WO2022002994A2 - Verfahren zur akustischen entfernungsmessung zwischen zwei mobilen endgeräten - Google Patents

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WO2022002994A2
WO2022002994A2 PCT/EP2021/067936 EP2021067936W WO2022002994A2 WO 2022002994 A2 WO2022002994 A2 WO 2022002994A2 EP 2021067936 W EP2021067936 W EP 2021067936W WO 2022002994 A2 WO2022002994 A2 WO 2022002994A2
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acoustic
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mobile terminal
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Gerd Kilian
Albert Heuberger
Manfred Lutzky
Jakob KNEISSL
Frank Obernosterer
Raimund Meyer
Jörg Robert
Bastian PERNER
Dominik HÄUSSLER
Alfred Müller
Norbert Franke
Stefan DÖHLA
Karin PREBECK
Kacper SAGNOWSKI
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
    • G01S11/14—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/74—Systems using reradiation of acoustic waves, e.g. IFF, i.e. identification of friend or foe

Definitions

  • Embodiments relate to a method for acoustic distance measurement between two mobile terminals. Some exemplary embodiments relate to a measurement duration-optimized and performance-optimized method for acoustic distance measurement of mobile terminals.
  • the resources available in mobile devices can be used for a cost-effective measurement of a distance or a distance between two mobile devices. If distances in the order of half a meter up to about ten meters are of particular interest, the use of a short-range radio connection (e.g. WPAN (Wireless Personal Area Network, German short-range radio technology), such as Bluetooth Low Energy (LE) or Bluetooth) as well as alternatively or additionally an acoustic distance measurement by means of ultrasound can be considered. If the short-distance radio connection used is based on the Bluetooth standard, the accuracy of the resolution of the distance measurement depends on the version and extends to a few centimeters in terms of the accuracy that can be achieved. Since the distance measurement with Bluetooth is based on the evaluation of signal power levels, this method is relatively error-prone, especially with spatial changes and the associated fading.
  • WPAN Wireless Personal Area Network, German short-range radio technology
  • LE Bluetooth Low Energy
  • Bluetooth Bluetooth Low Energy
  • the ultrasonic measurement can be viewed as a supportive measurement or as a subsequent measurement only if necessary.
  • An acoustic distance measurement in the ultrasonic range can be carried out using the existing loudspeakers and microphones [4], [5]
  • the range above 16 kHz (ultrasound range) above the perceptible human hearing can sensibly be selected as the frequency range.
  • ETOA Elapsed time between the two Time-Of-Arrivals
  • the acoustic test signals sent by the respective mobile end devices cannot be detected with sufficient reliability by the respective other mobile end device. Rather, the reliability depends on many factors.
  • An unfavorable signal-to-noise ratio (SNR) due to the propagation attenuation, microphone interference, e.g. due to abrasive materials, multipath propagation due to acoustic reflections, a lack of direct sound propagation (line of sight) or Doppler Effects can make the reliable detection of the test signals very difficult. In these cases, a large number of measurement attempts may be necessary until the distance measurement is sufficiently reliable (successful).
  • the present invention is therefore based on the object of improving the existing situation.
  • Embodiments create a receiver, wherein the receiver is configured to receive an acoustic test signal in order to receive a received acoustic test signal, the received acoustic test signal in time acoustic test signal sections [e.g. with predetermined or known [e.g.
  • the receiver is configured to for a detection [eg or determination] of a reception time of the acoustic Test signal or at least a part of the acoustic test signal to carry out a first coherent correlation and a second partially coherent correlation, wherein the receiver is configured to carry out the first coherent correlation to the received acoustic test signal with an acoustic reference signal, which has acoustic reference signal portions that with the acoustic test signal sections of the received acoustic test signal correspond to coherently correlate in order to obtain a first coherent correlation result, wherein the receiver is configured to carry out the second partially coherent correlation to at least a part [eg at least two [eg a real subset] or all] coherently correlate the acoustic test signal sections of the received acoustic test signal with a corresponding acoustic reference signal section or coherently correlate them in groups with respective reference signal sections [e.g.
  • each group having at least two test signal sections and each group being a real subset of all test signal sections of the received acoustic test signal] in order to obtain at least two partial correlation results [e.g. one partial correlation result per test signal section or per group of test signal sections], and to obtain the at least two partial correlation results to combine incoherently [e.g. to add absolute value] in order to obtain a second partially coherent correlation result
  • the receiver is configured to determine the time of reception of the acoustic test signal or of the at least part of the acoustic test signal as a function of the first coherent correlation result [e.g. a first correlation maximum or secondary correlation maximum of the first correlation result] and the second partially coherent correlation result [eg a second correlation maximum or secondary correlation maximum of the second correlation result] based on f to detect one of the first coherent correlation result or the second partially coherent correlation result.
  • the receiver is configured to determine a first correlation maximum of the first coherent correlation result and to determine a second correlation maximum of the second partially coherent correlation result, the receiver being configured to be based on the time of receipt of the acoustic test signal or of the at least part of the acoustic test signal to detect on the second partially coherent correlation result if a ratio between a value [eg amount or square amount] of the second correlation maximum and a value [eg Amount or amount square] of the first correlation maximum is greater than a threshold, and otherwise based on the first coherent correlation result.
  • the threshold is constant.
  • an amount of the threshold e.g. Amount threshold
  • 1.1 to 1.5 such as 1, 2 or 1, 4.
  • the receiver is configured to dynamically adjust the threshold in dependence on metadata [e.g. Sensor data] obtained during the reception of the acoustic test signal [e.g. with one or more sensors].
  • metadata e.g. Sensor data
  • the receiver is configured to dynamically adjust the threshold in dependence on metadata [e.g. Sensor data] obtained during the reception of the acoustic test signal [e.g. with one or more sensors].
  • the receiver is configured to dynamically adjust the threshold as a function of signal parameters [e.g. Noise, received level, SNR, Doppler, frequency offset] of the received acoustic test signal.
  • signal parameters e.g. Noise, received level, SNR, Doppler, frequency offset
  • the receiver is configured to, when the reception time is determined based on the first coherent detection result, the reception time based on a first correlation maximum or first correlation minor maximum [e.g. a time position of the first correlation maximum or first correlation secondary maximum] of the first coherent correlation result, the receiver being configured to, if the reception time is determined based on the second partially coherent detection result, the reception time based on a second correlation maximum or second correlation secondary maximum [e.g. a temporal position of the second correlation maximum or second correlation secondary maximum] of the second partially coherent correlation result.
  • a first correlation maximum or first correlation minor maximum e.g. a time position of the first correlation maximum or first correlation secondary maximum
  • the receiver being configured to, if the reception time is determined based on the second partially coherent detection result, the reception time based on a second correlation maximum or second correlation secondary maximum [e.g. a temporal position of the second correlation maximum or second correlation secondary maximum] of the second partially coherent correlation result.
  • the receiver is configured, if the time of reception is determined based on the first coherent detection result, to determine the time of reception based on the first correlation maximum if the first coherent correlation result does not have a first secondary correlation maximum within a first predetermined search window before the first correlation maximum, whose value [e.g. amount or amount square] exceeds a first search window threshold, and otherwise based on the first correlation amount secondary maximum, wherein the receiver is configured to, if the reception time is determined based on the second partially coherent detection result, the reception time based on the to determine the second correlation maximum if the second partially coherent correlation result within a second predetermined search window does not have a second secondary correlation maximum, the value of which [e.g. amount or square amount] exceeds a second search window threshold, and otherwise based on the second secondary correlation maximum.
  • the first search window threshold is a progressive [e.g. adaptive moving away from the first correlation maximum in the past]
  • the second search window threshold is a progressive [e.g. adaptive going away in the past from the second correlation maximum]
  • the receiver is configured to read the first search window threshold and / or the second search window threshold depending on signal parameters [e.g. Noise, received level, SNR, Doppler, frequency offset] of the received acoustic test signal to adapt dynamically.
  • signal parameters e.g. Noise, received level, SNR, Doppler, frequency offset
  • the time of reception based on the earliest first secondary correlation maximum from the at least two first search window values [e.g. Amounts or squares] of at least two first secondary correlation maxima exceed the first search window threshold the time of reception based on the earliest first secondary correlation maximum from the at least two first search window values [e.g. Amounts or squares] of at least two first secondary correlation maxima exceed the first search window threshold, the time of reception based on the earliest first secondary correlation maximum from the at least two first
  • the reception time based on the earliest second secondary correlation maximum from the at least two second ones
  • the receiver is configured to coherently correlate a real subset of the acoustic test signal sections of the received acoustic test signal in each case or in groups when the second partially coherent correlation is carried out. In exemplary embodiments, the receiver is configured to coherently correlate all of the acoustic test signal sections of the received acoustic test signal in each case or in groups when the second partially coherent correlation is carried out.
  • the receiver is configured to coherently correlate each test signal section of the acoustic test signal sections of the received acoustic test signal or at least the part of the acoustic test signal sections of the received acoustic test signal individually with a corresponding acoustic reference signal section when performing the second partially coherent correlation.
  • the receiver is configured to coherently correlate the acoustic test signal sections of the received acoustic test signal or at least the part of the acoustic test signal sections of the received acoustic test signal in groups with corresponding respective reference signal sections when the second partially coherent correlation is carried out, each group having at least two test signal sections and wherein each group is a real subset of all test signal sections or the part of the acoustic test signal sections.
  • a transmitter configured to send an acoustic test signal, the acoustic test signal having acoustic test signal sections that repeat periodically over time, the acoustic test signal sections each being based on a sequence with predetermined periodic autocorrelation behavior, wherein according to the predetermined periodic autocorrelation behavior, all secondary maximums of an autocorrelation function of the sequence are equal to zero, or
  • the sequence with predetermined periodic autocorrelation behavior is one of a complex-valued Zadoff-Chu sequence, a complex-valued P-phase product sequence, a complex-valued perfect biphase or triphase sequence, a binary m-sequence, a binary Legendre sequence.
  • the at least two sequences with predetermined periodic autocorrelation behavior and cross-correlation behavior are at least two sequences from the family of complex-valued Zadoff-Chu sequences, of complex-valued cubic-phase sequences, of complex-valued m-sequences, of binary m-sequences [e.g. Gold episodes or Kasami episodes].
  • the method comprises a step of performing a first coherent correlation and a second partially coherent correlation in order to detect a time of reception of the acoustic test signal or at least a part of the acoustic test signal to correlate coherently with an acoustic reference signal, which has acoustic reference signal sections which correspond to the acoustic test signal sections of the received acoustic test signal, in order to obtain a first coherent correlation result, with at least one part [e.g. at least two [e.g.
  • a real subset] or all] of the acoustic test signal sections of the received acoustic test signal is each coherently correlated with a corresponding acoustic reference signal section or is coherently correlated in groups with respective reference signal sections [e.g. each group has at least two test signal sections and each group is a real subset of all test signal sections of the received acoustic test signal] in order to obtain at least two partial correlation results [e.g.
  • first coherent correlation result e.g. a first correlation maximum or correlation secondary maximum of the first correlation result
  • the second partially coherent correlation result for example a second correlation maximum or correlation secondary maximum of the second correlation result
  • the method comprises a step of sending an acoustic test signal, the acoustic test signal sections each being based on a sequence with predefined periodic autocorrelation behavior, with all secondary maximums of an autocorrelation function of the sequence being equal to zero according to the predefined periodic autocorrelation behavior, or
  • FIG. 1 For exemplary embodiments, create a method for acoustic distance measurement between two mobile terminals that are connected to one another via a short-distance radio link.
  • the method comprises a step of sending a first acoustic signal from a first mobile terminal to a second mobile terminal of the two mobile terminals, the first acoustic signal having acoustic test signal segments over time.
  • the method further comprises a step of detecting the acoustic test signal sections of the first acoustic signal with the first mobile terminal in order to obtain a first set of detection times.
  • the method further comprises a step of detecting the acoustic test signal sections of the first acoustic signal with the second mobile terminal in order to obtain at least one detection time from a second set of detection times in the event of successful detection of at least one of the acoustic test signal sections.
  • the method further comprises a step of sending a second acoustic signal from the second mobile terminal to the first mobile terminal, the second acoustic signal having acoustic test signal sections over time.
  • the method further comprises a step of detecting the acoustic test signal sections of the second acoustic signal with the second mobile terminal in order to obtain a third set of detection times.
  • the method further comprises a step of detecting the acoustic test signal sections of the second acoustic signal with the first mobile terminal in order to obtain at least one detection time from a fourth set of detection times upon successful detection of at least one of the acoustic test signal sections of the second acoustic signal.
  • the method further comprises a step of determining a distance between the first mobile terminal and the second mobile terminal based on a difference, weighted with half the speed of sound, between a difference between a detection time from the fourth set of detection times and a detection time from the first set of detection times , which corresponds to the detection time from the second set of detection times, and a difference between a detection time from the third set of detection times, which corresponds to the detection time from the fourth set of detection times, and a detection time from the second set of detection times, where at at least one of the steps of the
  • a first coherent correlation and a second partially coherent correlation are carried out in order to detect a reception time of the respective acoustic test signal or at least a part of the respective acoustic test signal [e.g. to determine], wherein when performing the first coherent correlation, the respective acoustic test signal with an acoustic reference signal, the acoustic reference signal sections, which correspond to the acoustic test signal sections of the respective acoustic test signal, coherently correlate in order to obtain a first coherent correlation result, wherein when performing the second partially coherent correlation at least a part [e.g. at least two [e.g.
  • a real subset] or all] of the acoustic test signal sections of the received acoustic test signal is each coherently correlated with a corresponding acoustic reference signal section or is coherently correlated in groups with respective reference signal sections [e.g. each group having at least two test signal sections and each group being a true subset of all test signal sections of the received acoustic test signal] in order to obtain at least two partial correlation results [e.g. to obtain a partial correlation result per test signal section or per group of test signal sections], and to incoherently combine the at least two partial correlation results [e.g.
  • the time of receipt of the acoustic test signal or of the at least part of the acoustic test signal depending on the first coherent correlation result [e.g. a first correlation maximum or correlation minor maximum of the first correlation result] and the second partially coherent correlation result [e.g. a second correlation maximum or correlation secondary maximum of the second correlation result] is detected based on one of the first coherent correlation result or the second partially coherent correlation result.
  • FIG. 1 For exemplary embodiments, create a method for acoustic distance measurement between two mobile terminals that are connected to one another via a short-distance radio link.
  • the method comprises a step of sending a first acoustic signal from a first mobile terminal to a second mobile terminal of the two mobile terminals, the first acoustic signal being acoustic over time Has test signal sections.
  • the method further comprises a step of detecting the acoustic test signal sections of the first acoustic signal with the first mobile terminal in order to obtain a first set of detection times.
  • the method further comprises a step of detecting the acoustic test signal sections of the first acoustic signal with the second mobile terminal in order to obtain at least one detection time from a second set of detection times in the event of successful detection of at least one of the acoustic test signal sections.
  • the method further comprises a step of sending a second acoustic signal from the second mobile terminal to the first mobile terminal, the second acoustic signal having acoustic test signal sections over time.
  • the method further comprises a step of detecting the acoustic test signal sections of the second acoustic signal with the second mobile terminal in order to obtain a third set of detection times.
  • the method further comprises a step of detecting the acoustic test signal sections of the second acoustic signal with the first mobile terminal in order to obtain at least one detection time from a fourth set of detection times upon successful detection of at least one of the acoustic test signal sections of the second acoustic signal.
  • the method further comprises a step of determining a distance between the first mobile terminal and the second mobile terminal based on a difference, weighted with half the speed of sound, between a difference between a detection time from the fourth set of detection times and a detection time from the first set of detection times , which corresponds to the detection time from the second set of detection times, and a difference between a detection time from the third set of detection times, which corresponds to the detection time from the fourth set of detection times, and a detection time from the second set of detection times, wherein the acoustic test signal sections of the first acoustic test signal and / or of the second acoustic test signal are each based on a sequence with predetermined periodic autocorrelation behavior, wherein according to the predetermined periodic autocorrelation behavior, all minor maximum values of an autocorrelation function of the sequence are equal to zero, or are equal to zero and / or one.
  • FIG. 1 For exemplary embodiments, create a method for acoustic distance measurement between two mobile terminals that are connected to one another via a short-distance radio link.
  • the method comprises a step of sending a first acoustic signal Signal from a first mobile terminal to a second mobile terminal of the two mobile terminals, the first acoustic signal having acoustic test signal sections over time.
  • the method further comprises a step of detecting the acoustic test signal sections of the first acoustic signal with the first mobile terminal in order to obtain a first set of detection times.
  • the method further comprises a step of detecting the acoustic test signal sections of the first acoustic signal with the second mobile terminal in order to obtain at least one detection time from a second set of detection times in the event of successful detection of at least one of the acoustic test signal sections.
  • the method further comprises a step of sending a second acoustic signal from the second mobile terminal to the first mobile terminal, the second acoustic signal having acoustic test signal sections over time.
  • the method further comprises a step of detecting the acoustic test signal sections of the second acoustic signal with the second mobile terminal in order to obtain a third set of detection times.
  • the method further comprises a step of detecting the acoustic test signal sections of the second acoustic signal with the first mobile terminal in order to obtain at least one detection time from a fourth set of detection times upon successful detection of at least one of the acoustic test signal sections of the second acoustic signal.
  • the method further comprises a step of determining a distance between the first mobile terminal and the second mobile terminal based on a difference, weighted with half the speed of sound, between a difference between a detection time from the fourth set of detection times and a detection time from the first set of detection times , which corresponds to the detection time from the second set of detection times, and a difference between a detection time from the third set of detection times, which corresponds to the detection time from the fourth set of detection times, and a detection time from the second set of detection times, wherein the acoustic test signal sections of the first acoustic test signal and / or of the second acoustic test signal on at least two different sequences with predetermined periodic autocorrelation behavior th and cross-correlation behavior are based, according to the specified periodic autocorrelation behavior and cross-correlation behavior, all secondary maximums of the autocorrelation functions and cross-correlation functions of the at least two different sequences a threshold value that is a root of the length [n] of
  • the at least two acoustic two-way distance measurements are each carried out in response to an assigned transmission of an acoustic beacon of the periodically transmitted acoustic beacons.
  • a first two-way acoustic distance measurement between a first mobile terminal and a second mobile terminal can be carried out in response to a transmission of a first beacon, while a second two-way acoustic distance measurement between a first mobile terminal and a third mobile terminal in response to a transmission of a second beacon can be carried out.
  • the times of the respective transmissions of the acoustic beacons are assigned to the respective mobile terminals via the short-distance radio link [e.g. by the mobile terminal which periodically sends out the acoustic beacons].
  • respective test signals from a group of test signals are assigned to the respective mobile terminals via the short-distance radio link [for example by the mobile terminal which periodically sends out the acoustic beacons].
  • exactly one acoustic two-way distance measurement of the at least two acoustic two-way distance measurements is carried out between two immediately successive transmissions of acoustic beacons of the periodically transmitted acoustic beacons.
  • a time interval between the periodically transmitted acoustic beacons is greater than the time required to carry out one of the at least two acoustic two-way distance measurements.
  • the two-way acoustic range measurements are ETOA acoustic range measurements [e.g. Measurements of elapsed times between two arrival times]
  • the implementation of a first acoustic two-way distance measurement of the at least two acoustic two-way distance measurements has the following steps: Sending a first acoustic signal from a first mobile terminal to a second mobile terminal of the group of mobile terminals, the first acoustic signal in the Time has acoustic test signal sections; Detecting the acoustic test signal sections of the first acoustic signal with the first mobile terminal in order to obtain a first set of detection times; Detecting the acoustic test signal sections of the first acoustic signal with the second mobile terminal in order to obtain at least one detection time from a second set of detection times in the event of successful detection of at least one of the acoustic test signal sections; Sending a second acoustic signal from the second mobile terminal to the first mobile terminal, the second acoustic signal including acoustic test signal portions in time; Detecting the acoustic test signal portions of the second acous
  • the implementation of a second acoustic two-way distance measurement of the at least two acoustic two-way distance measurements has the following steps: Sending a third acoustic signal from a first mobile terminal to a third mobile terminal of the group of mobile terminals, the third acoustic signal in the Time has acoustic test signal sections; Detecting the acoustic test signal portions of the third acoustic signal with the first mobile terminal in order to obtain a fifth set of detection times; Detecting the acoustic test signal sections of the third acoustic signal with the third mobile terminal in order to obtain at least one detection time from a sixth set of detection times in the event of successful detection of at least one of the acoustic test signal sections; Sending a fourth acoustic signal from the third mobile terminal to the first mobile terminal, the fourth acoustic signal including acoustic test signal portions in time; Detecting the acoustic test signal sections of the fourth acous
  • a mobile terminal the mobile terminal being configured to connect to a group of mobile terminals [e.g. Bluetooth Piconet] via a short-range radio connection [e.g. Bluetooth], the mobile terminal being configured to use a radio-based connection via the short-range radio connection Carry out distance measurement to at least one other mobile terminal of the group of mobile terminals, wherein the mobile terminal is configured to carry out at least one additional acoustic two-way distance measurement to the at least one other mobile terminal, wherein the mobile terminal is configured to perform the at least one additional to carry out acoustic two-way distance measurements synchronized in time to an acoustic beacon.
  • a group of mobile terminals e.g. Bluetooth Piconet
  • a short-range radio connection e.g. Bluetooth
  • the mobile terminal being configured to use a radio-based connection via the short-range radio connection
  • Carry out distance measurement to at least one other mobile terminal of the group of mobile terminals wherein the mobile terminal is configured to carry out at least one additional acoustic two
  • the acoustic beacon is sent out by the mobile terminal itself.
  • the acoustic beacon is sent out by another mobile terminal of the group of mobile terminals.
  • the acoustic beacon is an acoustic beacon assigned to the mobile terminal via the short-distance radio link from a plurality of periodically transmitted acoustic beacons.
  • the method comprises a step of connecting the mobile terminal via a short range radio link [e.g. Bluetooth] with a group of mobile terminals [e.g. Bluetooth Piconet] Furthermore, the method comprises a step of performing at least one radio-based distance measurement to at least one other mobile terminal of the group of mobile terminals via the short-distance radio link. The method further comprises a step of performing at least one additional acoustic two-way distance measurement to the at least one other mobile terminal, the at least one additional acoustic two-way distance measurement being carried out in a time-synchronized manner to an acoustic beacon.
  • a short range radio link e.g. Bluetooth
  • a group of mobile terminals e.g. Bluetooth Piconet
  • the method comprises a step of performing at least one radio-based distance measurement to at least one other mobile terminal of the group of mobile terminals via the short-distance radio link.
  • the method further comprises a step of performing at least one additional acoustic two-way distance measurement to the at
  • Embodiments create a method for acoustic distance measurement between two mobile terminals that are connected to one another via a short-distance radio link [for example WPAN, such as Bluetooth].
  • the method comprises a step of sending a first acoustic test signal from a first mobile terminal to a second mobile terminal of the two mobile terminals.
  • the method further comprises a step of detecting the first acoustic test signal with the first mobile terminal in order to obtain a first detection time ( ⁇ A I) ZU.
  • the method further comprises a step of detecting the first acoustic test signal with the second mobile terminal in order to obtain a second detection time (t Bi ) if detection of the first acoustic test signal was successful, and sending a repeat request via the short-range radio link from the second mobile terminal to the first mobile terminal if detection of the first acoustic test signal was not successful.
  • the method further comprises a step of repeatedly sending the first acoustic test signal and repeatedly detecting the first acoustic test signal by the first mobile terminal in response to the repeat request [e.g. until a detection of the repeatedly transmitted first acoustic test signal at the second mobile terminal at the new repeated second detection time ( t Bi ) is successful].
  • the method comprises a step of repeatedly sending a second acoustic test signal from the second mobile terminal to the first mobile terminal [e.g. in response to the successful detection of the first acoustic test signal by the second mobile terminal].
  • the method also comprises a step of repeated detection of the second acoustic test signal with the second mobile terminal in order to obtain a set of third detection times (t B3, t B s , t B7, ... ).
  • the method further comprises a step of detecting the second acoustic test signal with the first mobile terminal in order to obtain at least one detection time (i «) from a set of fourth detection times (t A3 , t A5 , t A7 , ...), and Sending a detection confirmation via the short-distance radio link from the first mobile terminal to the second mobile terminal if a predetermined number of successful detections of the second acoustic test signal has been reached by the first mobile terminal, the second acoustic test signal being sent repeatedly until the second mobile terminal from the first mobile terminal receives the detection confirmation via the short-range radio link or a termination criterion is met.
  • the method further comprises a step of determining a distance between the first mobile terminal and the second mobile terminal based on a difference, weighted with half the speed of sound, between a difference between a detection time (i «) from the set of fourth detection times ( ⁇ A3 , t A5 , 7 , ...) [e.g. that was obtained in the detection step] and the first ( ⁇ A I) detection time and a difference between a [e.g. with the detection time from the set of fourth detection times ] Detection time (t B3 ) from the set of third detection times (t B3 , t B s, t B7 ,) and the second detection time (t B1 ).
  • the first detection time ( ⁇ A I) in the case of the repeated transmission of the first acoustic test signal is the detection time of the last transmission of the first acoustic test signal of the repeated transmission of the first acoustic test signal, and / or where the one detection time from the set of third detection times (fe, tes, tei, ...) corresponds in time to one detection time from the set of fourth detection times (t A3 , t A s, t A7 , ).
  • the method further comprises a step, upstream of the step of transmitting the first acoustic test signal, of determining probabilities of successful transmission of acoustic test signals [e.g. in both directions] between the two mobile terminals, the first mobile terminal being that mobile terminal of the two mobile terminals whose acoustic test signal sent to the other mobile terminal of the two mobile terminals has a higher probability of successful transmission than one of the acoustic test signal sent out by another mobile terminal, the second mobile terminal being the other mobile terminal.
  • the upstream step of determining the probabilities of successful transmission of acoustic test signals between the two mobile terminals is carried out if the time required to transmit a repeat request over the short-distance radio link is greater than the time required to transmit an acoustic test signal.
  • the specified number of successful detections is equal to one.
  • the specified number of successful detections is greater than or equal to two.
  • the distance is further based on at least one second difference, weighted with half the speed of sound, between a difference between another detection time (t A7 ) from the set of fourth detection times ( t A3 , t A s, t A7 ,) [e.g. that was obtained in the step of detecting] and the first (t Ai ) detection time, and a difference between one [e.g. with the other detection time from the set of fourth detection times [e.g. temporally] corresponding] other detection time (t ß7 ) is determined from the set of third detection times (t ß3, tes, t ß7 , ...) and the second detection time (tei).
  • a length of the first acoustic test signal transmitted by the first mobile terminal and / or a length of the second acoustic test signal transmitted by the second mobile terminal is changed [e.g. increased] after a predetermined number of unsuccessful detections by the respective other mobile terminal.
  • the second acoustic test signal when the second acoustic test signal is repeatedly transmitted, the second acoustic test signal is repeatedly transmitted by transmitting a second acoustic signal that has acoustic test signal sections [e.g. periodic or non-periodic] over time that form the repeated transmissions of the second acoustic test signal, with In the repeated detection of the second acoustic test signal with the second mobile terminal, the acoustic test signal sections of the second acoustic signal are detected with the second mobile terminal in order to assign the third set of detection times (t B9 , t B n, t Bi3, t Bi s) obtained, wherein when the second acoustic test signal is detected with the first mobile terminal, the acoustic test signal sections of the second acoustic signal are detected with the first mobile terminal, in order to de s second acoustic signal to obtain the at least one detection time from the fourth set of detection times (fog, tAn,
  • the method further comprises a step of detecting the second acoustic signal with the acoustic test signal sections with the first mobile terminal by correlating the second acoustic signal with a second acoustic reference signal in order to, in the case of successful detection by the correlation, all detection times from the fourth Set of detection times (g, tAn, tAi 3 , tAis).
  • a length of the first acoustic test signal transmitted by the first mobile terminal is changed [eg increased] after a predetermined number of unsuccessful detections by the second mobile terminal, with lengths of the acoustic test signal sections of the second signal according to a predetermined one
  • the number of unsuccessful detections can be changed [eg increased] by the second mobile terminal.
  • the distance between the first mobile terminal and the second mobile terminal is also determined based on a constant.
  • the constant is based on a difference between a point in time of detecting, with the first mobile terminal, a first acoustic signal transmitted by the first mobile terminal [e.g. of the first acoustic test signal] and the time of transmission of the first acoustic signal, the constant being based on a difference between a time of detection, with the second mobile terminal, of a second acoustic signal transmitted by the second mobile terminal [e.g. of the second acoustic test signal] and the time of sending the second acoustic signal.
  • the first acoustic test signal when the first acoustic test signal is sent, the first acoustic test signal is generated with a loudspeaker of the first mobile terminal, and / or the second acoustic test signal is generated with a loudspeaker of the second mobile terminal when the second acoustic test signal is sent.
  • the first acoustic test signal when the first acoustic test signal is detected with the first mobile terminal, the first acoustic test signal is detected with a microphone of the first mobile terminal, and / or when the first acoustic test signal is detected with the second mobile terminal, the first acoustic test signal with a Microphone of the second mobile terminal is detected, and / or wherein when the second acoustic test signal is detected with the second mobile terminal, the second acoustic test signal is detected with the microphone of the second mobile terminal, and / or wherein the repeated detection of the second acoustic test signal the second acoustic test signal is detected with the microphone of the first mobile terminal using the first mobile terminal device.
  • first mobile terminal the first mobile terminal being connected to a second mobile terminal via a short-range radio link [e.g. WPAN, such as Bluetooth], the first mobile terminal being configured to send a first acoustic test signal to the second mobile terminal to transmit, wherein the first mobile terminal is configured to detect the first acoustic test signal in order to receive a first detection time TO, wherein the first mobile terminal is configured to repeat the first acoustic test signal in response to receipt of a repeat request sent out by the second mobile terminal via the short-distance radio link, which is sent out by the second mobile terminal if detection of the first acoustic test signal by the second mobile terminal was unsuccessful and to repeatedly detect the first acoustic test signal in order to update the first detection time (t Ai ), wherein the first mobile terminal is configured to detect an acoustic test signal repeatedly transmitted by the second mobile terminal to at least one detection time (t A3 ) from a set of fourth detection times (t A3 , t A5
  • the first mobile terminal is configured to determine a distance between the first mobile terminal and the second mobile terminal based on a difference, weighted with half the speed of sound, between a difference between a detection time (i «) from the set of fourth detection times (t A3 , ⁇ 5 , t A7 , ...) [eg that in the detection step was obtained] and the first (t Ai ) detection time, and a difference between a detection time (fs 3 ) from the set of third detection times (t ß3, tes corresponding to the detection time from the set of fourth detection times [e.g. temporally]) , t ß7 , ...) and the second detection time (tei).
  • FIG. 1 For exemplary embodiments, create a method for determining a distance between two mobile terminals that are connected via a short-range radio link [e.g. WPAN, such as Bluetooth] are connected to each other.
  • the method comprises a step of sending a first acoustic test signal with a first mobile terminal to a second mobile terminal of the two mobile terminals.
  • the method further comprises a step of detecting the first acoustic test signal with the first mobile terminal in order to obtain a first detection time ( ⁇ A I) ZU.
  • the method further comprises a step of repeatedly transmitting the first acoustic test signal and repeatedly detecting the first acoustic test signal with the first mobile terminal in response to receipt of a repeat request sent from the second mobile terminal to the first mobile terminal via the short-range radio link, which is sent by the second mobile terminal is sent out if a detection of the first acoustic test signal by the second mobile terminal was not successful.
  • the method further comprises a step of detecting a second acoustic test signal repeatedly transmitted by the second mobile terminal with the first mobile terminal in order to obtain at least one detection time (i «) from a set of fourth detection times ( ⁇ A3 , s,,), and sending a detection confirmation over the short-range radio link from the first mobile terminal to the second mobile terminal if a predetermined number of successful detections of the second acoustic test signal has been reached, the second acoustic test signal being sent repeatedly from the second mobile terminal to the first mobile terminal until the second mobile terminal receives the detection confirmation from the first mobile terminal via the short-range radio link or a termination criterion is met.
  • the method comprises a step of receiving with the first mobile terminal information sent out by the second mobile terminal via the short-distance radio link about a second detection time of a detection of the first acoustic signal by the second mobile terminal and [e.g. all] detection times from a set of third Detection times of detections of the repeated transmitted second acoustic signal, or
  • the method further comprises a step of determining with the first mobile terminal a distance between the first mobile terminal and the second mobile terminal based on a difference, weighted with half the speed of sound, between a difference between a detection time (i «) from the set of fourth detection times ( ⁇ A3 , t A5 , 7 , ...) [e.g.
  • FIG. 1 For exemplary embodiments, create a method for acoustic distance measurement between two mobile terminals that are connected to one another via a short-distance radio link [for example WPAN, such as Bluetooth].
  • the method comprises a step of sending a first acoustic signal from a first mobile terminal to a second mobile terminal of the two mobile terminals, the first acoustic signal having acoustic test signal sections [eg periodic or non-periodic] over time.
  • the method further comprises a step of detecting the acoustic test signal sections of the first acoustic signal with the first mobile terminal in order to obtain a first set of detection times (t Ai , t A3 , Us, Ui).
  • the method comprises a step of detecting the acoustic test signal sections of the first acoustic signal with the second mobile terminal in order to assign at least one detection time from a second set of detection times (tei, fa, tes, tei) in the event of a successful detection of at least one of the acoustic test signal sections receive.
  • the method further comprises a step of sending a second acoustic signal from the second mobile terminal to the first mobile terminal, the second acoustic signal having acoustic test signal sections [eg periodic or non-periodic] over time.
  • the method further comprises a step of detecting the acoustic test signal sections of the second acoustic signal with the second mobile terminal in order to obtain a third set of detection times (feg, th, fe «, teis).
  • the method further comprises a step of detecting the acoustic test signal sections of the second acoustic signal with the first mobile terminal, in order to at least one detection time from a fourth set of detection times (t A9 , U 11 , U 13 , t A15 ).
  • the method further comprises a step of determining a distance between the first mobile terminal and the second mobile terminal based on a difference, weighted with half the speed of sound, between a difference between a [e.g.
  • Detection time from the second set of detection times (tei, tea, tes, tei) [eg temporally] corresponds, and a difference between a detection time from the third set of detection times (feg, th, fe ”, t Bi s) that coincides with the [eg successful] detection time from the fourth set of detection times (t A9 , t A n, t Ai3, t Ai s) [eg temporally] corresponds, and a [eg successful] detection time from the second set of detection times (t Bi , t B3 , t B s, t B i).
  • the method further comprises a step of detecting the first acoustic signal with the acoustic test signal sections with the second mobile terminal by correlating the first acoustic signal with a first acoustic reference signal in order, in the case of a successful detection by the correlation, all detection times from the second Set of detection times (t Bi , t B3 , t B s, t B7 ).
  • the method further comprises a step of detecting the second acoustic signal with the acoustic test signal sections with the first mobile terminal by correlating the second acoustic signal with a second acoustic reference signal in order, in the event of a successful detection by the correlation, all detection times from the fourth Set of detection times (t A9 , t A n, t Ai3, t Ai s).
  • the differences between all detection times from the third set of detection times (feg, t B n, t Bi3 , fe ? S) and the one [e.g. successful] Detection times from the second set of detection times (t ßi, t ß3 , fe s, tei), or all detection times from the third set of detection times (feg, th, fe «, tei ö ) and at least one [e.g.
  • the second set of detection times (tei, tes, tes, tei) is transmitted from the second mobile terminal to the first mobile terminal via the short-distance radio link, wherein the step of determining the distance between the first mobile terminal and the second mobile terminal by the first mobile Terminal is carried out.
  • the distance is further based on at least one second difference, weighted with half the speed of sound, between a difference between a [e.g. successful] other detection time from the fourth set of detection times ( g, t A n, t Ai3 , U 15 ) [e.g. that was obtained in the step of detecting] and another detection time from the first set of detection times ( ⁇ A I, t A3 , s,), which begins with a [e.g.
  • the first acoustic signal has acoustic pauses between the acoustic test signal sections, and / or wherein the second acoustic signal has acoustic pauses between the acoustic test signal sections.
  • lengths of the acoustic test signal sections of the first acoustic signal transmitted by the first mobile terminal and / or lengths of the acoustic test signal sections of the second acoustic signal transmitted by the second mobile terminal are changed after a predetermined number of unsuccessful detections by the respective other mobile terminal [ eg enlarged].
  • the first acoustic test signal and the second acoustic test signal are transmitted at least partially interleaved in time, so that the acoustic test signal sections of the first acoustic signal and the acoustic test signal sections of the second acoustic signal do not overlap in time due to the acoustic pauses.
  • the distance between the first mobile terminal and the second mobile terminal is also determined based on a constant.
  • the constant is based on a difference between a point in time of detecting, with the first mobile terminal, a first acoustic signal transmitted by the first mobile terminal [e.g. of the first acoustic test signal] and the time of transmission of the first acoustic signal, and wherein the constant is based on a difference between a time of detection, with the second mobile terminal, of a second acoustic signal transmitted by the second mobile terminal [e.g. of the second acoustic test signal] and the time of sending the second acoustic signal.
  • the first acoustic test signal is generated with a loudspeaker of the first mobile terminal when the first acoustic test signal is repeatedly sent, and / or the second acoustic test signal is generated with a loudspeaker of the second mobile terminal when the second acoustic test signal is repeatedly sent.
  • the first acoustic test signal when the first acoustic test signal is repeatedly detected with the first mobile terminal, the first acoustic test signal is detected with a microphone of the first mobile terminal, and / or when the first acoustic test signal is repeatedly detected with the second mobile terminal, the first acoustic test signal is detected with a microphone of the second mobile terminal, and / or with the repeated detection of the second acoustic test signal with the second mobile terminal, the second acoustic test signal is detected with the microphone of the second mobile terminal, and / or with the detection of the second acoustic test signal with the first mobile terminal, the second acoustic test signal is detected with the microphone of the first mobile terminal.
  • Detection time from the second set of detection times (t ßi, t ß3 , t B s, t ß i), to receive wherein the first mobile terminal is configured to calculate a distance between the first mobile terminal and the second mobile terminal based on a with half the speed of sound weighted difference between a difference between a [eg successful] detection time from the fourth set of detection times (t Ag , t A n, t Ai3, t Ai £) [eg that was obtained in the step of detecting] and a Detection time from the first set of detection times (t A1 , t A3 , t A5 , t A7 ), which begins with the [e.g. successful]
  • the detection time from the second set of detection times corresponds [e.g. in time] and a difference between a detection time from the third set of detection times (t Bg , t B n, t Bi3, t Bi s), the one with the [e.g. successful]
  • Detection time from the fourth set of detection times (t A9 , t A n, t Ai3, 15 ) [eg temporally] corresponds, and a [e.g. successful] detection time from the second set of detection times (t Bi , t B3 , t B5 , t B7 ) to determine.
  • Further exemplary embodiments create a method for determining a distance between two mobile terminals that are connected to one another via a short-range radio connection [for example WPAN, such as, for example, Bluetooth].
  • the method comprises a step of sending a first acoustic signal with a first mobile terminal to a second mobile terminal of the two mobile terminals, the first acoustic signal having acoustic test signal segments [eg periodic or non-periodic] over time.
  • the method further comprises a step of detecting the acoustic test signal sections of the first acoustic signal with the first mobile terminal in order to obtain a first set of detection times (t A1 , t A3 , t A5 , t A i).
  • the method further comprises a step of detecting acoustic test signal sections of a second acoustic signal transmitted by the second mobile terminal with the first mobile terminal, in order to detect at least one detection time from a fourth set of detection times in the event of successful detection of at least one of the acoustic test signal sections of the second acoustic signal (t Ag , t A n, t A n,).
  • the method further comprises a step of receiving, with the first mobile terminal, information transmitted by the second mobile terminal via the short-distance radio link
  • the method further comprises a step of determining with the first mobile terminal a distance between the first mobile terminal and the second mobile terminal based on a difference weighted with half the speed of sound between a difference between a [e.g. successful] detection time from the fourth set of detection times (t Ag , t A n, t A n,) [eg that was obtained in the step of detecting] and a detection time from the first set of detection times (t Ai , t A3 , t A 5 , t A i) with the [e.g. successful]
  • Detection time from the second set of detection times (t ßi, fe, tes, t ß i) [eg temporally] corresponds, and a difference between a detection time from the third set of detection times (feg, th, fe «, fe«) that coincides with the [eg successful] detection time from the fourth set of detection times (fog, t A n, t Ai 3, t Ai s) [eg corresponds in time], and a [eg successful] detection time from the second set of detection times (tei, t B3 , tes, tei).
