Korrekturdaten" die Korrelationsdaten, die erhalten werden, wenn das Sichtliniensignal gesperrt wird. Der Grund der Verwendung des Terms "Korrekturdaten" wird später deutlich.
Die gestrichelten Linien (Kurve 34) in 2 zeigen die Korrelationsdaten. Es sei bemerkt, dass die Spitze um die Verzögerung D₀ herum durch das direkte Sichtliniensignal 2 für die Korrekturdaten weitgehend fehlen, dies in starkem Kontrast zu den Korrelationsdaten mit dem vorhandenen Sichtliniensignal 2 (Kurve 32), das eine wesentliche Spitze um die Verzögerung D₀ herum zeigt.
Die Schritte 40, 42 und 44 werden danach wiederholt (Schritt 46) um Korrelationsdaten und Korrekturdaten für mehrere Sender- und Empfängerlagen in einer Anzahl Umgebungen zu bestimmen, die typisch sind für die Umgebungen, die die bestimmte Ap plikation erfordern. In dem Beispiel ist die Mehrwegkompensation gemeint zur Verwendung in einer Vielzahl von Innenumgebungen und folglich sollten die experimentellen Daten in einer repräsentativen Anzahl Innenumgebungen.
Die resultierende Datensammlung wird eine Vielzahl von Kurven der Korrelationsdaten und entsprechende Kurven von Korrekturdaten enthalten. Diese Kurven werden typischerweise digital aufgezeichnet und folglich werden die Terme Satz mit Korrelationsdaten und Satz mit Korrekturdaten verwendet um zu vermeiden, dass eine graphische Darstellung einbezogen wird. Mit einem Satz von Daten wird ein Satz von Daten gemeint, der die Form der Korrelationsspitze als eine Funktion der Verzögerung darstellt.
Danach werden Musteranpassungstechniken angewandt um die Sätze mit Korrelationsdaten in eine Anzahl generischer Formen zu gruppieren (Schritt 48). Auf alternative Weise könnte die Musteranpassung an den Korrekturdaten durchgeführt werden. Geeignete Musteranpassungsalgorithmen und Prozeduren zum Klassifizieren und Gruppieren großer Anzahlen von Sätzen mit Daten sind durchaus bekannt und werden an dieser Stelle nicht näher beschrieben. So könnten beispielsweise statistische Clustertechniken aus der multivariaten Datenanalyse angewandt werden. Auf alternative Weise könnte der mittlere quadratische Fehler zwischen zwei-Parameter skalierten Datensätzen ermittelt werden und es könnten Datensätze mit ausreichend kleinen mittleren quadratischen Fehlern kombiniert werden.
Diese Musteranpassung erfolgt auf Basis, dass es nur eine begrenzte Anzahl Korrelationsformen gibt, und zwar durch bestimmte Fortpflanzungseffekte, da es nur eine begrenzte Anzahl Fortpflanzungseffekte gibt. Danach kann die Gruppierung dadurch bestimmt werden, dass Datensätze gefunden werden, die ein gleiches Muster oder eine gleiche Form haben, nach Skalierung in der Zeit und in der Amplitude.
Eine Annäherung ist, den ersten Datensatz zu wählen und danach alle anderen Datensätze zu finden mit einer Form, die gleich ist, ausgenommen für die Skala. Ein geeignetes Kriterium für "ähnlich" kann eine Korrelation von wenigstens 90%, vorzugsweise 95% oder sogar 99% sein.
Ein Datensatz, auf geeignete Weise der erste Datensatz, wird als Vertreter gewählt. Dies wird wiederholt, bis alle Datensätze gruppiert sind – selbstverständlich kann es sein, dass einige Gruppen nur ein Mitglied haben, aber dies macht keine Schwierigkeiten.
Es ist möglich, die Experimente zu wiederholen um die Korrekturdaten zu erhalten, nur nachdem die typischen Datensätze aufgezeichnet worden sind. Dies reduziert die Anzahl Sätze mit Korrekturdaten, die aufgezeichnet werden sollen, so dass es notwendig ist, dass die Lagen des Senders und des Empfängers sehr genau aufgezeichnet werden.
