WO2008110157A2 - Mobilkommunikationsgeräte, geeignet zur bestimmung von entfernungen zu anderen mobilkommunikationsgeräten, und das dazugehörige verfahren - Google Patents

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Definitions

  • Mobile communication equipment suitable for determining distances to other mobile communication devices, and the associated method
  • the present invention relates to mobile communication devices suitable for determining distances to other mobile communication devices, mobile terminals or base stations. More particularly, the invention relates to a mobile communication device that uses two-way transmission in short-range wireless networks with relatively low-precision clocks or timers to quickly and accurately determine the distances to and between the other mobile communication devices and trilateration of one's own position and position to determine other mobile communication devices. Furthermore, the present invention relates to methods for determining the distances between mobile communication devices.
  • Mobile communication devices include, but are not limited to, cell phones, notebooks, PDAs, and smartphones, as long as they can communicate wirelessly and wirelessly.
  • the distance between two communication endpoints is determined by measuring the round trip times (RTT) on the assumption that the radio signal coincides with the The speed of light propagates, and thus one can close back from the propagation time on the distance.
  • RTT round trip times
  • GPS Global Positioning System
  • land-based transmitters e.g., GPS-based transmitters
  • DTOA Differential Time of Interest
  • a position locating system is described, with which the position of the mobile communication device can be determined quickly and accurately in the presence of strong multipath interference or interference.
  • This system uses two-way transmission of spread spectrum signals between the mobile communication device and reference devices with relatively low accuracy timers.
  • Data packets usually confirmed by immediately returned data packets to tell the sender that the data packet sent by him has arrived at the receiver of the data packet.
  • Immediate Acknowledge packets are used to determine the roundtrip time. For example, in [1], distances between mobile communication devices are measured by determining the packet turnaround times.
  • a method of many media access protocols is used, in which the reception of data packets (abbreviated DATA) by a Mobile communication device is confirmed with a transmission of another packet to the sender of the data packets.
  • the immediate acknowledge (abbreviated ACK) of IEEE 802.11 was used: are the packet transmission durations and the
  • the round trip time can be simply calculated from the difference of the "remote dela ⁇ " and "local delay” shown in Fig. 1. Since the packets usually propagate at full speed of light, the distance can be calculated from the half-round time.
  • the disadvantage of the method described in [1] is that the distance determination can only take place at the sender of the data packet and not from the receiver or other, third mobile communication devices or base stations. Furthermore, the exact transmission and reception time for the data packets must be known. However, these can not always be measured on the mobile communication device. For example, typically the packet's send time can not be determined accurately enough due to hardware limitations of common WLAN-I EEE-802.11 chipsets. This has the consequence that the approach described in [1], shown in Fig. 1, can not be used directly, because this transmission and reception time must be known.
  • the object of the present invention is therefore to provide a method and a mobile communication device, with which the determination of the distance to the other device and / or its location during the data transmission can take place.
  • this is a
  • Mobile communication device that is primarily used to send and receive data information.
  • not only one packet (eg the data packet) and one packet (eg the immediate one) will be used to calculate the round trip times Acknowledge), but several packets are sent consecutively.
  • An example would be a packet sequence consisting of packets sent from one mobile communication device to another, back, back and forth.
  • the individual packets of the packet sequence follow one another at known time intervals. From the measured transmission or reception times of the packets, the distances can be determined by calculation. The more packets are sent back and forth and received from participating mobile devices, the more accurate the distance between them can be.
  • different sequential packet sequences can be used which are individually known from the prior art.
  • these may, for example, also be RTS / CTS / DATA / ACK (FIG. 2), DataFragment1 / ACK / DataFragment2 / ACK (FIG. 3) or others
  • Contain packet sequences which typically consist of data, management or control packets.
  • the described invention thus allows the use of existing, commercial WLAN network cards without additional hardware extensions, as long as they are typically based on the standards of the IEEE 802 Group 11.
  • the advantage of the method according to the invention lies in the fact that not only the transmitter but also the receiver can determine the distance between transmitter and receiver. In addition, every other third
  • Mobile communication device in transmitting and receiving range determine the distance between the transmitter and receiver and their own distance to the transmitter and receiver. Furthermore, the invention presented here allows no transmission times to be known, it is sufficient that of the received packets.
  • the present invention further includes a mobile communication device suitable for determining distances between mobile communication devices, mobile terminals, or base stations.
  • This mobile communication device has a transmission means for transmitting outgoing signals and a receiving means for receiving response signals, as known from mobile communication devices of the prior art.
  • the transmitting means according to the invention is able to send a plurality of consecutive outgoing signals of known duration to the further mobile communication device. In this case, the second and subsequent signals are transmitted at a known time interval after the reception of the response signals sent by the other mobile communication device.
  • the mobile communication device comprises means (in particular digital timers and counters) for determining the time of receipt of the response signals and means for calculating the propagation time of the signals between the first and the second mobile communication device (in particular wireless, local network nodes).