  • Embodiments optimize an acoustic two-way distance measurement, both in terms of its timing plus a situation-dependent performance improvement. Measurements have shown that there are many scenarios in which one or even both end devices are difficult to reach with acoustic test signals, be it due to an unfavorable signal-to-noise ratio (SNR) due to the propagation attenuation or direct interference to the microphone, e.g. caused by Clothing that rubs against the microphone, due to multipath propagation or also due to Doppler effects due to movements. In these cases, a large number of measurement attempts may be necessary until the distance measurement is sufficiently reliable (successful). This is where the present invention begins.
  • SNR signal-to-noise ratio
  • a multi-level approach on the send and receive side can significantly reduce the number of measurement processes required and thus also the time and energy required to obtain a reliable estimate.
  • the length of the test signal required for signal detection can also be adapted to the situation: signals that are as long as possible for pure noise interference (without mobility) and significantly shorter for interference effects such as frequency offset or Doppler effects.
  • COTS Commercial Off-The-Shell, German series-produced products from the electronics or software sector
  • LBS location-based services
  • FIG. 2 shows a flowchart of a method for acoustic distance measurement between two mobile terminals that are connected to one another via a short-distance radio link, according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 shows a schematic view of a system with a first mobile terminal and a second mobile terminal, according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 4 shows a schematic view of a time sequence of the method from FIG. 2 for acoustic distance measurement between two mobile terminals, according to a first exemplary embodiment of the present invention (modified ETOA method),
  • FIG. 5 shows a schematic view of a methodical flow chart of a two-stage
  • FIG. 6 shows a schematic view of a time sequence of the method from FIG. 2 for acoustic distance measurement between two mobile terminals, according to a second exemplary embodiment of the present invention (modified ETOA method with loudspeaker on permanently),
  • FIG. 7 shows a flowchart of a method for acoustic distance measurement between two mobile terminals that are connected to one another via a short-distance radio link, according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 8 shows a schematic view of a time sequence of the method from FIG. 7 for acoustic distance measurement between two mobile terminals, according to a second exemplary embodiment of the present invention (modified ETOA method).
  • Fig. 9 is a schematic block diagram of a receiver, according to a
  • FIG. 10 is a schematic block diagram of a transmitter according to an embodiment of the present invention.
  • 11a is a diagram of detection error rates plotted over a signal
  • SNR Signal-to-noise ratio
  • SNR Signal-to-noise ratio
  • Fig. 12 in a diagram of detection error rates plotted over a signal
  • SNR Signal-to-noise ratio
  • SNR Signal-to-noise ratio
  • FIG. 17b shows a diagram of a section of the autocorrelation function according to FIG. 17b
  • FIG. 19 shows a flowchart of a method for distance measurement between a group of mobile terminals with three or more mobile terminals, the group of mobile terminals being connected to one another via a short distance radio link (RF) (e.g. Bluetooth), according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • RF radio link
  • RF short distance radio link
  • 21 shows a flow diagram of a method for detecting an acoustic
  • 22 shows a flow diagram of a method for sending an acoustic test signal, according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 23 shows a flow diagram of a method for transmitting an acoustic test signal, according to a further exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 24 shows a flowchart of a method for operating a mobile terminal according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • ETOA Elapsed time between the two Time-Of-Arrivals
  • FIG. 1 shows a schematic view of the time sequences in the ETOA method according to [1]:
  • the application causes the first terminal A to send a first test signal Sig A to the second terminal B at time tjj 0.
  • the first terminal A records the first test signal Sig A with its own microphone M A , the relative reception time t A1 can be determined indirectly on the basis of the subsequent signal evaluation. The signal recorded at the microphone M A and sampled at 48 kHz, for example, is then available to the application from that point in time for evaluation for
  • the second terminal B is also characterized on its side, the light emitted from the first terminal A first test signal Sig A with its microphone M B at time t B1 and may then t B1 begin evaluating the date.
  • the application causes the second terminal B at time t B2 to send a second test signal Sige to the first terminal A.
  • the time between the time stamps t B2 and t B1 (from the second step) should be longer than the test signal length At TS from the first terminal A.
  • the loudspeaker LS B from the second terminal B then sends this second test signal Sige from the second terminal B at time t B2 , which is recorded by its own microphone M B at time t B3.
  • the microphone M B from the second terminal B thus continuously records at least since the time t B1 and ends its recording at the earliest at the time t B3 + At TS when the second test signal Sige from the second terminal B has been completely recorded.
  • the first terminal A in which the microphone recording has been running at least since time t A1 , receives the second test signal Sig B sent by the second terminal B at time t A3 and the application can then start the evaluation at time t 3 start.
  • the recording by microphone M A ends at the earliest at time t A3 + At Ts .
  • the first terminal A sends the first test signal S / g, which is detected by the first terminal A at the first detection time ⁇ A I and by the second terminal B at the second detection time t Bi.
  • the second terminal B sends out the second test signal Sige, which is detected by the second terminal B at the third detection time t ß 3 and by the first terminal A at the fourth detection time i «.
  • fom denotes the difference between the fourth detection time i «and the first detection time ⁇ A I, t ü m the difference between the third detection time t B 3 and the second detection time t Bi .
  • fo / ra denotes the difference between the first detection time t Ai and the time t A o of the transmission of the first test signal S / g, and t D m the difference between the third detection time t B 3 and the time f ß2 of the transmission of the second Test signal Sig B ⁇
  • At B denotes the time, depending on the distance between the two mobile terminals A and B, between the time at which one of the test signals is sent out by one of the two mobile terminals A and B and the time at which the respective test signal is detected by the respective other mobile End device.
  • Eq. (2) A detailed derivation of Eq. (2) can be found in [1] or [2]. For a better illustration, the various parts of the required transit time differences have been shown in Eq. (2) as well as in Fig. 1.
  • the last two terms in Eq. (2) typify the distance between loudspeaker and microphone for the two terminals A and B. These distances are constant depending on the device and can be measured and stored in advance will. Since these distances are generally in the order of a few centimeters in the case of mobile devices such as cell phones, an additive value can simply be assumed for both expressions together. However, the distance D is essentially determined by the first two terms of Eq.
  • ETOA Elapsed time between the two time-of-arrivals
  • the two ETOA components are calculated separately in the two terminals A and B, which means that no exact time synchronization is required.
  • the signal sequences recorded on both sides can now be analyzed with regard to the beginning of the test signals S / g and Sige (for example via the correlation of the received signal and test signal) and the corresponding index of the sample can be identified.
  • the number of samples that have passed between the two events can then be counted. This results in the distance between the two terminals where x is the index n of the sample at the time t x denotes.
  • the associated sampling frequencies of the two terminals A and B are characterized by / S4 and f sB and the last two expressions in Eq. (2), i.e. the two constant speaker-microphone distances.
  • Eq. (3) it is taken into account that in both terminals A and B different effective sampling rates can exist, which z. B.
  • the signal evaluations are carried out separately on both terminals A and B, at least one of the terminals reports the estimated time difference between the reception of its own and the external signal to the other terminal so that the distance D can be calculated.
  • this can advantageously take place, for example, via the short-distance radio connection (for example Bluetooth connection or Bluetooth LE connection).
  • the short-distance radio connection for example Bluetooth connection or Bluetooth LE connection.
  • Eq. (3) Possible sources of error in Eq. (3) are the dependence of the speed of sound c air on temperature, air humidity and air pressure, a possible frequency offset between the two sampling frequencies and inaccuracies in the determination of the individual indices n x .
  • the ETOA measurement method is used in particular with regard to Level fluctuations and external, possibly pulse-like (non-stationary) disturbances made more robust and, in particular, made significantly faster with regard to the measurement duration.
  • the method 100 comprises a step 102 of sending a first acoustic test signal from a first mobile terminal to a second mobile terminal of the two mobile terminals. Furthermore, the method 100 comprises a step 104 of detecting the first acoustic test signal with the first mobile terminal to a first time of detection To obtain.
  • a short-range radio link e.g. WPAN (Wireless Personal Area Network, German short-range radio technology, such as e.g. Bluetooth
  • the method 100 comprises a step 102 of sending a first acoustic test signal from a first mobile terminal to a second mobile terminal of the two mobile terminals.
  • the method 100 comprises a step 104 of detecting the first acoustic test signal with the first mobile terminal to a first time of detection To obtain.
  • the method 100 further comprises a step 106 of detecting the first acoustic test signal with the second mobile terminal in order to obtain a second detection time (t Bi ) if detection of the first acoustic test signal was successful, and sending a repeat request via the short-range radio link from the second mobile terminal to the first mobile terminal if detection of the first acoustic test signal was not successful.
  • the method 100 further comprises a step 108 of repeatedly sending the first acoustic test signal and repeatedly detecting the first acoustic test signal by the first mobile terminal in response to the repeat request (e.g. until a detection of the repeatedly transmitted first acoustic test signal at the second mobile terminal for the new repeated second Detection time (t Bi ) is successful).
  • the method 100 further comprises a step 110 of repeatedly sending a second acoustic test signal from the second mobile terminal to the first mobile terminal (eg in response to the successful detection of the first acoustic test signal by the second mobile terminal).
  • the method 100 further comprises a step 112 of repeatedly detecting the second acoustic test signal with the second mobile terminal in order to obtain a set of third detection times (t B3, t B5, t B7, ... ).
  • the method 100 further comprises a step 114 of detecting the second acoustic test signal with the first mobile terminal in order to assign at least one detection time (i «) from a set of fourth detection times ( ⁇ A 3, t A 5, 7, ...) received, and sending a detection confirmation via the short-range radio link from the first mobile terminal to the second mobile terminal provided a predetermined number of successful detections of the second acoustic test signal has been reached by the first mobile terminal, the second acoustic test signal being sent repeatedly until the second mobile terminal receives the detection confirmation from the first mobile terminal via the short-range radio link or a termination criterion is met.
  • the method 100 further comprises a step 116 of determining a distance between the first mobile terminal and the second mobile terminal based on a difference between, weighted with half the speed of sound
  • t B3 a detection time (t B3 ) from the set of third detection times (t B3 , t B s, t B 7,) and the second detection time (e.g. corresponding to the detection time from the set of fourth detection times) (t B1 ).
  • the method 100 shown in FIG. 2 can be carried out by a first mobile terminal and a second mobile terminal, as shown in FIG. 3.
  • FIG. 3 shows a schematic view of a system with a first mobile terminal A and a second mobile terminal B, according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the first mobile terminal A and the second mobile terminal B can be connected to one another via a short-distance radio link RF, such as WPAN (Wreless Personal Area Network), such as Bluetooth.
  • RF short-distance radio link
  • WPAN Wired Personal Area Network
  • the first mobile terminal A and the second mobile terminal B can have respective radio transceivers TRA and TR B.
  • the first mobile terminal A can transmit the first acoustic signal Sig A , for example by means of the loudspeaker LS A , the first acoustic signal Sig A from both the first mobile terminal A and the second mobile terminal B can be detected, e.g. by means of the microphones M A and M B of the mobile terminals A and B.
  • the second mobile terminal B can transmit the second acoustic signal Sig B , for example by means of the loudspeaker LS B , the second acoustic signal Sig B being able to be detected both by the first mobile terminal A and by the second mobile terminal B, for example by means of the Microphones M A and M B of the mobile devices A and B.
  • the method 100 shown in FIG. 2 are described in more detail.
  • a general problem with the ETOA measurement method from FIG. 1 as well as with other two-way measurement methods is that both reception directions (from the first terminal A to the second terminal B and vice versa) must be available at the same time with sufficient quality for a valid measurement comes about.
  • signal detection and determination of the start time must function both at the receiver (eg microphone MA) from the first terminal A and at the receiver (eg microphone M B ) from the second terminal B.
  • the quality of the acoustic signal transmission decreases and the necessary determination of the start times of the received signal can no longer be carried out with the accuracy required for the application.
  • the signal transmission is then qualified as "unsuccessful".
  • Embodiments are based on the idea of a given overall success rate to significantly reduce the measurement time required for this, especially for cases in which
  • An individual measurement according to FIG. 1 requires approximately at least a time span of with the distance-related acoustic signal propagation time (t B1 - t A0 ) and the length of the test signal At Ts . Measurement time extensions due to the application as well as the times required for the respective short-distance radio communication (e.g. Bluetooth communication) between the terminals A and B are left out here.
  • FIG 4 shows a schematic view of a time sequence of the method for acoustic distance measurement between two mobile terminals, according to a first exemplary embodiment (modified ETOA method).
  • the application from the first terminal A starts sending a first test signal Sig A to the second terminal B at time tj [0 or t A0 (step 2A in FIG. 4). If the second terminal B cannot successfully evaluate the first test signal Sig A (i.e. cannot detect it or cannot determine the start time with sufficient accuracy), the measurement is immediately aborted by the second terminal ß, which it also uses the short-range radio link (e.g. Bluetooth connection ) reported to the first terminal A. The first terminal A then starts the transmission of the first test signal Sig A again (again step 2A in FIG. 4). This process with the termination and re-transmission of the first test signal Sig A is repeated until the second terminal B can successfully evaluate the first test signal Sig A from A.
  • the short-range radio link e.g. Bluetooth connection
  • the first terminal A sends out the first test signal Sig A , which is detected by the first terminal A at the first detection time t Ai and by the second terminal B at the second detection time t Bi.
  • the second terminal B sends out the second test signal Sige several times, which from the second terminal B at all detection times from a set of third detection times t B3 , t B5 , ..., t B2i and from the first terminal A at a detection time from a Set of fourth detection times t A3 , t A5 , t A2i is detected.
  • 4 fom denotes the difference between one of the detection times from the set of fourth detection times t A3 , t A s, t A2i and the first detection time t Ai , fo / ra in each case the difference between one of the detection times of the set of third Detection times t B3 , t B s, ..., t B2i and the second detection time t Bi .
  • fnra denotes the difference between the first detection time t Ai and the time t A o of the transmission of the first test signal Sig A
  • tam in each case denotes the difference between a detection time from the set of third detection times t B3 , t B s, ...
  • D fo denotes the time, depending on the distance between the two mobile terminals A and B, between the time at which one of the test signals is sent out by one of the two mobile terminals A and B and the time at which the respective test signal is detected by the respective other mobile terminal.
  • the advantages of the method 100 shown in FIG. 4 are based on the knowledge of whether P ⁇ cc > P B u cc or Psu cc ⁇ Psu cc applies- This can be important, especially if the data or information exchange via the short-range radio link (e.g. via Bluetooth) takes a disproportionately long time compared to the actual ETOA process steps.
  • the second terminal B If the second terminal B does not find a start time, the second terminal B first signals via the short-distance radio connection (eg Bluetooth) that nothing was found. Then the first terminal A sends a start signal again via the Short distance radio connection (e.g. via Bluetooth) that the measurement has started.
  • this time requirement is of subordinate importance, or if the communication between the first terminal A and the second terminal B is resolved differently, then this step 1 described below can also be dispensed with.
  • a modified variant of the method according to FIG. 1 can be used. For example, calling the method according to FIG. 1 twice is sufficient for the above example.
  • the first terminal A acts as a master
  • the second terminal B reports to it after each of the runs over the short-distance radio link (e.g. via Bluetooth) whether the first test signal S / g could be evaluated by the second terminal B or not. Since the second terminal B always sends its own second test signal Sige to the first terminal A regardless of its own evaluation success, the first terminal A can therefore also double-check independently of the second terminal B whether it can evaluate the test signal or not .
  • This run (referred to here as the first step), which is carried out before the second step (according to FIG. 4), can thus end with the following results:
  • the total time required for this new measurement approach then results in the following average time requirement: first, in the first step, two calls of the modified variant according to FIG. 1 according to Eq. (5) and for the second step 12 runs, each with a duration of - t B2 ) + At TS ). With the assumptions made in the example, this results in a mean total measurement time of 2080 ms, compared to the original 3380 ms. In addition, the scope of communication via the short-distance radio link (e.g. Bluetooth) has also decreased on average. In the original 13 attempts of the example according to FIG.
  • the short-distance radio link e.g. Bluetooth
  • a measurement initialization must be carried out 13 times (the second terminal B is informed that a measurement is pending) and the measurement results are transmitted from the second terminal up to 13 times B to the first terminal A.
  • This number depends on Psu cc - Therefore, with a single call of the original method according to FIG the second terminal B itself has not received, since an error message would nevertheless have to be communicated via the short-distance radio connection (for example via Bluetooth). In this respect, up to 26 individual messages are transmitted over the short-range radio link.
  • the short-distance radio connection for example via Bluetooth
  • FIG. 5 shows the methodical flow chart of the new two-stage ETOA measurement approach.
  • the four different loop counters (NN 2 N 3 N 4 ) can be adjusted according to the situation and, if necessary, can be determined in advance by simulations.
  • Embodiments make it possible to circumvent the simultaneous bilateral evaluation success that is absolutely necessary in a two-way measuring method according to FIG. 1.
  • the aim is first to generate a successful one-way evaluation by repeating it several times and then to successfully complete the one-way evaluation in the other direction with continuous two-sided signal recording.
  • the first step can also be omitted if there is no interest in whether p? cc > P Bl cc or p? cc ⁇ P Bl cc should apply.
  • the first term is then omitted.
  • step 2B in FIGS. 4 and 5 was based on an immediate termination as soon as one of the transmissions (of the second test signal Sige) from the second terminal B could be successfully detected by the first terminal A.
  • the second terminal B then, at the behest of the first terminal A, aborts its transmission of the second test signals Sige and sends all the time differences determined up to that point (t B3 - (t B7 - t B1), ..., (t B i - t B1) using the short-distance radio communication (such as Bluetooth connection) to the first terminal A.
  • the first terminal A has since time t A1 itself recorded continuously and can now be unambiguously via Calculate the desired distance D between the two mobile terminals A and B.
  • the time index t AX denotes the point in time at which the first terminal A was able to successfully detect the transmission from the second terminal B, i.e. one of the indices X e ⁇ 3, 5, 7, 9, ..., (2N 4 + 1 ) ⁇ from FIG. 4 or the threshold value N 4 from FIG. 5.
  • the time index associated with t AX is then denoted by t BX.
  • step 2B the loop with the Transmissions of the second test signals Sige from terminal B always run through to their loop end iV 4 .
  • N 4 that is to say the number of loop runs, is chosen generously in relation to the probability of a successful transmission P ⁇ cc .
  • the calculation of the individual distance distances should be in accordance with be done individually in a first step. From this, if necessary, conclusions can be drawn about the different quality of the individual measurements or systematic changes in distance. Changes in distance can then also be subjected to a plausibility check over time. In general, it can be said that the individual measurements, after their individual evaluation, can then be subjected to a more extensive statistical evaluation such as median, modal value, arithmetic averaging, or weighted averaging.
  • the loop can also be linked to so-called "while" conditions. For example, after Y successful signal evaluations by the first terminal A, the loop in step 2B can be broken off.
  • Step can be omitted if there is no interest in whether P ⁇ cc > P B ⁇ CC or P ⁇ c ⁇ p cc should apply in step 2A.
  • Terminal B in the direction of the first terminal A in the modified ETOA method
  • FIG. 6 shows a schematic view of a time sequence of the method for acoustic distance measurement between two mobile terminals, according to a second exemplary embodiment (modified ETOA method with loudspeaker LSs on continuously).
  • the loudspeaker LSB of the second terminal B runs from the switch-on point t B2 in coherent continuous operation until the end of step 2B.
  • Either the second terminal B sends the second test signal of length At TS or a zero sequence with the defined duration (t B ( * +2) - t Bx - At TS ) is sent, followed by the second test signal of length At TS to send.
  • the ratio between test signal length At TS and pause length (t B ( * +2) - t Bx - At TS ) can be specified as required.
  • a second acoustic signal can also be sent by the second terminal, the second acoustic signal having acoustic test signal segments over time.
  • This periodicity of test signal and zero sequence is also repeated on the receiving side of the first terminal A. After the start of its recording at time t A1 and a delay of at least the test signal length At TS , the first terminal A can begin the continuous evaluation of the received signal.
  • the following scenarios are possible:
  • the receiver finds a first start time t Ax .
  • the receiver eg the first terminal A
  • the receiver knows that the second test signal Sige or a test signal section Sige of the second acoustic signal and thus a further start time after a constant time offset is again in the received signal is to be found.
  • the signal detection thus has prior knowledge and can therefore search in the received signal much more precisely. If the signal detection finds this new start time t A ⁇ x + 2) , then the receiver (eg the first terminal A) can use an ACTUAL-TARGET analysis of the start time difference to check how exactly the start times were met. Since this process of the periodic test signal repetition according to FIG. 6 as a whole AL ? - once done, there is (No.
  • the first terminal A sends out the first test signal Sig A , which is detected by the first terminal A at the first detection time t A1 and by the second terminal B at the second detection time t Bi.
  • the second terminal B sends out the second test signal Sig B several times, which from the second terminal B at all detection times from a set of third detection times t B3 , t B5 , ..., t B2i and from the first terminal A at a detection time a set of fourth detection times t A 3, t A 5, t A 2i is detected.
  • fom denotes the difference between one of the detection times from the set of fourth detection times t A3 , t A 5, t A 2i and the first
  • Detection time t Ai fara in each case the difference between one of the detection times of the set of third detection times t B3 , t B s, ..., t B2i and the second detection time t Bi .
  • fra denotes the difference between the first detection time t Ai and the time t A o when the first test signal Sig A and tam respectively the difference fe between a detection time punk from the set of third detection times, tes, ..., t ß 2i and a temporally corresponding instant of a set of points in time t ß 2, t ß 4, feo of transmissions of the second test signal SiGe.
  • D fo denotes the time, depending on the distance between the two mobile terminals A and B, between the time at which one of the test signals is sent out by one of the two mobile terminals A and B and the time at which the respective test signal is detected by the respective other mobile terminal.
  • the terminal device e.g. a loudspeaker of the terminal device
  • the terminal device can transmit the test signal periodically, with pauses in between.
  • the time intervals between the identical test signals are known to both terminals and do not necessarily all have to be identical. If one of these test signals is found on the receiving side, the receiver knows in which position in time it has to find the other test signals. To do this, he has to search in both forward and backward directions. The more starting times that are found, the better qualitative and quantitative statements can be made in the subsequent distance calculation. If no start time is found, then the total transmission signal of length ⁇ TScefel can be used as an additional long test signal. This is advantageous when the ambient noise is very high.
  • the signal-to-noise ratio can be very poor, either because the signal power S decreases with increasing distance or because the noise N increases significantly in places, for example due to a substance rubbing against the microphone.
  • the respective individual success rates P ⁇ cc or P ⁇ c can also improve and thus the number of attempts decreases until a distance measurement is successful.
  • variable test signal lengths are used in exemplary embodiments and, if possible, only where they are actually needed.
  • shorter lengths of 50 to 150 ms can be started in the first step. If the two or three measurement runs according to FIG. 1 do not provide a valid distance measurement or satisfactory individual distance evaluations for typing the two individual success rates, then a significantly longer test signal length can be used for the next measurement runs. If the evaluation results are better here, then this test signal length can also be used in the second method step according to FIG. 4.
  • test signal lengths can be used in both directions.
  • the required information on the various test signal lengths is transferred during the measurement initialization via the short-range radio connection (e.g. Bluetooth connection).
  • test signal lengths with different time durations are used in an intelligent and needs-oriented manner. Hybrid solutions adapted to individual success rates are also possible.
  • the method comprises a step 202 of sending a first acoustic signal from a first mobile terminal to a second mobile terminal of the two mobile terminals, wherein the first acoustic signal is in time (eg periodic or non-periodic) acoustic test signal sections.
  • a short-distance radio connection for example WPAN, such as Bluetooth
  • the method 200 further comprises a step 204 of detecting the acoustic test signal sections of the first acoustic signal with the first mobile terminal in order to obtain a first set of detection times ( ⁇ A I, i «, s,).
  • the method 200 further comprises a step 206 of detecting the acoustic test signal sections of the first acoustic signal with the second mobile terminal, in order to determine at least one detection time from a second set of detection times (t Bi , t B3 , t B s, t B i).
  • the method 200 further comprises a step 210 of sending a second acoustic signal from the second mobile terminal to the first mobile terminal, the second acoustic signal having acoustic test signal segments over time (eg periodic or non-periodic).
  • the method 200 further comprises a step 212 of detecting the acoustic test signal sections of the second acoustic signal with the second mobile terminal in order to obtain a third set of detection times (feg, th, fe «, t Bi s).
  • the method 200 further comprises a step 214 of detecting the acoustic test signal sections of the second acoustic signal with the first mobile terminal in order, in the event of successful detection of at least one of the acoustic test signal sections of the second acoustic signal, to determine at least one detection time from a fourth set of detection times (fog, tAn , tAi3, tAis).
  • the method 200 further comprises a step 216 of determining a distance between the first mobile terminal and the second mobile terminal based on a difference between, weighted with half the speed of sound
  • a detection time from the third set of detection times (feg, t B11 , t Bi3 , t B15 ) that coincides with the (e.g. successful) detection time from the fourth set of detection times (t A9 , t A n, t Ai3, t Ai s) (eg corresponding in time), and a (eg successful) detection time from the second set of detection times (t Bi , t B3 , t B s, t B i).
  • the method 200 shown in FIG. 7 can be carried out by the first mobile terminal shown in FIG. 3 and the second mobile terminal. In the following, detailed exemplary embodiments of the method 200 shown in FIG. 7 are described in more detail.
  • the method 200 offers all of the advantages discussed above.
  • the first step from Section 1 can also be omitted without replacement.
  • the approach described in section 1.2, that the loudspeaker transmits its test signals in continuous operation, is now operated in both directions, as shown in FIG. 8. 8 shows a schematic view of a time sequence of the method 200 for acoustic distance measurement between two mobile terminals, according to an exemplary embodiment (modified ETOA method).
  • Both receivers eg first terminal A and second terminal B have the option of individual signal detection of the short test signal with the length At Ts . If a start time is found, the other start times can also be found more precisely thanks to the time shifts known in advance.
  • ACTUAL-TARGET analyzes of the various starting point differences, qualitative statements about reliability can be made. At least one start time should be found in each direction. If several starting times are found, various statistical evaluations can be carried out when calculating the distance, as described in Section 1.1.
  • the first terminal A repeatedly sends the first test signal Sig A or the first acoustic signal with the test signal sections Sig A , the test signal sections Sig A from the first terminal A at all detection times from a first Set of detection times t Ai , t A 3, and detected by the second terminal B at one or more detection times from a second set of detection times t Bi , t B 3, t B 7.
  • the second terminal B repeatedly sends the second test signal Sig B or the second acoustic signal with the test signal sections Sige, the test signal sections from the second terminal B at all detection times from a third set of detection times feg, t B n, feie and from first terminal A can be detected at one or more detection times from a fourth set of detection times g, t A n, t Ai s.
  • the difference fe; ffi can be between a (e.g. successful) detection time from the fourth set of detection times (t A 9, tn, t Ai 3, t Ai s) and a detection time from the first set of detection times (t Ai , t A 3, t A 5, fez), which corresponds in time to the (eg successful) detection time from the second set of detection times (t Bi , t B 3, t B5 , tei).
  • the difference iom can be between a detection time from the third set of detection times (feg, th, fe ”, t Bi s), that with the (e.g. successful) detection time from the fourth set of detection times (feg, t A n, t Ai 3, t Ai s) corresponds in time, and a (eg successful) detection time can be formed from the second set of detection times (t Bi , t B 3, t B 5, t B 7).
  • MD denotes the time, depending on the distance between the two mobile terminals A and B, between the time when one of the test signals is sent out by one of the two mobile terminals A and B and the time of detection of the respective test signal by the respective other mobile terminal.
  • the test signals S / g and Sige are transmitted multiple times in both directions without interruption.
  • the individual time intervals between the test signals are known to both terminals A and B. If the start time of one of these test signals is found on one of the two receiving sides, the respective receiver knows at which time position it has to find the start times of the other test signals. If necessary, the respective recipient has to search both forwards and backwards. The more starting times that are found, the better qualitative as well as quantitative statements can be made in the subsequent distance calculation. If no start time is found, then the total transmission signal of length ⁇ TScefel can be used as an additional long test signal. This is advantageous when the possibly fluctuating ambient noise is very large.
  • the multiple transmission of the test signals up to a certain maximum number N 3 by the first terminal A in step A of the method in FIG. 8 potentially creates a long delay between the self-reception times t A i , t A3 , t A5 .. and the subsequent external reception times t A9 , t A11 , t A13 ... (see FIG. 8).
  • This long delay can cause the frequency offset between the two sampling frequencies and time-variant channel properties (Doppler shift, multipath propagation) to have a negative effect on the measurement accuracy.
  • the distance estimation result can be falsified by different channel conditions during the two measurement steps, although both terminals A and B were able to successfully detect the respective signals.
  • the two steps A and B from the method described in section 1 can be carried out nested in one another.
  • the two terminals A and B can alternately each make a transmission in order to then receive one from the other device.
  • the time intervals between the transmission and the reception of a pair of test signals is consequently minimal, similar to FIG. 1.
  • an initial synchronization should be as precise as possible, since the terminals transmit and receive in a coordinated manner. It should be avoided that both loudspeakers send out a test signal at the same time. At the point in time when one of the terminals transmits its test signal, the other terminal should transmit the coherent zero sequence.
  • the protective distance that is to say the duration (t A (x + T) - t Ax - At TS ) of the zero sequences between the test signals, should therefore be selected to be correspondingly large.
  • the time sequence of the measurements is changed in such a way that the terminals each make alternating transmissions. This minimizes the relative time difference between the transmission and reception of the test signals, which means that better properties of the method in time-variant channels can be expected.
  • the distance is measured separately in both terminals by evaluating the time differences that have elapsed between the individual microphone recordings. Therefore, in contrast to many other measurement methods, no exact time synchronization (which would mean considerable additional effort) is required between the two mobile devices.
  • test signal detection is always a compromise solution: as long as possible for pure noise interference and significantly shorter for interference effects such as frequency offset or Doppler effects.
  • the first disadvantage the evaluation success according to FIG. 1, which is required on both sides at the same time, can be weakened by repeatedly sending the test signal in one direction (see FIG Signal recording in both terminals, the repeated test signal transmission in the reverse direction is carried out until a successful measurement attempt has also taken place here (see exemplary embodiments above in section 1).
  • the solution to the second problem is also shown in FIG. 8.
  • the test signal is sent out several times at periodic intervals, the test signal being able to extend over the full period length or being filled up by sending out a zero sequence.
  • the detector on the receiver side can now try to extract the start times of the individual short test signals, or it can try to average non-coherently using the coherently determined partial correlation results of the LAB or LBA test signals (partially coherent method) or, alternatively, it can try to use the overall signal to correlate (fully coherent procedure) and successfully to this starting point recognize.
  • the latter is particularly advantageous when the ambient noise is very high.
  • the evaluation of the shorter test signals on a partially coherent basis is more advantageous in the case of interference effects such as frequency offset or Doppler effects.
  • the exemplary embodiments in section 1 essentially deal with the second point, whereas the exemplary embodiments described below relate to the interaction between transmitter and receiver.
  • the effects of various acoustic test signals on the detection performance are examined in general, the various coherent and partially coherent correlation approaches are analyzed and the decision logic of the detector is described.
  • FIG. 9 shows a schematic block diagram of a receiver 120 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the receiver 120 is configured to receive an acoustic test signal Sig (e.g. by means of a microphone M) in order to obtain a received acoustic test signal, the received acoustic test signal over time acoustic test signal sections (e.g. with predetermined or known (e.g. identical or different ) acoustic sequences, cf.
  • test signal sections or partial test signal SK (I) in FIG ) to carry out a first coherent correlation of the acoustic test signal Sig, for example by means of a first coherent correlation stage 122, and a second partially coherent correlation, for example by means of a second partially coherent correlation stage 124.
  • the receiver 120 for example the first coherent correlation stage 122, is configured here to match the received acoustic test signal Sig 'with an acoustic reference signal which has acoustic reference signal sections which correspond to the acoustic test signal sections of the received acoustic test signal, to correlate coherently in order to obtain a first coherent correlation result 126.
  • the receiver 120 for example the second partially coherent correlation stage 124, is configured to include at least a portion (e.g. at least two (e.g. a real subset) or all) of the acoustic test signal sections of the received acoustic test signal Sig 'when performing the second partially coherent correlation coherently correlate a corresponding acoustic reference signal section or coherently correlate it in groups with respective reference signal sections (e.g. each group having at least two test signal sections and each group being a real subset of all test signal sections of the received acoustic test signal) in order to obtain at least two partial correlation results (e.g. one partial correlation result per test signal section or per group of test signal sections), and in order to incoherently combine the at least two partial correlation results (for example to add absolute values) to form a second partially coherent correlate ion result 128 to be obtained.
  • a portion e.g. at least two (e.g. a real subset) or all
  • respective reference signal sections e.g. each group having
  • the receiver 120 is configured to receive the time 130 of the acoustic test signal Sig or the at least part of the acoustic test signal Sig as a function of the first coherent correlation result 126 (e.g. a first correlation maximum or secondary correlation maximum of the first correlation result) and the second partially coherent correlation result 128 (eg a second
  • Correlation maximum or correlation secondary maximum of the second correlation result based on one of the first coherent correlation result 126 or the second partially coherent correlation result 128.
  • the receiver 120 can be configured to determine a first correlation maximum of the first coherent correlation result 126 and to determine a second correlation maximum of the second partially coherent correlation result 128, wherein the receiver 120 can be configured to receive the time 130 of the acoustic test signal Sig or to detect the at least part of the acoustic test signal Sig based on the second partially coherent correlation result 128 if a ratio between a value (e.g. amount or square amount) of the second correlation maximum and a value (e.g. amount or square amount) of the first correlation maximum is greater than a threshold , and otherwise based on the first coherent correlation result 126.
  • a value e.g. amount or square amount
  • the receiver 120 can be configured to, if the time of reception is determined based on the first coherent detection result 126, the time of reception based on a first correlation maximum or first secondary correlation maximum (e.g. a temporal position of the first correlation maximum or first secondary correlation maximum) of the first coherent correlation result 126 to be determined.
  • a first correlation maximum or first secondary correlation maximum e.g. a temporal position of the first correlation maximum or first secondary correlation maximum
  • the receiver 120 can be configured to, if the time of reception is determined based on the second partially coherent detection result 128, the time of reception based on a second correlation maximum or second secondary correlation maximum (e.g. a temporal position of the second correlation maximum or second secondary correlation maximum) of the second partially coherent correlation result 128 to be determined.
  • a second correlation maximum or second secondary correlation maximum e.g. a temporal position of the second correlation maximum or second secondary correlation maximum
  • the receiver 120 can be implemented in a mobile terminal device 118.
  • the acoustic signal Sig to be received can be transmitted by another mobile terminal.
  • the acoustic signal Sig to be received can be transmitted by the mobile terminal device 118 itself, for example by a loudspeaker LS of the mobile terminal device 118.
  • the mobile terminal 118 can be the first mobile terminal A described above in section 1 and / or the second mobile terminal B (cf. FIG. 3).
  • the first mobile terminal A it can receive the self-emitted acoustic test signal S / g and detect a time of receipt thereof as described with reference to FIG.
  • the second mobile terminal B it can receive the self-emitted acoustic test signal Sige and detect a time of receipt thereof as described with reference to FIG. 9 and / or receive the first acoustic test signal S / g emitted by the first mobile terminal A and a time of receipt Detect the same as described with reference to FIG.
  • FIG. 10 shows a schematic block diagram of a transmitter 140 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the transmitter 140 is configured to send an acoustic test signal (e.g. by means of a loudspeaker LS), the acoustic test signal Sig having acoustic test signal sections over time (cf. test signal sections or partial test signal SK (I) in FIG. 8).
  • an acoustic test signal e.g. by means of a loudspeaker LS
  • the acoustic test signal Sig having acoustic test signal sections over time (cf. test signal sections or partial test signal SK (I) in FIG. 8).
  • the acoustic test signal Sig can have acoustic test signal sections repeating periodically over time, the acoustic test signal sections each on a sequence with predetermined periodic ones
  • the sequence with predetermined periodic autocorrelation behavior can be one of a complex-valued Zadoff-Chu sequence, a complex-valued P-phase product sequence, a complex-valued perfect biphase or triphase sequence, a binary m-sequence, a binary Legendre sequence.
  • the at least two sequences with specified periodic autocorrelation behavior and cross-correlation behavior can be at least two sequences from the family of complex-valued Zadoff-Chu sequences, complex-valued cubic-phase sequences, complex-valued m-sequences, binary m-sequences [e.g. Gold sequences or Kasami episodes].
  • the transmitter 140 can be implemented in a mobile terminal device 118.
  • the mobile terminal 118 can be the first mobile terminal A described above in section 1 and / or the second mobile terminal B (cf. FIG. 3).
  • the first mobile terminal A it can transmit the first acoustic signal SigA with the signal properties described with reference to FIG. 10.
  • the second mobile terminal B it can transmit the second acoustic signal SigB with the signal properties described with reference to FIG. 10.
  • receiver 120 and / or transmitter 140 are described below.
  • Partially coherent detector for a test signal which is made up of non-overlapping partial
  • cross-correlation as a detection basis for determining the time of arrival of the test signal is a widely used analysis method [1, 2, 3, 4]
  • the test signal s (n) of the total length N consists of KAB or KBA partial sequences.
  • Gl. (11) can be applied directly to this shortened partial sequence. If a pure frequency offset and / or Doppler spread were only present, a significantly improved detection rate would result. However, since additive noise interference is always present in the received signal in real systems, according to Eq. (12) due to the shortened partial sequence, counteract the SNR gain with a corresponding SNR loss. The negative effect of Eq. (12) If the test sequence length is shortened, however, an incoherent summation of the individual, respectively coherent partial correlations can be partially counteracted. This is described in the following. The time-discrete test signal s (n) of total length N available for estimation is broken down into K partial test signals each of length L that do not overlap. With
  • a first curve 150 describes a detection error rate as a function of the signal-to-noise ratio for a coherent correlation according to equation (11) over the entire test signal.
  • a second curve 151 describes a detection error rate as a function of the signal-to-noise ratio for a coherent correlation according to equation (11) over an individual section of the test signal.
  • a third curve 152 describes a detection error rate as a function of the signal-to-noise ratio for a partially coherent correlation according to equations (15) and (16).
  • FIG. 11a shows the detection error rate for the static channel with additive white noise interference.
  • an estimation error of more than ⁇ 0.5 meters is referred to as a detection error.
  • 11b shows, in a diagram, detection error rates plotted against a signal-to-noise ratio (SNR, signal-to-noise ratio) for different cross-correlation variants in a fading channel at an assumed speed of 1 km / h.
  • SNR signal-to-noise ratio
  • a first curve 153 describes a detection error rate as a function of the signal-to-noise ratio for a coherent correlation according to equation (11) over the entire test signal.
  • a second curve 154 describes a detection error rate as a function of the signal-to-noise ratio for a coherent correlation according to equation (11) over an individual section of the test signal.
  • a third curve 155 describes a detection error rate as a function of the signal-to-noise ratio for a partially coherent correlation according to equations (15) and (16).
  • the clearly superior compromise approach is an overall test signal of length N composed of K short partial signals of length L, with the detector correlating coherently over the K short partial signals (Eq. (15)) and the partial correlations subsequently non-coherently (Eq. (16) ) are added up.
  • the maximum value of the partially coherent correlation result then represents the point in time when the test signal was received.
  • the K short partial signals can each have identical (periodic) or also different content and, as shown in FIG. 8, there can also be inserted partial areas with zero sequences.
  • Embodiments create a detector for an ETOA method according to FIG. 8, the detector expecting an overall test signal of length N composed of K short partial signals of length L, the K short partial signals in each case according to Eq. (15) and then the time-adjusted partial correlations according to Eq. (16) added up incoherently.
  • the maximum value of the partially coherent correlation result then represents the time of reception of the test signal in the undisturbed case.
  • the K short partial signals can each have identical (periodic) or different content and, as shown in FIG. 8, there can also be inserted partial areas with zero sequences.
  • the overall test signal of length N consists, as described in section 2.1, of K short partial signals (or test signal sections) of length L.
  • the K short partial signals can each have identical (periodic) or different content and it can also, as in FIG. 8 shown, give inserted sub-areas with zero sequences.
  • the receiver 120 for example a detector of the receiver, can now carry out the following steps:
  • the maximum amount of the coherent correlation over the total test signal is heavily dependent on the Doppler frequency.
  • a first curve 160 describes a detection error rate as a function of the signal-to-noise ratio for a coherent correlation according to equation (11) over the entire test signal.