Es wird aber im Allgemeinen bevorzugt, die gesperrten – LOS Korrekturdatensätze während der Durchführung von Anfangsmessungen zu messen. Dies bietet zwei Vorteile. Erstens ist es nicht notwendig, die Messanlage an genau denselben Stellen wie vorher abermals aufzubauen. Zweitens können Elemente (insbesondre Menschen) in der Zeit sich bewegen und vermeidet auf diese Weise die Tatsache, dass die Korrekturdaten gleichzeitig mit den Korrelationsdaten genommen werden, Effekte, die durch die Bewegung zwischen dem Zeitpunkt, wo die Korrelationsdaten genommen werden, und dem Zeitpunkt, wo die Korrekturdaten genommen werden, verursacht werden.
Ein einziger Satz mit Korrelationsdaten und Korrekturdaten für jede der Gruppen mit Daten wird danach aufgezeichnet (Schritt 50). Die Korrelationsdaten und die Korrekturdaten können ein typisches Element der Gruppe sein, oder können durch eine bestimmte Form eines Mittlungsprozesses erhalten werden, das jedes Element der Gruppe mittelt.
In einem konkreten Beispiel können der Sender und der Empfänger in einem einzigen Raum in einer Innenumgebung untergebracht werden, beispielsweise in der Küche. Der Empfänger kann zu einer Anzahl Stellen gebracht werden und die Korrelationsdaten mit dem vorhandenen LOS und mit dem gesperrten LOS können mitgenommen werden. Dies wird für eine Anzahl Küchen oder einzelne Räume wiederholt. Danach kann der Empfänger in einen Raum gesetzt werden, und zwar durch eine Wand von dem Sender getrennt, und wieder werden einige Ergebnisse genommen. Dieser Prozess kann für viele Zwei-Raum-Szenarien mit verschiedenen Abständen wiederholt werden.
Die Korrelationsdaten und die Korrekturdaten werden danach zur Verwendung bei dem Mehrwegkompensationsverfahren für Signale gespeichert, die von einem Sender zu einem Empfänger übertragen werden. Das Mehrwegkompensationsverfahren wird nun anhand der 4 näher beschrieben. Typischerweise werden die Korrelationsdaten und die Korrekturdaten in dem Empfänger gespeichert, obschon auf alternative Weise die Daten in einer anderen Anordnung gespeichert werden können, insbesondere dort, wo die Verarbeitung empfangener Daten nicht in dem Empfänger sondern in der anderen Anordnung oder in einer weiteren Anordnung durchgeführt wird.
In 4 wird in dem Empfänger ein Signal von einem Sender (Schritt 60) empfangen, und zwar auf eine durchaus bekannte Art und Weise. Danach wird die Korrelationsform zwischen dem empfangenen Signal und dem übertragenen Signal als eine Funktion der Verzögerung berechnet (Schritt 62).
Es braucht nur eine Anzahl Korrelationswerte mit diskreten Verzögerungswerten berechnet zu werden. Es ist tatsächlich nur die Korrelationsform bei Verzögerungswerten um die Verzögerung D₀ entsprechend der Flugzeit des Signals, die relevant sind, obschon, wie es einleuchten dürfte, die Berechnung der Korrelationsform nur um die Verzögerung D₀ Kenntnisse über die wahrscheinlichen Werte der Verzögerung D₀ erfordert. Wenn das Verfahren wiederholt wird, kann dies durch Berechnung der Korrelation für Verzögerungswerte D um den vorhergehenden Wert von D₀ herum erfolgen. Dennoch gibt es eine Anforderung, wenn die Übertragung mit der Berechnung der Form für eine Anzahl möglicher Werte von D startet um die groben Werte von D zu ermitteln, für die es eine wesentliche Leistung in dem Korrelationsmuster gibt vor der genaueren Ermittlung der Form um diese Verzögerungswerte D herum. Dem Fachmann ist eine Anzahl Verfahren zum Durchführen einer derartigen Berechnung bekannt, und folglich werden diese Verfahren nur insofern näher beschrieben, dass es für die vorliegende Erfindung relevant ist.