  • the calculation of the propagation time is based on the time of reception and the duration of the response signals, the duration of the outgoing signals, and the time intervals in which the outgoing and the response signals after receiving the response or the outgoing signals by the first and the second mobile communication device be sent (see exemplary embodiments).
  • the ability to quickly and accurately determine the physical location of a mobile communication device would be of great benefit in a variety of applications.
  • the patent [5] lists a variety of possible application examples, which would also be considered for the present invention.
  • a location system can quickly and precisely determine the whereabouts of medical personnel and equipment. These would be, for example, doctors and nurses, but also dialysis machines or heart-lung machines. Also for telecommunication systems the distance between base station and mobile communication terminals is important. Location-based services such as advertising,
  • Route planners or emergency calls require a localization system. But also for the control of the transmission between mobile communication devices the distance distance is helpful, since so the signal modulation adapt to the distance and also the handover (the Transfer from a mobile terminal from one base station to the next).
  • Fig. 1 Method of the prior art for measurements of the circulation times [1].
  • a data packet is sent from a local node to a remote node.
  • the "remote node” answers the reception by an ACK and a little later the “remote node” of the “local node” sends another data packet, which in turn is answered by the "local node”.
  • the cycle time can be calculated, which in turn serves the distance estimation.
  • the transmission times and reception times must be known in order to be able to calculate the circulation times.
  • Fig. 2 Example of a prior art packet sequence described in the IEEE 802.11 standard [2], consisting of an RTS, CTS, DATA and ACK packet.
  • the data packet is transmitted from the destination ("Destination") to the starting point ("Source"). Between the packet transmission a constant time with the length SIFS is waited. This duration of the SIFS break is defined in [2].
  • Fig. 3 Similar to Fig. 2, here a data packet is transmitted, which has been divided into three fragments, which are successively, each confirmed by an ACK, transmitted (from the prior art [2])
  • Fig. 4 An embodiment of the present invention with a round trip measurement consisting of a packet sequence of RTS, CTS, DATA and ACK packets.
  • the local node locai node
  • the remote node can then calculate the RTT.
  • Fig. 5 An embodiment of the present invention consisting of a circulation time measurement in which the packet sequence by a third Mobile communication device, called “monitor.”
  • the “monitor” can use the formulas (3), (4) and (5) to determine the distance between the local node and the remote node (FIG. "Remote node”) and calculate the relative distance to "local node” and "remote node”.
  • An embodiment of the invention consists of the transmission of a packet sequence of RTS, CTS, DATA and ACK as shown in FIG. If, for example, the RTS / CTS packets are also used in addition to the Data / ACK, then the propagation time can be calculated using formula (1), for which the arrival times of the CTS and ACK packets, measured at the "local node", are necessary:
  • the distance can be calculated simply by multiplying the propagation time by the natural constant of the vacuum speed of light c:
  • the distance between "local node” and “remote node” can also be determined by a third station ("monitor") which does not actively participate in the communication, but only listens to it (FIG Case, the propagation time and thus the distance between the "local node” and the “remote node” of the “monitor” can be calculated by the following formulas:
  • the o.g. Abbreviations are used in the IEEE 802.11 standard.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Mobilkommunikationsgeräte, die dafür geeignet sind, Entfernungen zu anderen Mobilkommunikationsgeräten, Mobilendgeräten oder Basisstationen zu bestimmen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Mobilkommunikationsgerät, das eine Zwei-Wege-Übertragung in drahtlosen Nahbereichsnetzen mit Uhren oder Zeitgebern relativ geringer Genauigkeit verwendet, um schnell und genau die Entfernungen zu und zwischen den anderen Mobilkommunikationsgeräten, und mit Hilfe der Trilateration die eigene Position und die Position der anderen Mobilkommunikationsgeräte zu bestimmen. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zur Bestimmung der Entfernungen zwischen Mobilkommunikationsgeräten.

Description

Mobilkomm u nikationsgeräte, geeignet zur Bestimmung von Entfernungen zu anderen Mobilkommunikationsgeräten, und das dazugehörige Verfahren
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Mobilkommunikationsgeräte, die dafür geeignet sind, Entfernungen zu anderen Mobilkommunikationsgeräten, Mobilendgeräten oder Basisstationen zu bestimmen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Mobilkommunikationsgerät, das eine Zwei-Wege-Übertragung in drahtlosen Nahbereichsnetzen mit Uhren oder Zeitgebern relativ geringer Genauigkeit verwendet, um schnell und genau die Entfernungen zu und zwischen den anderen Mobilkommunikationsgeräten und mit Hilfe der Trilateration die eigene Position und die Position der anderen Mobilkommunikationsgeräte zu bestimmen. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zur Bestimmung der Entfernungen zwischen Mobilkommunikationsgeräten.
Zu Mobilkommunikationsgeräten gehören unter anderem Handys, Notebooks, PDAs und Smartphones, soweit sie mobil und drahtlos kommunizieren können.
Aus dem Stand der Technik sind ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, welche die empfangene Signalstärke, den Winkel des eintreffenden Funksignals oder den Zeitpunkt des eintreffenden Signals auswerten, um Mobilkommunikationsgeräte zu orten [5].