  • a second curve 161 describes a detection error rate as a function of the signal-to-noise ratio for a partially coherent correlation according to equation (16).
  • a third curve 162 describes a detection error rate in FIG Dependence on the signal-to-noise ratio when using the switching algorithm according to the invention according to equation (18).
  • FIG. 12 again shows the static channel with additive white noise interference, but now additionally with the detection error rate according to Eq. (18) working switching algorithm (curve 162).
  • the threshold> 1 it can be ensured that the decision algorithm in this failure-resistant situation is almost always in favor of the variant with the coherent correlation according to Eq. (11) decides.
  • the results of the switching algorithm are almost congruent with those of the partially coherent correlation (curve 155 in FIG. 11b).
  • the receiver 120 e.g. a detector of the receiver 120, can be further improved with one or more of the additional measures listed below:
  • Important sensors are: motion sensor, gyroscope (position sensor), proximity sensor or the ambient light sensor.
  • This metadata can be recorded during the measurement and at the end of the measurement, together with the measured reception times of the signals, can be exchanged between the receiver and the transmitter. Using this data, individual partial results can be given a higher or lower weighting compared to other partial results. From the metadata it can be known, for example, that none of the devices has changed its position during several measurement runs.
  • FIG. 13 shows in a diagram detection error rates plotted against a signal-to-noise ratio (SNR, signal-to-noise ratio) for different cross-correlation variants in a time-variant channel (gausian walking).
  • SNR signal-to-noise ratio
  • a first curve 163 describes a detection error rate as a function of the signal-to-noise ratio for a coherent correlation according to equation (11) over the entire test signal.
  • a second curve 164 describes a detection error rate as a function of the signal-to-noise ratio when using the switching algorithm according to the invention according to equation (18).
  • a third curve 165 describes a detection error rate as a function of the signal-to-noise ratio when using the switching algorithm according to the invention according to equation (18) in combination with an adaptive, progressive detection threshold.
  • the fully coherent correlation curve 163
  • a length of 500 ms turns out to be no different to be expected as fundamentally unsuitable.
  • the switching algorithm in combination with the adaptive threshold leads here to a significant increase in performance also compared to the partially coherent correlation (curve 164) with the switching algorithm but with a fixed, distance-independent threshold.
  • the decomposition from Eq. (13) can be done with a different division.
  • K can be broken down differently by means of a prime factorization using a permutation of its prime factors.
  • This changed division shifts the ratio between the coherent and incoherent partial correlates.
  • the K partial correlates from Eq. (15) can before summation according to Eq. (16) can also be subjected to an intermediate individual analysis. This is particularly advantageous in the case of an impulsive increase in the noise power or a disturbance (clothing rubs against the microphone during a step), where individual partial correlates have a significantly less favorable SNR than the other partial correlations. If only the better parts in Eq. (16), the position of the maximum amount can usually be determined more precisely.
  • Embodiments provide a detector for an ETOA method according to FIG. 8, the detector expecting an overall test signal of length N composed of K short partial signals of length L, the detector a. the K short partial signals according to Eq. (15) are coherently correlated and then the partial correlations according to Eq. (16) added up incoherently, and b. a coherent correlation of the overall test signal with the overall transmission signal according to Eq. (11) performs, and optionally c. further partially coherent correlations with another hybrid division are calculated.
  • An automatic selection of the various correlation results for example according to Eq. (18), for further processing.
  • the maximum value of the decided correlation result then represents the time of receipt of the test signal in the undisturbed case.
  • a first LOS signal path can be searched for before this correlation maximum using an adaptive relative threshold.
  • the K short partial signals can each have identical (periodic) or different content and, as shown in FIG. 8, there can also be inserted partial areas with zero sequences.
  • a transmission signal is required which, in the receiver, is both interference-resistant and fully coherent Correlation according to Eq. (11), as well as a mobility-robust partially coherent correlation according to Eq. (16) made possible.
  • the overall test signal s (n) of length N consists, as described in the previous sections, of K shorter partial signals each of length L. In this section, it is assumed that the K short partial signals have an identical appearance.
  • a perfect correlation sequence is spoken of [7] if its AKF or a period of the periodic AKF corresponds as closely as possible to a unit pulse. Except for the main maxims f 55 (0) and (p ss (0)), all other values, the so-called secondary values, should be zero. According to [7] there is no synthesis method with which binary (bipolar s (n) e ⁇ -1,1 ⁇ or unipolar s (n) e ⁇ 0,1 ⁇ ) or ternary (s (n) e ⁇ -1,0 , 1 ⁇ ) sequences can be formed with optimally pulse-shaped AKF.
  • a new Zadoff-Chu sequence is created for each permitted parameter 1 ⁇ M ⁇ L. If a prime number is chosen for L, then L-1 results in the greatest number of different Zadoff-Chu sequences of a family of length L. Eq. (22) only holds for the case that L is odd. In the case of straight lengths L, there are significantly fewer family members due to the more frequent lack of foreign parts, a fact that is taken into account in Section 2.4 below.
  • FIG. 14 shows in a diagram the autocorrelation function of a Zadoff-Chu sequence transmitted four times with a simple Zadoff-Chu sequence according to equation (20).
  • the ordinate describes an amount of the autocorrelation function
  • the absc issa the running index m.
  • the test signal is analyzed in its baseband position.
  • the transmission symbol duration in this baseband representation is thus 1 ksym / s.
  • the ordinate describes the sum total of the four partial correlates and the abscissa describes the index m.
  • the L-1 possible Zadoff-Chu sequences show a very different behavior in their secondary values at the edges. This fact can be used for optimization. While the example from FIG.
  • the ordinate describes the sum total of the four partial correlates and the abscissa describes the index m.
  • a search window 172 used for the detection of a secondary correlation maximum is drawn in to identify the first path, which, starting from the correlation maximum, extends a predetermined time into the past .
  • the window area 172 for the search for the first path is of particular interest here.
  • HNV (p ( s ° s (k) I
  • the HNV evaluates the impulsive intrinsic interference from the secondary values and the merit factor evaluates the noise-shaped intrinsic interference from the secondary values.
  • the index k can extend over the entire or only part of the secondary values.
  • the ordinate describes the amount of the autocorrelation function and the abscissa describes the index m.
  • the ordinate in FIG. 16b describes the magnitude of the autocorrelation function and the abscissa describes the index m. In FIG the past is enough.
  • a shift in the start time by 727 symbols corresponds to an additional distance shift of ⁇ 22.8 m. Since distance specifications up to around 10 m are still useful, this ambiguity can still be absorbed. However, if, as shown in FIGS. 11a and 11b, a smaller partial signal length has to be used for reasons of performance, then such an ambiguity can no longer be recognized and corrected. With an L of 43 symbols, for example, the distance shift is reduced to 7.75 m. In this case, the exemplary embodiment described in Section 2.4 can be used.
  • a transmission signal is generated which, in the receiver, has both an interference-resistant, fully coherent correlation according to Eq. (11), as well as a mobility-robust partially coherent correlation according to Eq. (16) made possible.
  • a total test signal s (n) of length N is used, which consists of K identical basic sequences s (l), each with length L.
  • the ordinate describes an amount of the autocorrelation function and the abscissa the running index m.
  • the ordinate describes an amount of the autocorrelation function and the The abscissa shows the running index m.
  • a search window 172 used for the detection of a secondary correlation maximum, is also drawn in for recognizing the first path, which, starting from the correlation maximum, extends a predetermined time into the past.
  • FIGS. 17a and 17b are compared with FIGS. 16a and 16b, it becomes clear that by reducing the secondary maxima with the greatest magnitude, their energy is smeared over all secondary values. While the energy m ⁇ ss ( . M ) ⁇ 2 in Fig. 17a and 17b is lower, the ACF area Zm ⁇ ss (. M ) ⁇ ) increases significantly by 350%.
  • Eq. (20) is at least partially about the calculation of a periodic ACF and in Eq. (26) now increasingly include parts of a periodic KKF calculation.
  • the ordinate describes the sum total of the four partial correlates and the abscissa the running index m.
  • a search window 172 used for the detection of a secondary correlation maximum is drawn in to identify the first path, which, starting from the correlation maximum, extends a predetermined time into the past.
  • the ordinate describes the total amount of the four partial correlates and the abscissa the running index m.
  • a search window 172 used for the detection of a secondary correlation maximum is drawn in to identify the first path, which, starting from the correlation maximum, extends a predetermined time into the past.
  • a progressive, adaptive search window threshold 174 for the detection of the relevant secondary correlation maxima is shown in FIG. 18b.
  • all L-1 family members can again be used for the permutation of the order of the K required Zadoff-Chu sequences in order to minimize the amount behavior of the secondary values. It has been shown that significant differences can be observed.
  • Eq. (23) and (24) can be used for quality assessment.
  • a transmission signal is generated which, in the receiver, has both an interference-resistant, fully coherent correlation according to Eq. (11), as well as a mobility-robust partially coherent correlation according to Eq. (16) made possible.
  • a total test signal s (n) of length N is used, which consists of K different basic sequences s (l), each with length L.
  • Family members of "perfect sequences" with ideal periodic ACF, such as the complex-valuedoff-Chu sequences, are also suitable for this.
  • the method 300 comprises a step 302 of performing radio-based distance measurements between the group of mobile terminals using the short distance radio link (RF) (eg Bluetooth distance measurements).
  • RF short-range radio link
  • the method 300 comprises a step 304 of performing at least two supplementary acoustic two-way distance measurements between the group of mobile terminals, the at least two acoustic two-way distance measurements being synchronized in time with periodically transmitted acoustic beacons that are sent by a mobile terminal of the group of mobile devices Terminal devices are sent out. Exemplary embodiments of the method shown in FIG. 19 are described in more detail below with reference to FIG. 20.
  • FIG. 20 shows a schematic view of a group 190 of mobile terminals A, B, C, which are connected to one another by means of a short distance radio link (RF) (e.g. Bluetooth), according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • RF short distance radio link
  • the terminals of the group 190 of mobile terminals A, B, C can use the short-distance radio connection 192 (e.g. Bluetooth or Bluetooth-LE) to carry out radio-based distance measurements to one another.
  • the short-distance radio connection 192 e.g. Bluetooth or Bluetooth-LE
  • two-way acoustic distance measurements 194 between the terminals of the group 190 of mobile terminals A, B, C can be carried out.
  • the two-way distance measurements 194 are made like the embodiments described in Sections 1 and 2 above. To coordinate these two-way distance measurements 194, we would like to.
  • an acoustic beacon is transmitted from one of the mobile terminals (e.g. from the mobile terminal A), the acoustic two-way distance measurements being carried out in a time-synchronized manner with the periodically transmitted acoustic beacon.
  • a first acoustic two-way distance measurement between the first mobile terminal A and the second mobile terminal B can be carried out in response to the transmission of a first beacon, while a second acoustic two-way distance measurement between the first mobile terminal A and the third mobile terminal C can be carried out accordingly can be carried out on the transmission of a second beacon.
  • a time interval between the periodically transmitted acoustic beacons can be slightly larger (e.g. 5% or 10% or 20% larger) than the time required to carry out one of the at least two acoustic two-way distance measurements.
  • exemplary embodiments use a multi-level approach that has the following features:
  • An existing Bluetooth or Bluetooth LE connection acts as a higher-level entity.
  • Bluetooth up to eight devices can communicate with each other in a piconet and up to 10 piconets can be combined to form a communication network.
  • the piconet is controlled by a master, while the other units work as slaves.
  • Both the Master as well as the slaves commissioned by the master can carry out their own distance measurements and thereby reduce the number of sound-based two-way distance measurements.
  • Bluetooth Low Energy there is also the option of a mesh network with its own stack.
  • An ultrasonic distance measurement can only be carried out if there is an active Bluetooth connection.
  • Bluetooth Since a single P2P ultrasound distance measurement initiated by Bluetooth can be relatively time-inefficient due to the interactions of Bluetooth, the Bluetooth assignment of the ultrasound distance measurement takes place in a group-related manner and is therefore much more decoupled.
  • Bluetooth has to a master (such as terminal A), a certain number of N Gro up P2P ultrasonic distance measurements with various other participants (for example, terminal B) to carry out. This information is initially made available to all affected participants via Bluetooth. The order of Nc mppe individual measurements shall be notified, in particular individual measurements can also be carried out several times. )
  • the group-related ultrasonic distance measurement then runs relatively independently of the Bluetooth activities.
  • the master After an OK from Bluetooth, the master sends out a periodically repeating beacon signal, whereby the beacon period has to be slightly longer than the duration of a single P2P measurement. Shortly after the beacon signal has ended, the master begins to send out its test signal. Each slave detects the beacon. This gives it a coarse synchronization, which means that the lengths of the microphone recordings can be shortened. Compared to a P2P ultrasonic distance measurement initiated individually by Bluetooth, the Nc mppe individual measurements can be pushed closer together due to the beacon synchronization, which shortens the average measurement time. After the end of the Nc mppe individual measurements, the master stops sending the beacon and all the data required for evaluation are collected via Bluetooth.
  • the execution time of the Nc mppe ultrasonic single measurements can be accelerated even further by parallelization.
  • Modern smartphones have correspondingly good frequency responses even at higher frequencies. Since the test signal only has a bandwidth of 1 kHz, for example, several 1 kHz audio frequency bands can be used for test signal transmission, depending on the performance of the terminal.
  • the negotiation of the various frequencies is taken over by Bluetooth and the coordination is also communicated to the individual participants in the Bluetooth assignment after step 2.
  • the ultrasonic group measurements which are decoupled from Bluetooth, can save a large number of P2P Bluetooth messages, which means that the execution time of a single P2P ultrasonic distance measurement can be reduced. By sending out a separate beacon signal during the ultrasonic group measurements, the individual measurements are further streamlined.
  • Embodiments create a two-stage approach for distance measurement in a multi-user network, which consists of a higher-level Bluetooth (LE) mesh or piconet cell architecture and which already carries out independent distance measurements. In addition, it also takes on the coordination of the subordinate ultrasonic group measurements. These should run temporarily as independently of the Bluetooth network as possible. Bluetooth is only required for the initiation and final evaluation.
  • LE Bluetooth
  • the ultrasonic group measurements which are decoupled from Bluetooth, can save a large number of P2P Bluetooth messages, which means that the execution time of a single P2P ultrasonic distance measurement can be reduced.
  • the individual measurements are further streamlined.
  • the method 230 comprises a step 232 of receiving an acoustic test signal in order to obtain a received acoustic test signal, the received acoustic test signal having acoustic test signal sections in time.
  • the method 230 further comprises a step 234 of performing a first coherent correlation and a second partially coherent correlation in order to detect a time of receipt of the acoustic test signal or at least a part of the acoustic test signal, wherein when the first coherent correlation is carried out, the received acoustic test signal with a Coherently correlate acoustic reference signal, which has acoustic reference signal sections which correspond to the acoustic test signal sections of the received acoustic test signal, in order to obtain a first coherent correlation result, with at least a part of the acoustic test signal sections of the received acoustic test signal when performing the second partially coherent correlation
  • the time of receipt of the acoustic test signal or the at least one part of the acoustic test signal is detected as a function of the first coherent correlation result and the second partially coherent correlation result based on one of the first coherent correlation result or the second partially coherent correlation result.
  • the method 240 comprises a step 242 of sending an acoustic test signal, the acoustic test signal sections each being based on a sequence with predetermined periodic autocorrelation behavior, with all secondary maximums of an autocorrelation function of the sequence being equal to zero, or equal to zero and / or one, according to the predetermined periodic autocorrelation behavior are.
  • 23 shows a flow diagram of a method 250 for transmitting an acoustic test signal, according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the method 250 comprises a step 252 of sending an acoustic test signal, the acoustic test signal sections being based on at least two different sequences with predetermined periodic autocorrelation behavior and cross-correlation behavior, with all secondary maximums of the autocorrelation functions and cross-correlation functions of the at least two different sequences in accordance with the predetermined periodic autocorrelation behavior and cross-correlation behavior Threshold value which does not exceed one root, multiplied by one or two, of the sequence length of the at least two sequences.
  • the method 320 comprises a step 322 of connecting the mobile terminal to a group of mobile terminals via a short distance radio link (RF).
  • the method 320 further comprises a step 324 of performing at least one radio-based distance measurement to at least one other mobile terminal of the group of mobile terminals via the short-distance radio connection.
  • the method 320 further comprises a step 326 of performing at least one additional acoustic two-way distance measurement to the at least one other mobile terminal, the at least one additional acoustic two-way distance measurement being performed in a time-synchronized manner with an acoustic beacon.
  • aspects have been described in connection with a device, it goes without saying that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Analogously to this, aspects that have been described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or details or features of a corresponding device.
  • Some or all of the method steps can be carried out by a hardware apparatus (or using a hardware Apparatus), such as a microprocessor, a programmable computer or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the most important process steps can be performed by such an apparatus.
  • embodiments of the invention can be implemented in hardware or in software.
  • the implementation can be carried out using a digital storage medium such as a floppy disk, a DVD, a Blu-ray disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or a FLASH memory, a hard disk or other magnetic memory or optical memory are carried out on the electronically readable control signals are stored, which can interact with a programmable computer system or cooperate in such a way that the respective method is carried out. Therefore, the digital storage medium can be computer readable.
  • Some exemplary embodiments according to the invention thus comprise a data carrier which has electronically readable control signals which are able to interact with a programmable computer system in such a way that one of the methods described herein is carried out.
  • exemplary embodiments of the present invention can be implemented as a computer program product with a program code, the program code being effective to carry out one of the methods when the computer program product runs on a computer.
  • the program code can, for example, also be stored on a machine-readable carrier.
  • exemplary embodiments include the computer program for performing one of the methods described herein, the computer program being stored on a machine-readable carrier.
  • an exemplary embodiment of the method according to the invention is thus a computer program which has a program code for performing one of the methods described herein when the computer program runs on a computer.
  • a further exemplary embodiment of the method according to the invention is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program for performing one of the methods described herein is recorded.
  • the data carrier, the digital storage medium or the computer-readable one Medium are typically tangible and / or non-perishable or non-transitory.
  • a further exemplary embodiment of the method according to the invention is thus a data stream or a sequence of signals which represents or represents the computer program for performing one of the methods described herein.
  • the data stream or the sequence of signals can, for example, be configured to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet.
  • Another exemplary embodiment comprises a processing device, for example a computer or a programmable logic component, which is configured or adapted to carry out one of the methods described herein.
  • a processing device for example a computer or a programmable logic component, which is configured or adapted to carry out one of the methods described herein.
  • Another exemplary embodiment comprises a computer on which the computer program for performing one of the methods described herein is installed.
  • a further exemplary embodiment according to the invention comprises a device or a system which is designed to transmit a computer program for carrying out at least one of the methods described herein to a receiver.
  • the transmission can take place electronically or optically, for example.
  • the receiver can be, for example, a computer, a mobile device, a storage device or a similar device.
  • the device or the system can, for example, comprise a file server for transmitting the computer program to the recipient.
  • a programmable logic component for example a field-programmable gate array, an FPGA
  • a field-programmable gate array can interact with a microprocessor in order to carry out one of the methods described herein.
  • the methods are performed by any hardware device. This can be universally applicable hardware such as a computer processor (CPU) or hardware specific to the method, such as an ASIC.
  • the devices described herein can be implemented, for example, using a hardware apparatus, or using a computer, or using a combination of a hardware apparatus and a computer.
  • the devices described herein, or any components of the devices described herein can be implemented at least partially in hardware and / or in software (computer program).
  • the methods described herein can be implemented using hardware apparatus, or using a computer, or using a combination of hardware apparatus and a computer.
  • COTS Commercial Off-The-Shell, German mass-produced products from the electronics or software sector
  • P2P point-to-point
  • PAKF periodic autocorrelation function

Landscapes

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Abstract

Ausführungsbeispiele schaffen einen Empfänger, wobei der Empfänger konfiguriert ist, um ein akustisches Testsignal zu empfangen, um ein empfangenes akustisches Testsignal zu erhalten, wobei das empfangene akustische Testsignal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte [z.B. mit vorgegebenen oder bekannten [z.B. gleichen oder unterschiedlichen] akustischen Sequenzen] aufweist, wobei der Empfänger konfiguriert ist, um für eine Detektion [z.B. oder Ermittlung] eines Empfangszeitpunkts des akustischen Testsignals oder zumindest eines Teils des akustischen Testsignals eine erste kohärente Korrelation und eine zweite teilkohärente Korrelation durchzuführen, wobei der Empfänger konfiguriert ist, um bei der Durchführung der ersten kohärenten Korrelation das empfangene akustische Testsignal mit einem akustischen Referenzsignal, das akustische Referenzsignalabschnitte aufweist, die mit den akustischen Testsignalabschnitten des empfangenen akustischen Testsignals korrespondieren, kohärent zu korrelieren, um ein erstes kohärentes Korrelationsergebnis zu erhalten, wobei der Empfänger konfiguriert ist, um bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation zumindest einen Teil [z.B. zumindest zwei [z.B. eine echte Teilmenge] oder alle] der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals - jeweils mit einem korrespondierenden akustischen Referenzsignalabschnitt kohärent zu korrelieren - oder gruppenweise mit jeweiligen Referenzsignalabschnitten kohärent zu korrelieren [z.B. wobei jede Gruppe zumindest zwei Testsignalabschnitte aufweist und wobei jede Gruppe eine echte Teilmenge aller Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals ist], um zumindest zwei Teilkorrelationsergebnisse [z.B. ein Teilkorrelationsergebnis pro Testsignalabschnitt oder pro Gruppe von Testsignalabschnitten] zu erhalten, und um die zumindest zwei Teilkorrelationsergebnisse inkohärent zu kombinieren [z.B. betragsmäßig zu addieren], um ein zweites teilkohärentes Korrelationsergebnis zu erhalten, wobei der Empfänger konfiguriert ist, um den Empfangszeitpunkt des akustischen Testsignals oder des zumindest einen Teils des akustischen Testsignals in Abhängigkeit von dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis [z.B. einem ersten Korrelationsmaximum oder Korrelationsnebenmaximum des ersten Korrelationsergebnisses] und dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis [z.B. einem zweiten Korrelationsmaximum oder Korrelationsnebenmaximum des zweiten Korrelationsergebnisses] basierend auf einem aus dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis oder dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis zu detektieren.

Description

Verfahren zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten
Beschreibung
Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten. Manche Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein messdaueroptimiertes sowie performanceoptimiertes Verfahren bei der akustischen Entfernungsvermessung mobiler Endgeräte.
Für eine kostengünstige Messung eines Abstands bzw. einer Entfernung zwischen zwei mobilen Endgeräten können die in mobilen Endgeräten vorhandenen Ressourcen, wie z.B. Mikrofone und Lautsprecher, genutzt werden. Sofern Entfernungen in der Größenordnung von einem halben Meter bis zu etwa zehn Metern von besonderem Interesse sind, kann der Einsatz einer Kurzdistanzfunkverbindung (z.B. WPAN (Wireless Personal Area Network, dt. eine Kurzstreckenfunktechnik), wie z.B. Bluetooth Low Energy (LE) oder Bluetooth) sowie alternativ oder ergänzend eine akustische Abstandsmessung mittels Ultraschall in Betracht gezogen werden. Sofern die verwendete Kurzdistanzfunkverbindung auf dem Bluetooth-Standard basiert, ist die Genauigkeit der Auflösung der Entfernungsmessung über diese versionsabhängig und erstreckt sich hinsichtlich der erzielbaren Genauigkeit bis auf einige Zentimeter. Da die Entfernungsmessung bei Bluetooth auf der Auswertung von Signalleistungspegeln basiert, ist dieses Verfahren gerade bei räumlichen Veränderungen und dem damit verbundenen Fading relativ fehleranfällig.
Da oftmals eine besonders effiziente Problemlösung durch eine Kombination von verschiedenen Technologien erreicht werden kann, bietet sich eine ergänzende akustische Distanzmessung mittels Ultraschall an. Durch die unterschiedlichen Lösungsansätze der verschiedenen Technologien können jeweilige Schwächen vorteilhaft ausgeglichen werden. Beispielsweise benötigt die gegenseitige Ultraschallvermessung zweier mobiler Endgeräte einen zusätzlichen Funkkanal zum Rücktransport der Auswertedaten. Hierfür bietet sich die bereits vorhandene Kurzdistanzfunkverbindung (z.B. Bluetooth- oder Bluetooth-LE- Verbindung) an. Da diese eine größere Funkreichweite hat als der akustische Ansatz, kann die Ultraschallmessung als unterstützende oder nur im Bedarfsfall nachgeschaltete Messung betrachtet werden. Eine akustische Distanzmessung im Ultraschallbereich kann unter Verwendung der vorhandenen Lautsprecher und Mikrofone erfolgen [4], [5] Aktuell verbaute A/D-Wandler ermöglichen in der Regel Abtastraten von fs = 44,1 kHz oder fs = 48 kHz. Daraus ergibt sich eine für viele Anforderungen ausreichende örtliche Auflösung von circa 7,5 mm pro Abtastintervall, wenn für die Schallgeschwindigkeit ein Wert von cLuft = 343,2 m/s unterstellt wird. Als Frequenzbereich kann sinnvollerweise der oberhalb des wahrnehmbaren menschlichen Hörvermögens liegenden Bereich ab 16 kHz (Ultraschallbereich) gewählt werden.
Aus [1] und [2] ist das sog. ETOA-Verfahren (ETOA = Elapsed time between the two Time-Of- Arrivals, dt. verstrichene Zeit zwischen zwei Ankunftszeiten) bekannt.
Beim Einsatz des ETOA-Verfahrens zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten, wie z.B. zwischen zwei Mobiltelefonen (z.B. Smartphones), können die von den jeweiligen mobilen Endgeräten ausgesendeten akustischen Testsignale jedoch nicht mit ausreichender Zuverlässigkeit von dem jeweiligen anderen mobilen Endgerät detektiert werden. Vielmehr hängt die Zuverlässigkeit von vielen Faktoren ab. Ein ungünstiges Signal- zu-Rauschverhältnis (engl signal-to-noise ratio, SNR) aufgrund der Ausbreitungsdämpfung, Mikrofonstörungen, z.B. aufgrund scheuernder Stoffe, Mehrwegeausbreitungen aufgrund von akustischen Reflexionen, eine fehlende Schallausbreitung auf direktem Weg (engl line of sight) oder auch Doppler-Effekte können die zuverlässige Detektion der Testsignale sehr erschweren. In diesen Fällen kann eine Vielzahl von Messversuchen nötig sein, bis die Distanzvermessung hinreichend zuverlässig (erfolgreich) ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die bestehende Situation zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Patentansprüchen.
Ausführungsbeispiele schaffen einen Empfänger, wobei der Empfänger konfiguriert ist, um ein akustisches Testsignal zu empfangen, um ein empfangenes akustisches Testsignal zu erhalten, wobei das empfangene akustische Testsignal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte [z.B. mit vorgegebenen oder bekannten [z.B. gleichen oder unterschiedlichen] akustischen Sequenzen] aufweist, wobei der Empfänger konfiguriert ist, um für eine Detektion [z.B. oder Ermittlung] eines Empfangszeitpunkts des akustischen Testsignals oder zumindest eines Teils des akustischen Testsignals eine erste kohärente Korrelation und eine zweite teilkohärente Korrelation durchzuführen, wobei der Empfänger konfiguriert ist, um bei der Durchführung der ersten kohärenten Korrelation das empfangene akustische Testsignal mit einem akustischen Referenzsignal, das akustische Referenzsignalabschnitte aufweist, die mit den akustischen Testsignalabschnitten des empfangenen akustischen Testsignals korrespondieren, kohärent zu korrelieren, um ein erstes kohärentes Korrelationsergebnis zu erhalten, wobei der Empfänger konfiguriert ist, um bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation zumindest einen Teil [z.B. zumindest zwei [z.B. eine echte Teilmenge] oder alle] der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals jeweils mit einem korrespondierenden akustischen Referenzsignalabschnitt kohärent zu korrelieren oder gruppenweise mit jeweiligen Referenzsignalabschnitten kohärent zu korrelieren [z.B. wobei jede Gruppe zumindest zwei Testsignalabschnitte aufweist und wobei jede Gruppe eine echte Teilmenge aller Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals ist], um zumindest zwei Teilkorrelationsergebnisse [z.B. ein Teilkorrelationsergebnis pro Testsignalabschnitt oder pro Gruppe von Testsignalabschnitten] zu erhalten, und um die zumindest zwei Teilkorrelationsergebnisse inkohärent zu kombinieren [z.B. betragsmäßig zu addieren], um ein zweites teilkohärentes Korrelationsergebnis zu erhalten, wobei der Empfänger konfiguriert ist, um den Empfangszeitpunkt des akustischen Testsignals oder des zumindest einen Teils des akustischen Testsignals in Abhängigkeit von dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis [z.B. einem ersten Korrelationsmaximum oder Korrelationsnebenmaximum des ersten Korrelationsergebnisses] und dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis [z.B. einem zweiten Korrelationsmaximum oder Korrelationsnebenmaximum des zweiten Korrelationsergebnisses] basierend auf einem aus dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis oder dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis zu detektieren.
Bei Ausführungsbeispielen ist der Empfänger konfiguriert, um ein erstes Korrelationsmaximum des ersten kohärenten Korrelationsergebnisses zu ermitteln und um ein zweites Korrelationsmaximum des zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnisses zu ermitteln, wobei der Empfänger konfiguriert ist, um den Empfangszeitpunkt des akustischen Testsignals oder des zumindest einen Teils des akustischen Testsignals basierend auf dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis zu detektieren, wenn ein Verhältnis zwischen einem Wert [z.B. Betrag oder Betragsquadrat] des zweiten Korrelationsmaximums und einem Wert [z.B. Betrag oder Betragsquadrat] des ersten Korrelationsmaximums größer ist als eine Schwelle, und sonst basierend auf dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis.
Bei Ausführungsbeispielen ist die Schwelle konstant.
Beispielsweise kann ein Betrag der Schwelle [z.B. Betragsschwelle] im Bereich von 1,1 bis 1,5 liegen, wie z.B. bei 1 ,2 oder 1 ,4.
Bei Ausführungsbeispielen ist der Empfänger konfiguriert, um die Schwelle dynamisch in Abhängigkeit von Metadaten [z.B. Sensordaten], die während des Empfangs des akustischen Testsignals [z.B. mit einem oder mehreren Sensoren] ermittelt wurden, anzupassen.
Bei Ausführungsbeispielen ist der Empfänger konfiguriert, um die Schwelle dynamisch in Abhängigkeit von Signalparametern [z.B. Rauschen, Empfangspegel, SNR, Doppler, Frequenzoffset] des empfangenen akustischen Testsignals anzupassen.
Bei Ausführungsbeispielen ist der Empfänger konfiguriert, um, wenn der Empfangszeitpunkt basierend auf dem ersten kohärenten Detektionsergebnis ermittelt wird, den Empfangszeitpunkt basierend auf einem ersten Korrelationsmaximum oder ersten Korrelationsnebenmaximum [z.B. einer zeitlichen Lage des ersten Korrelationsmaximums oder ersten Korrelationsnebenmaximums] des ersten kohärenten Korrelationsergebnisses zu ermitteln, wobei der Empfänger konfiguriert ist, um, wenn der Empfangszeitpunkt basierend auf dem zweiten teilkohärenten Detektionsergebnis ermittelt wird, den Empfangszeitpunkt basierend auf einem zweiten Korrelationsmaximum oder zweiten Korrelationsnebenmaximum [z.B. einer zeitlichen Lage des zweiten Korrelationsmaximums oder zweiten Korrelationsnebenmaximums] des zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnisses zu ermitteln.
Bei Ausführungsbeispielen ist der Empfänger konfiguriert, um, wenn der Empfangszeitpunkt basierend auf dem ersten kohärenten Detektionsergebnis ermittelt wird, den Empfangszeitpunkt basierend auf dem ersten Korrelationsmaximum zu ermitteln wenn das erste kohärente Korrelationsergebnis innerhalb eines ersten vorgegebenen Suchfensters zeitlich vor dem ersten Korrelationsmaximum kein erstes Korrelationsnebenmaximum aufweist, dessen Wert [z.B. Betrag oder Betragsquadrat] eine erste Suchfensterschwelle übersteigt, und sonst basierend auf dem ersten Korrelationsbetragsnebenmaximum, wobei der Empfänger konfiguriert ist, um, wenn der Empfangszeitpunkt basierend auf dem zweiten teilkohärenten Detektionsergebnis ermittelt wird, den Empfangszeitpunkt basierend auf dem zweiten Korrelationsmaximum zu ermitteln wenn das zweite teilkohärente Korrelationsergebnis innerhalb eines zweiten vorgegebenen Suchfensters zeitlich vor dem zweiten Korrelationsmaximum kein zweites Korrelationsnebenmaximum aufweist, dessen Wert [z.B. Betrag oder Betragsquadrat] eine zweite Suchfensterschwelle übersteigt, und sonst basierend auf dem zweiten Korrelationsnebenmaximum.
Bei Ausführungsbeispielen ist die erste Suchfensterschwelle eine progressive [z.B. in die Vergangenheit vom ersten Korrelationsmaximum weg gehende] adaptive
Suchfensterschwelle.
Bei Ausführungsbeispielen ist die zweite Suchfensterschwelle eine progressive [z.B. in die Vergangenheit vom zweiten Korrelationsmaximum weg gehende] adaptive
Suchfensterschwelle.
Bei Ausführungsbeispielen ist der Empfänger konfiguriert, um die erste Suchfensterschwelle und/oder die zweite Suchfensterschwelle in Abhängigkeit von Signalparametern [z.B. Rauschen, Empfangspegel, SNR, Doppler, Frequenzoffset] des empfangenen akustischen Testsignals dynamisch anzupassen.
Bei Ausführungsbeispielen wird, wenn innerhalb des ersten Suchfensters Werte [z.B. Beträge oder Betragsquadrate] zumindest zweier erster Korrelationsnebenmaxima die erste Suchfensterschwelle übersteigen, der Empfangszeitpunkt basierend auf dem zeitlich frühesten ersten Korrelationsnebenmaximum aus den zumindest zwei ersten
Korrelationsnebenmaxima ermittelt.
Bei Ausführungsbeispielen wird, wenn innerhalb des zweiten Suchfensters Werte [z.B. Beträge oder Betragsquadrate] zumindest zweier zweiter Korrelationsnebenmaxima die zweite Suchfensterschwelle übersteigen, der Empfangszeitpunkt basierend auf dem zeitlich frühesten zweiten Korrelationsnebenmaximum aus den zumindest zwei zweiten
Korrelationsnebenmaxima ermittelt.
Bei Ausführungsbeispielen ist der Empfänger konfiguriert, um bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation eine echte Teilmenge der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals jeweils oder gruppenweise kohärent zu korrelieren. Bei Ausführungsbeispielen ist der Empfänger konfiguriert, um bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation alle der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals jeweils oder gruppenweise kohärent zu korrelieren.
Bei Ausführungsbeispielen ist der Empfänger konfiguriert, um bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation jeden Testsignalabschnitt der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals oder zumindest des Teils der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals einzeln mit einem korrespondierenden akustischen Referenzsignalabschnitt kohärent zu korrelieren.
Bei Ausführungsbeispielen ist der Empfänger konfiguriert, um bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation die akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals oder zumindest den Teil der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals gruppenweise mit korrespondierenden jeweiligen Referenzsignalabschnitten kohärent zu korrelieren, wobei jede Gruppe zumindest zwei Testsignalabschnitte aufweist und wobei jede Gruppe eine echte Teilmenge aller Testsignalabschnitte oder des Teils der akustischen Testsignalabschnitte ist.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein mobiles Endgerät [z.B. Smartphone oder Tablet], wobei das mobile Endgerät einen Empfänger gern einem der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen einen Sender, wobei der Sender konfiguriert ist, um ein akustisches Testsignal zu senden, wobei das akustische Testsignal in der Zeit sich periodisch wiederholende akustische Testsignalabschnitte aufweist, wobei die akustischen Testsignalabschnitte jeweils auf einer Folge mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten basieren, wobei gemäß dem vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten alle Betragsnebenmaxima einer Autokorrelationsfunktion der Folge gleich Null sind, oder
[z.B. bei Binärfolgen mit den Elementen e {0,1}] gleich Null und/oder Eins sind.
Bei Ausführungsbeispielen ist die Folge mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten eine aus einer komplexwertigen Zadoff-Chu-Folge, einer komplexwertigen P-phasigen Produktfolge, einer komplexwertigen perfekten Biphasen- oder Triphasen-Folge, einer binären m-Folge, einer binären Legendre-Folge.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen einen Sender, wobei der Sender konfiguriert ist, um ein akustisches Testsignal zu senden, wobei das akustische Testsignal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist, wobei die akustischen Testsignalabschnitte auf zumindest zwei unterschiedlichen Folgen mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten basieren, wobei gemäß dem vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten alle Betragsnebenmaxima von Autokorrelationsfunktionen und Kreuzkorrelationsfunktionen der zumindest zwei unterschiedlichen Folgen einen Schwellwert, der eine mit Eins oder Zwei multiplizierte Wurzel der Folgenlänge [L] der zumindest zwei Folgen nicht übersteigen [Schwellwert = 2 v [z.B. für komplexwertige Folgen], oder Schwellwert = 2 VI, [z.B. für reellwertige Folgen]].
Bei Ausführungsbeispielen sind die zumindest zwei Folgen mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten zumindest zwei Folgen aus der Familie von komplexwertigen Zadoff-Chu-Folgen, von komplexwertigen Cubic-phase Folgen, von komplexwertigen m-Folgen, von binären m-Folgen [z.B. Gold-Folgen oder Kasami-Folgen].