Daraufhin wird die beste Übereinstimmung der berechneten Korrelationsform mit den jeweiligen gespeicherten Korrelationsformen erhalten (Schritt 64). Die gespeicherten Korrelationsformen können linear in Größe und in Zeit skaliert werden und af diese Weise umfasst der Schritt der Ermittlung der besten Übereinstimmung das Ermitteln der Skalierungsfaktoren umfassen, welche die beste Übereinstimmung ergeben. Auch hier sind geeignete Algorithmen zum Ermitteln einer besten Übereinstimmung zwischen Sätzen mit Daten durchaus verfügbar. Es können beispielsweise Mustererkennungstechniken oder Annäherungsmethoden angewandt werden.
Der Satz mit Korrekturdaten entsprechend dem Korrelationsdatensatz mit der besten Übereinstimmung wird skaliert (Schritt 66) durch die Skalierungsfaktoren für die beste Übereinstimmung, erhalten durch Ermittlung der besten Übereinstimmung, und diese skalierte Korrekturform wird von der berechneten empfangenen Korrelationsform subtrahiert (Schritt 68) zum Erhalten einer korrigierten Korrelationsform, korrigiert auf Mehr wegeffekte. Aus einem Vergleich der Kurve 32 und der Kurve 34 in 2 sei bemerkt, dass durch Subtraktion der Kurve 34 von der Kurve 32 eine Kurve erhalten wird, die durch die Form der Sichtlinienspitze der Kurve 30 überherrscht wird.
Zum Schluss wird die Spitze der korrigierten Korrelationsform verwendet zum Ermitteln der Verzögerung D₀ (Schritt 70). Da die korrigierte Korrelationsform durch die Sichtlinienspitze 30 überherrscht wird, ist dies sehr einfach.
Die Verzögerung D₀ kann in einen Bereich zwischen dem Sender und dem Empfänger dadurch verwandelt werden, dass auf einfache Weise die Verzögerung D₀ für bekannte Nacheilungen in dem Sender oder Empfänger korrigiert und durch die bekannte Lichtgeschwindigkeit c in Luft multipliziert wird.
Um das System zum Positionieren anzuwenden wird danach der Prozess wiederholt, und zwar durch Verwendung einer Anzahl verschiedener Basisstationen für eine Mobilstation, deren Lage ermittelt werden soll. Die mobile Station kann entweder als Sender oder als Empfänger wirksam sein und die Basisstationen können auf entsprechende Art und Weise entweder als Empfänger oder als Sender wirksam sein. Es dürfte einleuchten, dass die meisten Funkfrequenzanordnungen derart ausgebildet sind, das sie imstande sind, als Sender oder als Empfänger zu funktionieren.
Der Bereich der mobilen Station zu jeder der vielen Basisstationen kann dann verwendet werden um die Lage der mobilen Station zu finden, unter der Voraussetzung, dass die Lage der Basisstationen bekannt sind. Dieser Prozess ist als Trilateration bekannt.
Durch Lieferung experimenteller Korrelationsformen in einer geeigneten Anzahl Umgebungen ist es möglich, Mehrwegeffekte in einer Vielzahl unterschiedlicher Situationen zu korrigieren. Weiterhin ist das Verfahren nicht rechnerisch intensiv und kann folglich beispielsweise sogar in mobilen Anordnungen ohne aufwendige Prozessoren durchgeführt werden.
Die Anordnung nach der vorliegenden Erfindung eignet sich insbesondere für Positionierungssysteme im Haus, wo Mehrwegeffekte besonders intensiv sind. Dies ist aber keineswegs die einzige Applikation und die Anordnung eignet sich auch für Verwendung draußen. Durch Messung der experimentellen Korrelationsformen funktioniert das System und das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung drinnen sowie draußen, was sehr bequem ist.
Aus der Lektüre der vorliegenden Beschreibung dürften dem Fachmann andere Abwandlungen und Modifikationen einfallen. Derartige Abwandlungen und Modifikationen können gleichwertige und andere Merkmale betreffen, die bereits im Entwurf, in der Herstellung und in der Anwendung von Systemen für Mehrwegkompensation bekannt sind und die zusätzlich zu oder anstelle von hier beschriebenen Merkmalen verwendet werden können. Obschon Patentansprüche in dieser Anmeldung in Bezug auf bestimmte Kombinationen von Merkmalen formuliert worden sind, dürfte es einleuchten, dass der Rahmen der Beschreibung auch jedes beliebige neue Merkmal und jede beliebige neue Kombination von Merkmalen umfasst, die hier entweder explizit oder implizit beschrieben worden sind, oder jede beliebige Verallgemeinerung davon, ob dies ggf. alle oder einige derselben technischen Probleme kompensiert, wie dies die vorliegende Erfindung macht. Die Anmelderin bemerkt hierdurch, dass während der Behandlung der vorliegenden Patentanmeldung oder von weiteren hiervon abgeleiteten Anmeldungen neue Patentansprüche über derartige Merkmale und/oder Kombinationen derartiger Merkmale formuliert werden können.