In den Schriften [3], [4], [5], [6] und [7] wird die Entfernung zwischen zwei Kommunikationsendpunkten durch Messen der Paketumlaufzeiten (Round Trip Times, RTT) unter der Annahme bestimmt, dass sich das Funksignal mit der Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, und man somit aus der Ausbreitungsdauer auf die Entfernung zurück schließen kann.
Bei anderen herkömmlichen Verfahren zur Bestimmung der Entfernung zwischen Mobilkommunikationsgeräten werden mehrfache Zeitsteuerungssignale empfangen, die von mehreren Sendern an verschiedenen bekannten Orten (z.B. an Satelliten des globalen Positionierungssystems (GPS) oder an landgestützten Sendern) gesendet oder übertragen werden. Durch die Bestimmung des Abstands zu jedem Sender aus der Ankunftszeit der Zeitstörungssignale kann das Mobilkommunikationsgerät seine Position unter Verwendung von Trilateration berechnen.
Ferner ist aus der Schrift [8] ein Spread-Spectrum-Positionsbestimmungs-, Vermessungs- und -Kommunikationssystem bekannt, das aus einer mobilen Vorrichtung, Referenzstationen mit fixierter Position und einer zentralen Referenzstation besteht. Bei dem dabei verwendeten Verfahren handelt es sich um ein Differential Time ofArrival (DTOA) Algorithmus.
In [5] wird ein Positionsortungssystem beschrieben, mit dem die Position des Mobilkommunikationsgeräts schnell und genau in Anwesenheit starker Multipfad - Interferenz oder -Störungen bestimmt werden kann. Dieses System verwendet eine Zwei-Wege-Übertragung von Spread-Spectrum-Signalen zwischen dem Mobilkommunikationsgerät und Referenzgeräten mit Uhren bzw. Zeitgebern relativ niedriger Genauigkeit.
In vielen Medienzugriffsprotokollen (z. B. CSMA/CD) werden empfangene
Datenpakete zumeist durch unmittelbar zurückgesendete Datenpakete bestätigt, um dem Sender mitzuteilen, dass das von ihm gesendete Datenpaket beim Empfänger des Datenpakets angekommen ist. Diese unmittelbar zurückgesendeten Empfangsbestätigungspakete (Immediate Acknowledge) werden verwendet, um die Paketumlaufzeit zu bestimmen. Zum Beispiel werden in [1] Distanzen zwischen Mobilkommunikationsgeräten durch die Bestimmung der Paketumlaufenzeiten gemessen. Hierbei wird ein Verfahren vieler Medienzugriffsprotokolle verwendet, in dem der Empfang von Datenpaketen (abgekürzt DATA) durch ein Mobilkommunikationsgerät mit einer Übertragung eines weiteren Pakets an den Sender der Datenpakete bestätigt wird.
Im Speziellen wurde in [1] das Immediate Acknowledge (abgekürzt ACK) von IEEE 802.11 verwendet: Sind die Paketübertragungsdauern und die
Antwortverzögerungszeit des Empfängers bekannt, lässt sich die Umlaufzeit einfach aus der Differenz der in Fig. 1 gezeigten „Remote delaγ' und „Local delay" berechnen. Da sich die Pakete zumeist mit voller Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, lässt sich aus der halben Umlaufzeit die Entfernung berechnen.
Der Nachteil des in [1] beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass die Entfernungsbestimmung nur beim Sender des Datenpaketes und nicht vom Empfänger oder anderen, dritten Mobilkommunikationsgeräten oder Basisstationen erfolgen kann. Des Weiteren müssen der genaue Sende- und Empfangszeitpunkt für die Datenpakete bekannt sein. Diese können aber nicht immer am Mobilkommunikationsgerät gemessen werden. Zum Beispiel lässt sich typischerweise der Sendezeitpunkt eines Paketes durch Beschränkungen der Hardware gängiger WLAN-I EEE-802.11 -Chipsätze nicht genau genug ermitteln. Dies hat zur Folge, dass sich der in [1] beschriebene Ansatz, dargestellt in Fig. 1, nicht direkt verwenden lässt, weil hierfür Sende- und Empfangszeitpunkt bekannt sein müssen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und ein Mobilkommunikationsgerät bereitzustellen, mit dem die Entfernungsbestimmung zum anderen Gerät und / oder seine Positionsortung während der Datenübertragung erfolgen kann. Insbesondere handelt es sich dabei um ein
Mobilkommunikationsgerät, das primär dazu verwendet wird, um Dateninformationen zu senden und zu empfangen.
Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung gelöst, die in den Ansprüchen 1 bis 9 definiert ist, sowie durch Verfahren, wie in den Ansprüchen 10 bis 20 beschreiben.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei der Berechnung der Umlaufzeiten nicht nur ein Paket hin (z.B. das Datenpaket) und ein Paket zurück (z.B. das Immediate Acknowledge) verwendet, sondern es werden mehrere Pakete aufeinander folgend gesendet. Als Beispiel wäre eine Paketsequenz zu nennen, die aus Paketen besteht, die von einem Mobilkommunikationsgerät und zu einem anderen hin, zurück, hin und wieder zurück gesendet werden. Die einzelnen Pakete der Paketsequenz folgen dabei erfindungsgemäß in bekannten Zeitabständen aufeinander. Aus den hierbei gemessenen Sende- bzw. Empfangszeitpunkten der Pakete lassen sich die Entfernungen rechnerisch ermitteln. Je mehr Pakete hin und zurück gesendet und von beteiligten Mobilkommunikationsgeräten empfangen werden, umso genauer lässt sich die Entfernung zwischen Ihnen ermitteln.
Erfindungsgemäß können unterschiedliche aufeinanderfolgende Paketsequenzen verwendet werden, die für sich einzeln genommen aus dem Stand der Technik bekannt sind. Diese können zusätzlich zur zumeist verwendeten DATA-ACK Paket- Sequenz zum Beispiel auch RTS/CTS/DATA/ACK (Fig. 2), DataFragment1/ACK/DataFragment2/ACK (Fig. 3) oder auch andere
Paketsequenzen enthalten, die typischerweise aus Daten-, Management oder Kontrollpaketen bestehen.
Die beschriebene Erfindung erlaubt somit den Einsatz bestehender, kommerzieller WLAN Netzwerkkarten ohne zusätzliche Hardware-Erweiterungen, solange diese typischerweise auf den Standards der IEEE 802 Gruppe 11 beruhen.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt weiter darin, dass nicht nur der Sender sondern auch der Empfänger die Entfernung zwischen Sender und Empfänger ermitteln kann. Darüber hinaus kann jedes andere dritte
Mobilkommunikationsgerät in Sende- und Empfangsreichweite die Entfernung zwischen Sender und Empfänger sowie die eigene Entfernung zum Sender und Empfänger ermitteln. Des Weiteren ermöglicht die hier vorgestellte Erfindung, dass keine Sendezeitpunkte bekannt sein müssen, es reichen die der empfangenen Pakete.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner ein Mobilkommunikationsgerät, das zur Bestimmung von Entfernungen zwischen Mobilkommunikationsgeräten, Mobilendgeräten oder Basisstationen geeignet ist. Dieses Mobilkommunikationsgerät weist ein Sendemittel zum Senden von ausgehenden Signalen und ein Empfangsmittel zum Empfangen von Antwortsignalen, wie es von Mobilkommunikationsgeräten aus dem Stand der Technik bekannt ist. Das Sendemittel ist erfindungsgemäß in der Lage, mehrere aufeinanderfolgende ausgehende Signale bekannter Dauer an das weitere Mobilkommunikationsgerät senden. Dabei werden das zweite und die folgenden Signale in einem bekannten Zeitabstand nach dem Empfang der vom anderen Mobilkommunikationsgerät gesendeten Antwortsignale gesendet. Zusätzlich weist das erfindungsgemäße Mobilkommunikationsgerät Mittel (insbesondere digitale Zeitgeber und Zähler) zum Bestimmen der Zeit des Empfangs der Antwortsignale sowie Mittel zum Berechnen der Ausbreitungszeit der Signale zwischen dem ersten und dem zweiten Mobilkommunikationsgerät (insbesondere drahtlose, lokale Netzwerkknoten). Die Berechnung der Ausbreitungszeit erfolgt aus der Zeit des Empfangs und der Dauer der Antwortsignale, der Dauer der ausgehenden Signale, sowie den Zeitabständen, in denen die ausgehenden und die Antwortsignale nach dem Empfang der Antwortbzw, der ausgehenden Signale durch das erste bzw. das zweite Mobilkommunikationsgerät gesendet werden (s. Ausführungsbeispiele).
Die Fähigkeit schnell und genau den physikalischen Ort eines Mobilkommunikationsgeräts zu bestimmen wäre in einer Vielzahl von Anwendungen von großem Nutzen. Die Patentschrift [5] listet eine Vielzahl möglicher Anwendungsbeispiele auf, die auch für die vorliegende Erfindung in Betracht zu ziehen wären. In einem militärischen Zusammenhang ist es wünschenswert, den Ort von Soldaten und/oder der militärischen Ausrüstung während des Einsatzes zu orten. Ein weiteres Einsatzsatzfeld wird in der Verwendung innerhalb einer Klinik gesehen. Dort lassen sich mit einem Ortungssystem schnell und präzise der Aufenthaltsort des medizinischen Personals und der Geräte bestimmen. Dies wären zum Beispiel Ärzte und Krankenschwestern, aber auch Dialysegeräte oder Herz-Lungenmaschinen. Auch für Telekommunikationssysteme ist die Entfernung zwischen Basisstation und Mobilkommunikationsendgeräten wichtig. Ortsbezogene Dienste wie Werbung,
Routenplaner oder Notrufe (zum Beispiel der E911 -Dienst in den USA) benötigen ein Lokalisierungssystem. Aber auch zur Steuerung der Übertragung zwischen Mobilkommunikationsgeräten ist der Entfernungsabstand hilfreich, da sich so die Signalmodulation an die Entfernung anpassen und auch das Handover (die Übergabe von einen Mobilkommunikationsendgerätes von einer Basisstation zur nächsten) veranlassen lässt..