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein mobiles Endgerät, wobei das mobile Endgerät einen Sender gern einem der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zum Detektieren eines akustischen Testsignals. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Durchführens einer ersten kohärenten Korrelation und einer zweiten teilkohärenten Korrelation, um einen Empfangszeitpunkt des akustischen Testsignals oder zumindest eines Teils des akustischen Testsignals zu detektieren [z.B. zu ermitteln], wobei bei der Durchführung der ersten kohärenten Korrelation das empfangene akustische Testsignal mit einem akustischen Referenzsignal, das akustische Referenzsignalabschnitte aufweist, die mit den akustischen Testsignalabschnitten des empfangenen akustischen Testsignals korrespondieren, kohärent zu korrelieren, um ein erstes kohärentes Korrelationsergebnis zu erhalten, wobei bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation zumindest ein Teil [z.B. zumindest zwei [z.B. eine echte Teilmenge] oder alle] der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals jeweils mit einem korrespondierenden akustischen Referenzsignalabschnitt kohärent korreliert wird oder gruppenweise mit jeweiligen Referenzsignalabschnitten kohärent korreliert wird [z.B. wobei jede Gruppe zumindest zwei Testsignalabschnitte aufweist und wobei jede Gruppe eine echte Teilmenge aller Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals ist], um zumindest zwei Teilkorrelationsergebnisse [z.B. ein Teilkorrelationsergebnis pro Testsignalabschnitt oder pro Gruppe von Testsignalabschnitten] zu erhalten, und um die zumindest zwei Teilkorrelationsergebnisse inkohärent zu kombinieren [z.B. betragsmäßig zu addieren], um ein zweites teilkohärentes Korrelationsergebnis zu erhalten, wobei der Empfangszeitpunkt des akustischen Testsignals oder des zumindest einen Teils des akustischen Testsignals in Abhängigkeit von dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis [z.B. einem ersten Korrelationsmaximum oder Korrelationsnebenmaximum des ersten Korrelationsergebnisses] und dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis [z.B. einem zweiten Korrelationsmaximum oder Korrelationsnebenmaximum des zweiten Korrelationsergebnisses] basierend auf einem aus dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis oder dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis detektiert wird.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zum Senden eines akustischen Testsignals. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Sendens eines akustischen Testsignals, wobei die akustischen Testsignalabschnitte jeweils auf einer Folge mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten basieren, wobei gemäß dem vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten alle Betragsnebenmaxima einer Autokorrelationsfunktion der Folge gleich Null sind, oder
[z.B. bei Binärfolgen mit den Elementen e {0,1}] gleich Null und/oder Eins sind.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zum Senden eines akustischen Testsignals. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Sendens eines akustischen Testsignals, wobei die akustischen Testsignalabschnitte auf zumindest zwei unterschiedlichen Folgen mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten basieren, wobei gemäß dem vorgegebenen periodische Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten alle Betragsnebenmaxima von Autokorrelationsfunktionen und Kreuzkorrelationsfunktionen der zumindest zwei unterschiedlichen Folgen einen Schwellwert, der eine mit Eins oder Zwei multiplizierte Wurzel der Folgenlänge [L] der zumindest zwei Folgen nicht übersteigen [Schwellwert = 2 I [z.B. für komplexwertige Folgen], oder Schwellwert = 2VI, [Z. B. für reellwertige Folgen]]. Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten, die über eine Kurzdistanzfunkverbindung miteinander verbunden sind. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Sendens eines ersten akustischen Signals von einem ersten mobilen Endgerät zu einem zweiten mobilen Endgerät der zwei mobilen Endgeräte, wobei das erste akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen ersten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Sendens eines zweiten akustischen Signals von dem zweiten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät, wobei das zweite akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um einen dritten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem vierten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Ermittelns einer Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten und einem Detektionszeitpunkt aus dem ersten Satz von Detektionszeitpunkten, der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten korrespondiert, und einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten, der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten korrespondiert, und einem Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten, wobei bei zumindest einem der Schritte des
Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät,
Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät, Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät,
Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät eine erste kohärente Korrelation und eine zweite teilkohärente Korrelation durchgeführt wird, um einen Empfangszeitpunkt des jeweiligen akustischen Testsignals oder zumindest eines Teils des jeweiligen akustischen Testsignals zu detektieren [z.B. zu ermitteln], wobei bei der Durchführung der ersten kohärenten Korrelation das jeweilige akustische Testsignal mit einem akustischen Referenzsignal, das akustische Referenzsignalabschnitte aufweist, die mit den akustischen Testsignalabschnitten des jeweiligen akustischen Testsignals korrespondieren, kohärent zu korrelieren, um ein erstes kohärentes Korrelationsergebnis zu erhalten, wobei bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation zumindest ein Teil [z.B. zumindest zwei [z.B. eine echte Teilmenge] oder alle] der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals jeweils mit einem korrespondierenden akustischen Referenzsignalabschnitt kohärent korreliert wird oder gruppenweise mit jeweiligen Referenzsignalabschnitten kohärent korreliert wird [z.B. wobei jede Gruppe zumindest zwei Testsignalabschnitte aufweist und wobei jede Gruppe eine echte Teilmenge aller Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals ist], um zumindest zwei Teilkorrelationsergebnisse [z.B. ein Teilkorrelationsergebnis pro Testsignalabschnitt oder pro Gruppe von Testsignalabschnitten] zu erhalten, und um die zumindest zwei Teilkorrelationsergebnisse inkohärent zu kombinieren [z.B. betragsmäßig zu addieren], um ein zweites teilkohärentes Korrelationsergebnis zu erhalten, wobei der Empfangszeitpunkt des akustischen Testsignals oder des zumindest einen Teils des akustischen Testsignals in Abhängigkeit von dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis [z.B. einem ersten Korrelationsmaximum oder Korrelationsnebenmaximum des ersten Korrelationsergebnisses] und dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis [z.B. einem zweiten Korrelationsmaximum oder Korrelationsnebenmaximum des zweiten Korrelationsergebnisses] basierend auf einem aus dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis oder dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis detektiert wird.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten , die über eine Kurzdistanzfunkverbindung miteinander verbunden sind. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Sendens eines ersten akustischen Signals von einem ersten mobilen Endgerät zu einem zweiten mobilen Endgerät der zwei mobilen Endgeräte , wobei das erste akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen ersten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Sendens eines zweiten akustischen Signals von dem zweiten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät, wobei das zweite akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um einen dritten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem vierten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Ermittelns einer Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten und einem Detektionszeitpunkt aus dem ersten Satz von Detektionszeitpunkten, der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten korrespondiert, und einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten, der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten korrespondiert, und einem Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten, wobei die akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Testsignals und/oder des zweiten akustischen Testsignals jeweils auf einer Folge mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten basieren, wobei gemäß dem vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten alle Betragsnebenmaxima einer Autokorrelationsfunktion der Folge gleich Null sind, oder gleich Null und/oder Eins sind.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten , die über eine Kurzdistanzfunkverbindung miteinander verbunden sind. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Sendens eines ersten akustischen Signals von einem ersten mobilen Endgerät zu einem zweiten mobilen Endgerät der zwei mobilen Endgeräte , wobei das erste akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen ersten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Sendens eines zweiten akustischen Signals von dem zweiten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät, wobei das zweite akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um einen dritten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem vierten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Ermittelns einer Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten und einem Detektionszeitpunkt aus dem ersten Satz von Detektionszeitpunkten, der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten korrespondiert, und einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten, der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten korrespondiert, und einem Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten, wobei die akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Testsignals und/oder des zweiten akustischen Testsignals auf zumindest zwei unterschiedlichen Folgen mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten basieren, wobei gemäß dem vorgegebenen periodische Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten alle Betragsnebenmaxima von Autokorrelationsfunktionen und Kreuzkorrelationsfunktionen der zumindest zwei unterschiedlichen Folgen einen Schwellwert, der eine mit Eins oder Zwei multiplizierte Wurzel der Länge [n] der zumindest zwei Folgen nicht überstreiten [Schwellwert = 2L/H [Z.B. für komplexwertige Folgen], oder Schwellwert = 2Vn, [z.B. für reellwertige Folgen]].
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zur Entfernungsmessung zwischen einer Gruppe von mobilen Endgeräten mit drei oder mehr mobilen Endgeräten, wobei die Endgeräte der Gruppe von mobilen Endgeräten über eine Kurzdistanzfunkverbindung [z.B. Bluetooth] miteinander verbunden sind. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Durchführens von funkbasierten Entfernungsmessungen zwischen den Enderäten der Gruppe von mobilen Endgeräten unter Verwendung der Kurzdistanzfunkverbindung [z.B. Bluetooth Entfernungsmessungen] Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Durchführens von zumindest zwei ergänzenden akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen zwischen den Endgeräten der Gruppe von mobilen Endgeräten, wobei die zumindest zwei akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen zeitlich synchronisiert zu periodisch ausgesendeten akustischen Baken, die von einem mobilen Endgerät der Gruppe von mobilen Endgeräten ausgesendet werden, durchgeführt werden.
Bei Ausführungsbeispielen werden die zumindest zwei akustischen Zweiwege- Entfernungsmessungen jeweils ansprechend auf eine zugewiesene Aussendung einer akustischen Bake der periodisch ausgesendeten akustischen Baken durchgeführt.
Beispielsweise kann eine erste akustische Zweiwege-Entfernungsmessung zwischen einem ersten mobilen Endgerät und einem zweiten mobilen Endgerät ansprechend auf eine Aussendung einer ersten Bake durchgeführt werden, während eine zweite akustische Zweiwege-Entfernungsmessungen zwischen einem ersten mobilen Endgerät und einem dritten mobilen Endgerät ansprechend auf eine Aussendung einer zweiten Bake durchgeführt werden kann.
Bei Ausführungsbeispielen werden die Zeitpunkte der jeweiligen Aussendungen der akustischen Baken den jeweiligen mobilen Endgeräten über die Kurzdistanzfunkverbindung zugewiesen [z.B. durch das mobile Endgerät, das die akustischen Baken periodisch aussendet].
Bei Ausführungsbeispielen werden den jeweiligen mobilen Endgeräten über die Kurzdistanzfunkverbindung jeweilige Testsignale aus einer Gruppe von Testsignalen zugewiesen [z.B. durch das mobile Endgerät, das die akustischen Baken periodisch aussendet]. Bei Ausführungsbeispielen wird zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Aussendungen von akustischen Baken der periodisch ausgesendeten akustischen Baken genau eine akustische Zweiwege-Entfernungsmessung der zumindest zwei akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen durchgeführt.
Bei Ausführungsbeispielen ist ein zeitlicher Abstand zwischen den periodisch ausgesendeten akustischen Baken größer als eine für die Durchführung einer der zumindest zwei akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen erforderliche Zeit.
Bei Ausführungsbeispielen sind die akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen akustische ETOA-Entfernungsmessungen [z.B. Messungen verstrichener Zeiten zwischen zwei Ankunftszeiten]
Bei Ausführungsbeispielen weist die Durchführung einer ersten akustischen Zweiwege- Entfernungsmessung der zumindest zwei akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen folgende Schritten auf: Senden eines ersten akustischen Signals von einem ersten mobilen Endgerät zu einem zweiten mobilen Endgerät der Gruppe von mobilen Endgeräten, wobei das erste akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist; Detektieren der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen ersten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten; Detektieren der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten; Senden eines zweiten akustischen Signals von dem zweiten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät, wobei das zweite akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist; Detektieren der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um einen dritten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten; Detektieren der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem vierten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten; Ermitteln einer Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten und einem Detektionszeitpunkt aus dem ersten Satz von Detektionszeitpunkten, der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten korrespondiert, und einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten, der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten korrespondiert, und einem Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten.
Bei Ausführungsbeispielen weist die Durchführung einer zweiten akustischen Zweiwege- Entfernungsmessung der zumindest zwei akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen folgende Schritte auf: Senden eines dritten akustischen Signals von einem ersten mobilen Endgerät zu einem dritten mobilen Endgerät der Gruppe von mobilen Endgeräten, wobei das dritte akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist; Detektieren der akustischen Testsignalabschnitte des dritten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen fünften Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten; Detektieren der akustischen Testsignalabschnitte des dritten akustischen Signals mit dem dritten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem sechsten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten; Senden eines vierten akustischen Signals von dem dritten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät, wobei das vierte akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist; Detektieren der akustischen Testsignalabschnitte des vierten akustischen Signals mit dem dritten mobilen Endgerät, um einen siebten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten; Detektieren der akustischen Testsignalabschnitte des vierten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte des vierten akustischen Signals zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem achten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten; Ermitteln einer Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem dritten mobilen Endgerät basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem achten Satz von Detektionszeitpunkten und einem Detektionszeitpunkt aus dem fünften Satz von Detektionszeitpunkten, der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem sechsten Satz von Detektionszeitpunkten korrespondiert, und einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem siebten Satz von Detektionszeitpunkten, der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem achten Satz von Detektionszeitpunkten korrespondiert, und einem Detektionszeitpunkt aus dem sechsten Satz von Detektionszeitpunkten. Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein mobiles Endgerät, wobei das mobile Endgerät konfiguriert ist, um sich über eine Kurzdistanzfunkverbindung [z.B. Bluetooth] mit einer Gruppe von mobilen Endgeräten [z.B. Bluetooth Piconet] zu verbinden, wobei das mobile Endgerät konfiguriert ist, um über die Kurzdistanzfunkverbindung eine funkbasierte Entfernungsmessung zu zumindest einem anderen mobilen Endgerät der Gruppe von mobilen Endgeräten durchzuführen, wobei das mobile Endgerät konfiguriert ist, um zumindest eine ergänzende akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen zu dem zumindest einen anderen mobilen Endgerät durchzuführen, wobei das mobile Endgerät konfiguriert ist, um die zumindest eine ergänzende akustische Zweiwege-Entfernungsmessungen zeitlich synchronisiert zu einer akustischen Bake durchzuführen.
Bei Ausführungsbeispielen wird die akustische Bake von dem mobilen Endgerät selber ausgesendet.
Bei Ausführungsbeispielen wird die akustische Bake von einem anderen mobilen Endgerät der Gruppe von mobilen Endgeräten ausgesendet.
Bei Ausführungsbeispielen ist die akustische Bake eine dem mobilen Endgerät über die Kurzdistanzfunkverbindung zugewiesene akustische Bake aus einer Mehrzahl von periodisch ausgesendeten akustischen Baken.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zum Betrieb eines mobilen Endgeräts. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Verbindens des mobilen Endgeräts über eine Kurzdistanzfunkverbindung [z.B. Bluetooth] mit einer Gruppe von mobilen Endgeräten [z.B. Bluetooth Piconet] Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Durchführens zumindest einer funkbasierten Entfernungsmessung zu zumindest einem anderen mobilen Endgerät der Gruppe von mobilen Endgeräten über die Kurzdistanzfunkverbindung. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Durchführens zumindest einer ergänzenden akustischen Zweiwege-Entfernungsmessung zu dem zumindest einen anderen mobilen Endgerät, wobei die zumindest eine ergänzende akustische Zweiwege-Entfernungsmessungen zeitlich synchronisiert zu einer akustischen Bake durchgeführt wird.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens gern einem der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele, wenn das Computerprogramm auf einem Computer, Microprozessor oder softwarebasierten Empfänger [z.B. SDR-Empfänger (SDR = Software defined radio)] abläuft. Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben, die mit den obigen Ausführungsbeispielen kombiniert werden können. Insbesondere können bei den folgenden Ausführungsbeispielen für die Detektion die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der empfängerseitig durchgeführten Detektion zum Einsatz kommen. Ferner können bei den folgenden Ausführungsbeispielen die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der senderseitig gesendeten Testsignale zum Einsatz kommen.
Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten, die über eine Kurzdistanzfunkverbindung [z.B. WPAN, wie z.B. Bluetooth] miteinander verbunden sind. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Sendens eines ersten akustischen Testsignals von einem ersten mobilen Endgerät zu einem zweiten mobilen Endgerät der zwei mobilen Endgeräte. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Detektierens des ersten akustischen Testsignals mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen ersten Detektionszeitpunkt (ΪAI) ZU erhalten. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Detektierens des ersten akustischen Testsignals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um einen zweiten Detektionszeitpunkt (tBi) zu erhalten sofern eine Detektion des ersten akustischen Testsignals erfolgreich war, und Senden einer Wiederholungsaufforderung über die Kurzdistanzfunkverbindung von dem zweiten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät sofern eine Detektion des ersten akustischen Testsignals nicht erfolgreich war. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des wiederholten Sendens des ersten akustischen Testsignals und wiederholtes Detektieren des ersten akustischen Testsignals durch das erste mobile Endgerät ansprechend auf die Wiederholungsaufforderung [z.B. bis eine Detektion des wiederholt gesendeten ersten akustischen Testsignals beim zweiten mobilen Endgerät zum neuen wiederholten zweiten Detektionszeitpunkt (tBi) erfolgreich ist]. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des wiederholten Sendens eines zweiten akustischen Testsignals von dem zweiten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät [z.B. ansprechend auf die erfolgreiche Detektion des ersten akustischen Testsignals durch das zweite mobile Endgerät]- Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des wiederholten Detektierens des zweiten akustischen Testsignals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um einen Satz von dritten Detektionszeitpunkten (tB3 tBs, tB7, ... ) zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Detektierens des zweiten akustischen Testsignals mit dem ersten mobilen Endgerät, um zumindest einen Detektionszeitpunkt (i«) aus einem Satz von vierten Detektionszeitpunkten (tA3, tA5, tA7, ...) zu erhalten, und Senden einer Detektionsbestätigung über die Kurzdistanzfunkverbindung von dem ersten mobilen Endgerät zu dem zweiten mobilen Endgerät sofern eine vorgegebene Anzahl an erfolgreichen Detektionen des zweiten akustischen Testsignals durch das erste mobile Endgerät erreicht ist, wobei das zweite akustische Testsignal solange wiederholt gesendet wird, bis das zweite mobile Endgerät von dem ersten mobilen Endgerät über die Kurzdistanzfunkverbindung die Detektionsbestätigung empfängt oder ein Abbruchkriterium erfüllt ist. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Ermittelns einer Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt (i«) aus dem Satz von vierten Detektionszeitpunkten (†A3, tA5, 7, ...) [z.B. der bei dem Schritt des Detektierens erhalten wurde] und dem ersten (ΪAI) Detektionszeitpunkt, und einer Differenz zwischen einem [z.B. mit dem Detektionszeitpunkt aus dem Satz von vierten Detektionszeitpunkten [z.B. zeitlich] korrespondierenden] Detektionszeitpunkt (tB3) aus dem Satz von dritten Detektionszeitpunkten (tB3, tBs, tB7, ) und dem zweiten Detektionszeitpunkt (tB1).
Bei Ausführungsbeispielen wird die Differenz zwischen dem einem Detektionszeitpunkt (i«) aus dem Satz von vierten Detektionszeitpunkten (†A3, tA5, 7, ...) und dem ersten Detektionszeitpunkt (ΪAI), oder zumindest der eine Detektionszeitpunkt aus dem Satz von vierten Detektionszeitpunkten (tA3, tA5, tA7, ) und der erste Detektionszeitpunkt (ΪAI) von dem ersten mobilen Endgerät zu dem zweiten mobilen Endgerät über die
Kurzdistanzfunkverbindung übertragen, wobei der Schritt des Ermittelns der Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät durch das zweite mobile Endgerät durchgeführt wird.
Bei Ausführungsbeispielen wird die Differenzen zwischen den Detektionszeitpunkten aus dem Satz von dritten Detektionszeitpunkten (tB3, tBs, tB7, ... ) und dem zweiten Detektionszeitpunkt (tBi), oder alle Detektionszeitpunkte aus dem Satz von dritten Detektionszeitpunkten (tB3, tBs, tB7, ... ) und der zweite Detektionszeitpunkt (tB1) von dem zweiten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät über die
Kurzdistanzfunkverbindung übertragen, wobei der Schritt des Ermittelns der Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät durch das erste mobile Endgerät durchgeführt wird.
Bei Ausführungsbeispielen ist der erste Detektionszeitpunkt (ΪAI) im Falle der wiederholten Aussendung des ersten akustischen Testsignals der Detektionszeitpunkt der letzten Aussendung des ersten akustischen Testsignals der wiederholten Aussendung des ersten akustischen Testsignals, und/oder wobei der eine Detektionszeitpunkt aus dem Satz von dritten Detektionszeitpunkten (fe, tes, tei, ...) mit dem einen Detektionszeitpunkt aus dem Satz von vierten Detektionszeitpunkten (tA3, tAs, tA7, ...) zeitlich korrespondiert.
Bei Ausführungsbeispielen weist das Verfahren ferner einen dem Schritt des Sendens des ersten akustischen Testsignals vorgelagerten Schritt des Ermittelns von Wahrscheinlichkeiten für eine erfolgreiche Übertragung von akustischen Testsignalen [z.B. in beiden Richtungen] zwischen den zwei mobilen Endgeräten auf, wobei das erste mobile Endgerät dasjenige mobile Endgerät der zwei mobilen Endgeräte ist, dessen zu dem anderen mobilen Endgerät der zwei mobilen Endgeräte ausgesendetes akustisches Testsignal eine höhere Wahrscheinlichkeit für eine erfolgreiche Übertragung aufweist als ein von dem anderen mobilen Endgerät ausgesendetes akustisches Testsignal, wobei das zweite mobile Endgerät das andere mobile Endgerät ist.
Bei Ausführungsbeispielen wird der vorgelagerte Schritt des Ermittelns von Wahrscheinlichkeiten für eine erfolgreiche Übertragung von akustischen Testsignalen zwischen den zwei mobilen Endgeräten durchgeführt, wenn ein zeitlicher Aufwand für eine Übertragung einer Wiederholungsaufforderung über die Kurzdistanzfunkverbindung größer ist, als ein zeitlicher Aufwand für eine Übertragung eines akustischen Testsignals.
Bei Ausführungsbeispielen ist die vorgegebene Anzahl an erfolgreichen Detektionen gleich eins.
Bei Ausführungsbeispielen ist die vorgegebene Anzahl an erfolgreichen Detektionen größer gleich zwei.
Bei Ausführungsbeispielen wird bei dem Ermitteln der Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät die Entfernung ferner basierend auf zumindest einer mit der halben Schallgeschwindigkeit gewichteten zweiten Differenzen zwischen einer Differenz zwischen einem anderen Detektionszeitpunkt ( tA7 ) aus dem Satz von vierten Detektionszeitpunkten ( tA3 , tAs, tA7, ) [z.B. der bei dem Schritt des Detektierens erhalten wurde] und dem ersten (tAi) Detektionszeitpunkt, und einer Differenz zwischen einem [z.B. mit dem anderen Detektionszeitpunk aus dem Satz von vierten Detektionszeitpunkten [z.B. zeitlich] korrespondieren] anderen Detektionszeitpunkt ( tß7 ) aus dem Satz von dritten Detektionszeitpunkten ( tß3 , tes, tß7, ... ) und dem zweiten Detektionszeitpunkt ( tei ) ermittelt. Bei Ausführungsbeispielen wird eine Länge des von dem ersten mobilen Endgeräts ausgesendeten ersten akustischen Testsignals und/oder eine Länge des von dem zweiten mobilen Endgeräts ausgesendeten zweiten akustischen Testsignals nach einer vorgegebenen Anzahl an nicht erfolgreichen Detektionen durch das jeweils andere mobile Endgerät verändert [z.B. vergrößert].
Bei Ausführungsbeispielen wird bei dem wiederholten Senden des zweiten akustischen Testsignals das zweite akustische Testsignal wiederholt ausgesendet durch Senden eines zweiten akustischen Signals, das in der Zeit [z.B. periodische oder nicht periodische] akustische Testsignalabschnitte aufweist, die die wiederholten Aussendungen des zweiten akustischen Testsignals bilden, wobei bei dem wiederholten Detektieren des zweiten akustischen Testsignals mit dem zweiten mobilen Endgerät die akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät detektiert werden, um den dritten Satz von Detektionszeitpunkten (tB9, tBn, tBi3, tBis) zu erhalten, wobei bei dem Detektieren des zweiten akustischen Testsignals mit dem ersten mobilen Endgerät die akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät detektiert werden, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals den zumindest einen Detektionszeitpunktaus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (fog, tAn, tAi3, tAis) zu erhalten.
Bei Ausführungsbeispielen weist das Verfahren ferner einen Schritt des Detektierens des zweiten akustischen Signals mit den akustischen Testsignalabschnitten mit dem ersten mobilen Endgerät durch Korrelation des zweiten akustischen Signals mit einem zweiten akustischen Referenzsignal, um, bei einer erfolgreichen Detektion durch die Korrelation, alle Detektionszeitpunkte aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten ( g, tAn, tAi3, tAis) zu erhalten.
Bei Ausführungsbeispielen sind zwischen den akustischen Testsignalabschnitten des zweiten Signals akustische Pausen vorhanden.
Bei Ausführungsbeispielen wird eine Länge des von dem ersten mobilen Endgerät ausgesendeten ersten akustischen Testsignals nach einer vorgegebenen Anzahl an nicht erfolgreicher Detektionen durch das zweite mobile Endgerät verändert [z.B. vergrößert], wobei Längen der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten Signals nach einer vorgegebenen Anzahl an nicht erfolgreicher Detektionen durch das zweite mobile Endgerät verändert [z.B. vergrößert] werden.
Bei Ausführungsbeispielen wird die Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät ferner basierend auf einer Konstanten ermittelt.
Bei Ausführungsbeispielen basiert die Konstante auf einer Differenz zwischen einem Zeitpunkt eines Detektierens, mit dem ersten mobilen Endgerät, eines von dem ersten mobilen Endgerät gesendeten ersten akustischen Signals [z.B. des ersten akustischen Testsignals] und dem Zeitpunkt des Sendens des ersten akustischen Signals, wobei die Konstante auf einer Differenz zwischen einem Zeitpunkt eines Detektierens, mit dem zweiten mobilen Endgerät, eines von dem zweiten mobilen Endgerät gesendeten zweiten akustischen Signals [z.B. des zweiten akustischen Testsignals] und dem Zeitpunkt des Sendens des zweiten akustischen Signals basiert.
Bei Ausführungsbeispielen wird bei dem Senden des ersten akustischen Testsignals das erste akustische Testsignal mit einem Lautsprecher des ersten mobilen Endgeräts erzeugt, und/oder wobei bei dem Senden des zweiten akustischen Testsignals das zweite akustische Testsignal mit einem Lautsprecher des zweiten mobilen Endgeräts erzeugt wird.
Bei Ausführungsbeispielen wird bei dem Detektieren des ersten akustischen Testsignals mit dem ersten mobilen Endgerät das erste akustische Testsignal mit einem Mikrofon des ersten mobilen Endgeräts detektiert, und/oder wobei bei dem Detektieren des ersten akustischen Testsignals mit dem zweiten mobilen Endgerät das erste akustische Testsignal mit einem Mikrofon des zweiten mobilen Endgeräts detektiert wird, und/oder wobei bei dem Detektieren des zweiten akustischen Testsignals mit dem zweiten mobilen Endgerät das zweite akustische Testsignal mit dem Mikrofon des zweiten mobilen Endgeräts detektiert wird, und/oder wobei bei dem wiederholten Detektieren des zweiten akustischen Testsignals mit dem ersten mobilen Endgerät das zweite akustische Testsignal mit dem Mikrofon des ersten mobilen Endgeräts detektiert wird.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein erstes mobiles Endgerät, wobei das erste mobile Endgerät über eine Kurzdistanzfunkverbindung [z.B. WPAN, wie z.B. Bluetooth] mit einem zweiten mobilen Endgerät verbunden ist, wobei das erste mobile Endgerät konfiguriert ist, um ein erstes akustisches Testsignal zu dem zweiten mobilen Endgerät zu senden, wobei das erste mobile Endgerät konfiguriert ist, um das erste akustischen Testsignal zu detektieren, um einen ersten Detektionszeitpunkt ZU erhalten, wobei das erste mobile Endgerät konfiguriert ist, um, ansprechend auf einen Empfang einer von dem zweiten mobilen Endgerät über die Kurzdistanzfunkverbindung ausgesendeten Wiederholungsaufforderung, die von dem zweiten mobilen Endgerät ausgesendet wird sofern eine Detektion des ersten akustischen Testsignals durch das zweite mobile Endgerät nicht erfolgreich war, das erste akustische Testsignal wiederholt auszusenden und das erste akustische Testsignal wiederholt zu detektieren, um den ersten Detektionszeitpunkt (tAi) ZU aktualisieren, wobei das erste mobile Endgerät konfiguriert ist, um ein von dem zweiten mobilen Endgerät wiederholt ausgesendetes akustisches Testsignal zu detektieren, um zumindest einen Detektionszeitpunkt (tA3) aus einem Satz von vierten Detektionszeitpunkten (tA3, tA5, tA7, ...) zu erhalten, und um eine Detektionsbestätigung über die Kurzdistanzfunkverbindung zu dem zweiten mobilen Endgerät zu senden sofern eine vorgegebene Anzahl an erfolgreichen Detektionen des zweiten akustischen Testsignals erreicht ist, wobei das zweite akustische Testsignal von dem zweiten mobilen Endgerät solange wiederholt gesendet wird, bis das zweite mobile Endgerät von dem ersten mobilen Endgerät über die Kurzdistanzfunkverbindung die Detektionsbestätigung empfängt oder ein Abbruchkriterium erfüllt ist, wobei das erste mobile Endgerät konfiguriert ist, um über die Kurzdistanzfunkverbindung von dem zweiten mobilen Endgerät eine Information über einen zweiten Detektionszeitpunkt einer Detektion des ersten akustischen Signals durch das zweite mobile Endgerät und [z.B. alle] Detektionszeitpunkte aus einem Satz von dritten Detektionszeitpunkten von Detektionen des wiederholten ausgesendeten zweiten akustischen Signals durch das zweite mobile Endgerät, oder
Differenzen zwischen den Detektionszeitpunkten aus dem Satz von dritten Detektionszeitpunkten (fe, tes, tß7, ... ) und dem zweiten Detektionszeitpunkt (tei) zu empfangen, wobei das erste mobile Endgerät konfiguriert ist, um eine Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt (i«) aus dem Satz von vierten Detektionszeitpunkten (tA3, \5, tA7, ...) [z.B. der bei dem Schritt des Detektierens erhalten wurde] und dem ersten (tAi) Detektionszeitpunkt, und einer Differenz zwischen einem [z.B. mit dem Detektionszeitpunkt aus dem Satz von vierten Detektionszeitpunkten [z.B. zeitlich] korrespondierenden] Detektionszeitpunkt (fs3) aus dem Satz von dritten Detektionszeitpunkten (tß3, tes, tß7, ... ) und dem zweiten Detektionszeitpunkt (tei) zu ermitteln.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zum Ermitteln einer Entfernung zwischen zwei mobilen Endgeräten, die über eine Kurzdistanzfunkverbindung [z.B. WPAN, wie z.B. Bluetooth] miteinander verbunden sind. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Sendens eines ersten akustischen Testsignals mit einem ersten mobilen Endgerät zu einem zweiten mobilen Endgerät der zwei mobilen Endgeräte. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Detektierens des ersten akustischen Testsignals mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen ersten Detektionszeitpunkt (ΪAI) ZU erhalten. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des wiederholten Sendens des ersten akustischen Testsignals und wiederholtes Detektieren des ersten akustischen Testsignals mit dem ersten mobilen Endgerät ansprechend auf einen Empfang einer von dem zweiten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät über die Kurzdistanzfunkverbindung ausgesendeten Wiederholungsaufforderung, die von dem zweiten mobilen Endgerät ausgesendet wird sofern eine Detektion des ersten akustischen Testsignals durch das zweite mobile Endgerät nicht erfolgreich war. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Detektierens eines von dem zweiten mobilen Endgerät wiederholt ausgesendeten zweiten akustischen Testsignals mit dem ersten mobilen Endgerät, um zumindest einen Detektionszeitpunkt (i«) aus einem Satz von vierten Detektionszeitpunkten (ΪA3, s, , ) zu erhalten, und Senden einer Detektionsbestätigung über die Kurzdistanzfunkverbindung von dem ersten mobilen Endgerät zu dem zweiten mobilen Endgerät sofern eine vorgegebene Anzahl an erfolgreichen Detektionen des zweiten akustischen Testsignals erreicht ist, wobei das zweite akustische Testsignal von dem zweiten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät solange wiederholt gesendet wird, bis das zweite mobile Endgerät von dem ersten mobilen Endgerät über die Kurzdistanzfunkverbindung die Detektionsbestätigung empfängt oder ein Abbruchkriterium erfüllt ist. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Empfangens mit dem ersten mobilen Endgerät einer von dem zweiten mobilen Endgerät über die Kurzdistanzfunkverbindung ausgesendeten Information über einen zweiten Detektionszeitpunkt einer Detektion des ersten akustischen Signals durch das zweite mobile Endgerät und [z.B. alle] Detektionszeitpunkte aus einem Satz von dritten Detektionszeitpunkten von Detektionen des wiederholten ausgesendeten zweiten akustischen Signals, oder
Differenzen zwischen den Detektionszeitpunkten aus dem Satz von dritten Detektionszeitpunkten (tB3, tBs, tB7, ) und dem zweiten Detektionszeitpunkt (tB1). Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Ermittelns mit dem ersten mobilen Endgerät einer Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt (i«) aus dem Satz von vierten Detektionszeitpunkten (†A3, tA5, 7, ...) [z.B. der bei dem Schritt des Detektierens erhalten wurde] und dem ersten (ΪAI) Detektionszeitpunkt, und einer Differenz zwischen einem [z.B. mit dem Detektionszeitpunkt aus dem Satz von vierten Detektionszeitpunkten [z.B. zeitlich] korrespondierenden] Detektionszeitpunkt (fs3) aus dem Satz von dritten Detektionszeitpunkten (tß3, tes, tß7, ... ) und dem zweiten Detektionszeitpunkt (tei).
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten, die über eine Kurzdistanzfunkverbindung [z.B. WPAN, wie z.B. Bluetooth] miteinander verbunden sind. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Sendens eines ersten akustischen Signals von einem ersten mobilen Endgerät zu einem zweiten mobilen Endgerät der zwei mobilen Endgeräte, wobei das erste akustische Signal in der Zeit [z.B. periodische oder nicht periodische] akustische Testsignalabschnitte aufweist. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen ersten Satz von Detektionszeitpunkten (tAi, tA3, Us, Ui) zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten ( tei , fa, tes, tei) zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Sendens eines zweiten akustischen Signals von dem zweiten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät, wobei das zweite akustische Signal in der Zeit [z.B. periodische oder nicht periodische] akustische Testsignalabschnitte aufweist. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um einen dritten Satz von Detektionszeitpunkten (feg, ten, fe«, teis) zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (tA9, U11, U13, tA15) zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Ermittelns einer Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen einer Differenz zwischen einem [z.B. erfolgreichen] Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (tA9, tAn, U13, U15) [z.B. der bei dem Schritt des Detektierens erhalten wurde] und einem Detektionszeitpunkt aus dem ersten Satz von Detektionszeitpunkten ( tAi , tA3, tAs, Ui), der mit dem [z.B. erfolgreichen] Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten ( tei , tea, tes, tei) [z.B. zeitlich] korrespondiert, und einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten (feg, ten, fe«, tBis), der mit dem [z.B. erfolgreichen] Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (tA9, tAn, tAi3, tAis) [z.B. zeitlich] korrespondiert, und einem [z.B. erfolgreichen] Detektionszeitpunktaus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten ( tBi , tB3, tBs, tBi).
Bei Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren ferner einen Schritt des Detektierens des ersten akustischen Signals mit den akustischen Testsignalabschnitten mit dem zweiten mobilen Endgerät durch Korrelation des ersten akustischen Signals mit einem ersten akustischen Referenzsignal, um, bei einer erfolgreichen Detektion durch die Korrelation, alle Detektionszeitpunkte aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten ( tBi , tB3, tB s, tB7) zu erhalten.
Bei Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren ferner einen Schritt des Detektierens des zweiten akustischen Signals mit den akustischen Testsignalabschnitten mit dem ersten mobilen Endgerät durch Korrelation des zweiten akustischen Signals mit einem zweiten akustischen Referenzsignal, um, bei einer erfolgreichen Detektion durch die Korrelation, alle Detektionszeitpunkte aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (tA9, tAn, tAi3, tAis) zu erhalten.
Bei Ausführungsbeispielen wird die Differenzen zwischen dem einen [z.B. erfolgreichen] Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (tA9, tAn, tAi3, tAii) und allen Detektionszeitpunkten aus dem ersten Satz von Detektionszeitpunkten (tAi, tA3, tA5, tA7), oder zumindest der eine [z.B. erfolgreiche] Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (tA9, tAn, tAi3, tAis) und alle Detektionszeitpunkte aus dem ersten Satz von Detektionszeitpunkten ( tAi , tA3, tAs, tA7) von dem ersten mobilen Endgerät zu dem zweiten mobilen Endgerät über die Kurzdistanzfunkverbindung übertragen, wobei der Schritt des Ermittelns der Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät durch das zweite mobile Endgerät durchgeführt wird.
Bei Ausführungsbeispielen wird die Differenzen zwischen allen Detektionszeitpunkten aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten (feg, tBn, tBi3, fe?s) und dem einen [z.B. erfolgreichen] Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten ( tßi , tß3, fe s, tei), oder alle Detektionszeitpunkte aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten (feg, ten, fe«, teiö) und zumindest der eine [z.B. erfolgreiche] Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten ( tei , tes, tes, tei) von dem zweiten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät über die Kurzdistanzfunkverbindung übertragen, wobei der Schritt des Ermittelns der Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät durch das erste mobile Endgerät durchgeführt wird.
Bei Ausführungsbeispielen wird bei dem Ermitteln der Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät die Entfernung ferner basierend auf zumindest einer mit der halben Schallgeschwindigkeit gewichteten zweiten Differenzen zwischen einer Differenz zwischen einem [z.B. erfolgreichen] anderen Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten ( g, tAn, tAi3, U15) [z.B. der bei dem Schritt des Detektierens erhalten wurde] und einem anderen Detektionszeitpunkt aus dem ersten Satz von Detektionszeitpunkten ( †AI , tA3, s, ), der mit einem [z.B. erfolgreichen] anderen Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten ( tei , tes, tes, tei) [z.B. zeitlich] korrespondiert, und einer Differenz zwischen einem anderen Detektionszeitpunkt aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten (feg, ten, fe«, teis), der mit einem anderen [z.B. erfolgreichen] Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (fog, tAn, tAi3, tAis) [z.B. zeitlich] korrespondiert und einem [z.B. erfolgreichen] anderen Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten ( tei , faj, tes, tei) ermittelt.
Bei Ausführungsbeispielen weist das erste akustische Signal zwischen den akustischen Testsignalabschnitten akustische Pausen auf, und/oder wobei das zweite akustische Signal zwischen den akustischen Testsignalabschnitten akustische Pausen aufweist.
Bei Ausführungsbeispielen werden Längen der akustischen Testsignalabschnitte des von dem ersten mobilen Endgerät ausgesendeten ersten akustischen Signals und/oder Längen der akustischen Testsignalabschnitte des von dem zweiten mobilen Endgerät ausgesendeten zweiten akustischen Signals nach einer vorgegebenen Anzahl an nicht erfolgreicher Detektionen durch das jeweils andere mobile Endgerät verändert [z.B. vergrößert]. Bei Ausführungsbeispielen werden das erste akustische Testsignal und das zweite akustische Testsignal zumindest teilweise zeitlich ineinander verschachtelt ausgesendet, derart dass sich die akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals und die akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals aufgrund der akustischen Pausen zeitlich nicht überlappen.
Bei Ausführungsbeispielen wird die Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät ferner basierend auf einer Konstanten ermittelt.
Bei Ausführungsbeispielen basiert die Konstante auf einer Differenz zwischen einem Zeitpunkt eines Detektierens, mit dem ersten mobilen Endgerät, eines von dem ersten mobilen Endgerät gesendeten ersten akustischen Signals [z.B. des ersten akustischen Testsignals] und dem Zeitpunkt des Sendens des ersten akustischen Signals basiert, und wobei die Konstante auf einer Differenz zwischen einem Zeitpunkt eines Detektierens, mit dem zweiten mobilen Endgerät, eines von dem zweiten mobilen Endgerät gesendeten zweiten akustischen Signals [z.B. des zweiten akustischen Testsignals] und dem Zeitpunkt des Sendens des zweiten akustischen Signals basiert.
Bei Ausführungsbeispielen wird bei dem wiederholten Senden des ersten akustischen Testsignals das erste akustische Testsignal mit einem Lautsprecher des ersten mobilen Endgeräts erzeugt, und/oder wobei bei dem wiederholten Senden des zweiten akustischen Testsignals das zweite akustische Testsignal mit einem Lautsprecher des zweiten mobilen Endgeräts erzeugt wird.