So hat beispielsweise die vorliegende Erfindung Applikationen in allen Arten von Positionierungssystemen zur Ortung von Menschen, Gegenständen, Alarmeinrichtungen und in Spielen und Sportarten.
Die vorliegende Erfindung ist auch anwendbar als Verfahren zum Ermitteln des herrschenden Mechanismus von Mehrwegfortpflanzung in vielen Umgebungen, was zu der Abbildung der Umgebungen beitragen kann.
Obschon die vorliegende Erfindung anhand von Mehrwegkompensation im Kontext eines Positionierungssystems beschrieben worden ist, ist Mehrwegkompensation in anderen Applikationen auch erforderlich und die vorliegende Erfindung kann in diesen anderen Applikationen angewandt werden. So kann beispielsweise das Verfahren der Mehrwegkompensation im Bereich der zellularen Telephonie zum Bewerten und Korrigieren von Mehrwegeffekten zwischen dem Sender und der mobilen Einheit angewandt werden.
Eine Applikation für mobile Telephonie ist die Anwendung des Systems zum Orten des Handys, beispielsweise um Hilfsdiensten die Möglichkeit zu geben das Handy zu orten.
Auf alternative Weise könnte die vorliegende Erfindung auch angewandt werden zum Entfernen von Mehrwegeffekten aus einem Kommunikationssignal auf genau dieselbe Art und Weise. Die Annäherung kann effizienter sein als bekannte Rake- Empfängertechniken, und eignet sich insbesondere für Signale mit einem großen Rauschabstand.

3

40: Messung Korrelationsdaten
42: Sperrung LOS
44: Messung Korrelationsdaten
46: Wiederholen
48: Gruppe
50: Speicherung repräsentativer Daten

4

60: Empfangen von Signal
62: Berechnen der Korrelation
64: beste Übereinstimmung
66: Skalierung der Korrekturdaten
68: Subtrahieren von Korrekturdaten
70: Herausfinden der Verzögerung

Claims

Verfahren zur Mehrwegkompensation beim Übertragen eines Signals von einem Sender (10) zu einem Empfänger (20), wobei das Verfahren Folgendes umfasst: – das Schaffen einer Anzahl vorbestimmter Mehrwegkorrelationsformen (32) entsprechend der Korrelation der gesendeten und empfangenen Signale, die von dem Sender zu dem Empfänger in einer vorbestimmten Mehrwegumgebung übertragen wurden, und das Schaffen betreffender Korrekturformen (34), die Korrelationsformen in den Mehrwegumgebungen wobei die sichtbare Komponente des von dem Sender zu dem Empfänger übertragene Komponente entfernt wird; – das Empfangen eines Signals (2) von einem Sender (10), der ein Signal bekannter Form überträgt; – das Berechnen einer Korrelationsform zwischen dem empfangenen Signal und der bekannten Form des übertragenen Signals; – das Ermitteln der besten Anpassung der vorbestimmten Korrelationsform an die berechnete Korrelationsform durch einen Vergleich der berechneten Korrelationsform mit einer Anzahl vorbestimmter Mehrwegkorrelationsformen entsprechend betreffenden Mehrwegumgebungen; und – das Subtrahieren der betreffenden Korrekturform entsprechend der bestimmten best passenden Korrelationsform aus der berechneten empfangenen Korrelationsform zum Erhalten einer korrigierten Korrelationsform, korrigiert für Mehrwegeffekte.