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden nachstehend anhand der Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1: Verfahren aus dem Stand der Technik zu Messungen der Umlaufszeiten [1]. Ein Datenpaket wird von einem lokalen Knoten („local node") an einen entfernten Knoten („remote node") gesendet. Die „remote node" beantwortet den Empfang durch ein ACK. Wenig später sendet die „remote node" der „local node" ein weiteres Datenpaket, dass wiederum von der „local node" beantwortet wird. Aus den hierbei gemessen Antwortverzögerungszeiten („remote delay" und „local delay") (vergleiche mit dem Zeitstrahl der Grafik) kann die Umlaufzeit berechnet werden, die wiederum der Entfernungsabschätzung dient. Hierbei müssen die Sendezeitpunkte und Empfangszeitpunkte bekannt sein, um die Umlaufzeiten berechnen zu können.
Fig. 2: Beispiel für eine Paketsequenz aus dem Stand der Technik, die im Standard IEEE 802.11 [2] beschrieben ist, und aus einem RTS, CTS, DATA und ACK-Paket besteht. Das Datenpaket wird von dem Zielort („Destination") zum Ausgangspunkt („Source") übertragen. Zwischen der Paketübertragung wird eine konstante Zeit mit der Länge SIFS gewartet. Diese Dauer der SIFS Pause ist in [2] definiert.
Fig. 3: Ähnlich wie Fig. 2, wird hier ein Datenpaket übertragen, das in drei Fragmente aufgeteilt worden ist, die nacheinander, jeweils durch ein ACK bestätigt, übertragen werden (aus dem Stand der Technik [2])
Fig. 4: Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer Umlaufzeitmessung, die aus einer Paketsequenz aus RTS, CTS, DATA und ACK Paketen besteht. Mit den Formeln (1) und (2) können dann der lokale Knoten („locai node") und der entfernte Knoten („remote node") die RTT berechnen.
Fig. 5: Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bestehend aus einer Umlaufzeitmessung, bei der die Paketsequenz durch ein drittes Mobilkommunikationsgerät, genannt Monitor („monitor"), beobachtet wird. Der „monitor" kann mit Hilfe der Formeln (3), (4) und (5) die Entfernung zwischen dem lokalen Knoten („local node") und dem entfernten Knoten („remote node") berechnen und die relativen Entfernung zu „local node" und „remote node" berechnen.
Ausführunasbeispiele
Ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung besteht aus der Übertragung einer Paketsequenz aus RTS, CTS, DATA und ACK wie in Fig. 4 dargestellt. Wenn beispielsweise zusätzlich zu den Data/ACK auch die RTS/CTS Pakete verwendet werden, dann lässt sich die Ausbreitungszeit mit Formel (1) berechnen, wofür die Ankunftszeiten der CTS und ACK Pakete, gemessen beim „local node", notwendig sind:
Figure imgf000008_0001
wobei
Zeitpunkt des Beginns des Empfangs des CTS Pakets am "local node"
Zeitpunkt des Beginns des Empfangs des ACK Pakets am " local node"
1 CTS Empfangsdauer des CTS Pakets am " local node"
1 DATA Sendedauer des DATA Pakets am " local node"
1 SlFS Dauer des SIFS Intervals (siehe IEEE 802.11 Standardreihe)
dt , l'ZoctüaLl ' remote Ausbreitungszeit für das Paket zwischen " local node" und " remote node" , entspricht der halben RTT.
sind.
Alternativ erlaubt dieser Ansatz auch bei dem „remote node" die Ausbreitungszeit zu bestimmen:
Figure imgf000009_0001
wobei
tc Zeitpunkt des Beginns des Empfangs des RTS Pakets am " remote node" tD Zeitpunkt des Beginns des Empfangs des DATA Paket am " remote node" tRrs Empfangsdauer des RTS Pakets am " remote node" tcτs Sendedauer des CTS Pakets am " remote node"
sind.
Ausgehend von der Ausbreitungszeit lässt sich die Entfernung einfach berechnen, indem man die Ausbreitungszeit mit der Naturkonstante der Vakuum- Lichtgeschwindigkeit c multipliziert:
Figure imgf000009_0002
wobei s der Entfernung entspricht.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich auch die Entfernung zwischen „local node" und „remote node" von einer dritten Station („monitor") bestimmen, die nicht aktiv an der Kommunikation teilnimmt, sondern dieser nur zuhört (Fig. 5). In diesem Fall kann die Ausbreitungszeit und somit die Entfernung zwischen dem „local node" und dem „remote node" vom „monitor" durch folgende Formeln berechnet werden:
Figure imgf000009_0003
und
Figure imgf000010_0001
wobei
tλ Zeitpunkt des Beginns des Empfangs des RTS Pakets gemessen beim " monitor" t2 Zeitpunkt des Beginns des Empfangs des CTS Pakets gemessen beim " monitor" t3 Zeitpunkt des Beginns des Empfangs des DATA Pakets gemessen beim " monitor" t4 Zeitpunkt des Beginns des Empfangs des ACK Pakets gemessen beim " monitor"
sind.