Bei Ausführungsbeispielen wird bei dem wiederholten Detektieren des ersten akustischen Testsignals mit dem ersten mobilen Endgerät das erste akustische Testsignal mit einem Mikrofon des ersten mobilen Endgeräts detektiert, und/oder wobei bei dem wiederholten Detektieren des ersten akustischen Testsignals mit dem zweiten mobilen Endgerät das erste akustische Testsignal mit einem Mikrofon des zweiten mobilen Endgeräts detektiert wird, und/oder wobei bei dem wiederholten Detektieren des zweiten akustischen Testsignals mit dem zweiten mobilen Endgerät das zweite akustische Testsignal mit dem Mikrofon des zweiten mobilen Endgeräts detektiert wird, und/oder wobei bei dem Detektieren des zweiten akustischen Testsignals mit dem ersten mobilen Endgerät das zweite akustische Testsignal mit dem Mikrofon des ersten mobilen Endgeräts detektiert wird.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein erstes mobiles Endgerät, wobei das erste mobile Endgerät über eine Kurzdistanzfunkverbindung [z.B. WPAN, wie z.B. Bluetooth] mit einem zweiten mobilen Endgerät verbunden ist, wobei das erste mobile Endgerät konfiguriert ist, um ein erstes akustisches Signal zu dem zweiten mobilen Endgerät zu senden, wobei das erste akustische Signal in der Zeit [z.B. periodische oder nicht periodische] akustische Testsignalabschnitte aufweist, wobei das erste mobile Endgerät konfiguriert ist, um die akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals zu detektieren, um einen ersten Satz von Detektionszeitpunkten (tAi, tA3, tAs, tA7) zu erhalten, wobei das erste mobile Endgerät konfiguriert ist, um akustische Testsignalabschnitte eines von dem zweiten mobilen Endgerät ausgesendeten zweiten akustischen Signals zu detektieren, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (tA9, tAn, tM3, tA15) zu erhalten, wobei das erste mobile Endgerät konfiguriert ist, um über die Kurzdistanzfunkverbindung von dem zweiten mobilen Endgerät eine Information über
[z.B. alle] Detektionszeitpunkte aus einem dritten Satz von Detektionszeitpunkten (feg, ten, tßi3, tßi5) von Detektionen der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals durch das zweite mobile Endgerät und zumindest einen [z.B. erfolgreiche] Detektionszeitpunkt aus einem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten ( tßi , tß3, tß 5, tßi) von Detektionen der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals durch das zweite mobile Endgerät, oder
Differenzen zwischen [z.B. allen] Detektionszeitpunkten aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten (tßg, ten, tßi3, tBis) und dem einen [z.B. erfolgreichen]
Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten ( tßi , tß3, tBs, tßi), zu empfangen, wobei das erste mobile Endgerät konfiguriert ist, um eine Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen einer Differenz zwischen einem [z.B. erfolgreichen] Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (tAg, tAn, tAi3, tAi£) [z.B. der bei dem Schritt des Detektierens erhalten wurde] und einem Detektionszeitpunkt aus dem ersten Satz von Detektionszeitpunkten ( tA1 , tA3, tA5, tA7 ), der mit dem [z.B. erfolgreichen]
Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten ( tB1 , tB3, tBs, tB7) [z.B. zeitlich] korrespondiert, und einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten (tBg, tBn, tBi3, tBis), der mit dem [z.B. erfolgreichen]
Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (tA9, tAn, tAi3, 15 ) [z.B. zeitlich] korrespondiert, und einem [z.B. erfolgreichen] Detektionszeitpunktaus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten ( tBi , tB3, tB5, tB7) zu ermitteln. Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zum Ermitteln einer Entfernung zwischen zwei mobilen Endgeräten, die über eine Kurzdistanzfunkverbindung [z.B. WPAN, wie z.B. Bluetooth] miteinander verbunden sind. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Sendens eines ersten akustischen Signals mit einem ersten mobilen Endgerät zu einem zweiten mobilen Endgerät der zwei mobilen Endgeräte, wobei das erste akustische Signal in der Zeit [z.B. periodische oder nicht periodische] akustische Testsignalabschnitte aufweist. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen ersten Satz von Detektionszeitpunkten ( tA1 , tA3, tA5, tAi) zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Detektierens von akustischen Testsignalabschnitten eines von dem zweiten mobilen Endgerät ausgesendeten zweiten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (tAg, tAn, tAn, ) zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Empfangens mit dem ersten mobilen Endgerät einer von dem zweiten mobilen Endgerät über die Kurzdistanzfunkverbindung ausgesendeten Information über
[z.B. alle] Detektionszeitpunkte aus einem dritten Satz von Detektionszeitpunkten (feg, ten, tßi3, tßi5) von Detektionen der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals durch das zweite mobile Endgerät und zumindest einen [z.B. erfolgreiche] Detektionszeitpunkt aus einem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten ( tßi , tß3, tß 5, tßi) von Detektionen der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals durch das zweite mobile Endgerät, oder
Differenzen zwischen [z.B. allen] Detektionszeitpunkten aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten (tßg, ten, tßi3, tßis) und dem einen [z.B. erfolgreichen]
Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten ( tßi , tß3, tes, tßi). Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Ermittelns mit dem ersten mobilen Endgerät einer Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen einer Differenz zwischen einem [z.B. erfolgreichen] Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (tAg, tAn, tAn, ) [z.B. der bei dem Schritt des Detektierens erhalten wurde] und einem Detektionszeitpunkt aus dem ersten Satz von Detektionszeitpunkten ( tAi , tA3, tA 5, tAi) der mit dem [z.B. erfolgreichen]
Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten ( tßi , fe, tes, tßi) [z.B. zeitlich] korrespondiert, und einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten (feg, ten, fe«, fe«), der mit dem [z.B. erfolgreichen] Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (fog, tAn, tAi3, tAis) [z.B. zeitlich korrespondiert], und einem [z.B. erfolgreichen] Detektionszeitpunktaus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten ( tei , tB3, tes, tei).
Ausführungsbeispiele optimieren eine akustische Zweiwege-Distanzvermessung, sowohl hinsichtlich ihres zeitlichen Ablaufs plus einer situationsabhängigen Performanceverbesserung. Messungen haben gezeigt, dass es viele Szenarien gibt, in welchen ein oder sogar beide Endgeräte schlecht mit akustischen Testsignalen erreichbar sind, sei es durch ein ungünstiges Signal-zu-Rauschverhältnis (SNR) aufgrund der Ausbreitungsdämpfung oder durch direkte Störungen am Mikrofon, hervorgerufen z.B. durch Kleidung, die am Mikrofon scheuert, durch Mehrwegeausbreitung oder auch durch Doppler- Effekte aufgrund von Bewegungen. In diesen Fällen kann eine Vielzahl von Messversuchen nötig sein, bis die Distanzvermessung hinreichend zuverlässig (erfolgreich) ist. Die vorliegende Erfindung setzt hier an. Durch einen mehrstufigen sende- und empfangsseitigen Ansatz lässt sich die Anzahl der notwendigen Vermessungsvorgänge und somit auch der Zeit- und Energiebedarf für die Gewinnung einer zuverlässigen Schätzung deutlich reduzieren. Durch das wiederholte Aussenden von (verschiedenartigen) Teilsequenzen kann zudem die Länge des zur Signaldetektion benötigten Testsignals der Situation angepasst werden: möglichst lange Signale bei reiner Rauschstörung (ohne Mobilität) und deutlich kürzere bei Störeffekten wie Frequenzoffset oder Dopplereffekte.
Ausführungsbeispiele schaffen eine kostengünstigen COTS-Applikation (COTS = Commercial Off-The-Shell, dt. seriengefertigte Produkte aus dem Elektronik- oder Softwaresektor) zur möglichst genauen Distanzvermessung zwischen zwei mobilen Endgeräten mittels Laufzeitvermessung akustischer (Ultra-)Schallwellen unter Einsatz der vorhandenen Lautsprecher und Mikrofone. Abhängig von seiner Position bzw. Abstand zu anderen Nutzern können dem Nutzer dann standortbezogene Dienste (engl location-based-service, LBS) offeriert werden. Standortbezogene Dienste können dabei selektive Information liefern, wie beispielsweise POI (POI = point of interest, dt. interessanter Ort), ortsbezogene Werbung und Kommunikation oder mobile Arbeitszeiterfassung.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Ansicht von zeitlichen Abläufen beim ETOA-Verfahren nach
[1],
Fig. 2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten, die über eine Kurzdistanzfunkverbindung miteinander verbunden sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Systems mit einem ersten mobilen Endgerät und einem zweiten mobilen Endgerät, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4 eine schematische Ansicht eines zeitlichen Ablaufs des Verfahrens aus Fig. 2 zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung (modifiziertes ETOA-Verfahren),
Fig. 5 eine schematische Ansicht eines methodischen Ablaufplan eines zweistufigen
ETOA-Messansatzes, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 6 eine schematische Ansicht eines zeitlichen Ablaufs des Verfahrens aus Fig. 2 zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung (modifiziertes ETOA-Verfahren mit Dauer-An von Lautsprecher),
Fig. 7 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten, die über eine Kurzdistanzfunkverbindung miteinander verbunden sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 8 eine schematische Ansicht eines zeitlichen Ablaufs des Verfahrens aus Fig. 7 zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung (modifiziertes ETOA-Verfahren). Fig. 9 ein schematisches Blockschaltbild eines Empfängers, gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 10 ein schematisches Blockschaltbild eines Senders, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 11a in einem Diagramm Detektions-Fehlerraten aufgetragen über ein Signal-
Rausch-Verhältnis (SNR, signal-to-noise ratio) für verschiedene
Kreuzkorrelationsvarianten bei einem statischen AWGN Kanal (AWGN = additive white Gaussian noise, dt. additives weißes gaußsches Rauschen),
Fig. 11b in einem Diagramm Detektions-Fehlerraten aufgetragen über ein Signal-
Rausch-Verhältnis (SNR, signal-to-noise ratio) für verschiedene
Kreuzkorrelationsvarianten bei einem Fading-Kanal bei einer angenommenen Geschwindigkeit von 1 km/h,
Fig. 12 in einem Diagramm Detektions-Fehlerraten aufgetragen über ein Signal-
Rausch-Verhältnis (SNR, signal-to-noise ratio) für verschiedene
Kreuzkorrelationsvarianten bei einem statischen AWGN Kanal (AWGN = additive white Gaussian noise, dt. additives weißes gaußsches Rauschen),
Fig. 13 in einem Diagramm Detektions-Fehlerraten aufgetragen über ein Signal-
Rausch-Verhältnis (SNR, signal-to-noise ratio) für verschiedene
Kreuzkorrelationsvarianten bei einem zeitvarianten Kanal (gausian walking, dt. gaußsches gehen),
Fig. 14 in einem Diagramm eine Autokorrelationsfunktion einer vierfach übertragenen Zadoff-Chu-Folge mit einer einfachen Zadoff-Chu-Folge nach Gleichung (20),
Fig. 15a in einem Diagramm eine Summe (inkohärente Betragssumme) der zeitjustierten Teilkorrelate aus Fig. 14 für L=127 und M=4,
Fig. 15b in einem Diagramm eine Summe (inkohärente Betragssumme) der zeitjustierten Teilkorrelate nach Gleichung (20) für L=127 und M=19,
Fig. 16a in einem Diagramm eine Autokorrelationsfunktion nach Gleichung (21) für die vierfach übertragene Zadoff-Chu-Folge mit M=4 und N=508, Fig. 16b in einem Diagramm einen Ausschnitt der Autokorrelationsfunktion nach
Gleichung (21) für die vierfach übertragene Zadoff-Chu-Folge mit M=4 und N=508,
Fig. 17a in einem Diagramm eine Autokorrelationsfunktion nach Gleichung (21) für eine zwölffach aneinandergereihte Zadoff-Chu-Folge mit M=1 bis 12 und N=516,
Fig. 17b in einem Diagramm einen Ausschnitt der Autokorrelationsfunktion nach
Gleichung (21) für eine zwölffach aneinandergereihte Zadoff-Chu-Folge mit M=1 bis 12 und N=516,
Fig. 18a in einem Diagramm eine inkohärente Betragssumme der Teilkorrelate (Summe der zeitjustierten Teilkorrelate) mit unterschiedlichen Zadoff-Chu-Folgen mit L=127 und M=1 bis 4
Fig. 18b in einem Diagramm die inkohärente Betragssumme der Teilkorrelate (Summe der zeitjustierten Teilkorrelate) mit unterschiedlichen Zadoff-Chu-Folgen mit L=43 und M=1 bis 12,
Fig. 19 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Entfernungsmessung zwischen einer Gruppe von mobilen Endgeräten mit drei oder mehr mobilen Endgeräten, wobei die Gruppe von mobilen Endgeräten über eine Kurzdistanzfunkverbindung (RF) (z.B. Bluetooth) miteinander verbunden ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 20 eine schematische Ansicht einer Gruppe von mobilen Endgeräten A, B, C, die mittels einer Kurzdistanzfunkverbindung (RF) (z.B. Bluetooth) miteinander verbunden ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 21 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Detektieren eines akustischen
Testsignals, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 22 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Senden eines akustischen Testsignals, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, Fig. 23 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Senden eines akustischen Testsignals, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 24 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb eines mobilen Endgeräts, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen, so dass deren Beschreibung untereinander austauschbar ist.
1. Messdaueroptimiertes Verfahren bei der akustischen Entfernunqsvermessunq mobiler
Endqeräte
Bevor hierbei Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Fig. 2 bis 8 detailliert beschrieben werden, wird zunächst das zugrundeliegende akustische Messverfahren näher beschrieben, welches gern. Ausführungsbeispielen für den Einsatz einer Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten optimiert wird.
Zur präzisen akustischen Distanzvermessung von zwei Mobilgeräten ist das ETOA-Verfahren [1], [2] (ETOA = Elapsed time between the two Time-Of-Arrivals, dt. verstrichene Zeit zwischen zwei Ankunftszeiten) gut geeignet. Die Distanz D zwischen zwei Punkten berechnet sich gemäß
D — cLuft ' AtD (1) wobei cLuft die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schallwellen in der Luft ist, die bei 20 °C und Normaldruck einen Wert von 343,2 m/s aufweist. Bei der Einweg-Laufzeitschätzung [2] (engl. Time-Of-Arrival, TOA) wird die Laufzeitdifferenz AtD = tB — tA der Schallwellen zwischen dem Aussenden vom ersten Endgerät A und dem Empfangen im zweiten Endgerät B ausgewertet. Problematisch ist hier, dass für eine sinnvolle Auswertung eine sehr genaue Zeitsynchronisation zwischen den beiden Endgeräten vorliegen muss, was in der Regel jedoch nicht gegeben ist. Zusätzlich erschwerend kommt noch die fehlende Echtzeitkontrolle der Laufzeitvermessungs-Applikationen hinzu, da die gängigen mobilen Betriebssysteme wie Android oder iOS keinen Zugriff auf die exakten Sende- und Empfangszeiten von tA oder tB erlauben. Zwischen dem Applikationszeitpunkt tjj, also dem Zeitpunkt, zu welchem die Applikation die Messung anweist, und dem Zeitpunkt tA, an dem das Testsignal tatsächlich den Lautsprecher verlässt, können mehrere Millisekunden liegen und die Messgenauigkeit somit erheblich beeinflussen. Diese fehlende Echtzeitkontrolle lässt sich auch bei einer weiteren gängigen Messmethode, dem Paketumlaufverfahren [2] (engl. Round-Trip-Time, RTT), nicht beseitigen. Insofern wird an dieser Stelle auch nicht näher darauf eingegangen und beispielsweise auf Ausführungen in [2] oder [4] verwiesen.
Lediglich das in Fig. 1 dargestellte ETOA-Verfahren [1] benötigt weder eine Echtzeitkontrolle der einzelnen Ereignisse noch muss eine exakte Zeitsynchronisation zwischen den beiden Endgeräten vorliegen. Dies sei im Folgenden anhand der Fig. 1 näher erläutert, welche eine schematische Ansicht von zeitlichen Abläufen beim ETOA-Verfahren nach [1] zeigt:
1) In einem ersten Schritt veranlasst die Applikation vom ersten Endgerät A zum Zeitpunkt tjj0 das Aussenden eines ersten Testsignals SigA an das zweite Endgerät B. Zu welchem Zeitpunkt tA0 das erste Testsignal SigA tatsächlich den Lautsprecher LSA verlässt, bleibt aus Sicht der Applikation unbekannt. Da aber das erste Endgerät A das erste Testsignal SigA mit seinem eigenen Mikrofon MA aufzeichnet, lässt sich der relative Empfangszeitpunkt tA1 indirekt anhand der späteren Signalauswertung bestimmen. Das an Mikrofon MA aufgezeichnete und mit beispielsweise 48 kHz abgetastete Signal steht der Applikation dann ab dem Zeitpunkt
Figure imgf000037_0001
zur Auswertung zur
Verfügung.
2) In einem zweiten Schritt zeichnet das zweite Endgerät B auf seiner Seite das vom ersten Endgerät A ausgesandte erste Testsignal SigA ebenfalls mit seinem Mikrofon MB zum Zeitpunkt tB1 auf und kann dann ab dem Zeitpunkt tB1 mit der Auswertung beginnen.
3) In einem dritten Schritt veranlasst die Applikation vom zweiten Endgerät B zum Zeitpunkt tB2 ihrerseits das Aussenden eines zweiten Testsignals Sige an das erste Endgerät A. Die Zeitspanne zwischen den Zeitstempeln tB2 und tB1 (aus dem zweiten Schritt) sollte dabei größer sein als die Testsignallänge AtTS vom ersten Endgerät A. Der Lautsprecher LSB vom zweiten Endgerät B sendet dann zum Zeitpunkt tB2 dieses zweite Testsignal Sige vom zweiten Endgerät B aus, welches zum Zeitpunkt tB3 vom eigenen Mikrofon MB aufgezeichnet wird. Das Mikrofon MB vom zweiten Endgerät B zeichnet somit fortlaufend mindestens seit dem Zeitpunkt tB1 auf und beendet seine Aufzeichnung frühestens zum Zeitpunkt tB3 + AtTS, wenn das zweite Testsignal Sige des zweiten Endgeräts B vollständig aufgezeichnet worden ist. 4) In einem vierten Schritt empfängt das erste Endgerät A, bei dem die Mikrofonaufzeichnung mindestens seit dem Zeitpunkt tA1 läuft, zum Zeitpunkt tA3 das vom zweiten Endgerät B ausgesandte zweite Testsignal SigB und die Applikation kann dann zum Zeitpunkt t 3 mit der Auswertung beginnen. Die Aufzeichnung von Mikrofon MA endet frühestens zum Zeitpunkt tA3 + AtTs.
Wie also in Fig. 1 zu erkennen ist, sendet das erste Endgerät A das erste Testsignal S/g aus, welches vom ersten Endgerät A zum ersten Detektionszeitpunk ΪAI und vom zweiten Endgerät B zum zweiten Detektionszeitpunkt tBi detektiert wird. Das zweite Endgerät B sendet das zweite Testsignal Sige aus, welches vom zweiten Endgerät B zum dritten Detektionszeitpunk tß3 und vom ersten Endgerät A zum vierten Detektionszeitpunkt i« detektiert wird.
Hierbei bezeichnet in Fig. 1 fom die Differenz zwischen dem vierten Detektionszeitpunk i« und dem ersten Detektionszeitpunkt †AI, tüm die Differenz zwischen dem dritten Detektionszeitpunkt tB3 und dem zweiten Detektionszeitpunk tBi. Ferner bezeichnet fo/ra die Differenz zwischen dem ersten Detektionszeitpunk tAi und dem Zeitpunkt tAo der Aussendung des ersten Testsignals S/g , und tDm die Differenz zwischen dem dritten Detektionszeitpunk tB3 und dem Zeitpunkt fß2 der Aussendung des zweiten Testsignals SigB· Ferner bezeichnet AtB die von der Entfernung zwischen den zwei mobilen Endgeräten A und B abhängige Zeit zwischen dem Zeitpunkt des Aussendens eines der Testsignale durch eines der zwei mobilen Endgeräten A und B und dem Detektionszeitpunkt des jeweiligen Testsignals durch das jeweilig andere mobile Endgerät.
Die gesuchte Entfernungsdistanz D zwischen den beiden mobilen Endgeräten berechnet sich dann gemäß
Figure imgf000038_0001
konstant K
Eine detaillierte Herleitung von Gl. (2) findet sind in [1] oder [2] Hier wurden zur besseren Veranschaulichung die verschiedenen Anteile der benötigten Laufzeitdifferenzen in Gl. (2) sowie in Fig. 1 gekennzeichnet. Die beiden letzten Terme in Gl. (2) typisieren die Entfernung zwischen Lautsprecher und Mikrofon jeweils bei den beiden Endgeräten A und B. Diese Entfernungen sind geräteabhängig konstant und können vorab vermessen und abgespeichert werden. Da diese Entfernungen bei mobilen Endgeräten, wie z.B. Mobiltelefonen, in der Regel in einer Größenordnung von wenigen Zentimetern liegen, kann für beide Ausdrücke zusammen auch einfach ein additiver Wert angenommen werden. Die Entfernung D wird jedoch im Wesentlichen von den beiden ersten Termen von Gl. (2) bestimmt, welche die jeweils verstrichene Zeit der beiden Mikrofon-Aufzeichnungen in beiden Endgeräten A und B darstellen, daher auch die Bezeichnung ETOA (engl. Elapsed time between the two Time-Of- Arrivals). Die beiden ETOA-Anteile werden jeweils getrennt in den beiden Endgeräten A und B berechnet, wodurch keine exakte Zeitsynchronisation benötigt wird. Zudem gehen keine Betriebssystembedingten Verzögerungen (die jeweils mit einem Asterisk „*“ gekennzeichneten Zeitstempel in Fig. 1) in Gl. (2) ein, da durch die beidseitigen doppelten Mikrofonaufzeichnungen der Lautsprechersignale zu den Zeitpunkten tAl tA3 tB1 und tB3 nur deren Differenz von Bedeutung ist und nicht die absoluten Zeitpunkte.
Die beidseitig aufgezeichneten Signalsequenzen können nun bezüglich des Beginns der Testsignale S/g und Sige (beispielsweise über die Korrelation von Empfangssignal und Testsignal) analysiert und der entsprechende Index des Abtastwertes identifiziert werden. Anschließend kann die Anzahl der Abtastwerte, die zwischen den beiden Ereignissen vergangen sind, gezählt werden. Somit ergibt sich für die Distanz der beiden Endgeräte
Figure imgf000039_0001
wobei nx den Index des Abtastwertes zum Zeitpunkt tx kennzeichnet. Mit/S4 und fsB seien die zugehörigen Abtastfrequenzen der beiden Endgeräte A und B charakterisiert und mit K werden die beiden letzten Ausdrücke in Gl. (2), also die beiden konstanten Lautsprecher-Mikrofon- Entfernungen, bezeichnet. In Gl. (3) ist berücksichtigt, dass in beiden Endgeräten A und B unterschiedliche effektive Abtastraten vorliegen können, was z. B. durch leicht unterschiedliche Oszillatorfrequenzen verursacht sein kann. Falls fsA und fsB bekannt sind, kann eine entsprechende Korrektur vorgenommen werden. Der Einfachheit halber wird aber in den weiteren Ausführungen von identischen Abtastraten fsA = fsB ausgegangen.
Da die Signalauswertungen auf beiden Endgeräten A und B getrennt durchgeführt werden, berichtet zumindest eines der Endgeräte die geschätzte Zeitdifferenz zwischen dem Empfang des eigenen und des fremden Signals an das andere Endgerät, damit die Entfernung D berechnet werden kann. Dies kann, wie bereits erwähnt, vorteilhaft z.B. über die Kurzdistanzfunkverbindung (z.B. Bluetooth-Verbindung oder Bluetooth-LE-Verbindung) laufen. Ob es hier eine Master/Slave-Konfiguration gibt, ob wechselnde Absprachen hinsichtlich des Datenaustausches stattfinden oder ob beide Endgeräte A und B mit gegenseitigem Datenaustausch die Distanzberechnung jeweils getrennt durchführen, ist hier nicht von Bedeutung,
Wie bereits erwähnt, wird für das ETOA-Verfahren keine exakte Zeitsynchronisation zwischen den Endgeräten benötigt und es bestehen auch keine Echtzeitanforderungen an die Sende- und/oder Empfangsapplikation. (Im Gegensatz zum RTT Verfahren, ist es bei ETOA nicht notwendig das aufgenommene Signal bereits während der Messung auszuwerten, um für den weiteren Verlauf der Messung notwendige Parameter zu ermitteln.) Mögliche Fehlerquellen in Gl. (3) sind die Abhängigkeit der Schallgeschwindigkeit cLuft von Temperatur, Luftfeuchte und Luftdruck, ein möglicher Frequenzoffset zwischen den beiden Abtastfrequenzen und Ungenauigkeiten bei der Bestimmung der einzelnen Indizes nx. Im Rahmen der Messgenauigkeit, die hier von Interesse sind, kann die Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit vernachlässigt werden. Ein Anstieg der Temperatur von 20 °C auf 40 °C würde sich bei einer Distanz von D = Sm mit rund 18 cm Abweichung bemerkbar machen und ein Abtastfrequenzoffset von 40 ppm würde sich bei 48 kHz mit 1 ,5 cm Änderung pro einer Sekunde Zeitdauer für das Signalintervall AtA nA3 nA1 auswirken.
Lediglich die Zuverlässigkeit der Bestimmung der vier Startindizes nA1 , nA3, nB1, nB3 (und hier insbesondere die dem Beginn des jeweils fremden und somit schwächeren Signals zugeordneten nA3 und nB3) hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab. Ein ungünstiges Signal- zu-Rauschverhältnis (SNR) aufgrund der Ausbreitungsdämpfung, Mikrofonstörungen z.B. aufgrund scheuernder Stoffe, Mehrwegeausbreitungen aufgrund von akustischen Reflexionen, eine fehlende Schallausbreitung auf direktem Weg („Line of sight“) oder auch Doppler-Effekte können das zuverlässige Auffinden des Beginns des Testsignals sehr erschweren.
Zur Verbesserung der Startindexbestimmung bedarf es einer ganzen Reihe von Maßnahmen, die an unterschiedlichen Stellen ansetzen:
1) Sendeseitiges Design des oder der akustischen Testsignale.
2) Auswahl eines geeigneten ETOA-Messverfahrens.
3) Optimierung der Signaldetektion auf Empfängerseite.
Die im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich insbesondere auf den zweiten Punkt. Bei Ausführungsbeispielen wird mittels verschiedener Maßnahmen das ETOA-Messverfahren insbesondere bzgl. Pegelschwankungen und externen, ggf. impulsartigen (nicht-stationären) Störungen robuster und insbesondere hinsichtlich der Messdauer deutlich schneller gemacht.
1.1. Messdaueroptimiertes modifiziertes ETOA-Verfahren
Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100 zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten, die über eine Kurzdistanzfunkverbindung (z.B. WPAN (Wireless Personal Area Network, dt. eine Kurzstreckenfunktechnik, wie z.B. Bluetooth) miteinander verbunden sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 100 umfasst einen Schritt 102 des Sendens eines ersten akustischen Testsignals von einem ersten mobilen Endgerät zu einem zweiten mobilen Endgerät der zwei mobilen Endgeräte. Ferner umfasst das Verfahren 100 einen Schritt 104 des Detektierens des ersten akustischen Testsignals mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen ersten Detektionszeitpunkt
Figure imgf000041_0001
ZU erhalten. Ferner umfasst das Verfahren 100 einen Schritt 106 des Detektierens des ersten akustischen Testsignals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um einen zweiten Detektionszeitpunkt ( tBi ) zu erhalten sofern eine Detektion des ersten akustischen Testsignals erfolgreich war, und Senden einer Wiederholungsaufforderung über die Kurzdistanzfunkverbindung von dem zweiten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät sofern eine Detektion des ersten akustischen Testsignals nicht erfolgreich war. Ferner umfasst das Verfahren 100 einen Schritt 108 des wiederholten Sendens des ersten akustischen Testsignals und wiederholtes Detektieren des ersten akustischen Testsignals durch das erste mobile Endgerät ansprechend auf die Wiederholungsaufforderung (z.B. bis eine Detektion des wiederholt gesendeten ersten akustischen Testsignals beim zweiten mobilen Endgerät zum neuen wiederholten zweiten Detektionszeitpunkt ( tBi ) erfolgreich ist). Ferner umfasst das Verfahren 100 einen Schritt 110 des wiederholten Sendens eines zweiten akustischen Testsignals von dem zweiten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät (z.B. ansprechend auf die erfolgreiche Detektion des ersten akustischen Testsignals durch das zweite mobile Endgerät). Ferner umfasst das Verfahren 100 einen Schritt 112 des wiederholten Detektierens des zweiten akustischen Testsignals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um einen Satz von dritten Detektionszeitpunkten (tB3 tB5, tB7, ... ) zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren 100 einen Schritt 114 des Detektierens des zweiten akustischen Testsignals mit dem ersten mobilen Endgerät, um zumindest einen Detektionszeitpunkt (i«) aus einem Satz von vierten Detektionszeitpunkten (†A3, tA5, 7, ...) zu erhalten, und Senden einer Detektionsbestätigung über die Kurzdistanzfunkverbindung von dem ersten mobilen Endgerät zu dem zweiten mobilen Endgerät sofern eine vorgegebene Anzahl an erfolgreichen Detektionen des zweiten akustischen Testsignals durch das erste mobile Endgerät erreicht ist, wobei das zweite akustische Testsignal solange wiederholt gesendet wird, bis das zweite mobile Endgerät von dem ersten mobilen Endgerät über die Kurzdistanzfunkverbindung die Detektionsbestätigung empfängt oder ein Abbruchkriterium erfüllt ist. Ferner umfasst das Verfahren 100 einen Schritt 116 des Ermittelns einer Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen
- einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt (i«) aus dem Satz von vierten Detektionszeitpunkten (tA3, tA5, tA7, ...) (z.B. der bei dem Schritt des Detektierens (114) erhalten wurde) und dem ersten (tAi) Detektionszeitpunkt, und
- einer Differenz zwischen einem (z.B. mit dem Detektionszeitpunk aus dem Satz von vierten Detektionszeitpunkten (z.B. zeitlich) korrespondierenden) Detektionszeitpunkt (tB3) aus dem Satz von dritten Detektionszeitpunkten (tB3, tBs, tB7, ) und dem zweiten Detektionszeitpunkt (tB1).
Bei Ausführungsbeispielen kann das in Fig. 2 gezeigte Verfahren 100 von einem ersten mobilen Endgerät und einem zweiten mobilen Endgerät ausgeführt werden, wie diese in Fig. 3 gezeigt sind.
Im Detail zeigt Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Systems mit einem ersten mobilen Endgerät A und einem zweiten mobilen Endgerät B, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, können das erste mobile Endgerät A und das zweite mobile Endgerät B über eine Kurzdistanzfunkverbindung RF, wie z.B. WPAN (Wreless Personal Area Network, dt. eine Kurzstreckenfunktechnik), wie z.B. Bluetooth, miteinander verbunden sein. Hierzu können das erste mobile Endgerät A und das zweite mobile Endgerät B jeweilige Funktransceiver TRA und TRB aufweisen.
We in Fig. 3 ferner zu erkennen ist, kann das erste mobile Endgerät A das erste akustische Signal SigA aussenden, z.B. mittels des Lautsprechers LSA, wobei das erste akustische Signal SigA sowohl von dem ersten mobilen Endgerät A als auch von dem zweiten mobilen Endgerät B detektiert werden können, z.B. mittels der Mikrofone MA und MB der mobilen Endgeräte A und B.
Das zweite mobile Endgerät B kann das zweite akustische Signal SigB aussenden, z.B. mittels des Lautsprechers LSB, wobei das zweite akustische Signal SigB sowohl von dem ersten mobilen Endgerät A als auch von dem zweiten mobilen Endgerät B detektiert werden können, z.B. mittels der Mikrofone MA und MB der mobilen Endgeräte A und B. Im Folgenden werden detaillierte Ausführungsbeispiele des in Fig. 2 gezeigten Verfahrens 100 näher beschrieben.
Bei dem ETOA- Messverfahren aus Fig. 1 als auch bei anderen Zweiwege-Messverfahren besteht eine generelle Problematik darin, dass beide Empfangsrichtungen (vom ersten Endgerät A zu dem zweiten Endgerät B und umgekehrt) gleichzeitig mit hinreichender Qualität verfügbar sein müssen, damit eine gültige Messung zustande kommt. Insofern müssen Signaldetektion und Ermittlung des Startzeitpunkts sowohl am Empfänger (z.B. Mikrofon MA) vom ersten Endgerät A wie auch am Empfänger (z.B. Mikrofon MB ) vom zweiten Endgerät B funktionieren. Mit zunehmender Distanz und damit abnehmenden Empfangssignalpegeln und/oder bei einem oder beiden sich bewegenden Endgeräten nimmt die Qualität der akustischen Signalübertragung ab und die notwendige Ermittlung der Startzeitpunkte des empfangenen Signals kann nicht mehr mit der für die Anwendung geforderten Genauigkeit erfolgen. Die Signalübertragung wird dann als „nicht erfolgreich“ qualifiziert. In einem einfachen stochastischen Modell wird die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Übertragung vom ersten Endgerät A zum zweiten Endgerät B als p ?cc bezeichnet und entsprechend diejenige vom zweiten Endgerät B zum ersten Endgerät A als
Figure imgf000043_0001
Die daraus für eine Abstandsschätzung folgende Gesamterfolgsrate des ETOA-Verfahrens ergibt sich zu nABA nAB . nBA /A\ Succ Succ Succ V wie auch Untersuchungen in [5] und [6] gezeigt haben.
Ausführungsbeispielen liegt die Idee zugrunde, bei gegebener Gesamterfolgsrate
Figure imgf000043_0002
die dafür benötigte Messdauer deutlich zu reduzieren, insbesondere auch für Fälle, in denen
P ucc > Piucc oder Ps cc < pf c gilt.
Es sei im Folgenden von einem ersten Beispiel ausgegangen. Wird für p cc = 0.8 und für psucc = 0.1 unterstellt, so resultiert für P^ ein Wert von 0.08. Im statistischen Mittel werden dann 13 Einzelmessungen nach Fig. 1 benötigt, um eine gültige Distanzmessung für D zu erhalten. Eine Einzelmessung nach Fig. 1 benötigt näherungsweise mindestens eine Zeitspanne von
Figure imgf000043_0003
mit der entfernungsbedingten akustischen Signallaufzeit ( tB1 - tA0) sowie der Länge des Testsignals AtTs. Applikationsbedingte Messzeitverlängerungen wie auch die erforderlichen Zeiten für die jeweilige Kurzdistanzfunkkommunikation (z.B. Bluetooth-Kommunikation) zwischen den Endgeräten A und B bleibt hier außen vor. Wird beispielhaft von einer akustischen Signallaufzeit AtD = 30 ms ausgegangen (dies entspricht einer Distanz von etwa D=10m) und wird eine Testsignallänge von AtTS =100 ms angenommen, dann ergibt sich ein AtsdT von 260 ms, was für die 13 Versuche eine Gesamtmesszeit von 3380 ms ergibt.
Wenn in einem ersten Schritt unterstellt wird, dass bekannt ist, dass P^cc > P^.c ist, dann kann in einem zweiten Schritt eine erfolgreiche Messung mit einem Vorgehen gemäß Fig. 4 deutlich schneller durchgeführt werden.
Fig. 4 zeigt hierbei eine schematische Ansicht eines zeitlichen Ablaufs des Verfahrens zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel (modifiziertes ETOA- Verfahren).
Wie in Fig. 4 zu erkennen ist, startet die Applikation vom ersten Endgerät A zum Zeitpunkt tj[0 bzw. tA0 das Aussenden eines ersten Testsignals SigA an das zweite Endgerät B (Schritt 2A in Fig. 4). Kann das zweite Endgerät B das erste Testsignal SigA nicht erfolgreich auswerten (d.h. nicht detektieren oder den Startzeitpunkt nicht hinreichend genau bestimmen), so erfolgt ein sofortiger Abbruch der Messung durch das zweite Endgerät ß, den dieses auch über die Kurzdistanzfunkverbindung (z.B. Bluetooth-Verbindung) an das erste Endgerät A berichtet. Das erste Endgerät A startet dann erneut das Aussenden des ersten Testsignals SigA (erneut Schritt 2A in Fig. 4). Dieser Vorgang mit Abbruch und Neuaussendung des ersten Testsignals SigA wird so oft wiederholt, bis das zweite Endgerät B das erste Testsignal SigA von A erfolgreich auswerten kann. Für das obige Beispiel mit P^cc = 0.8 sollte dies nach der ersten Wiederholung der Fall sein. Kann das zweite Endgerät B das erste Testsignal SigA vom ersten Endgerät A erfolgreich auswerten, dann erfolgt beim zweiten Endgerät B eine fortlaufende akustische Signalaufzeichnung. Das zweite Endgerät B startet dann auf seiner Seite das Aussenden eines zweiten Testsignals S/gs (Schritt 2B in Fig. 4). Bei jedem Aussenden wird auch mit dem eigenen Mikrofon MB aufgezeichnet und entsprechend ausgewertet, wobei bei dem eigenen Sendesignal beispielsweise von 100% Erfolgsquote (P^cc = psucc = 1) ausgegangen werden kann. Gegenüber dem in Fig. 1 gezeigten ETOA-Verfahren, sendet das zweite Endgerät B also sobald wie möglich, also vorteilhafterweise in etwa mit einem Zeitversatz von (
Figure imgf000044_0001
- tB2 ) + AtTS), erneut das zweite Testsignal S/gs. Dieser Vorgang kann so lange wiederholt werden, bis eine vorgegebene Höchstzahl erreicht ist oder bis das erste Endgerät A über die Kurzdistanzfunkverbindung (z.B. via Bluetooth) mitteilt, dass eine der Aussendungen erfolgreich detektiert werden konnte. Das zweite Endgerät B kann dann die Aussendungen des zweiten Testsignals SigB abbrechen und sämtliche bis dorthin ermittelte Zeitdifferenzen ( tB3 - tB1 ),
Figure imgf000045_0001
unter Verwendung der Kurzdistanzfunkverbindung an das erste Endgerät A senden. Das erste Endgerät A hat seit dem Zeitpunkt tA1 selbst fortlaufend aufgezeichnet und kann nun eineindeutig die geforderte Entfernungsdistanz D berechnen. Beim obigen Beispiel wäre dies im Mittel nach 10 Aussendungen (wegen
Figure imgf000045_0002
= 0.1) vom zweiten Endgerät B der Fall.
Wie also in Fig. 4 zu erkennen ist, sendet das erste Endgerät A das erste Testsignal SigA aus, welches vom ersten Endgerät A zum ersten Detektionszeitpunk tAi und vom zweiten Endgerät B zum zweiten Detektionszeitpunkt tBi detektiert wird. Das zweite Endgerät B sendet das zweite Testsignal Sige mehrfach aus, welches von dem zweiten Endgerät B zu allen Detektionszeitpunkten aus einem Satz von dritten Detektionszeitpunkten tB3, tB5, ..., tB2i und von dem ersten Endgerät A zu einem Detektionszeitpunkt aus einem Satz von vierten Detektionszeitpunkten tA3, tA5, tA2i detektiert wird.
Hierbei bezeichnet in Fig. 4 fom jeweils die Differenz zwischen einem der Detektionszeitpunkte aus dem Satz von vierten Detektionszeitpunkten tA3, tAs, tA2i und dem ersten Detektionszeitpunkt tAi, fo/ra jeweils die Differenz zwischen einem der Detektionszeitpunkte des Satzes von dritten Detektionszeitpunkten tB3, tBs, ..., tB2i und dem zweiten Detektionszeitpunk tBi. Ferner bezeichnet fnra die Differenz zwischen dem ersten Detektionszeitpunk tAi und dem Zeitpunkt tAo der Aussendung des ersten T estsignals SigA, und tam jeweils die Differenz zwischen einem Detektionszeitpunk aus dem Satz von dritten Detektionszeitpunkten tB3, tBs,..., tB2i und einem zeitlich korrespondierenden Zeitpunkt aus einem Satz von Zeitpunkten tB2, tB4, tB2o von Aussendungen des zweiten Testsignals SigB. Ferner bezeichnet D fo die von der Entfernung zwischen den zwei mobilen Endgeräten A und B abhängige Zeit zwischen dem Zeitpunkt des Aussendens eines der Testsignale durch eines der zwei mobilen Endgeräten A und B und dem Detektionszeitpunkt des jeweiligen Testsignals durch das jeweilig andere mobile Endgerät.
Die Vorteile des in Fig. 4 gezeigten Verfahrens 100 basieren auf der Kenntnis, ob P^cc > PBucc oder Psucc < Psucc gilt- Das kann von Bedeutung sein, insbesondere dann, wenn der Daten oder Informationsaustausch über die Kurzdistanzfunkverbindung (z.B. via Bluetooth) im Vergleich zu den eigentlichen ETOA-Verfahrensschritten unverhältnismäßig viel Zeit benötigt. Falls das zweite Endgerät B keinen Startzeitpunkt findet, wird zuerst vom zweiten Endgerät B über die Kurzdistanzfunkverbindung (z.B. Bluetooth) signalisiert, dass nichts gefunden wurde. Danach sendet das erste Endgerät A wieder ein Startsignal über die Kurzdistanzfunkverbindung (z.B. via Bluetooth), dass die Messung gestartet wurde. Ist dieser Zeitbedarf jedoch von untergeordneter Bedeutung, bzw. wird die Kommunikation zwischen dem ersten Endgerät A und dem zweiten Endgerät B anders gelöst, so kann auch auf diesen nachfolgend beschriebenen Schritt 1 verzichtet werden.
Um abzuschätzen, ob P^cc > P^.c oder P^cc < Psucc vorliegt, kann eine modifizierte Variante des Verfahrens nach Fig. 1 verwendet werden. Beispielsweise reicht für das obige Beispiel ein zweimaliger Aufruf des Verfahrens nach Fig. 1. Falls das erste Endgerät A als Master fungiert, berichtet ihm das zweite Endgerät B nach jedem der Durchläufe über die Kurzdistanzfunkverbindung (z.B. via Bluetooth), ob das erste Testsignal S/g vom zweiten Endgerät B ausgewertet werden konnte oder nicht. Da das zweite Endgerät B unabhängig vom eigenen Auswertungserfolg auf jeden Fall auch immer sein eigenes zweites Testsignal Sige zu dem ersten Endgerät A abschickt, kann das erste Endgerät A daher ebenfalls unabhängig vom zweiten Endgerät B ebenfalls zweimal überprüfen, ob es das Testsignal auswerten kann oder nicht. Dieser dem zweiten Schritt (nach Fig. 4) vorgezogene Durchlauf (hier als erster Schritt bezeichnet) kann somit mit folgenden Ergebnissen enden:
1) In einem der beiden unabhängigen Durchgänge funktioniert die Auswertung gleichzeitig für beide Empfangsrichtungen. Damit ist eine gültige Abstandsmessung zustande gekommen und dieser Messvorgang kann erfolgreich beendet werden.