Verfahren na 1, wobei der Schritt der Ermittlung der besten Anpassung einer vorbestimmten Korrelationsform an die berechnete Korrelationsform das Vergleichen der berechneten Korrelationsform mit den vorbestimmten Korrelationsformen umfasst, die durch einen oder mehrere Skalierungsparameter skaliert sind und das Ermitteln der Korrelationsform und der Skalierungsparameter, welche die beste Anpassung ergeben, und der Schritt der Subtrahierung der Korrekturform entsprechend der besten Anpassung, die durch die best passenden Skalierungsparameter skaliert wurden.
Verfahren na 1 oder 2, weiterhin mit dem Schritt der Ermittlung der Zeitverzögerung des Signals, das unter Verwendung der korrigierten Korrelationsform von dem Sender zu dem Empfänger übertragen wurde.
Verfahren zum Erzeugen der vorbestimmten Mehrwegkorrelationsformen zur Verwendung bei dem Mehrwegkompensationsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verfahren zum Erzeugen der vorbestimmten Mehrwegkorrelationsformen Folgendes umfasst: – das Messen und Aufzeichnen eines Satzes experimenteller Korrelationsdaten als eine Funktion der Zeit unter Verwendung einer Anzahl Sende- und Empfangsstellen in einer Anzahl Umgebungen; – das Wiederholen der Messung und Aufzeichnung experimenteller Daten der Sätze mit experimentellen Korrelationsdaten, während das direkte Signal physikalisch gesperrt wird; – das Klassifizieren der aufgezeichneten experimentellen Korrelationsdaten unter Anwendung automatischer Musteranpassungstechniken zu einer Anzahl Gruppen; – das Speichern eines einzigen Satzes mit Korrelationsdaten, die für jede Gruppe repräsentativ sind; – das Speichern einer betreffenden Korrekturform entsprechend dem repräsentativen Satz mit Korrelationsdaten, wobei die Korrekturform die Korrelationsform der wiederholten Messung ohne die direkte LOS Komponente entsprechend jedem repräsentativen Datensatz ist.
Empfangsstation (20) die Folgendes umfasst: – einen Empfänger (22), vorgesehen zum Empfangen eines Signals bekannter Form, übertragen von einer Sendestation; und – einen Speicher (18), geeignet zum Speichern vorbestimmter Mehrwegkorrelationsformen entsprechend der Korrelation gesendeter und empfangener Signale, die von dem Sende zu dem Empfänger in vorbestimmten Mehrwegumgebungen übertragen wurden und die für betreffende Korrekturformen geeignet sind, die Korrelationsformen in den Mehrwegumgebungen sind, wobei die direkte Komponente des von dem Sender zu dem Empfänger übertragenen Signals entfernt ist; wobei die Empfangsstation vorgesehen ist – zum Berechnen einer Korrelationsform zwischen dem empfangenen Signal und der bekannten Form des übertragenen Signals; – zum Ermitteln der besten Anpassung der vorbestimmten Korrelationsform an die berechnete Korrelationsform durch einen Vergleich der berechneten Korrelationsform mit der Anzahl vorbestimmter Mehrwegkorrelationsformen entsprechend betreffenden Mehrwegumgebungen; und – zum Subtrahieren der betreffenden Korrekturform entsprechend der ermittelten am besten passenden Korrelationsform von der berechneten empfangenen Korrelationsform zum Erhalten einer korrigierten Korrelationsform.
Empfangsstation nach Anspruch 5, vorgesehen zum Ermitteln der besten Anpassung einer vorbestimmten Korrelationsform an die berechnete Korrelationsform durch einen Vergleich der berechneten Korrelationsform mit den vorbestimmten Korrelationsformen, die durch einen oder mehrere Skalierungsparameter skaliert wurden und durch Ermittlung der Korrelationsform und der Skalierungsparameter, welche die beste Anpassung ergeben, und weiterhin vorgesehen zum Subtrahieren der von den am besten passenden Skalierungsparametern skalierten Korrekturform.
Empfangsstation nach Anspruch 5 oder 6, weiterhin vorgesehen zum Ermitteln der Zeitverzögerung des von dem Sender zu dem Empfänger übertragenen Signals unter Verwendung der korrigierten Korrelationsform.
System zur Mehrwegkompensation, das Folgendes umfasst: – eine Empfangsstation (20) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, und – eine Sendestation (10) vorgesehen zum Übertragen des Signals einer bekannten Form.