Des Weiteren können die relativen Entfernungsbeziehungen zwischen dem „monitor", der „local node" und der „remote node" vom „monitor" bestimmt werden. Es gilt:
Figure imgf000010_0002
wobei
^monitor Ausbreitungszeit zwischen „local node" und „monitor" dtmomtor Ausbreitungszeit zwischen „remote node" und „monitor"
sind.
Subtrahiert man jetzt hiervon (4), erhält man
Figure imgf000010_0003
Alternativ gilt auch:
Figure imgf000011_0001
Diese Daten können für eine noch genauere Positionierung verwendet werden. Hierfür wird angenommen, dass es sich z.B. beim „local node" um eine Basisstation (Access Point) handelt und dass sowohl die „remote node" als auch der „monitor" mit der Basisstation kommunizieren. Somit sind die Entfernung zwischen „local node" und „remote node" einerseits und „local node" und „monitor" andererseits auf Grund von Formel (1) und (2) bekannt. Die Entfernung zwischen „remote node" und „monitor" ist nicht bekannt, da sie laut der Spezifikationen von IEEE 802.11 nicht direkt miteinander kommunizieren können. Wendet man nun Formel (5) oder (6) an, lässt sich die Entfernung zwischen „remote node" und „monitor" indirekt ermitteln. Erst jetzt, wenn alle drei Entfernung bekannt sind, lassen sich die relativen Positionen zueinander über die bekannten Verfahren der Trilateration (siehe [9]) bestimmen.
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Abkürzungen
Figure imgf000013_0001
Die o.g. Abkürzungen werden im IEEE 802.11 Standard verwendet.

Claims

Patentansprüche
1) Ein Mobilkommunikationsgerät (1) geeignet zum Austauschen von Signalen mit mindestens einem anderen Mobilkommunikationsgerät (2), wobei das erste Mobilkommunikationsgerät ein Sendemittel zum Senden von ausgehenden Signalen und ein Empfangsmittel zum Empfangen von Antwortsignalen, die vom zweiten Mobilkommunikationsgerät gesendet werden, aufweist, und das zweite Mobilkommunikationsgerät ein Sendemittel zum Senden von Antwortsignalen und ein Empfangsmittel zum Empfangen von ausgehenden Signalen, die vom Mobilkommunikationsgerät 1 gesendet werden, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Sendemittel des ersten Mobilkommunikationsgeräts Mittel zum Senden von mindestens zwei aufeinanderfolgenden ausgehenden Signalen bekannter Dauer an das zweite Mobilkommunikationsgerät aufweist, wobei das zweite ausgehende Signal in einem bekannten Zeitabstand nach dem Empfang des vom zweiten
Mobilkommunikationsgerät gesendeten Antwortsignals gesendet wird, und das Sendemittel des zweiten Mobilkommunikationsgeräts Mittel zum Senden von mindestens zwei aufeinanderfolgenden Antwortsignalen bekannter Dauer an das erste Mobilkommunikationsgerät aufweist, wobei das zweite Antwortsignal in einem bekannten Zeitabstand nach dem Empfang des vom ersten
Mobilkommunikationsgerät gesendeten ausgehenden Signals gesendet wird, und dass das Mobilkommunikationsgerät zusätzlich Mittel zum Bestimmen des Zeitpunkts des Empfangs der vom zweiten Mobilkommunikationsgerät gesendeten Antwortsignale, sowie Mittel zum Berechnen der Ausbreitungszeit der Signale zwischen dem ersten und dem zweiten Mobilkommunikationsgerät aufweist, wobei die Ausbreitungszeit aus dem Zeitpunkt des Empfangs und der Dauer der Antwortsignale, der Dauer der ausgehenden Signale, sowie den Zeitabständen, in denen die ausgehenden und die Antwortsignale nach dem Empfang der Antwort- bzw. der ausgehenden Signale durch das erste bzw. das zweite Mobilkommunikationsgerät gesendet werden, berechnet wird.
2) Mobilkommunikationsgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es ein Mobilendgerät, insbesondere Handy, Notebook, PDA oder Smartphone, oder eine Basisstation ist. 3) Mobilkommunikationsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den Mobilkommunikationsgeräten auszutauschenden Signale Datenpakete sind.
4) Mobilkommunikationsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenpakete sowie die bekannten Zeitabstände, in denen die ausgehenden und die Antwortsignale nach dem Empfang der Antwort- bzw. der ausgehenden Signale durch das Mobilkommunikationsgerät 1 bzw. das Mobilkommunikationsgerät 2 gesendet werden, der IEEE 802 Standards, insbesondere der auf IEEE 802.11 basierend, entsprechen.
5) Mobilkommunikationsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste vom Mobilkommunikationsgerät 1 gesendete ausgehende Signal ein RTS-Datenpaket und das zweite vom Mobilkommunikationsgerät 1 gesendete ausgehende Signal ein DATA- Datenpaket ist.
6) Mobilkommunikationsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste vom Mobilkommunikationsgerät 2 gesendete Antwortsignal ein CTS-Datenpaket und das zweite vom Mobilkommunikationsgerät 2 gesendete Antwortsignal ein ACK-Datenpaket ist.
7) Mobilkommunikationsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bekannten Zeitabstände, in denen die ausgehenden und die Antwortsignale nach dem Empfang der Antwort- bzw. der ausgehenden Signale durch das Mobilkommunikationsgerät 1 bzw. das Mobilkommunikationsgerät 2 gesendet werden, dem SIFS entsprechen.
8) Mobilkommunikationsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Mittel zum Berechnen der Entfernung zwischen dem ersten und dem zweiten Mobilkommunikationsgerät aus der Ausbreitungszeit des Signals zwischen diesen Mobilkommunikationsgeräten aufweist.
9) Mobilkommunikationsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Mittel zur Positionsberechnung aus der
Entfernung zwischen dem ersten und dem zweiten Mobilkommunikationsgerät mittels der Trilateration aufweist.
10) Verfahren zur Bestimmung der Entfernung zwischen und / oder zur Ortung von Mobilkommunikationsgeräten durch Austauschen von Signalen zwischen Mobilkommunikationsgeräten 1 und 2, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
(a) Senden eines ersten ausgehenden Signals einer bekannten Dauer vom
Mobilkommunikationsgerät 1 an das Mobilkommunikationsgerät 2;
(b) Empfangen des vom Mobilkommunikationsgerät 1 gesendeten ausgehenden Signals durch das Mobilkommunikationsgerät 2;
(c) Senden eines Antwortsignals einer bekannten Dauer vom Mobilkommunikationsgerät 2 an das Mobilkommunikationsgerät 1 in einem bekannten Zeitabstand nach dem Empfang des vom Mobilkommunikationsgerät 1 gesendeten ausgehenden Signals durch das Mobilkommunikationsgerät 2;
(d) Empfangen des vom Mobilkommunikationsgerät 2 gesendeten Antwortsignals durch das Mobilkommunikationsgerät 1 ;
(e) Senden eines weiteren ausgehenden Signals einer bekannten Dauer vom Mobilkommunikationsgerät 1 an das Mobilkommunikationsgerät 2 in einem bekannten Zeitabstand nach dem Empfang des vom Mobilkommunikationsgerät 2 gesendeten Antwortsignals durch das Mobilkommunikationsgerät 1 , wobei die Schritte (c) bis (e) einmal oder mehrmals ausgeführt werden;
(f) Bestimmen des Zeitpunkts des Empfangs der Antwortsignale bzw. der ausgehenden Signale durch das Mobilkommunikationsgerät 1 bzw. durch das Mobilkommunikationsgerät 2;
(g) Berechnen der Entfernung zwischen dem Mobilkommunikationsgerät 1 und dem Mobilkommunikationsgerät 2 aus der Ausbreitungszeit des Signals zwischen dem Mobilkommunikationsgerät 1 und dem
Mobilkommunikationsgerät 2, wobei diese Ausbreitungszeit aus dem Zeitpunkt des Empfangs und der Dauer der ausgehenden oder der Antwortsignale, der bekannten Dauer für ausgehende oder Antwortsignale, sowie aus den bekannten Zeitabständen, in denen die ausgehenden und die Antwortsignale nach dem Empfang der Antwortbzw, der ausgehenden Signale durch das Mobilkommunikationsgerät 1 bzw. das Mobilkommunikationsgerät 2 gesendet werden, berechnet wird.
11)Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Bestimmung der Entfernung zwischen zwei Mobilkommunikationsgeräten vom Mobilkommunikationsgerät 1 erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbreitungszeit des Signals zwischen dem Mobilkommunikationsgerät 1 und dem Mobilkommunikationsgerät 2 aus dem Zeitpunkt des Empfangs für die Antwortsignale am Mobilkommunikationsgerät 1 , der Dauer mindestens eines der Antwortsignale am Mobilkommunikationsgerät 1 , der bekannten Dauer mindestens eines der ausgehenden Signale sowie den bekannten Zeitabständen, in denen die ausgehenden und die Antwortsignale nach dem Empfang der Antwort- bzw. der ausgehenden Signale durch das Mobilkommunikationsgerät 1 bzw. das Mobilkommunikationsgerät 2 gesendet werden, berechnet wird.
12) Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Bestimmung der Entfernung zwischen zwei Mobilkommunikationsgeräten vom Mobilkommunikationsgerät 2 erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbreitungszeit des Signals zwischen dem Mobilkommunikationsgerät 1 und dem Mobilkommunikationsgerät 2 aus dem Zeitpunkt des Empfangs für die ausgehenden Signale am Mobilkommunikationsgerät 2, der Dauer mindestens eines der ausgehenden Signale am Mobilkommunikationsgerät 2, der bekannten Dauer mindestens eines der Antwortsignale sowie den bekannten Zeitabständen, in denen die ausgehenden und die Antwortsignale nach dem Empfang der Antwort- bzw. der ausgehenden Signale durch das Mobilkommunikationsgerät 1 bzw. das Mobilkommunikationsgerät 2 gesendet werden, berechnet wird.
13) Verfahren zur Bestimmung der Entfernung zwischen und / oder zur Ortung von Mobilkommunikationsgeräten 1 , 2 und 3 vom Mobilkommunikationsgerät 3, wobei Signale zwischen Mobilkommunikationsgeräten 1 und 2 ausgetauscht werden, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
(a) Senden eines ersten ausgehenden Signals einer bekannten Dauer vom Mobilkommunikationsgerät 1 an das Mobilkommunikationsgerät 2;
(b) Empfangen des vom Mobilkommunikationsgerät 1 gesendeten ausgehenden Signals durch das Mobilkommunikationsgerät 2;
(c) Senden eines Antwortsignals einer bekannten Dauer vom Mobilkommunikationsgerät 2 an das Mobilkommunikationsgerät 1 in einem bekannten Zeitabstand nach dem Empfang des vom Mobilkommunikationsgerät 1 gesendeten ausgehenden Signals durch das Mobilkommunikationsgerät 2;
(d) Empfangen des vom Mobilkommunikationsgerät 2 gesendeten Antwortsignals durch das Mobilkommunikationsgerät 1 ;
(e) Senden eines weiteren ausgehenden Signals einer bekannten Dauer vom Mobilkommunikationsgerät 1 an das Mobilkommunikationsgerät 2 in einem bekannten Zeitabstand nach dem Empfang des vom Mobilkommunikationsgerät 2 gesendeten Antwortsignals durch das Mobilkommunikationsgerät 1 , wobei die Schritte (c) bis (e) einmal oder mehrmals ausgeführt werden;
(f) Empfangen der vom Mobilkommunikationsgerät 1 gesendeten ausgehenden Signale und / oder der vom Mobilkommunikationsgerät 2 gesendeten Antwortsignale durch das Mobilkommunikationsgerät 3;
(g) Bestimmen des Zeitpunkts des Empfangs der vom Mobilkommunikationsgerät 1 gesendeten ausgehenden und / oder der der vom Mobilkommunikationsgerät 2 gesendeten Antwortsignale durch das Mobilkommunikationsgerät 3;
(h) Berechnen der Entfernungen zwischen den
Mobilkommunikationsgeräten 1 und 2, 1 und 3, oder 2 und 3 aus den Ausbreitungszeiten des Signals zwischen den
Mobilkommunikationsgeräten 1 und 2, 1 und 3, oder 2 und 3, wobei diese Ausbreitungszeiten aus dem Zeitpunkt des Empfangs der ausgehenden oder der Antwortsignale am Mobilkommunikationsgerät 3, der bekannten Dauer für ausgehende oder Antwortsignale, sowie aus den bekannten Zeitabständen, in denen die ausgehenden und die
Antwortsignale nach dem Empfang der Antwort- bzw. der ausgehenden Signale durch das Mobilkommunikationsgerät 1 bzw. das Mobilkommunikationsgerät 2 gesendet werden, berechnet wird.
14) Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mobilkommunikationsgeräte Mobilendgeräte, insbesondere Handys, Notebooks, PDAs oder Smartphones, oder Basisstationen sind.
15)Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den Mobilkommunikationsgeräten auszutauschenden
Signale Datenpakete sind.
16) Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenpakete sowie die bekannten Zeitabstände, in denen die ausgehenden und die Antwortsignale nach dem Empfang der Antwort- bzw. der ausgehenden Signale durch das Mobilkommunikationsgerät 1 bzw. das Mobilkommunikationsgerät 2 gesendet werden, dem Standard IEEE 802, insbesondere dem IEEE 802.11 entsprechen.
17) Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das erste vom Mobilkommunikationsgerät 1 gesendete ausgehende Signal ein RTS-Datenpaket und das zweite vom Mobilkommunikationsgerät 1 gesendete ausgehende Signal ein DATA-Datenpaket ist.
18) Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das erste vom Mobilkommunikationsgerät 2 gesendete Antwortsignal ein CTS-Datenpaket und das zweite vom Mobilkommunikationsgerät 2 gesendete Antwortsignal ein ACK-Datenpaket ist.
19) Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die bekannten Zeitabstände, in denen die ausgehenden und die Antwortsignale nach dem Empfang der Antwort- bzw. der ausgehenden Signale durch das Mobilkommunikationsgerät 1 bzw. das Mobilkommunikationsgerät 2 gesendet werden, dem SIFS entsprechen.
20) Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Ortung der Mobilkommunikationsgeräte aus den berechneten Entfernungen mittels der Trilateration erfolgt.
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