2) Für keine Richtung konnte ein Testsignal ausgewertet werden. Lösung: Weitere Einzel- Aufrufe des ersten Schrittes (modifiziertes Verfahren nach Fig. 1), solange bis irgendeine gültige Einzelauswertung aufgetreten ist. Diese Richtung hat dann die größere Einzelerfolgsrate. (Für obiges Beispiel mit P^cc = 0.8 sollten zwei Durchläufe ausreichen damit das zweite Endgerät B einmal erfolgreich auswertet.)
3) In beiden Durchläufen ist immer nur eine Auswertung erfolgreich, und zwar einmal für das erste Endgerät A und das andere Mal für das zweite Endgerät B. Lösung: Weitere Einzelaufrufe des Verfahrens nach Fig. 1, solange bis irgendeine Einzeldetektion die Mehrheit hat. Diese Richtung hat dann die größere Einzelerfolgsrate.
Der zeitliche Gesamtaufwand für diesen neuen Messansatz ergibt dann folgenden mittleren Zeitbedarf: zuerst im ersten Schritt zwei Aufrufe der modifizierten Variante nach Fig. 1 entsprechend Gl. (5) sowie für den zweiten Schritt 12 Durchläufe mit jeweils einer Zeitdauer von - tB2) + AtTS). Daraus resultiert mit den im Beispiel gewählten Annahmen eine mittlere Gesamtmesszeit von 2080 ms, gegenüber den ursprünglichen 3380 ms. Zudem hat im Mittel auch der Kommunikationsumfang über die Kurzdistanzfunkverbindung (z.B. Bluetooth) abgenommen. Bei den ursprünglichen 13 Versuchen des Beispiels nach Fig. 1 muss 13-mal eine Mess-Initialisierung (dem zweiten Endgerät B wird mitgeteilt, dass eine Messung ansteht) durchgeführt werden und bis zu 13-mal erfolgt die Übermittlung der Mess- Ergebnisse vom zweiten Endgerät B zum ersten Endgerät A. Diese Zahl ist abhängig von Psucc- Daher bringt es bei einem Einzelaufruf des Original-Verfahrens nach Fig. 1 auch relativ wenig, das zweite Testsignal Sige beim Rückkanal vom zweiten Endgerät B zum ersten Endgerät A nicht auszusenden, wenn das zweite Endgerät B selbst nicht empfangen hat, da gleichwohl eine Fehlermeldung über die Kurzdistanzfunkverbindung (z.B. via Bluetooth) kommuniziert werden müsste. Insofern werden bis zu 26 Einzelmitteilungen über die Kurzdistanzfunkverbindung übertragen. Beim modifizierten zweistufigen Ansatz gern. Ausführungsbeispielen werden für das obige Beispiel lediglich vier Messinitialisierungen und vier Messdatenübermittlungen benötigt, also insgesamt acht Datenübermittlungen über die Kurzdistanzfunkverbindung.
Fig. 5 zeigt den methodischen Ablaufplan des neuen zweistufigen ETOA-Messansatzes. Die vier verschiedenen Schleifenzähler (N N2 N3 N4) können dabei entsprechend der Situation angepasst werden und lassen sich gegebenenfalls durch Simulationen vorab bestimmen.
Ausführungsbeispiele ermöglichen es, den bei einem Zweiwege-Messverfahren nach Fig. 1 zwingend erforderlichen gleichzeitigen beidseitigen Auswertungserfolg zu umgehen. Dabei wird entsprechend Fig. 4 angestrebt, durch mehrfaches Wiederholen zuerst eine erfolgreiche Einweg-Auswertung zu generieren und anschließend bei fortlaufend beidseitiger Signalaufzeichnung die Einweg-Auswertung in die andere Richtung erfolgreich abzuschließen. Gerade bei sehr niedrigen Einzelerfolgsraten wie beispielsweise P^cc = P^cc = 0.1 werden für das zweistufige Verfahren im Mittel lediglich 30 (10 x Schritt 1 , 10 x Schritt 2A und 10 x Schritt 2B) Einweg-Auswertungen benötigt, anstelle der sonst im Mittel erforderlichen 100 Zweiwege-Messdurchläufe nach Fig. 1. Allgemein ausgedrückt bedeutet dies: damit man für das Verfahren nach Fig. 1 ein gültige Distanzmessung erhält, wird eine Versuchsanzahl
Figure imgf000047_0001
benötigt, wobei hier, wie üblich, ein Bernoulli-Prozess unterstellt wird. Durch das neue zweistufige modifizierte Verfahren reduziert sich diese Versuchsanzahl näherungsweise auf:
Figure imgf000048_0001
Bei idealen Bedingungen, also p fcc = p cc = 1, benötigen beide Varianten nur einen Durchlauf. Alternativ kann auch der erste Schritt weggelassen werden, falls kein Interesse daran besteht, ob in Schritt 2A p ?cc > PBl cc oder p ?cc < PBl cc gelten soll. Bei der Berechnung von Gl. (7) entfällt dann der erste Term.
1.1.1 Mehrfachvermessungen in Richtung des ersten Endgeräts A beim modifizierten ETOA-
Verfahren
Der bisherige Ansatz in Schritt 2B in Fig. 4 und 5 ging von einem sofortigen Abbruch aus, sobald eine der Aussendungen (des zweiten Testsignals Sige) des zweiten Endgeräts B von dem ersten Endgerät A erfolgreich detektiert werden konnte. Das zweite Endgerät B bricht dann auf Geheiß von dem ersten Endgerät A seine Aussendungen der zweiten Testsignale Sige ab und sendet sämtliche bis dorthin ermittelte Zeitdifferenzen ( tB3 -
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(tB7 - tB1 ), ... , (tB i - tB1) unter Verwendung der Kurzdistanzfunkverbindung (z.B. Bluetooth- Verbindung) an das erste Endgerät A. Das erste Endgerät A hat seit dem Zeitpunkt tA1 selbst fortlaufend aufgezeichnet und kann nun eineindeutig via
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die gesuchte Entfernungsdistanz D zwischen den beiden mobilen Endgeräten A und B berechnen. Mit K seien in Analogie zu Gl. (3) die beiden konstanten Lautsprecher-Mikrofon- Entfernungen bezeichnet. Der Zeitindex tAX bezeichnet dabei denjenigen Zeitpunkt, bei dem das erste Endgerät A die Aussendung von dem zweiten Endgerät B erfolgreich detektieren konnte, also einen der Indizes X e {3, 5, 7, 9, ..., (2N4 + 1)} aus Fig. 4 bzw. dem Schwellwert N4 aus Fig. 5. Mit tBX sei dann der zu tAX zugehörige Zeitindex bezeichnet. Dieser bzw. die entsprechende Zeitdifferenz ( tBX - tB1 ) lassen sich eindeutig bestimmen, da zwischen (tAX - tA1) und ( tBX - tB1 ) ein Zeitversatz von 2 AtD liegt, was der doppelten Laufzeitdifferenz entspricht. Da diese Zeitspanne in den relevanten Fällen kleiner als 60 ms (entspricht einer Entfernung von 10 m) ist, kann sie damit leicht von benachbarten Zeitdifferenzen unterschieden werden, da der dortige Versatz mit ( tB2 - tB1 ) > AtTS deutlich größer sein sollte
Anstelle des sofortigen Abbruchs bei der ersten erfolgreichen Signalauswertung durch das erste Endgerät A, kann bei Ausführungsbeispielen im Schritt 2B die Schleife mit den Aussendungen der zweiten Testsignale Sige von Endgerät B immer bis zu ihrem Schleifenende iV4 durchlaufen. Wird N4, also die Anzahl der Schleifendurchläufe, in Relation zur Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Übertragung P^cc entsprechend großzügig gewählt, dann können innerhalb dieser Messkampagne mehrere erfolgreiche Signalauswertungen bei dem ersten Endgerät A stattgefunden haben. Die Berechnung der einzelnen Entfernungsdistanzen sollte gemäß
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in einem ersten Schritt einzeln erfolgen. Daraus lassen sich dann gegebenenfalls Rückschlüsse auf die unterschiedliche Qualität der Einzelmessungen oder systematische Distanzveränderungen ziehen. Distanzveränderungen können dann über ihren Zeitverlauf ebenfalls einer Plausibilitätsprüfung unterzogen werden. Generell lässt sich sagen, dass die Einzelmessungen nach ihrer individuellen Auswertung, dann einer weitergehenden statistischen Auswertung wie Median, Modalwert, arithmetische Mittelung, oder gewichtete Mittelung unterzogen werden können.
Bei diesem Messansatz sind gern. Ausführungsbeispielen natürlich auch Mischformen möglich. Anstelle einer festen Anzahl von N4 Schleifendurchläufen, kann die Schleife auch an sog. „while“-Bedingungen (dt. während-Bedingungen) gekoppelt werden. Beispielsweise kann nach Y erfolgreichen Signalauswertungen durch das erste Endgerät A die Schleife in Schritt 2B abgebrochen werden.
Im Gegensatz zum vorangegangenen Abschnitt 1 erfolgt nicht nach einer ersten erfolgreichen Signalauswertung bei dem ersten Endgerät A der sofortige Abbruch der Messschleife, sondern bei Ausführungsbeispielen kann die Schleife mit einer festen Anzahl von N4 Schleifendurchläufen durchlaufen oder ein Schleifenabbruch nach Y erfolgreichen Signalauswertungen durch das erste Endgerät A erfolgen. Dadurch lässt sich bezogen auf eine Einzelmessung nochmals eine erhebliche Zeiteinsparung erzielen. Beispielsweise werden beim Beispiel mit den Einzelerfolgsraten p **cc = P^cc = 0.1 und bei Y=3 geforderten erfolgreichen Signalauswertungen im Schritt 2B bei diesem Ansatz im Mittel 50 Einweg- Auswertungen (10 x Schritt 1, 10 x Schritt 2A und 30 x Schritt 2B) benötigt, anstelle der dann im Mittel erforderlichen 300 Zweiwege-Messdurchläufe nach Fig. 1. Falls die Einzelerfolgsraten unterschiedlich sind (beispielsweise wie im ersten Beispiel mit P^cc = 0.8 und Psucc = 0.1), dann empfiehlt es sich wegen der Y Mehrfach-Messungen in Schritt 2B, in Schritt 2A mit der niedrigeren Einzelerfolgsrate zu beginnen. Es kann aber auch hier der erste Schritt weggelassen werden, falls kein Interesse daran besteht, ob in Schritt 2A P^cc > PB^CC oder P^c < p cc gelten soll.
1.1.2 Mehrfachvermessungen sowie Dauersignal (z.B. über Lautsprecher Lß) des zweiten
Endgeräts B in Richtung des ersten Endgeräts A beim modifizierten ETOA-Verfahren
Bei den beiden vorangegangenen Abschnitten 1 und 1.1 wurde davon ausgegangen, dass die Lautsprecher in beiden Endgeräten A und B sofort nach dem Aussenden der Testsequenzen wieder ausgeschaltet oder auf leise geschaltet werden. Werden die Testsignale mehrfach benötigt, wie beispielsweise in Fig. 4 beim Lautsprecher von dem zweiten Endgerät ß, so wird der Lautsprecher, von der Applikation zum Zeitpunkt tBx getriggert, zum Zeitpunkt tBx neu gestartet und nach der Testsignaldauer AtTS wieder abgeschaltet oder gemutet. Dieser Umstand kann sich bei Ausführungsbeispielen wie folgt ändern.
Fig. 6 zeigt eine schematische Ansicht eines zeitlichen Ablaufs des Verfahrens zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel (modifiziertes ETOA-Verfahren mit Dauer-An von Lautsprecher LSs).
Wie in Fig. 6 zu erkennen ist, läuft der Lautsprecher LSB des zweiten Endgeräts B ab dem Einschaltpunkt tB2 im kohärenten Dauerbetrieb bis zum Ende von Schritt 2B. Entweder sendet das zweite Endgerät B das zweite Testsignal der Länge AtTS aus oder eine Nullfolge mit der definierten Zeitdauer (tB(*+2) - tBx - AtTS ) wird gesendet, um danach wieder das zweite Testsignal mit der Länge AtTS zu senden. Das Verhältnis zwischen Testsignallänge AtTS und Pausenlänge (tB(*+2) - tBx - AtTS ) sei dabei beliebig vorgebbar. Alternativ kann von dem zweiten Endgerät auch ein zweites akustisches Signal gesendet werden, wobei das zweite akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist.
Auch auf der Empfangsseite von dem ersten Endgerät A wiederholt sich diese Periodizität von Testsignal und Nullfolge. Dabei kann das erste Endgerät A nach dem Start seiner Aufzeichnung zum Zeitpunkt tA1 sowie einer Verzögerung von mindestens der Testsignallänge AtTS mit der fortlaufenden Auswertung des Empfangssignals beginnen. Dabei sind folgende Szenarien möglich:
1) Der Empfänger (z.B. das erste Endgerät A) findet einen ersten Startzeitpunkt tAx. Dann ist dem Empfänger (z.B. dem ersten Endgerät A) bekannt, dass das zweite Testsignal Sige bzw. ein Testsignalabschnitt Sige des zweiten akustischen Signals und damit ein weiterer Startzeitpunkt nach einem konstanten Zeitversatz erneut im Empfangssignal aufzufinden ist. Die Signaldetektion verfügt damit über Vorabwissen und kann damit wesentlich genauer im Empfangssignal suchen. Findet die Signaldetektion diesen gesuchten neuen Startzeitpunkt tA^x+ 2), dann kann der Empfänger (z.B. das erste Endgerät A) anhand einer IST-SOLL Analyse der Startzeitpunkt-Differenz überprüfen, wie genau die Startzeitpunkte getroffen wurden. Da dieser Vorgang der periodischen Testsignalwiederholung gemäß Fig. 6 insgesamt AL?- mal erfolgt, besteht somit (Nr 1)- mal die Möglichkeit jeweils einen zusätzlichen Startzeitpunkt zu schätzen und eine entsprechende Analyse der Laufzeit-Differenz durchzuführen. Da nicht bekannt ist, ob der erste gefundene Startzeitpunkt tAx auch der erste bei N4= 1 ausgesandte Zeitpunkt ist, sollte die Suche nach weiteren Startzeitpunkten gegebenenfalls auch vor dem ersten gefundenen Startzeitpunkt tAx im Empfangssignal erfolgen. Je mehr mögliche Startzeitpunkte gefunden werden, umso mehr Zuverlässigkeitsinformation kann daraus abgeleitet werden, insbesondere dadurch, dass die Zeitabstände zwischen den einzelnen Startzeitpunkten bekannt sind.
2) Lässt sich keiner der N4 Startzeitpunkte finden, so kann in einem weitergehenden Schritt das vollständige Gesamtsignal mit der zeitlichen Länge ÄTScesamt als weiteres neues Testsignal verwendet werden. Der zusätzliche SNR-Gewinn durch die Verwendung längerer Testsignale wird im nächsten Abschnitt (Abschnitt 1.3) erläutert. Die Verwendung längerer Testsequenzen erweist sich dann als vorteilhaft, wenn beispielsweise am Mikrofon scheuernde Stoffe das Umgebungsrauschen zeitweise signifikant ansteigen lassen.
Wie also in Fig. 6 zu erkennen ist, sendet das erste Endgerät A das erste Testsignal SigA aus, welches vom ersten Endgerät A zum ersten Detektionszeitpunk tA1 und vom zweiten Endgerät B zum zweiten Detektionszeitpunkt tBi detektiert wird. Das zweite Endgerät B sendet das zweite Testsignal SigB mehrfach aus, welches von dem zweiten Endgerät B zu allen Detektionszeitpunkten aus einem Satz von dritten Detektionszeitpunkten tB3, tB5, ..., tB2i und von dem ersten Endgerät A zu einem Detektionszeitpunkt aus einem Satz von vierten Detektionszeitpunkten tA3, tA 5, tA2i detektiert wird.
Hierbei bezeichnet in Fig. 6 fom jeweils die Differenz zwischen einem der Detektionszeitpunkte aus dem Satz von vierten Detektionszeitpunkten tA3, tA 5, tA2i und dem ersten
Detektionszeitpunkt tAi, fara jeweils die Differenz zwischen einem der Detektionszeitpunkte des Satzes von dritten Detektionszeitpunkten tB3, tBs, ..., tB2i und dem zweiten Detektionszeitpunk tBi. Ferner bezeichnet f ra die Differenz zwischen dem ersten Detektionszeitpunk tAi und dem Zeitpunkt tAo der Aussendung des ersten T estsignals SigA, und tam jeweils die Differenz zwischen einem Detektionszeitpunk aus dem Satz von dritten Detektionszeitpunkten fe, tes,..., tß2i und einem zeitlich korrespondierenden Zeitpunkt aus einem Satz von Zeitpunkten tß2, tß4, feo von Aussendungen des zweiten Testsignals Sige. Ferner bezeichnet D fo die von der Entfernung zwischen den zwei mobilen Endgeräten A und B abhängige Zeit zwischen dem Zeitpunkt des Aussendens eines der Testsignale durch eines der zwei mobilen Endgeräten A und B und dem Detektionszeitpunkt des jeweiligen Testsignals durch das jeweilig andere mobile Endgerät.
Bei Ausführungsbeispielen kann das Endgerät (z.B. ein Lautsprecher des Endgeräts) das Testsignal periodisch aussenden, wobei sich dazwischen Pausen befinden können. Die Zeitabstände zwischen den identischen Testsignalen sind beiden Endgeräten bekannt und müssen nicht unbedingt alle identisch sein. Wird eines dieser Testsignale auf Empfangsseite gefunden, so weiß der Empfänger in welcher zeitlichen Position er die anderen Testsignale zu finden hat. Er muss dafür sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung suchen. Je mehr Startzeitpunkte gefunden werden, desto bessere qualitative wie auch quantitative Aussagen lassen sich bei der nachfolgenden Distanzberechnung treffen. Wird kein Startzeitpunkt gefunden, dann kann das Gesamtsendesignal der Länge ÄTScesamt als zusätzliches langes Testsignal verwendet werden. Dies ist dann vorteilhaft, wenn das Umgebungsrauschen sehr groß ist.
1.1.3 Variation der Testsignallänge beim modifizierten ETOA-Verfahren
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Einer der Gründe, warum die Einzelerfolgsraten p ?cc oder P^.c sehr niedrig sind, kann ein sehr schlechtes Signal-zu-Rauschverhältnis (SNR) sein, entweder weil die Signalleistung S mit zunehmender Entfernung abnimmt oder weil das Rauschen N beispielsweise durch einen am Mikrofon scheuernden Stoff stellenweise signifikant ansteigt.
Es ist bekannt, dass bei einem Korrelationsempfänger mit zunehmender Länge des zu korrelierenden Testsignals ein SNR-Gewinn
Figure imgf000052_0002
erzielt werden kann. Steigt beispielsweise die Testsignallänge AtTsl aus dem ersten Beispiel von 100 ms auf AtTS2 = 500 ms an, so ergibt dies einen Gewinn g von 7 dB. Ein AtT52-Wert von 1000 ms würde 10 dB Gewinn bedeuten. Die „Peak“-Suche (oder Maximum-Suche) bei der Korrelation von Empfangssignal und dem Referenz-Testsignal könnte davon signifikant profitieren. Andererseits gilt es zu beachten, dass bei derartigen Korrelationslängen andere Störeffekte wie Frequenzoffsets oder Dopplereffekte deutlich an negativem Einfluss gewinnen. Auch die mittlere Zeitdauer für einen erfolgreichen Messvorgang würde ansteigen: von den ursprünglich 3.380 ms ( AtTS = 100 ms) auf 13.780 ms ( AtTS = 500 ms) bzw. 26.780 ms ( AtTS = 1000 ms). Andererseits gilt aber auch zu beachten, dass sich aufgrund der längeren Testsignale auch die jeweiligen Einzelerfolgsraten P^cc oder P^c verbessern können und damit die Anzahl der Versuche sinkt, bis eine Distanzmessung erfolgreich ist.
Daher wird bei Ausführungsbeispielen variable Testsignallängen verwendet und zwar möglichst nur dort, wo sie auch benötigt werden. Beim neuen modifizierten ETOA-Verfahren kann beispielsweise beim ersten Schritt mit kürzeren Längen von 50 bis 150 ms begonnen werden. Liefern hier die zwei oder drei Messdurchgänge nach Fig. 1 keine gültige Distanzmessung bzw. zufriedenstellende Einzel-Distanz-Auswertungen zur Typisierung der beiden Einzelerfolgsraten, dann kann für die nächsten Messdurchgänge eine deutlich längere Testsignallänge verwendet werden. Zeigen sich hier bessere Auswertungserfolge, so kann diese Testsignallänge auch im zweiten Verfahrensschritt nach Fig. 4 verwendet werden. Hier kann auch ein hybrider Lösungsansatz verwendet werden: Hat sich im ersten Verfahrensschritt gezeigt, dass die bessere Einzelerfolgsrate mit einer kürzeren Testsignallänge gut zurecht kommt und die andere Messrichtung eine längere Testsignallänge benötigt, dann können in beide Richtungen jeweils unterschiedliche Testsignallängen verwendet werden. Der Transfer der benötigten Informationen zu den verschiedenen Testsignallängen erfolgt während der Mess-Initialisierung über die Kurzdistanzfunkverbindung (z.B. Bluetooth-Verbindung).
Bei Ausführungsbeispielen erfolgt ein intelligenter und am Bedarf orientierter Einsatz von Testsignallängen mit unterschiedlicher Zeitdauer. Auch den Einzelerfolgsraten angepasste hybride Lösungen sind möglich.
1.2. Zweistufiges messdaueroptimiertes modifiziertes ETOA Verfahren mit unterschiedlichen Testsiqnallänqen und kohärenter sowie inkohärenter
Siqnalauswertunq
Fig. 7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 200 zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten, die über eine Kurzdistanzfunkverbindung (z.B. WPAN, wie z.B. Bluetooth) miteinander verbunden sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren umfasst einen Schritt 202 des Sendens eines ersten akustischen Signals von einem ersten mobilen Endgerät zu einem zweiten mobilen Endgerät der zwei mobilen Endgeräte, wobei das erste akustische Signal in der Zeit (z.B. periodische oder nicht periodische) akustische Testsignalabschnitte aufweist. Ferner umfasst das Verfahren 200 einen Schritt 204 des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen ersten Satz von Detektionszeitpunkten ( †AI , i«, s, ) zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren 200 einen Schritt 206 des Detektieren der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (tBi, tB3, tB s, tBi) zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren 200 einen Schritt 210 des Sendens eines zweiten akustischen Signals von dem zweiten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät, wobei das zweite akustische Signal in der Zeit (z.B. periodische oder nicht periodische) akustische Testsignalabschnitte aufweist. Ferner umfasst das Verfahren 200 einen Schritt 212 des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um einen dritten Satz von Detektionszeitpunkten (feg, ten, fe«, tBis) zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren 200 einen Schritt 214 des Detektierens der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (fog, tAn, tAi3, tAis) zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren 200 einen Schritt 216 des Ermittelns einer Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen
- einer Differenz zwischen einem (z.B. erfolgreichen) Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten ( g, tAn, tAi3, tAis) (z.B. der bei dem Schritt des Detektierens (214) erhalten wurde) und einem Detektionszeitpunkt aus dem ersten Satz von Detektionszeitpunkten ( †AI , tA3, s, ), der mit dem (z.B. erfolgreichen) Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten ( tBi , tes, tB s, tBi) (z.B. zeitlich) korrespondiert, und
- einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten (feg, tB11, tBi3, tB15), der mit dem (z.B. erfolgreichen) Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (tA9, tAn, tAi3, tAis) (z.B. zeitlich korrespondiert), und einem (z.B. erfolgreichen) Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten ( tBi , tB3, tBs, tBi).
Bei Ausführungsbeispielen kann das in Fig. 7 gezeigte Verfahren 200 von dem in Fig. 3 gezeigten ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät ausgeführt werden. Im Folgenden werden detaillierte Ausführungsbeispiele des in Fig. 7 gezeigten Verfahrens 200 näher beschrieben.
Das Verfahren 200 bietet alle zuvor diskutierten Vorteile. Auch der erste Schritt aus Abschnitt 1 kann ersatzlos entfallen. Der in Abschnitt 1.2 beschriebene Lösungsansatz, dass der Lautsprecher im Dauerbetrieb seine Testsignale aussendet, wird nun wie in Fig. 8 dargestellt ist, in beide Richtungen betrieben. Fig. 8 zeigt hierbei eine schematische Ansicht eines zeitlichen Ablaufs des Verfahrens 200 zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten, gemäß einem Ausführungsbeispiel (modifiziertes ETOA-Verfahren).
Wie in Fig. 8 zu erkennen ist, erfolgt das in Abschnitt 1.2 für die Richtung vom zweiten Endgerät B zum ersten Endgerät A besprochene Vorgehen nun auch in Richtung vom ersten Endgerät A zum zweiten Endgerät B:
1) Beide Empfänger (z.B. erstes Endgerät A und zweites Endgerät B) haben die Möglichkeit einer Einzelsignaldetektion des kurzen Testsignals mit der Länge AtTs. Wird ein Startzeitpunkt gefunden, so können durch die vorab bekannten Zeitverschiebungen auch die anderen Startzeitpunkte präziser gefunden werden. Durch IST-SOLL Analysen der verschiedenen Startzeitpunkt-Differenzen lassen sich qualitative Zuverlässigkeitsaussagen treffen. Dabei sollte in jede Richtung zumindest ein Startzeitpunkt gefunden werden. Werden mehrere Startzeitpunkte gefunden, kann bei der Distanzberechnung, wie in Abschnitt 1.1 beschrieben, verschiedene statistische Auswertungen durchgeführt werden.
2) Als zusätzliche Messung oder für den Fall, dass zumindest in eine der beiden Richtungen kein Startzeitpunkt eines kurzen Testsignals der Länge AtTS zuverlässig bestimmt werden konnte, kann eine Korrelation mit dem Gesamtsignal der Länge TtTScesamf durchgeführt werden. Die Verwendung längerer Testsignale erweist sich, wie in Abschnitt 1.3 beschrieben, dann als vorteilhaft, wenn beispielsweise am Mikrofon scheuernde Stoffe das Umgebungsrauschen zeitweise signifikant ansteigen lassen. Diese Auswertung kann ebenfalls, oder gemeinsam mit den Ergebnissen aus 1), zur Distanzberechnung herangezogen werden.
3) Es ist zu beachten, dass die maximale Auswertungsdauer AtBUd-5 = ( tA15 - tA1 ) nicht beliebig anwachsen darf. Lange Verzögerungszeiten können zeitliche Abweichungen durch unterschiedliche Abtastraten der beiden Endgeräte A und B verursachen und auch der Fall von zeitvarianten Kanaleigenschaften (Dopplerverschiebung, Mehrwegeausbreitung) kann Fehler verursachen. Insofern sollte die Mess- oder Auswertungsdauer einen Zeitrahmen von 1000 bis 1500 ms nicht übersteigen. Wird beispielsweise eine Testsignallänge von AtTS = 100 ms vorgegeben und eine Pause von 50 ms gewählt, dann resultiert mit N3 = N4 = 4 eine Gesamtsignallänge von D TSGesamt= 600 ms. Damit ergibt sich eine Gesamtauswertungsdauer von etwas mehr wie AtBm _5 = 1200 ms. Bei der Auswertung der einzelnen Aufnahmezeitpunkte sollten die unterschiedlichen Zeitspannen in der Distanz-Analyse konstruktiv berücksichtigt werden: Änderungen zeigen gegebenenfalls ein dynamisches Bewegungsprofil und sollten anders gehandhabt werden, wie beispielsweise der statische Fall. Hier kann dann über größere Zeiträume gemittelt werden.
We also in Fig. 8 zu erkennen ist, sendet das erste Endgerät A wiederholt das erste Testsignal SigA bzw. das erste akustische Signal mit den Testsignalabschnitten SigA aus, wobei die Testsignalabschnitte SigA von dem ersten Endgerät A zu allen Detektionszeitpunkten aus einem ersten Satz von Detektionszeitpunkten tAi, tA3, und von dem zweiten Endgerät B zu einem oder mehreren Detektionszeitpunkten aus einem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten tBi, tB3, tB7 detektiert werden. Das zweite Endgerät B sendet weiderholt das zweite Testsignal SigB bzw. das zweite akustische Signal mit den Testsignalabschnitten Sige aus, wobei die Testsignalabschnitte von dem zweiten Endgerät B zu allen Detektionszeitpunkten aus einem dritten Satz von Detektionszeitpunkten feg, tBn, feie und von dem ersten Endgerät A zu einem oder mehreren Detektionszeitpunkten aus einem vierten Satz von Detektionszeitpunkten g, tAn, tAis detektiert werden.
Die Differenz fe;ffi kann hierbei zwischen einem (z.B. erfolgreichen) Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (tA9, t n, tAi3, tAis) und einem Detektionszeitpunkt aus dem ersten Satz von Detektionszeitpunkten ( tAi , tA3, tA 5, fez), der mit dem (z.B. erfolgreichen) Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten ( tBi , tB3, tB5, tei) zeitlich korrespondiert, gebildet werden.
Die Differenz iom kann hierbei zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten (feg, ten, fe«, tBis), der mit dem (z.B. erfolgreichen) Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (feg, tAn, tAi3, tAis) zeitlich korrespondiert, und einem (z.B. erfolgreichen) Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten ( tBi , tB3, tB 5, tB7), gebildet werden.
In Fig. 8 bezeichnet MD die von der Entfernung zwischen den zwei mobilen Endgeräten A und B abhängige Zeit zwischen dem Zeitpunkt des Aussendens eines der Testsignale durch eines der zwei mobilen Endgeräten A und B und dem Detektionszeitpunkt des jeweiligen Testsignals durch das jeweilig andere mobile Endgerät.
Bei Ausführungsbeispielen werden die Testsignale S/g und Sige (z.B. von den jeweiligen Lautsprechern der zwei Endgerät A und B) ohne Unterbrechung mehrfach in beide Richtungen ausgesendet. Zwischen den kurzen Testsignalen der Länge AtTS können sich Signalpausen befinden, die falls erforderlich, unterschiedliche Längen haben können. Die einzelnen Zeitabstände zwischen den Testsignalen sind beiden Endgeräten A und B bekannt. Wird der Startzeitpunkt eines dieser Testsignale auf einer der beiden Empfangsseiten gefunden, so ist dem jeweiligen Empfänger bekannt in welcher zeitlichen Position dieser die Startzeitpunkte der anderen Testsignale zu finden hat. Gegebenenfalls hat der jeweilige Empfänger sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung zu suchen. Je mehr Startzeitpunkte gefunden werden, desto bessere qualitative wie auch quantitative Aussagen lassen sich bei der nachfolgenden Distanzberechnung treffen. Wrd kein Startzeitpunkt gefunden, dann kann das Gesamtsendesignal der Länge ÄTScesamt als zusätzliches langes Testsignal verwendet werden. Dies ist dann vorteilhaft, wenn das möglicherweise schwankende Umgebungsrauschen sehr groß ist.
1.2.1 Ineinander verschachtelte Aussendunq der Testsiqnale
Durch die mehrfache Aussendung der Testsignale bis zu einer bestimmten Höchstanzahl N3 durch das erste Endgerät A im Schritt A des Verfahrens in Fig. 8 entsteht potentiell eine lange Verzögerung zwischen den für die Auswertung verwendeten Eigenempfangszeitpunkten tA i, tA3, tA5 ... und den darauffolgenden Fremdempfangszeitpunkten tA9, tA11, tA13 ... (siehe Fig. 8). Diese lange Verzögerung kann bewirken, dass sich der Frequenzoffset zwischen den beiden Abtastfrequenzen sowie zeitvariante Kanaleigenschaften (Dopplerverschiebung, Mehrwegeausbreitung) negativ auf die Messgenauigkeit auswirken. Insbesondere kann das Distanzschätzergebnis durch unterschiedliche Kanalbedingungen während der beiden Mess- Schritte verfälscht werden, obwohl beide Endgeräte A und B in der Lage waren, die jeweiligen Signale erfolgreich zu detektieren.
Als Lösungsansatz dieser Problematik können die beiden Schritte A und B aus dem in Abschnitt 1 beschriebenen Verfahren ineinander verschachtelt ausgeführt werden. Hierzu können die beiden Endgeräte A und B abwechselnd je eine Aussendung vornehmen um dann eine vom anderen Gerät zu empfangen. Die Zeitabstände zwischen der Aussendung und dem Empfang eines Paares an Testsignalen ist folglich ähnlich wie Fig. 1 minimal. Damit die Gesamtmessdauer kürzer oder gleich der von Abschnitt 1 wird, sollte eine möglichst genaue Anfangssynchronisation vorliegen, da die Endgeräte koordiniert aussenden und empfangen. Es sollte vermieden werden, dass beide Lautsprecher zum selben Zeitpunkt ein Testsignal aussenden. Zu dem Zeitpunkt wo eines der Endgeräte sein Testsignal aussendet, sollte das andere Endgerät die kohärente Nullfolge aussenden.
Der Schutzabstand, also die zeitliche Dauer (tA(x+T) - tAx - AtTS ) der Nullfolgen zwischen den Testsignalen, ist daher entsprechend groß zu wählen. Zum einen ist die Differenz aufgrund der grobem Zeitsynchronisation der beiden Endgeräte bzgl. der Applikations-Startzeitpunkte tA 0 sowie tß o zu berücksichtigen, sowie die maximale Laufzeitdifferenz AtD und die Testsignallänge AtTs. Wrd beispielsweise für ( tß0 - t^0) circa 20 ms veranschlagt, für AtD 30 ms und für AtTS= 100 ms, so ergibt sich ein Schutzabstand von mindestens 150 ms. Damit resultiert bei Annahme von N3 = N4 = 4 eine Gesamtauswertungsdauer von etwa 1000 ms.
Bei Ausführungsbeispielen wird die zeitliche Abfolge der Messungen derart verändert, sodass die Endgeräte jeweils abwechselnd Aussendungen vornehmen. Damit wird der relative Zeitunterschied zwischen Aussendung und Empfang der Testsignale minimiert, wodurch sich bessere Eigenschaften des Verfahrens in zeitvarianten Kanälen erwarten lassen.
2. Messdauer- sowie performanceoptimiertes Verfahren bei der akustischen
Entfernunqsvermessunq mobiler Endqeräte
Wie bereits oben in Abschnitt 1 beschrieben, ist zur akustischen Distanzvermessung von zwei Mobilgeräten das in Fig. 1 dargestellte ETOA-Verfahren [1], [2] („Elapsed time between the two Time-Of-Arrivals“) gut geeignet, da sich das ETOA-Verfahren durch folgende Vorteile auszeichnet:
• Gemäß dem ETOA-Verfahren wird die Entfernung durch Auswertung der jeweils verstrichenen Zeitdifferenzen der einzelnen Mikrofon-Aufzeichnungen getrennt in beiden Endgeräten gemessen. Daher wird im Gegensatz zu vielen anderen Messverfahren keine exakte Zeitsynchronisation (was einen erheblichen Mehraufwand bedeuten würde) zwischen den beiden Mobilgeräten benötigt.
• Die Applikation benötigt keine Echtzeitkontrolle der exakten Sende- und Empfangszeitpunkte, was die gängigen mobilen Betriebssysteme wie Android oder iOS auch nicht ermöglichen.
Bzgl. der genauen Funktionsweise des ETOA-Verfahrens sei auf die oben zu Beginn von Abschnitt 1 gemachten Ausführungen verwiesen. Das herkömmliche ETOA-Verfahren hat jedoch die folgenden zwei Nachteile:
1. Damit eine gültige Messung zustande kommt, müssen die Auswertungen in beide Empfangsrichtungen (von Endgerät A zu Endgerät B sowie umgekehrt) gleichzeitig mit hinreichender Qualität verfügbar sein.
2. Die gewählte Länge des zur Signaldetektion benötigten Testsignals ist immer eine Kompromisslösung: möglichst lange bei reiner Rauschstörung und deutlich kürzer bei Störeffekten wie Frequenzoffset oder Dopplereffekte.
Der erste Nachteil, der beidseitig gleichzeitig benötigte Auswertungserfolg nach Fig. 1 kann dadurch abgeschwächt werden, dass durch mehrfaches Aussenden des Testsignals in die eine Richtung (siehe hierzu Fig. 8), dies solange wiederholt wird bis eine erfolgreiche Auswertung erfolgt ist und anschließend bei fortwährender Signalaufzeichnung in beiden Endgeräten die wiederholte Testsignal-Aussendung in die Rückrichtung durchgeführt wird, bis auch hier ein erfolgreicher Messversuch stattgefunden hat (siehe Ausführungsbeispiele oben in Abschnitt 1).
Durch dieses neue nunmehr zweistufige ETOA-M essverfahren nach Fig. 8 (siehe Ausführungsbeispiele oben in Abschnitt 1) lässt sich die für eine gültige Distanzmessung benötigte Versuchsanzahl deutlich reduzieren. Wird mit P^cc die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Übertragung von Endgerät A nach Endgerät B und entsprechend mit
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die umgekehrte Übertragungsrichtung bezeichnet und wird beispielsweise ein P^cc = P^.c = 0.2 vorgegeben, so benötigt das Standard-ETOA-Verfahren nach Fig. 1 im statistischen Mittel 25 Einzelmessungen (und dies jeweils in beide Übertragungsrichtungen) bis eine erfolgreiche Distanzmessung zustande gekommen ist. Das zweistufige ETOA-Messverfahren nach Fig. 8 benötigt hingegen im statistischen Mittel nur 10 Messvorgänge in jeweils lediglich eine Richtung. Bei diesem Beispiel liegt das zeitliche Einsparpotential somit bei 80%.
Die Lösung des zweiten Problems ergibt sich ebenfalls aus Fig. 8. Das mehrfache Aussenden des Testsignals erfolgt in periodischen Abständen, wobei sich das Testsignal über die volle Periodenlänge erstrecken kann oder durch das Aussenden einer Nullfolge aufgefüllt wird. Damit resultiert ein Gesamtsignal, welches sich aus LAB bzw. LBA periodisch wiederholten Teilsignalen zusammensetzt. Der Detektor auf der Empfängerseite kann nun versuchen, die Startzeitpunkte der einzelnen kurzen Testsignale zu extrahieren, oder er kann versuchen, über die kohärent ermittelten Korrelationsteilergebnisse der LAB bzw. LBA Testsignale nichtkohärent zu mittein (teilkohärentes Verfahren) oder er kann alternativ versuchen, über das Gesamtsignal zu korrelieren (vollkohärentes Verfahren) und diesen Startpunkt erfolgreich zu erkennen. Letzteres ist dann besonders vorteilhaft, wenn das Umgebungsrauschen sehr groß ist. Die Auswertung der kürzeren Testsignale auf teilkohärenter Basis ist dagegen bei Störeffekten wie Frequenzoffset oder Dopplereffekte vorteilhafter.
Zusammenfassend gilt festzuhalten: Für die verschiedenen Varianten des ETOA-Verfahrens wird keine exakte Zeitsynchronisation zwischen den Endgeräten benötigt und es bestehen auch keine Echtzeitanforderungen an die Sende- und/oder Empfangsapplikation. Mögliche Fehlerquellen in Gleichung (3) sind die Abhängigkeit der Schallgeschwindigkeit cLuft von Temperatur, Luftfeuchte und Luftdruck, ein möglicher Frequenzoffset zwischen den beiden Abtastfrequenzen und Ungenauigkeiten bei der Bestimmung der einzelnen Indizes nx. Im Rahmen der Messgenauigkeit, die hier von Interesse sind, kann die Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit vernachlässigt werden. Lediglich die Zuverlässigkeit der Bestimmung der beispielhaften vier Startindizes nA1 , nA3,nB1, nB3 (und hier insbesondere die dem Beginn des jeweils fremden und somit schwächeren Signals zugeordneten nA3 und nB1) hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab. Ein ungünstiges Signal-zu-Rauschverhältnis (SNR) aufgrund der Ausbreitungsdämpfung, Mikrofonstörungen z.B. aufgrund scheuernder Stoffe, Mehrwegeausbreitungen aufgrund von akustischen Reflexionen, eine fehlende Schallausbreitung auf direktem Weg (engl line of sight) oder auch Doppler-Effekte können das zuverlässige Auffinden des Beginns des jeweiligen Testsignals sehr erschweren.
Zur Verbesserung der Startindexbestimmung bedarf es einer ganzen Reihe von Maßnahmen, die an unterschiedlichen Stellen ansetzen:
1) Sendeseitiges Design des oder der akustischen Testsignale,
2) Auswahl eines geeigneten ETOA-Messverfahrens,
3) Optimierung der Signaldetektion auf Empfängerseite.
Die Ausführungsbeispiele in Abschnitt 1 beschäftigen sich im Wesentlichen mit dem zweiten Punkt, wohingegen sich die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele auf das Zusammenspiel von Sender und Empfänger beziehen. Dazu werden allgemein die Auswirkungen verschiedener akustischer Testsignale auf die Performance der Detektion untersucht und die verschiedenen kohärenten und teilkohärenten Korrelationsansätze analysiert sowie die Entscheidungslogik des Detektors beschrieben.
Fig. 9 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Empfängers 120, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Empfänger 120 ist konfiguriert, um ein akustisches Testsignal Sig zu empfangen (z.B. mittels eines Mikrofons M), um ein empfangenes akustisches Testsignal zu erhalten, wobei das empfangene akustische Testsignal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte (z.B. mit vorgegebenen oder bekannten (z.B. gleichen oder unterschiedlichen) akustischen Sequenzen, vgl. Testsignalabschnitte bzw. Teil-Testsignal SK(I) in Fig. 8) aufweist, wobei der Empfänger 120 konfiguriert ist, um für eine Detektion eines Empfangszeitpunkts des akustischen Testsignals Sig oder zumindest eines Teils (z.B. mit zumindest zwei Testsignalabschnitten) des akustischen Testsignals Sig eine erste kohärente Korrelation, z.B. mittels einer ersten kohärenten Korrelationsstufe 122, und eine zweite teilkohärente Korrelation, z.B. mittels einer zweiten teilkohärenten Korrelationsstufe 124, durchzuführen.
Der Empfänger 120, z.B. die erste kohärente Korrelationsstufe 122, ist hierbei konfiguriert, um bei der Durchführung der ersten kohärenten Korrelation das empfangene akustische Testsignal Sig ‘ mit einem akustischen Referenzsignal, das akustische Referenzsignalabschnitte aufweist, die mit den akustischen Testsignalabschnitten des empfangenen akustischen Testsignals korrespondieren, kohärent zu korrelieren, um ein erstes kohärentes Korrelationsergebnis 126 zu erhalten.
Der Empfänger 120, z.B. die zweite teilkohärente Korrelationsstufe 124, ist hierbei konfiguriert, um bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation zumindest einen Teil (z.B. zumindest zwei (z.B. eine echte Teilmenge) oder alle) der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals Sig ‘ jeweils mit einem korrespondierenden akustischen Referenzsignalabschnitt kohärent zu korrelieren oder gruppenweise mit jeweiligen Referenzsignalabschnitten kohärent zu korrelieren (z.B. wobei jede Gruppe zumindest zwei Testsignalabschnitte aufweist und wobei jede Gruppe eine echte Teilmenge aller Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals ist), um zumindest zwei Teilkorrelationsergebnisse (z.B. ein Teilkorrelationsergebnis pro Testsignalabschnitt oder pro Gruppe von Testsignalabschnitten) zu erhalten, und um die zumindest zwei Teilkorrelationsergebnisse inkohärent zu kombinieren (z.B. betragsmäßig zu addieren), um ein zweites teilkohärentes Korrelationsergebnis 128 zu erhalten.
Der Empfänger 120 ist hierbei konfiguriert, um den Empfangszeitpunkt 130 des akustischen Testsignals Sig oder des zumindest einen Teils des akustischen Testsignals Sig in Abhängigkeit von dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis 126 (z.B. einem ersten Korrelationsmaximum oder Korrelationsnebenmaximum des ersten Korrelationsergebnisses) und dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis 128 (z.B. einem zweiten
Korrelationsmaximum oder Korrelationsnebenmaximum des zweiten Korrelationsergebnisses) basierend auf einem aus dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis 126 oder dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis 128 zu detektieren.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Empfänger 120 konfiguriert sein, um ein erstes Korrelationsmaximum des ersten kohärenten Korrelationsergebnisses 126 zu ermitteln und um ein zweites Korrelationsmaximum des zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnisses 128 zu ermitteln, wobei der Empfänger 120 konfiguriert sein kann, um den Empfangszeitpunkt 130 des akustischen Testsignals Sig oder des zumindest einen Teils des akustischen Testsignals Sig basierend auf dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis 128 zu detektieren, wenn ein Verhältnis zwischen einem Wert (z.B. Betrag oder Betragsquadrat) des zweiten Korrelationsmaximums und einem Wert (z.B. Betrag oder Betragsquadrat) des ersten Korrelationsmaximums größer ist als eine Schwelle, und sonst basierend auf dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis 126.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Empfänger 120 konfiguriert sein, um, wenn der Empfangszeitpunkt basierend auf dem ersten kohärenten Detektionsergebnis 126 ermittelt wird, den Empfangszeitpunkt basierend auf einem ersten Korrelationsmaximum oder ersten Korrelationsnebenmaximum (z.B. einer zeitlichen Lage des ersten Korrelationsmaximums oder ersten Korrelationsnebenmaximums) des ersten kohärenten Korrelationsergebnisses 126 zu ermitteln.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Empfänger 120 konfiguriert sein, um, wenn der Empfangszeitpunkt basierend auf dem zweiten teilkohärenten Detektionsergebnis 128 ermittelt wird, den Empfangszeitpunkt basierend auf einem zweiten Korrelationsmaximum oder zweiten Korrelationsnebenmaximum (z.B. einer zeitlichen Lage des zweiten Korrelationsmaximums oder zweiten Korrelationsnebenmaximums) des zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnisses 128 zu ermitteln.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Empfänger 120, wie dies beispielhaft in Fig. 9 angedeutet ist, in einem mobilen Endgerät 118 implementiert sein. Das zu empfangende akustische Signal Sig kann hierbei von einem anderen mobilen Endgerät ausgesendet werden. Alternativ kann das zu empfangende akustische Signal Sig von dem mobilen Endgerät 118 selber, z.B. von einem Lautsprecher LS des mobilen Endgeräts 118, ausgesendet werden. Beispielsweise kann das mobile Endgerät 118 das oben in Abschnitt 1 beschriebene erste mobile Endgerät A und/oder das zweite mobile Endgerät B (vgl. Fig. 3) sein. Im Falle des ersten mobilen Endgeräts A kann dieses das selbst ausgesendete akustische Testsignal S/g empfangen und einen Empfangszeitpunkt desselben wie in Bezug auf Fig. 9 beschrieben detektieren und/oder das von dem zweiten mobilen Endgerät B ausgesendete zweite akustische Testsignal Sige empfangen und einen Empfangszeitpunkt desselben wie in Bezug auf Fig. 9 beschrieben detektieren. Im Falle des zweiten mobilen Endgeräts B kann dieses das selbst ausgesendete akustische Testsignal Sige empfangen und einen Empfangszeitpunkt desselben wie in Bezug auf Fig. 9 beschrieben detektieren und/oder das von dem ersten mobilen Endgerät A ausgesendete erste akustische Testsignal S/g empfangen und einen Empfangszeitpunkt desselben wie in Bezug auf Fig. 9 beschrieben detektieren.
Fig. 10 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Senders 140, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Der Sender 140 ist konfiguriert, um ein akustisches Testsignal zu senden (z.B. mittels eines Lautsprechers LS), wobei das akustische Testsignal Sig in der Zeit akustische Testsignalabschnitte (vgl. Testsignalabschnitte bzw. Teil-Testsignal SK(I) in Fig. 8) aufweist.
Bei Ausführungsbeispielen kann das akustische Testsignal Sig in der Zeit sich periodisch wiederholende akustische Testsignalabschnitte aufweisen, wobei die akustischen Testsignalabschnitte jeweils auf einer Folge mit vorgegebenen periodischen
Autokorrelationsverhalten basieren, wobei gemäß dem vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten alle Betragsnebenmaxima einer Autokorrelationsfunktion der Folge gleich Null sind, oder
(z.B. bei Binärfolgen mit den Elementen e {0,1}) gleich Null und/oder Eins sind. Beispielsweise kann die Folge mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten eine sein aus einer komplexwertigen Zadoff-Chu-Folge, einer komplexwertigen P-phasigen Produktfolge, einer komplexwertigen perfekten Biphasen- oder Triphasen-Folge, einer binären m-Folge, einer binären Legendre-Folge.
Bei Ausführungsbeispielen können die akustischen Testsignalabschnitte auf zumindest zwei unterschiedlichen Folgen mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten basieren, wobei gemäß dem vorgegebenen periodische Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten alle Betragsnebenmaxima von Autokorrelationsfunktionen und Kreuzkorrelationsfunktionen der zumindest zwei unterschiedlichen Folgen einen Schwellwert, der eine mit Eins oder Zwei multiplizierte Wurzel der Folgenlänge [L] der zumindest zwei Folgen nicht übersteigen [Schwellwert = 2 v [z.B. für komplexwertige Folgen], oder Schwellwert = 2 I, [z.B. für reellwertige Folgen]]. Beispielsweise können die zumindest zwei Folgen mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten zumindest zwei Folgen sein aus der Familie von komplexwertigen Zadoff-Chu-Folgen, von komplexwertigen Cubic-phase Folgen, von komplexwertigen m-Folgen, von binären m-Folgen [z.B. Gold-Folgen oder Kasami-Folgen].
Bei Ausführungsbeispielen kann der Sender 140, wie dies beispielhaft in Fig. 10 angedeutet ist, in einem mobilen Endgerät 118 implementiert sein.
Beispielsweise kann das mobile Endgerät 118 das oben in Abschnitt 1 beschriebene erste mobile Endgerät A und/oder das zweite mobile Endgerät B (vgl. Fig. 3) sein. Im Falle des ersten mobilen Endgeräts A kann dieses das erste akustische Signal SigA mit den in Bezug auf Fig. 10 beschriebenen Signaleigenschaften aussenden. Im Falle des zweiten mobilen Endgeräts B kann dieses das zweite akustische Signal SigB mit den in Bezug auf Fig. 10 beschriebenen Signaleigenschaften aussenden.
Im Folgenden werden detaillierte Ausführungsbeispiele des Empfängers 120 und/oder Senders 140 beschrieben.
2.1 Teilkohärenter Detektor für ein Testsiqnal, welches sich aus nicht überlappenden Teil-
Testsignalen zusammensetzt
Die Verwendung der Kreuzkorrelation als Detektionsbasis zur Bestimmung der Ankunftszeit des Testsignals ist ein weit verbreitetes Analyseverfahren [1,2, 3, 4] Der maximale Betragswert des Korrelationsergebnisses zwischen der Testsignalsequenz s(n) (n=1,2,...,N) und dem geeignet vorverarbeiteten und abgetasteten empfangenen Signal g(m) (m=1,2, ...,M) repräsentiert im ungestörten Fall den Empfangszeitpunkt des eingehenden Testsignals, solange Fading-Effekte und fehlende LOS-Verbindung unberücksichtigt bleiben. Werden zeitdiskrete Signale unterstellt, dann ergibt sich für die Kreuzkorrelationsfunktion der Ausdruck
Figure imgf000065_0001
wobei das *-Zeichen die Konjugiert-Komplex-Operation charakterisiert. Mit argmaxm \<p härent (m)\ resultiert dann die Startposition des Testsignals. Hinsichtlich der Rechenkomplexität kann die Berechnung der Kreuzkorrelationsfunktion sehr aufwendig werden. Wird beispielsweise bei einer Abtastrate von fs = 48 kHz eine Testsignallänge von 50 ms unterstellt, so beläuft sich N auf 2400 Abtastwerte, bei einer Testsignallänge von 500 ms sind es schon 24.000 Abtastwerte.
Aus Abschnitt 1 ist bekannt, dass beim Korrelationsempfänger bei Vorhandensein einer rein additiven weißen Rauschstörung mit zunehmender Testsignallänge AtTS ein SNR-Gewinn von (in dB) (12)
Figure imgf000065_0002
erreicht werden kann. Wächst beispielsweise die Testsignallänge AtTsl von 50 ms auf DίT52 = 500 ms an, so ergibt dies einen SNR-Gewinn von gN = 10 dB.
Andererseits gilt zu beachten, dass bei entsprechend langen Korrelationslängen N andere Störeffekte wie Frequenzoffsets oder Dopplereffekte einen deutlich negativeren Einfluss auf die Detektionsrate besitzen. Je stärker diese Effekte sind, d.h. je kürzer die Kohärenzzeit des somit zeitvarianten Übertragungskanals ist, umso kürzer sollten auch die Testsignallängen sein.
Anhand von Fig. 8 ist zu erkennen, dass das Testsignal s(n) der Gesamtlänge N aus KAB bzw. KBA Teilsequenzen besteht. Gl. (11) kann auf diese verkürzte Teilsequenz direkt angewendet werden. Bei ausschließlichem Vorhandensein eines reinen Frequenzoffsets und/oder Dopplerspreizung würde sich eine deutlich verbesserte Detektionsrate ergeben. Da aber in realen Systemen immer auch eine additive Rauschstörung im Empfangssignal vorhanden ist, würde nach Gl. (12) aufgrund der nun ja verkürzten Teilsequenz dem SNR-Gewinn ein entsprechender SNR-Verlust entgegenwirken. Dem negativen Effekt von Gl. (12) bei Verkürzung der Testsequenzlänge kann jedoch durch eine inkohärente Aufsummierung der einzelnen, jeweils kohärenten Teilkorrelationen teilweise entgegengewirkt werden. Dies sei im Folgenden beschrieben. Das zur Schätzung verfügbare zeitdiskrete Testsignal s(n) der Gesamtlänge N wird in K einander nicht überlappende Teil-Testsignal mit jeweils der Länge L zerlegt. Mit
N/L = K E N (13) resultiert die K Teil-Testsignale mit Länge L: sfc(0 = s(Z + (fe - 1) L), Z = 1(1)L, k = l(X)K. (14)
Mit diesen K Teil-Testsignalen berechnen sich die K Teil-Korrelationen
Figure imgf000066_0001
die dann betragsmäßig (und somit inkohärent), d.h.
Figure imgf000066_0002
aufaddiert werden. Mit argrnaxm \ ps^koMrent (m)\ resultiert abschließend auch hier im ungestörten Fall den Empfangszeitpunkt des eingehenden Testsignals.
Fig. 11a zeigt in einem Diagramm Detektions-Fehlerraten aufgetragen über ein Signal- Rausch-Verhältnis (SNR, signal-to-noise ratio) für verschiedene Kreuzkorrelationsvarianten bei einem statischen AWGN Kanal (AWGN = additive white Gaussian noise, dt. additives weißes gaußsches Rauschen). Hierbei beschreibt eine erste Kurve 150 eine Detektions- Fehlerrate in Abhängigkeit vom Signal-Rausch-Verhältnis für eine kohärente Korrelation nach Gleichung (11) über das gesamte Testsignal. Eine zweite Kurve 151 beschreibt eine Detektions-Fehlerrate in Abhängigkeit vom Signal-Rausch-Verhältnis für eine kohärente Korrelation nach Gleichung (11) über einen einzelnen Teilabschnitt des Testsignals. Eine dritte Kurve 152 beschreibt eine Detektions-Fehlerrate in Abhängigkeit vom Signal-Rausch- Verhältnis für eine teilkohärente Korrelation nach den Gleichungen (15) und (16).
Mit anderen Worten, Fig. 11a zeigt die Detektionsfehlerrate beim statischen Kanal mit additiver weißer Rauschstörung. Als Detektionsfehler wird im vorliegenden Beispiel ein Schätzfehler von mehr als ±0.5 Meter bezeichnet. Je länger die Gesamtlänge des Testsignals, umso besser die Performance. Wird die Testsignallänge von DίT51 = 500 ms (Kurve 150) auf eine Länge von AtTS2 = 43 ms (Kurve 151) verkürzt und wird auch hier die kohärente Auswertung gemäß Gl. (11) angewandt, so ergibt sich entsprechend Gl. (12) ein Verlust von gN = 10,6 dB. Werden jedoch die K kohärent gewonnenen Teil-Korrelationen inkohärent entsprechend Gl. (16) aufaddiert, dann stellt sich bezogen auf die Performance der einzelnen Teil-Testsignallänge der Zeitdauer von 43 ms (Kurve 151) ein Gewinn entsprechend gK = 10 - loglo(VF) (in dB) (17) ein. Im Beispiel von Fig. 11a beträgt dieser für K-12 (Kurve 152) gK = 5.4 dB gegenüber der Ausgangskurve 151.
Fig. 11b zeigt in einem Diagramm Detektions-Fehlerraten aufgetragen über ein Signal- Rausch-Verhältnis (SNR, signal-to-noise ratio) für verschiedene Kreuzkorrelationsvarianten bei einem Fading-Kanal bei einer angenommenen Geschwindigkeit von 1 km/h. In Fig. 11b beschreibt eine erste Kurve 153 eine Detektions-Fehlerrate in Abhängigkeit vom Signal- Rausch-Verhältnis für eine kohärente Korrelation nach Gleichung (11) über das gesamte Testsignal. Eine zweite Kurve 154 beschreibt eine Detektions-Fehlerrate in Abhängigkeit vom Signal-Rausch-Verhältnis für eine kohärente Korrelation nach Gleichung (11) über einen einzelnen Teilabschnitt des Testsignals. Eine dritte Kurve 155 beschreibt eine Detektions- Fehlerrate in Abhängigkeit vom Signal-Rausch-Verhältnis für eine teilkohärente Korrelation nach den Gleichungen (15) und (16).
Mit anderen Worten, in Fig. 11b wird der Einfluss des Dopplereffektes auf die Detektionsfehlerrate durch das sogenannte Jakes-Spektrum dargestellt. Dabei zeigt sich, dass die kohärente Auswertung mit einer Zeitdauer von 500 ms (Kurve 153) vollständig versagt. Eine Geschwindigkeit von 1 km/h entspricht bei (der verwendeten Abtastfrequenz von 48 kHz und der Schallgeschwindigkeit von cLuft = 343,2 m/s) einer maximal möglichen Frequenzverschiebung von circa 15 Hz. Aufgrund der daraus resultierenden kurzen Kohärenzzeit werden deutlich kürzere Testsignallängen für eine Vollkorrelation nach Gl. (11) oder eine kohärente Teil-Korrelationen nach Gl. (15) benötigt. Dieser Zusammenhang wird für die kohärente Auswertung gemäß Gl. (11) mit AtTS2 = 43 ms (Kurve 154) und insbesondere für die K-12 Teil-Korrelationen (mit jeweils AtL = 43 ms) und inkohärenter Addition entsprechend Gl. (16) (Kurve 155) in Fig. 11b veranschaulicht.
Ergänzend sei hier noch darauf hingewiesen, dass die absoluten Kurvenverläufe in Fig. 11a und 11b wenig Aussagekraft haben, da hierzu Details wie SNR, Detektionsfehlerrate oder Testsignalaufbau genauer erläutert werden müssten. Von Bedeutung sind hier lediglich die relativen Bezüge der Kurven Verläufe zueinander. Fig. 11a und 11b verdeutlichen anschaulich, dass die bisher aus der Literatur bekannte Verwendung eines Testsignals mit starrer Länge [1],[2], egal ob nun kürzer (20 bis 100 ms) oder länger (500 bis 2000 ms), welches ausschließlich vollkohärent nach Gl. (11) ausgewertet wird, in Abhängigkeit von den Störszenarien unbefriedigende Fehlerraten liefern wird.
Der deutlich überlegenere Kompromissansatz ist ein aus K kurzen Teilsignalen der Länge L zusammengesetztes Gesamt-Testsignal der Länge N, wobei der Detektor über die K kurzen Teilsignale jeweils kohärent korreliert (Gl. (15)) und die Teilkorrelationen anschließend nichtkohärent (Gl. (16)) aufaddiert werden. Der Maximalwert des teilkohärenten Korrelationsergebnisses repräsentiert dann den Empfangszeitpunkt des Testsignals. Die K kurzen Teilsignale können dabei jeweils identischen (periodischen) oder auch jeweils unterschiedlichen Inhalt aufweisen und es kann auch wie in Fig. 8 dargestellt, eingefügte Teilbereiche mit Nullfolgen geben.
Ausführungsbeispiele schaffen einen Detektor für ein ETOA-Verfahren nach Fig. 8, wobei der Detektor ein aus K kurzen Teilsignalen der Länge L zusammengesetztes Gesamt-Testsignal der Länge N erwartet, die K kurzen Teilsignale jeweils nach Gl. (15) kohärent korreliert und anschließend die zeitjustierten Teilkorrelationen nach Gl. (16) inkohärent aufaddiert. Der Maximalwert des teilkohärenten Korrelationsergebnisses repräsentiert dann den Empfangszeitpunkt des Testsignals im ungestörten Fall. Die K kurzen Teilsignale können dabei jeweils identischen (periodischen) oder auch unterschiedlichen Inhalt aufweisen und es kann auch wie in Fig. 8 dargestellt, eingefügte Teilbereiche mit Nullfolgen geben.
2.2 Situationsanqepasster Detektor für ein aus nicht überlappenden Teil-Testsiqnalen zusammensetztes Gesamt-Testsiqnal mit Entscheidungs-Algorithmus
Alle bisherigen Ansätze beschreiben Kompromisslösungen von Detektoren, die entweder immer ein Testsignal mit beliebiger, aber starrer Länge vollkohärent nach Gl. (11) auswerten [1], [2], oder einen Detektor, der wie in Abschnitt 2.1 beschrieben, eine kohärente Korrelation über K Teilsignale durchführt und anschließend die zeitjustierten Teilkorrelate inkohärent aufaddiert. Es konnte gezeigt werden, dass der oben beschriebene teilkohärente Detektionsansatz die bessere Kompromisslösung darstellt.
Bei Ausführungsbeispielen können jedoch verschiedenen Detektionsansätze getrennt durchführt werden, wobei ein entsprechender Schaltalgorithmus situationsbedingt die Performance (dt. Leistungsfähigkeit) des vorangegangenen Detektors noch steigern kann, insbesondere bei Vorhandensein einer rein additiven weißen Rauschstörung. Das Gesamt-Testsignal der Länge N besteht wie in Abschnitt 2.1 beschrieben, aus K kurzen Teilsignalen (oder Testsignalabschnitte) der Länge L Die K kurzen Teilsignale können dabei jeweils identischen (periodischen) oder auch unterschiedlichen Inhalt aufweisen und es kann auch wie in Fig. 8 dargestellt, eingefügte Teilbereiche mit Nullfolgen geben.
Bei Ausführungsbeispielen kann nun der Empfänger 120, z.B. ein Detektor des Empfängers, folgende Schritte durchführen:
• Berechnung der kohärenten Korrelation mit jedem der K Teilsignale gemäß Gl. (15) und anschließende inkohärente Aufsummation aller zeitjustierten Teilkorrelate entsprechend Gl. (16).
• Berechnung der kohärenten Korrelation des Gesamt-Testsignals mit dem gesamten Sendesignal nach Gl. (11)
• Durchführung eines Schaltalgorithmus: Die Entscheidung, welche der beiden Berechnungsvarianten ausgewählt wird, hängt vom Verhältnis der maximalen Betragswerte der beiden Korrelationsergebnisse zueinander ab
Figure imgf000069_0001
Das Betragsmaximum der kohärenten Korrelation über das Gesamt-Testsignal ist stark von der Dopplerfrequenz abhängig. Je größer die Dopplerfrequenz, umso kleiner wird die Kohärenzzeit und damit die „effektive“ zur Betragsbildung beitragende Korrelationslänge. Mit zunehmendem Frequenzdrift sinkt daher das Betragsmaximum in seiner Amplitude. Falls das mit einem Schwellwert (beispielsweise Schwelle = 1.2) gewichtete Betragsmaximum der kohärenten Korrelation kleiner als das Betragsmaximum der teilkohärenten Korrelation ist, wird der Startzeitpunkt der mobilitätsrobusten teilkohärenten Berechnung genommen, andernfalls das Maximum der störungsrobusten vollkohärenten Korrelation.
Fig. 12 zeigt in einem Diagramm Detektions-Fehlerraten aufgetragen über ein Signal-Rausch- Verhältnis (SNR, signal-to-noise ratio) für verschiedene Kreuzkorrelationsvarianten bei einem statischen AWGN Kanal (AWGN = additive white Gaussian noise, dt. additives weißes gaußsches Rauschen). Hierbei beschreibt eine erste Kurve 160 eine Detektions-Fehlerrate in Abhängigkeit vom Signal-Rausch-Verhältnis für eine kohärente Korrelation nach Gleichung (11) über das gesamte Testsignal. Eine zweite Kurve 161 beschreibt eine Detektions- Fehlerrate in Abhängigkeit vom Signal-Rausch-Verhältnis für eine teilkohärente Korrelation nach Gleichung (16). Eine dritte Kurve 162 beschreibt eine Detektions-Fehlerrate in Abhängigkeit vom Signal-Rausch-Verhältnis bei Anwendung des erfindungsgemäßen Schaltalgorithmus nach Gleichung (18).
Mit anderen Worten, Fig. 12 zeigt analog zu Fig. 11a erneut den statischen Kanal mit additiver weißer Rauschstörung, nun aber zusätzlich mit der Detektionsfehlerrate des gemäß Gl. (18) arbeitenden Schaltalgorithmus (Kurve 162). Durch die Wahl der Schwelle > 1 kann sichergestellt werden, dass sich der Entscheidungsalgorithmus in dieser störungsrobusten Situation fast immer für die Variante mit der kohärenten Korrelation nach Gl. (11) entscheidet. Im Mobilitätsfall von Fig. 11b sind die Ergebnisse des Schaltalgorithmus nahezu deckungsgleich mit denen der teilkohärenten Korrelation (Kurve 155 in Fig. 11b).
Mit einer oder mehreren der nachfolgend aufgeführten zusätzlichen Maßnahmen lässt sich der Empfänger 120, z.B. ein Detektor des Empfängers 120, weiter verbessern:
• Moderne Smartphones verfügen mittlerweile über sehr viele Sensoren, deren Daten sowohl zur weiteren Verbesserung des Entscheidungsalgorithmus, wie auch für eine allgemeine Lageeinschätzung, z.B. hinsichtlich einer zusätzlich benötigten Zuverlässigkeitsinformation herangezogen werden können. Wichtige Sensoren sind hier: Bewegungssensor, Gyroskop (Lagesensor), Näherungssensor (Proximity Sensor) oder der Umgebungslichtsensor. Diese Metadaten können während der Messung erfasst werden und am Ende der Messung, gemeinsam mit den gemessenen Empfangszeitpunkten der Signale, zwischen Empfänger und Sender ausgetauscht werden. Anhand dieser Daten können einzelne Teilergebnisse eine höhere oder niedrigere Gewichtung gegenüber anderen Teilergebnissen erhalten. Durch die Metadaten kann beispielsweise bekannt sein, dass keines der Geräte während mehrerer Messdurchläufe seine Position verändert hat.
• Verfeinerungen bei der Detektion des ersten Pfades. Die gesuchte Distanz muss nicht immer mit dem Betragsmaximum des jeweiligen Korrelationsergebnisses identisch sein. In Indoor-Szenarien kommt es häufiger vor, dass Reflektionen an Hindernissen einen zweiten Pfad ausbilden, der ein stärkeres Maximum besitzt als der direkte erste Pfad (engl line-of-sight, LOS), der durch eine fehlende Sichtverbindung möglicherweise einen gedämpften Peak aufweist. Fast alle Detektionsalgorithmen [1],[2] suchen daher, ausgehend vom gefundenen Korrelationsmaximum, innerhalb eines Suchfensters der Breite BSF in der Vergangenheit nach einem möglichen weiteren lokalen Maximum als ersten Peak, der dann den Empfangszeitpunkt des eingehenden Testsignals darstellt. Hier hat es sich als sinnvoll erwiesen eine adaptive Schwelle zu verwenden, die sowohl vom SNR (SNR = signal-to-noise ratio, dt. Signal- Rausch-Verhältnis) abhängt und auch mit der Entfernung zum Korrelationsmaximum progressiv ansteigt. Letzteres begründet sich mit dem Betragsverlauf der Nebenmaxima im Suchfenster (vgl. Fig. 17b und 18b). Fig. 13 zeigt hierzu ein Beispiel. Im Detail zeigt Fig. 13 in einem Diagramm Detektions-Fehlerraten aufgetragen über ein Signal-Rausch-Verhältnis (SNR, signal-to-noise ratio) für verschiedene Kreuzkorrelationsvarianten bei einem zeitvarianten Kanal (gausian walking, dt. gaußsches gehen). Hierbei beschreibt eine erste Kurve 163 eine Detektions-Fehlerrate in Abhängigkeit vom Signal-Rausch-Verhältnis für eine kohärente Korrelation nach Gleichung (11) über das gesamte Testsignal. Eine zweite Kurve 164 beschreibt eine Detektions-Fehlerrate in Abhängigkeit vom Signal-Rausch-Verhältnis bei Anwendung des erfindungsgemäßen Schaltalgorithmusses nach Gleichung (18). Eine dritte Kurve 165 beschreibt eine Detektions-Fehlerrate in Abhängigkeit vom Signal-Rausch- Verhältnis bei Anwendung des erfindungsgemäßen Schaltalgorithmusses nach Gleichung (18) in Kombination mit einer adaptiven, progressiven Detektionsschwelle. Im Falle des zeitvarianten Kanals „Gaussian walking“, bei dem das Doppler- Leistungsdichtespektrum mit Hilfe einer Gauß-Kurve (o=23 Hz) beschrieben wird, erweist sich die vollkohärente Korrelation (Kurve 163) und einer Länge von 500 ms, wie nicht anders zu erwarten, als grundsätzlich ungeeignet. Der Schaltalgorithmus in Kombination mit der adaptiven Schwelle (Kurve 165) führt hier zu einer signifikanten Performancesteigerung auch gegenüber der teilkohärenten Korrelation (Kurve 164) mit Schaltalgorithmus aber mit fester, entfernungsunabhängiger Schwelle.
• Entscheidet sich der Schaltalgorithmus aus Gl. (18) für das Ergebnis der teilkohärenten Korrelationsauswertung, dann lassen sich durch weitere Verfeinerungen Zusatzinformationen gewinnen, die das Ergebnis qualitativ noch verbessern.
Die Zerlegung aus Gl. (13) kann mit einer anderen Aufteilung durchgeführt werden. Anstelle einer Zerlegung des Gesamt-Testsignals in K Teilfolgen, kann K mittels einer Primfaktorzerlegung über eine Permutation ihrer Primfaktoren unterschiedlich zerlegt werden. (Beispielsweise kann das in den Fig. 11a bis 13 gezeigte Zahlenbeispiel mit K= 12 alternativ in die unterschiedlichen Vielfache K=6, 4, 3, 2 zerlegt werden.) Durch diese geänderte Aufteilung verschiebt sich das Verhältnis zwischen den kohärenten und inkohärenten Teilkorrelaten. Eine Auswertung der verschiedenen Ergebnisse erlaubt dann genauere Aussagen zur Dopplerfrequenz und ermöglicht auch Rückschlüsse auf die Zuverlässigkeit der getroffenen Aussagen.
Liefern die gerade angesprochenen unterschiedlichen Teilzerlegungen nach Gl. (13) schon eine ausreichend gute Aussage hinsichtlich der einzelnen Betragsmaxima via Auswertung von Gl. (15) und damit eine Aussage über die einzelnen Empfangszeitpunkte dieser Teiltestsignale, dann kann die gesuchte Distanz D wie bereits in Abschnitt 1 dargelegt, mit den unterschiedlichen Empfangszeitpunkten mehrfach berechnet und entsprechend gemittelt werden. Die Teilergebnisse erlauben dann ebenfalls Rückschlüsse zur Zuverlässigkeit der getroffenen Aussagen.
Die K Teilkorrelate aus Gl. (15) können vorder Aufsummation gemäß Gl. (16) auch einer zwischengeschalteten Einzelanalyse unterzogen werden. Dies ist insbesondere bei einem impulshaften Anstieg der Rauschleistung oder einer Störung (Kleidung scheuert am Mikrofon bei einem Schritt) vorteilhaft, wo einzelne Teilkorrelate ein deutlich ungünstigeres SNR besitzen, als die anderen Teilkorrelationen. Gehen nur die besseren Anteile in Gl. (16) ein, dann kann in der Regel eine genauere Bestimmung der Position des Betragsmaximums erfolgen.
Ausführungsbeispiele schaffen einen Detektor für ein ETOA-Verfahren nach Fig. 8, wobei der Detektor ein aus K kurzen Teilsignalen der Länge L zusammengesetztes Gesamt-Testsignal der Länge N erwartet, wobei der Detektor a. die K kurzen Teilsignale jeweils nach Gl. (15) kohärent korreliert und anschließend die Teilkorrelationen nach Gl. (16) inkohärent aufaddiert, und b. eine kohärente Korrelation des Gesamt-Testsignal mit dem gesamten Sendesignal nach Gl. (11) durchführt, und optional c. weitere teilkohärente Korrelationen mit anderer hybrider Aufteilung berechnet.
Anschließend kann eine automatische Auswahl der verschiedenen Korrelationsergebnisse, beispielsweise gemäß Gl. (18), zur weiteren Verarbeitung erfolgen. Der Maximalwert des entschiedenen Korrelationsergebnisses repräsentiert dann den Empfangszeitpunkt des Testsignals im ungestörten Fall. Zusätzlich kann vor diesem Korrelationsmaximum unter Anwendung einer adaptiven relativen Schwelle ein erster LOS-Signalpfad gesucht werden.
Die K kurzen Teilsignale können dabei jeweils identischen (periodischen) oder auch unterschiedlichen Inhalt aufweisen und es kann auch wie in Fig. 8 dargestellt, eingefügte Teilbereiche mit Nullfolgen geben.
2.3 Erzeugung eines Testsignals, welches sich aus nicht überlappenden periodischen
Teil-Testsignalen zusammensetzt
Für die beiden in den Abschnitten 2.1 und 2.2 beschriebenen Ausführungsbeispiele wird ein Sendesignal benötigt, welches im Empfänger sowohl eine störungsrobuste vollkohärente Korrelation nach Gl. (11), als auch eine mobilitätsrobuste teilkohärente Korrelation nach Gl. (16) ermöglicht.
Das Gesamt-Testsignal s(n) der Länge N besteht wie in den vorangegangenen Abschnitten beschrieben, aus K kürzeren Teilsignalen jeweils der Länge L In diesem Abschnitt wird unterstellt, dass die K kurzen Teilsignale ein identisches Aussehen haben. Diese -fach wiederholte Grundfolge s(l ) der Länge L besitzt damit die Eigenschaft s( 0 = s(l + (k - l) - L), 1 = 1(1 )L, k = 1(1 )K, mit K = N/L (19)
Gesucht sei nun eine möglichst perfekte Folge s(Z), die folgenden Anforderungen genügt:
1. Korrelation der einfachen perfekten Folge s(l ) mit der -fach übertragenen Folge s(n), dergestalt
Figure imgf000073_0001
für m = 0(1)/V — 1, (20) damit für Gl. (15) möglichst gute Teilkorrelate resultieren. Die Breite der für die Teilkorrelate benötigten Messfenster beläuft sich auf jeweils L Werte und das Hauptmaximum beträgt <pss(0) = L.
2. Eine Autokorrelationsfunktion ( AKF)
Figure imgf000073_0002
für \m\ = 0(1)/V — 1 (21) mit möglichst „gutem“ Korrelationsverhalten für die vollkohärente Korrelation. Der Ausdruck Sh(·) bedeutet die Summierung über alle n, für die das Argument (·) nicht verschwindet. Die Breite der AKF beläuft sich auf 2N-1 Werte und das AKF- Hauptmaximum beträgt (pss(0) = N.
Von einer perfekten Korrelationsfolge wird gesprochen [7], wenn ihre AKF bzw. eine Periode der periodischen AKF möglichst gut einem Einheitsimpuls entspricht. Außer den Hauptmaximen f55(0) bzw. (pss(0) sollen sämtliche anderen Werte, die sogenannten Nebenwerte, Null sein. Nach [7] existiert kein Syntheseverfahren, mit denen binäre (bipolar s(n) e {-1,1} oder unipolar s(n) e {0,1}) oder ternäre ( s(n ) e {-1,0,1}) Folgen mit optimal impulsförmiger AKF gebildet werden können.
Dagegen ist die Synthese von „perfekten Folgen“ mit idealer periodischer AKF möglich, insbesondere wenn komplexwertige Folgen erlaubt werden. Besonders interessant sind uniforme Folgen, deren Elemente alle den Betrag Eins annehmen und die dadurch eine Energieeffizienz von 100 % aufweisen [7]
Am wohl bekanntesten, da intensiv beim Mobilfunkstandard LTE verwendet, sind die Zadoff- Chu-Folgen (ZC): für Z = 1(1)L, (22)
Figure imgf000074_0001
wobei der Parameter M so gewählt werden muss, dass M und L teilerfremd sind. Für jeden erlaubten Parameter 1 < M < L entsteht dabei eine neue Zadoff-Chu-Folge. Wird für L eine Primzahl gewählt, dann resultiert mit L-1 die größte Anzahl verschiedener Zadoff-Chu-Folgen einer Familie der Länge L. Die Gl. (22) gilt nur für den Fall, dass L ungerade ist. Für den Fall von geraden Längen L resultieren wegen der dann häufiger fehlenden T eilerfremdheit deutlich weniger Familienmitglieder, ein Umstand der unten in Abschnitt 2.4 berücksichtigt wird.
Fig. 14 zeigt in einem Diagramm die Autokorrelationsfunktion einer vierfach übertragenen Zadoff-Chu-Folge mit einer einfachen Zadoff-Chu-Folge nach Gleichung (20). Dabei beschreibt in Fig. 14 die Ordinate einen Betrag der Autokorrelationsfunktion, und die Abszisse den Laufindex m.
Mit anderen Worten, Fig. 14 zeigt eine nach Gl. (20) 4-fach korrelierte Zadoff-Chu-Folge nach Gl. (22) mit M=4 und einer Länge von L-127. Das Testsignal wird dazu in seiner Basisbandlage analysiert. Bei einer beispielhaften Bandbreite des Testsignals von 1 kHz , beläuft sich die Sendesymboldauer in dieser Basisbanddarstellung somit auf 1 ksym/s. Ein Gesamt-Testsignal mit einer Dauer von 508 ms besteht entsprechend aus 508 (4 x 127) Symbolen.
In Fig. 14 ist deutlich die perfekte periodische AKF-Eigenschaft der Zadoff-Chu-Folge zu erkennen. Für alle Nebenwerte im Messfenster 170 gilt l = 0. Lediglich an den beiden Rändern, geht diese Eigenschaft verloren und ähnlich wie bei einer aperiodischen AKF werden nun Nullen eingefügt und die jeweils 63 Nebenwerte an beiden Rändern nehmen Korrelationswerte ungleich Null ein.
Die vier Teilkorrelationen aus Fig. 14 werden anschließend entsprechend Gl. (16) zeitjustiert inkohärent aufsummiert. Entsprechend ausgeschnitten ist dies in Bild 15a für die Zadoff-Chu- Folge mit M=4 dargestellt. Im Detail zeigt Fig. 15a in einem Diagramm eine Summe (inkohärente Betragssumme) der zeitjustierten Teilkorrelate aus Fig. 14 für L=127 und M=4. Dabei beschreibt die Ordinate die Betragssumme der vier Teilkorrelate und die Abszisse den Laufindex m. In Fig. 15a ist ferner eine für die Detektion von evtl relevanten Korrelationsnebenmaxima verwendetes Suchfenster 172 eingezeichnet, welches ausgehend von dem Korrelationsmaximum eine vorgegebene Zeit in die Vergangenheit reicht. Die L-1 möglichen Zadoff-Chu-Folgen zeigen dabei an den Rändern ein höchst unterschiedliches Verhalten in ihren Nebenwerten. Dieser Umstand lässt sich zur Optimierung nutzen. Während das Beispiel aus Fig. 15a für M=4 ein relativ günstiges Verhalten interessierenden Bereich zeigt, wird in Fig. 15b für M=19 ein deutlich ungünstigeres Bereichsverhalten dargestellt. Im Detail zeigt Fig. 15b in einem Diagramm eine Summe (inkohärente Betragssumme) der zeitjustierten Teilkorrelate nach Gl. (16) für L=127 und M=19. Dabei beschreibt die Ordinate die Betragssumme der vier Teilkorrelate und die Abszisse den Laufindex m. In Fig. 15b ist zur Erkennung des ersten Pfades ferner ein für die Detektion eines Korrelationsnebenmaximums verwendetes Suchfenster 172 eingezeichnet, welches ausgehend von dem Korrelationsmaximum eine vorgegebene Zeit in die Vergangenheit reicht. Von Interesse ist hierbei insbesondere der Fensterbereich 172 für die Suche des ersten Pfades. Wird beispielsweise eine Echodistanz von 7,5m erlaubt, dann entspricht dies 1000 Abtastwerten bei fs = 48 kHz oder 21 Symbolen in der Basisbanddarstellung. Gerade der Wert bei m = -20 in Fig. 15b mit einem Betrag von 19 würde bei der Pfadsuche einen systematischen Fehler verursachen.
Für die Qualitätsbewertung sind nach [7] zwei Gütemaße gebräuchlich. Das /-//\/\/ beschreibt das Haupt-Nebenmaximums-Verhältnis gemäß
HNV ( p( s°s(k)I| V 23) max|< fc 0 und der Merit-Faktor (MF) ist das zweite Maß:
Figure imgf000075_0001
Das HNV bewertet die impulsförmige Eigenstörung durch die Nebenwerte und der Merit-Faktor die rauschförmigen Eigenstörungen der Nebenwerte. Der Index k kann sich dabei je nach Anforderung über den gesamten oder auch nur einen Teilbereich der Nebenwerte erstrecken.
Fig. 16a zeigt in einem Diagramm eine Autokorrelationsfunktion nach Gleichung (21) für die vierfach übertragene Zadoff-Chu-Folge mit M=4, L=127 und N=508. Dabei beschreibt in Fig. 16a die Ordinate den Betrag der Autokorrelationsfunktion und die Abszisse den Laufindex m.
Fig. 16b zeigt in einem Diagramm einen Ausschnitt der Autokorrelationsfunktion nach Gleichung (21) für die vierfach übertragene Zadoff-Chu-Folge mit M=4, L=127 und N=508. Dabei beschreibt in Fig. 16b die Ordinate den Betrag der Autokorrelationsfunktion und die Abszisse den Laufindex m. In Fig. 16b ist zur Erkennung des ersten Pfades ferner ein für die Detektion eines Korrelationsnebenmaximums verwendetes Suchfenster 172 eingezeichnet, welches ausgehend von dem Korrelationsmaximum eine vorgegebene Zeit in die Vergangenheit reicht.
Mit anderen Worten, Fig. 16a und 16b zeigen abschließend die AKF der vollkohärenten Korrelation nach Gl. (21) für die vierfach wiederholte Zadoff-Chu-Folge s(l ) mit M=4. Aufgrund der Wiederholungen treten in der AKF im Abstand von L Symbolen jeweils Impulsspitzen auf, die ein dreieckförmiges Verhalten zeigen. Im Falle von Fading kommt es dann durchaus vor, dass die Suche des Betragsmaximums bei der kohärenten Korrelation aus Gl. (18) nicht das Hauptmaximum beim gesuchten Index m=0 findet, sondern beispielsweise das nächste bei m=127. Dadurch entstehen Mehrdeutigkeiten. Ist die Teilsignallänge L, wie hier mit L-127 entsprechend groß, dann lässt sich diese Mehrdeutigkeit noch abfangen und entsprechend korrigieren. Eine Verschiebung des Startzeitpunkts um 727 Symbole wie im vorliegenden Beispiel, entspricht einer zusätzlichen Distanzverschiebung von ±22,8 m. Da Distanzangaben bis circa 10 m noch sinnvoll sind, kann diese Mehrdeutigkeit noch abgefangen werden. Muss jedoch, wie in Fig. 11a und 11b dargestellt, aus Performancegründen eine kleinere Teilsignallänge verwendet werden, dann kann eine derartige Mehrdeutigkeit nicht mehr erkannt und korrigiert werden. Bei einem L von beispielsweise 43 Symbolen reduziert sich die Distanzverschiebung auf 7,75 m. In diesem Fall kann auf das in Abschnitt 2.4 beschriebene Ausführungsbeispiel zurückgegriffen werden.
Neben den bisher angesprochenen Zadoff-Chu-Folgen nach Gl. (22) lassen sich natürlich auch andere ähnlich „perfekte“ Folgen für die Lösung dieser Problemstellung nutzen. In [7] werden hier sowohl reellwertige wie auch andere komplexwertige Folgen mit gutem periodischen Korrelationsverhalten genannt. Bei Ausführungsbeispielen wird ein Sendesignal erzeugt, welches im Empfänger sowohl eine störungsrobuste vollkohärente Korrelation nach Gl. (11), als auch eine mobilitätsrobuste teilkohärente Korrelation nach Gl. (16) ermöglicht. Dazu wird ein Gesamt-Testsignal s(n) der Länge N verwendet, das aus K identischen Grundfolgen s(l ) mit jeweils der Länge L besteht. Dafür geeignet sind Familienmitglieder von „perfekte Folgen“ mit idealer periodischer AKF, wie beispielsweise die komplexwertigen Zadoff-Chu-Folgen. Diese liefern gute Korrelationsergebnisse, sowohl bei den Teilkorrelaten, als auch bei der vollkohärenten AKF- Berechnung. Durch die periodische Wiederholung der Grundfolge treten in dieser AKF im Abstand von L Symbolen allerdings jeweils Impulsspitzen auf, die falsche Messergebnisse liefern können. Daher kann die Teilsignallänge L nicht beliebig verkürzt werden, da sich dann die auftretenden Messfehler nicht mehr erkennen und entsprechend korrigieren lassen.
2.4 Erzeugung eines Testsignals, welches sich aus aneinandergereihten
Familienmitgliedern einer perfekten Familie zusammensetzt
Die Verwendung von K Teilsignalen identischen Aussehens können bei der AKF nach Gl. (21) Messfehler aufgrund von Mehrdeutigkeiten (siehe Fig. 16a) verursachen, die sich bei kleinen Teilsignallängen nicht mehr erkennen und entsprechend auch nicht mehr korrigieren lassen. Eine Lösung besteht nun darin, K verschiedene Zadoff-Chu-Folgen aus den L-1 möglichen Familienmitgliedern auszuwählen und entsprechend aneinanderzureihen:
Figure imgf000077_0001
für n = 1(1)/V, N = K - L (25)
Für die Beispiele aus den Abschnitten 2.1 und 2.2 (Fig. 11a bis Fig. 12) wurde beispielhaft ein K-12 sowie ein L=43 verwendet. Werden beispielsweise für Gl. (25) die ersten 12 Zadoff-Chu- Folgen aus Gl. (22) verwendet, dann resultiert eine AKF für die vollkohärente Korrelation nach Gl. (21) gemäß Fig. 17a und 17b.
Im Detail zeigt Fig. 17a in einem Diagramm eine Autokorrelationsfunktion nach Gleichung (21) für eine zwölffach aneinandergereihte Zadoff-Chu-Folge mit M=1 : 12 und N=516. Dabei beschreibt die Ordinate einen Betrag der Autokorrelationsfunktion und die Abszisse den Laufindex m.
Fig. 17b zeigt in einem Diagramm einen Ausschnitt der Autokorrelationsfunktion nach Gleichung (21) für eine zwölffach aneinandergereihte Zadoff-Chu-Folge mit M=1 : 12 und N=516. Dabei beschreibt die Ordinate einen Betrag der Autokorrelationsfunktion und die Abszisse den Laufindex m. In Fig. 17b ist zur Erkennung des ersten Pfades ferner ein für die Detektion eines Korrelationsnebenmaximums verwendetes Suchfenster 172 eingezeichnet, welches ausgehend von dem Korrelationsmaximum eine vorgegebene Zeit in die Vergangenheit reicht.
Werden die Fig. 17a und 17b mit den Fig. 16a und 16b verglichen, so wird deutlich, dass sich durch die Reduzierung der betragsgrößten Nebenmaxima deren Energie über alle Nebenwerte verschmiert. Während die Energie m^ss(. m)\2 in Fig. 17a und 17b niedriger ist, steigt dafür die AKF-Fläche Zm^ss(.m)\) deutlich um 350% an.
Noch signifikant unterschiedlicher sind die Ergebnisse bei der teilkohärenten Korrelation. Die im Abschnitt 2.3 für die Berechnung der einzelnen Teilkorrelate benötigte Gl. (20) ändert sich nun in
Figure imgf000078_0001
für m = 0(1 )N - 1 , , k = 1(1 )K. (26)
Einerseits ist zu erkennen, dass die Komplexität deutlich ansteigt. Da das Gesamt-Testsignal s(n) jetzt aus K verschiedenen Zadoff-Chu-Sequenzen besteht, wird Gl. (26) im Gegensatz zu Gl. (20) jetzt K mal ausgeführt. Ein anderer Unterschied ist, dass es sich bei Gl. (20) zumindest teilweise um die Berechnung einer periodischen AKF handelt und bei Gl. (26) jetzt vermehrt Anteile einer periodischen KKF-Berechnung einfließen.
Nun ist seit langem bekannt, dass „perfekte Familien“ mit sowohl perfekten periodischen AKF als auch verschwindenden periodischen KKF prinzipiell nicht existieren können. Entweder das eine oder das andere. Da die Familien der Zadoff-Chu-Folgen alle perfekte periodische AKFen besitzen, können die Nebenwerte der periodischen KKF nicht verschwinden. In [7] wird gezeigt, dass bei den Zadoff-Chu-Folgen für alle Nebenwerte der periodischen KKF die theoretisch mögliche Unterschranke f b(1) = v V l erreicht werden kann. Im Vergleich mit Gl. (20) müssen die Beträge der Nebenwerte in Gl. (26) daher anwachsen. Dies sei mit dem Zwischenschritt von Bild 18a verdeutlicht. Im Detail zeigt Fig. 18a in einem Diagramm eine inkohärente Betragssumme der Teilkorrelate (Summe der zeitjustierten Teilkorrelate) mit unterschiedlichen Zadoff-Chu-Folgen mit L=127 und M=1 bis 4. Dabei beschreibt die Ordinate die Betragssumme der vier Teilkorrelate und die Abszisse den Laufindex m. In Fig. 18a ist zur Erkennung des ersten Pfades ferner ein für die Detektion eines Korrelationsnebenmaximums verwendetes Suchfenster 172 eingezeichnet, welches ausgehend von dem Korrelationsmaximum eine vorgegebene Zeit in die Vergangenheit reicht. Im Gegensatz zu Fig. 15a, wo für die Teilsignallänge 1 =127 nur eine einzelne Zadoff-Chu-Folge ( M=4 ) verwendet wurde, werden in Fig. 18a jetzt die vier aneinandergereihten Zadoff-Chu-Folgen (M=1,2,3,4) verwendet. Das Anwachsen der Nebenwerte ist deutlich zu erkennen. Und ein noch signifikanterer Anstieg ist in Fig. 18b für den Fall zu beobachten, dass die Teilsignallänge von L=127 auf L=43 sinkt und die Anzahl der Teilkorrelate von K-4 auf K= 12 ansteigt. Im Detail zeigt Fig. 18b in einem Diagramm eine inkohärente Betragssumme der Teilkorrelate (Summe der zeitjustierten Teilkorrelate) mit unterschiedlichen Zadoff-Chu-Folgen mit L=127 und M=1 bis 12. Dabei beschreibt die Ordinate die Betragssumme der vier Teilkorrelate und die Abszisse den Laufindex m. In Fig. 18b ist zur Erkennung des ersten Pfades ferner ein für die Detektion eines Korrelationsnebenmaximums verwendetes Suchfenster 172 eingezeichnet, welches ausgehend von dem Korrelationsmaximum eine vorgegebene Zeit in die Vergangenheit reicht. Des Weiteren ist in Fig. 18b eine progressive, adaptive Suchfensterschwelle 174 zur Detektion der relevanten Korrelationsnebenmaxima einzezeichnet. Auch hier können wieder sämtliche L-1 Familienmitglieder für die Permutation der Reihenfolge der K benötigten Zadoff-Chu-Folgen zur Minimierung des Betragsverhaltens der Nebenwerte herangezogen werden. Dabei hat sich gezeigt, dass durchaus signifikante Unterschiede zu beobachten sind. Zur Qualitätsbewertung können erneut die Gl. (23) sowie (24) herangezogen werden.
Neben den bisher angesprochenen Zadoff-Chu-Familien nach Gl. (22) lassen sich natürlich auch andere Familien mit ähnlichen guten Auto- und Kreuzkorrelationseigenschaften für die Lösung dieser Problemstellung nutzen. In [7] werden hier sowohl reellwertige (Gold-Folgen- Familie, Kasami-Folgen-Familie, u.a.) wie auch andere komplexwertige (Gold-Folgen-Familie, Cubic-phase-Familie, Prime-phase-Familie, u.a.) Folgen mit gutem periodischen Korrelationsverhalten genannt.
Bei Ausführungsbeispielen wird ein Sendesignal erzeugt, welches im Empfänger sowohl eine störungsrobuste vollkohärente Korrelation nach Gl. (11), als auch eine mobilitätsrobuste teilkohärente Korrelation nach Gl. (16) ermöglicht. Dazu wird ein Gesamt-Testsignal s(n) der Länge N verwendet, das aus K verschiedenen Grundfolgen s(l ) mit jeweils der Länge L besteht. Geeignet dafür sind auch hier Familienmitglieder von „perfekte Folgen“ mit idealer periodischer AKF, wie beispielsweise die komplexwertigen Zadoff-Chu-Folgen. Diese liefern ansprechende Korrelationsergebnisse bei der Berechnung der Teilkorrelate nach Gl. (26), als auch bei der vollkohärenten A F-Berechnung. Durch die Verwendung verschiedener Grundfolgen treten keine Impulsspitzen mehr auf, die falsche Messergebnisse liefern könnten. Im Vergleich zum Ansatz mit den identischen Grundfolgen steigt allerdings das Haupt- Nebenmaximums-Verhältnis wie auch der Merit-Faktor deutlich an. 2.5 Svstemunterstützunq durch Beacons für die Mehrbenutzer-Distanzvermessunq
Bei obigen Ausführungsbeispielen zur schallbasierten Zweiwege-Distanzvermessung wurde von einer P2P-Verbindung (P2P = point-to-point, dt. Punkt-zu-Punkt) ausgegangen. Gerade jedoch in öffentlichen Verkehrsmitteln, in Konferenzräumen oder in anderen geschlossenen Räumlichkeiten, wie beispielsweise Läden, existiert eine hohe Nutzerdichte und es muss daher auch der Abstand zu vielen Teilnehmern vermessen werden. Eine einfache Messung „Jeder mit Jedem“ ist jedoch nicht ohne weiteres möglich, da das Aufkommen quadratisch ansteigt. Bei N=20 Teilnehmern müssten nach dem bekannten Ansatz „2 aus N“, was sich über den Ausdruck N(N-1)/2 berechnen lässt, insgesamt 190 P2P-Messungen durchgeführt werden. Würde eine Einzelmessung beispielsweise 6 Sekunden benötigen, dann würde das einmalige Abarbeiten der 190 Einzelverbindungen rund 19 Minuten benötigen. An zusätzliche Mehrfachmessungen für eine detaillierte Beobachtung der Verweildauer kann bei einer derart großen Endgerätezahl gar nicht gedacht werden.
Zur Lösung des Problems gibt es eine Vielzahl aus der Literatur bekannter Ansätze [4], [8] Zum einen können unter Verwendung unterschiedlicher Testsignale mehrere Endgeräte in einem Messvorgang angesprochen [8] und vermessen werden. Mit einer zweidimensionalen Nachverarbeitung lassen sich einige Distanzen trotz nichtdurchgeführten P2P-Messungen noch im Nachhinein bestimmen [4] All dieses erfordert eine umfangreiche Koordination bzw. ein aufwendiges Steuerprogramm. Inwiefern dies mit immer wichtiger werdenden Aspekten des Datenschutzes noch in Einklang steht, bedarf einer eigenen Klärung.
Fig. 19 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 300 zur Entfernungsmessung zwischen einer Gruppe von mobilen Endgeräten mit drei oder mehr mobilen Endgeräten, wobei die Gruppe von mobilen Endgeräten über eine Kurzdistanzfunkverbindung (RF) (z.B. Bluetooth) miteinander verbunden ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 300 umfasst einen Schritt 302 des Durchführens von funkbasierten Entfernungsmessungen zwischen der Gruppe von mobilen Endgeräten unter Verwendung der Kurzdistanzfunkverbindung (RF) (z.B. Bluetooth Entfernungsmessungen). Ferner umfasst das Verfahren 300 einen Schritt 304 des Durchführens von zumindest zwei ergänzenden akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen zwischen der Gruppe von mobilen Endgeräten, wobei die zumindest zwei akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen zeitlich synchronisiert zu periodisch ausgesendeten akustischen Baken, die von einem mobilen Endgerät der Gruppe von mobilen Endgeräten ausgesendet werden, durchgeführt werden. Ausführungsbeispiele des in Fig. 19 gezeigten Verfahrens werden nachfolgend anhand der Fig. 20 näher beschrieben.
Fig. 20 zeigt eine schematische Ansicht einer Gruppe 190 von mobilen Endgeräten A, B, C, die mittels einer Kurzdistanzfunkverbindung (RF) (z.B. Bluetooth) miteinander verbunden ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie bereits erwähnt können die Endgeräte der Gruppe 190 von mobilen Endgeräten A, B, C die Kurzdistanzfunkverbindung 192 (z.B. Bluetooth oder Bluetooth-LE) nutzen, um funkbasierte Entfernungsmessungen zueinander durchzuführen. Ergänzend können akustische Zweiwege-Entfernungsmessungen 194 zwischen den Endgeräten der Gruppe 190 von mobilen Endgeräten A, B, C durchgeführt werden. Die Zweiwege-Entfernungsmessungen 194 werden gern den oben in den Abschnitten 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispielen durchgeführt. Zur Koordinierung dieser Zweiwege-Entfernungsmessungen 194 wird gern. Ausführungsbeispielen ein akustisches Baken von einem der mobilen Endgeräte (z.B. vom mobilen Endgerät A) ausgesendet, wobei die akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen zeitlich synchronisiert zu dem periodisch ausgesendeten akustischen Baken durchgeführt werden.
Beispielsweise kann eine erste akustische Zweiwege-Entfernungsmessung zwischen dem ersten mobilen Endgerät A und dem zweiten mobilen Endgerät B ansprechend auf eine Aussendung einer ersten Bake durchgeführt werden, während eine zweite akustische Zweiwege-Entfernungsmessungen zwischen dem ersten mobilen Endgerät A und dem dritten mobilen Endgerät C ansprechend auf eine Aussendung einer zweiten Bake durchgeführt werden kann.
Ein zeitlicher Abstand zwischen den periodisch ausgesendeten akustischen Baken kann hierbei geringfügig größer sein (z.B. 5% oder 10% oder 20% größer sein) als eine für die Durchführung einer der zumindest zwei akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen erforderlichen Zeit.
Mit anderen Worten, Ausführungsbeispiele nutzen einen mehrstufigen Lösungsansatz, der folgende Merkmale aufweist:
1) Wie bereits oben beschrieben, wird zur Distanzmessung eine Kombination von verschiedenen Technologien genutzt. Eine bereits vorhandene Bluetooth- oder Bluetooth LE Verbindung fungiert als übergeordnete Instanz. Mit Bluetooth können bis zu acht Geräte in einem Piconet miteinander kommunizieren und bis zu 10 Piconets lassen sich zu einem Kommunikationsverbund vereinen. Gesteuert wird das Piconet von einem Master, während die anderen Einheiten als Slaves arbeiten. Sowohl der Master wie auch die vom Master beauftragten Slaves können eigene Distanzmessungen vornehmen und dadurch die Anzahl der verbliebenen schallbasierten Zweiwege-Distanzvermessungen reduzieren. Bei Bluetooth Low Energy gibt es darüber hinaus noch die Möglichkeit eines Maschennetzwerkes mit eigenem Stack. ) Eine Ultraschall-Distanzmessung kann nur bei Vorhandensein einer aktiven Bluetooth Verbindung durchgeführt werden. Da eine von Bluetooth initiierte einzelne P2P Ultraschall-Distanzmessung aufgrund der eingeschobenen Interaktionen von Bluetooth relativ zeitineffizient sein kann, erfolgt die Bluetooth-Beauftragung der Ultraschall-Distanzmessung gruppenbezogen und damit deutlich entkoppelter. Bluetooth weist einen Master (z.B. Endgerät A) an, eine bestimmte Anzahl von NGruppe P2P-Ultraschall-Distanzmessungen mit verschiedenen anderen Teilnehmern (z.B. Endgerät B) durchzuführen. Diese Information wird initial via Bluetooth allen betroffenen Teilnehmern zugänglich gemacht. Auch die Reihenfolge der Ncmppe Einzelmessungen wird mitgeteilt, insbesondere können einzelne Messungen auch mehrfach durchgeführt werden. ) Die gruppenbezogene Ultraschall-Distanzmessung läuft dann relativ unabhängig von den Bluetooth-Aktivitäten. Nach einem OK von Bluetooth sendet der Master ein sich periodisch wiederholendes Bakensignal aus, wobei die Bakenperiode etwas größer zu sein hat als die Dauer einer einzelnen P2P-Messung. Kurz nach Ende des Bakensignals beginnt der Master mit dem Aussenden seines Testsignals. Jeder Slave detektiert den Baken. Dadurch hat er eine Grobsynchronisation, wodurch sich die Längen der Mikrofonaufzeichnungen verkürzen lassen. Im Vergleich zu einer von Bluetooth einzeln initiierten P2P-Ultraschall-Distanzmessung können die Ncmppe Einzelmessungen aufgrund der Baken-Synchronisation enger ineinandergeschoben werden, wodurch sich die mittlere Messdauer verkürzt. Nach Ende der Ncmppe Einzelmessungen beendet der Master das Aussenden des Bakens und sämtliche zur Auswertung benötigte Daten werden via Bluetooth eingesammelt. ) Die Ausführungszeit der Ncmppe Ultraschall-Einzelmessungen lässt sich durch Parallelisierung noch weiter beschleunigen. Moderne Smartphones besitzen auch noch bei höheren Frequenzen entsprechend gute Frequenzgänge. Da das Testsignal beispielsweise lediglich eine Bandbreite von 1 kHz besitzt, können je nach Leistungsfähigkeit des Endgeräts mehrere 1-kHz Audio-Frequenzbänder zur Testsignalübertragung verwendet werden. Das Aushandeln der verschiedenen Frequenzen wird von Bluetooth übernommen und die Koordinierung ebenfalls bei der Bluetooth-Beauftragung nach Schritt 2 den einzelnen Teilnehmern mitgeteilt. Durch die von Bluetooth entkoppelten Ultraschall-Gruppenmessungen lassen sich sehr viele P2P-Bluetooth-Nachrichten einsparen, wodurch sich die Ausführungszeit einer einzelnen P2P Ultraschall-Distanzmessung verkleinern lässt. Durch das Aussenden eines eigenen Bakensignals während der Ultraschall-Gruppenmessungen erfolgt eine weitere zeitliche Straffung der Einzelmessungen.
Ausführungsbeispiele schaffen einen zweistufigen Ansatz für eine Entfernungsmessung in einem Mehrbenutzer-Netzwerk, welches aus einer übergeordneten Bluetooth (LE) Mesh- oder Piconet-Zellarchitektur besteht und bereits eigenständige Distanzvermessungen durchführt. Daneben übernimmt es auch die Koordination der untergeordneten Ultraschall- Gruppenmessungen. Diese sollen zeitweise möglichst unabhängig vom Bluetooth-Netzwerk laufen. Lediglich bei der Initiierung und abschließenden Auswertung wird Bluetooth benötigt.
Durch die von Bluetooth entkoppelten Ultraschall-Gruppenmessungen lassen sich sehr viele P2P-Bluetooth-Nachrichten einsparen, wodurch sich die Ausführungszeit einer einzelnen P2P Ultraschall-Distanzmessung verkleinern lässt. Durch das Aussenden eines eigenen Bakensignals während der Ultraschall-Gruppenmessungen erfolgt eine weitere zeitliche Straffung der Einzelmessungen.
3. Weitere Ausführunqsbeispiele
Fig. 21 zeig ein Flussdiagramm eines Verfahrens 230 zum Detektieren eines akustischen Testsignals, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 230 umfasst einen Schritt 232 Empfangens eines akustisches Testsignal, um ein empfangenes akustisches Testsignal zu erhalten, wobei das empfangene akustische Testsignal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist. Ferner umfasst das Verfahren 230 einen Schritt 234 des Durchführens einer ersten kohärenten Korrelation und einer zweiten teilkohärenten Korrelation, um einen Empfangszeitpunkt des akustischen Testsignals oder zumindest eines Teils des akustischen Testsignals zu detektieren, wobei bei der Durchführung der ersten kohärenten Korrelation das empfangene akustische Testsignal mit einem akustischen Referenzsignal, das akustische Referenzsignalabschnitte aufweist, die mit den akustischen Testsignalabschnitten des empfangenen akustischen Testsignals korrespondieren, kohärent zu korrelieren, um ein erstes kohärentes Korrelationsergebnis zu erhalten, wobei bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation zumindest ein Teil der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals
- jeweils mit einem korrespondierenden akustischen Referenzsignalabschnitt kohärent korreliert wird oder gruppenweise mit jeweiligen Referenzsignalabschnitten kohärent korreliert wird, um zumindest zwei Teilkorrelationsergebnisse zu erhalten, und um die zumindest zwei Teilkorrelationsergebnisse inkohärent zu kombinieren, um ein zweites teilkohärentes Korrelationsergebnis zu erhalten, wobei der Empfangszeitpunkt des akustischen Testsignals oder des zumindest einen Teils des akustischen Testsignals in Abhängigkeit von dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis und dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis basierend auf einem aus dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis oder dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis detektiert wird.
Fig. 22 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 240 zum Senden eines akustischen Testsignals, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 240 umfasst einen Schritt 242 des Sendens eines akustischen Testsignals, wobei die akustischen Testsignalabschnitte jeweils auf einer Folge mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten basieren, wobei gemäß dem vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten alle Betragsnebenmaxima einer Autokorrelationsfunktion der Folge gleich Null sind, oder gleich Null und/oder Eins sind. Fig. 23 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 250 zum Senden eines akustischen Testsignals, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 250 umfasst einen Schritt 252 des Sendens eines akustischen Testsignals, wobei die akustischen Testsignalabschnitte auf zumindest zwei unterschiedlichen Folgen mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten basieren, wobei gemäß dem vorgegebenen periodische Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten alle Betragsnebenmaxima von Autokorrelationsfunktionen und Kreuzkorrelationsfunktionen der zumindest zwei unterschiedlichen Folgen einen Schwellwert, der eine mit Eins oder Zwei multiplizierte Wurzel der Folgenlänge der zumindest zwei Folgen nicht übersteigen.
Fig. 24 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 320 zum Betrieb eines mobilen Endgeräts, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 320 umfasst einen Schritt 322 des Verbindens des mobilen Endgeräts über eine Kurzdistanzfunkverbindung (RF) mit einer Gruppe von mobilen Endgeräten. Ferner umfasst das Verfahren 320 einen Schritt 324 des Durchführens zumindest einer funkbasierten Entfernungsmessung zu zumindest einem anderen mobilen Endgerät der Gruppe von mobilen Endgeräten über die Kurzdistanzfunkverbindung. Ferner umfasst das Verfahren 320 einen Schritt 326 des Durchführens zumindest einer ergänzenden akustischen Zweiwege- Entfernungsmessung zu dem zumindest einem anderen mobilen Endgerät, wobei die zumindest eine ergänzende akustische Zweiwege-Entfernungsmessungen zeitlich synchronisiert zu einer akustischen Bake durchgeführt wird.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden. Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart Zusammenwirken können oder Zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger, das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise gegenständlich und/oder nichtvergänglich bzw. nichtvorübergehend.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor Zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC. Die hierin beschriebenen Vorrichtungen können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden. Die hierin beschriebenen Vorrichtungen, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Vorrichtungen können zumindest teilweise in Hardware und/oder in Software (Computerprogramm) implementiert sein.
Die hierin beschriebenen Verfahren können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.
Die hierin beschriebenen Verfahren, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Verfahren können zumindest teilweise durch Hardware und/oder durch Software ausgeführt werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
Abkürzunqsverzeichnis
AtTS\ Zeitdauer des Testsignals AKF: Autokorrelationsfunktion
APP: Applikation
COTS: Commercial Off-The-Shell, dt. seriengefertigte Produkte aus dem Elektronik- oder Softwaresektor
ETOA: Elapsed time between the two Time-Of-Arrivals, dt. verstrichene Zeit zwischen zwei Ankunftszeiten
KKF: Kreuzkorrelationsfunktion
LOS: Line of Sight
P2P: Punkt-zu-Punkt
PAKF: periodische Autokorrelationsfunktion
PKKF: periodische Kreuzkorrelation
RTT: Round-Trip-Time, dt. Umlaufzeit
Literaturverzeichnis
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Claims

Patentansprüche
1. Empfänger (120), wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um ein akustisches Testsignal (Sig) zu empfangen, um ein empfangenes akustisches Testsignal (Sig‘) zu erhalten, wobei das empfangene akustische Testsignal (Sig‘) in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um für eine Detektion eines Empfangszeitpunkts des akustischen Testsignals (Sig) oder zumindest eines Teils des akustischen Testsignals (Sig) eine erste kohärente Korrelation und eine zweite teilkohärente Korrelation durchzuführen, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um bei der Durchführung der ersten kohärenten Korrelation das empfangene akustische Testsignal (Sig‘) mit einem akustischen Referenzsignal, das akustische Referenzsignalabschnitte aufweist, die mit den akustischen Testsignalabschnitten des empfangenen akustischen Testsignals (Sig‘) korrespondieren, kohärent zu korrelieren, um ein erstes kohärentes Korrelationsergebnis (126) zu erhalten, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation zumindest einen Teil der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals (Sig‘)
- jeweils mit einem korrespondierenden akustischen Referenzsignalabschnitt kohärent zu korrelieren oder gruppenweise mit jeweiligen Referenzsignalabschnitten kohärent zu korrelieren, um zumindest zwei Teilkorrelationsergebnisse zu erhalten, und um die zumindest zwei Teilkorrelationsergebnisse inkohärent zu kombinieren, um ein zweites teilkohärentes Korrelationsergebnis (128) zu erhalten, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um den Empfangszeitpunkt des akustischen Testsignals (Sig) oder des zumindest einen Teils des akustischen Testsignals (Sig) in Abhängigkeit von dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis (126) und dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis (128) basierend auf einem aus dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis (126) oder dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis (128) zu detektieren.
2. Empfänger (120) nach Anspruch 1 , wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um ein erstes Korrelationsmaximum des ersten kohärenten Korrelationsergebnisses (126) zu ermitteln und um ein zweites Korrelationsmaximum des zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnisses (128) zu ermitteln, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um den Empfangszeitpunkt des akustischen Testsignals (Sig) oder des zumindest einen Teils des akustischen Testsignals (Sig) basierend auf dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis (128) zu detektieren, wenn ein Verhältnis zwischen einem Wert des zweiten Korrelationsmaximums und einem Wert des ersten Korrelationsmaximums größer ist als eine Schwelle, und sonst basierend auf dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis (126).
3. Empfänger (120) nach Anspruch 2, wobei die Schwelle konstant ist.
4. Empfänger (120) nach Anspruch 3, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um die Schwelle dynamisch in Abhängigkeit von Metadaten, die während des Empfangs des akustischen Testsignals (Sig) ermittelt wurden, anzupassen.
5. Empfänger (120) nach Anspruch 2 oder 4, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um die Schwelle dynamisch in Abhängigkeit von Signalparametern des empfangenen akustischen Testsignals (Sig) anzupassen.
6. Empfänger (120) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um, wenn der Empfangszeitpunkt basierend auf dem ersten kohärenten Detektionsergebnis (126) ermittelt wird, den Empfangszeitpunkt basierend auf einem ersten Korrelationsmaximum oder ersten Korrelationsnebenmaximum des ersten kohärenten Korrelationsergebnisses (126) zu ermitteln, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um, wenn der Empfangszeitpunkt basierend auf dem zweiten teilkohärenten Detektionsergebnis (128) ermittelt wird, den Empfangszeitpunkt basierend auf einem zweiten Korrelationsmaximum oder zweiten Korrelationsnebenmaximum des zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnisses (128) zu ermitteln.
7. Empfänger (120) nach Anspruch 6, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um, wenn der Empfangszeitpunkt basierend auf dem ersten kohärenten Detektionsergebnis (126) ermittelt wird, den Empfangszeitpunkt basierend auf dem ersten Korrelationsmaximum zu ermitteln wenn das erste kohärente Korrelationsergebnis innerhalb eines ersten vorgegebenen Suchfensters (172) zeitlich vor dem ersten Korrelationsmaximum kein erstes Korrelationsnebenmaximum aufweist, dessen Wert eine erste Suchfensterschwelle (174) übersteigt, und sonst basierend auf dem ersten Korrelationsbetragsnebenmaximum, und wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um, wenn der Empfangszeitpunkt basierend auf dem zweiten teilkohärenten Detektionsergebnis (128) ermittelt wird, den Empfangszeitpunkt basierend auf dem zweiten Korrelationsmaximum zu ermitteln wenn das zweite teilkohärente Korrelationsergebnis innerhalb eines zweiten vorgegebenen Suchfensters (172) zeitlich vor dem zweiten Korrelationsmaximum kein zweites Korrelationsnebenmaximum aufweist, dessen Wert eine zweite Suchfensterschwelle (174) übersteigt, und sonst basierend auf dem zweiten Korrelationsnebenmaximum.
8. Empfänger (120) nach Anspruch 7, wobei die erste Suchfensterschwelle (174) eine progressive adaptive Suchfensterschwelle ist, und/oder wobei die zweite Suchfensterschwelle (174) eine progressive adaptive Suchfensterschwelle ist.
9. Empfänger (120) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um die erste Suchfensterschwelle (174) und/oder die zweite Suchfensterschwelle (174) in Abhängigkeit von Signalparametern des empfangenen akustischen Testsignals dynamisch anzupassen.
10. Empfänger (120) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei, wenn innerhalb des ersten Suchfensters (172) Werte zumindest zweier erster Korrelationsnebenmaxima die erste Suchfensterschwelle (174) übersteigen, der Empfangszeitpunkt basierend auf dem zeitlich frühesten ersten
Korrelationsnebenmaximum aus den zumindest zwei ersten Korrelationsnebenmaxima ermittelt wird, und/oder wobei, wenn innerhalb des zweiten Suchfensters (172) Werte zumindest zweier zweiter Korrelationsnebenmaxima die zweite Suchfensterschwelle (174) übersteigen, der Empfangszeitpunkt basierend auf dem zeitlich frühesten zweiten
Korrelationsnebenmaximum aus den zumindest zwei zweiten Korrelationsnebenmaxima ermittelt wird.
11. Empfänger (120) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation eine echte Teilmenge der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals (Sig‘) jeweils oder gruppenweise kohärent zu korrelieren.
12. Empfänger (120) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation alle der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals (Sig‘) jeweils oder gruppenweise kohärent zu korrelieren.
13. Empfänger (120) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation jeden Testsignalabschnitt der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals (Sig‘) oder zumindest des Teils der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals (Sig‘) einzeln mit einem korrespondierenden akustischen Referenzsignalabschnitt kohärent zu korrelieren.
14. Empfänger (120) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Empfänger (120) konfiguriert ist, um bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation die akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals (Sig‘) oder zumindest den Teil der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals (Sig‘) gruppenweise mit korrespondierenden jeweiligen Referenzsignalabschnitten kohärent zu korrelieren, wobei jede Gruppe zumindest zwei Testsignalabschnitte aufweist und wobei jede Gruppe eine echte T eilmenge aller T estsignalabschnitte oder des T eils der akustischen Testsignalabschnitte ist.
15. Mobiles Endgerät (118), wobei das mobile Endgerät (118) einen Empfänger (120) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 aufweist.
16. Sender (140), wobei der Sender (140) konfiguriert ist, um ein akustisches Testsignal (Sig) zu senden, wobei das akustische Testsignal (Sig) in der Zeit sich periodisch wiederholende akustische Testsignalabschnitte aufweist, wobei die akustischen Testsignalabschnitte jeweils auf einer Folge mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten basieren, wobei gemäß dem vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten alle Betragsnebenmaxima einer Autokorrelationsfunktion der Folge gleich Null sind, oder gleich Null und/oder Eins sind.
17. Sender (140) nach Anspruch 16, wobei die Folge mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten eine ist aus einer komplexwertigen Zadoff-Chu-Folge, einer komplexwertigen P-phasigen Produktfolge, einer komplexwertigen perfekten Biphasen- oder Triphasen-Folge, einer binären m-Folge, einer binären Legendre-Folge.
18. Sender (140), wobei der Sender (140) konfiguriert ist, um ein akustisches Testsignal (Sig) zu senden, wobei das akustische Testsignal (Sig) in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist, wobei die akustischen Testsignalabschnitte auf zumindest zwei unterschiedlichen Folgen mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten basieren, wobei gemäß dem vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten alle Betragsnebenmaxima von Autokorrelationsfunktionen und Kreuzkorrelationsfunktionen der zumindest zwei unterschiedlichen Folgen einen Schwellwert, der eine mit Eins oder Zwei multiplizierte Wurzel der Folgenlänge der zumindest zwei Folgen nicht übersteigen.
19. Sender (140) nach Anspruch 18, wobei die zumindest zwei Folgen mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten zumindest zwei Folgen sind aus der Familie von komplexwertigen Zadoff-Chu-Folgen, von komplexwertigen Cubic-phase Folgen, von komplexwertigen m-Folgen, von binären m-Folgen.
20. Mobiles Endgerät (118), wobei das mobile Endgerät (118) einen Sender nach einem der Ansprüche 16 bis 19 aufweist.
21. Verfahren (230) zum Detektieren eines akustischen Testsignals (Sig), wobei das V erfahren (230) aufweist:
Empfangen (232) eines akustisches Testsignal (Sig), um ein empfangenes akustisches Testsignal (Sig‘) zu erhalten, wobei das empfangene akustische Testsignal (Sig‘) in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist,
Durchführen (234) einer ersten kohärenten Korrelation und einer zweiten teilkohärenten Korrelation, um einen Empfangszeitpunkt des akustischen Testsignals (Sig) oder zumindest eines Teils des akustischen Testsignals (Sig) zu detektieren, wobei bei der Durchführung (234) der ersten kohärenten Korrelation das empfangene akustische Testsignal (Sig‘) mit einem akustischen Referenzsignal, das akustische Referenzsignalabschnitte aufweist, die mit den akustischen Testsignalabschnitten des empfangenen akustischen Testsignals (Sig‘) korrespondieren, kohärent zu korrelieren, um ein erstes kohärentes Korrelationsergebnis (126) zu erhalten, wobei bei der Durchführung (234) der zweiten teilkohärenten Korrelation zumindest ein Teil der akustischen Testsignalabschnitte des empfangenen akustischen Testsignals (Sig')
- jeweils mit einem korrespondierenden akustischen Referenzsignalabschnitt kohärent korreliert wird oder gruppenweise mit jeweiligen Referenzsignalabschnitten kohärent korreliert wird, um zumindest zwei Teilkorrelationsergebnisse zu erhalten, und um die zumindest zwei Teilkorrelationsergebnisse inkohärent zu kombinieren, um ein zweites teilkohärentes Korrelationsergebnis (128) zu erhalten, wobei der Empfangszeitpunkt des akustischen Testsignals (Sig) oder des zumindest einen Teils des akustischen Testsignals (Sig) in Abhängigkeit von dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis (126) und dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis (128) basierend auf einem aus dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis (126) oder dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis (128) detektiert wird.
22. Verfahren (240) zum Senden eines akustischen Testsignals (Sig), wobei das Verfahren (240) aufweist:
Senden (242) eines akustischen Testsignals (Sig), wobei das akustische Testsignal (Sig) in der Zeit sich periodisch wiederholende akustische Testsignalabschnitte aufweist, wobei die akustischen Testsignalabschnitte jeweils auf einer Folge mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten basieren, wobei gemäß dem vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten alle Betragsnebenmaxima einer Autokorrelationsfunktion der Folge gleich Null sind, oder gleich Null und/oder Eins sind.
23. Verfahren (250) zum Senden eines akustischen Testsignals (Sig), wobei das Verfahren (250) aufweist:
Senden (250) eines akustischen Testsignals, wobei das akustische Testsignal (Sig) in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist, wobei die akustischen Testsignalabschnitte auf zumindest zwei unterschiedlichen Folgen mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten basieren, wobei gemäß dem vorgegebenen periodische Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten alle Betragsnebenmaxima von Autokorrelationsfunktionen und Kreuzkorrelationsfunktionen der zumindest zwei unterschiedlichen Folgen einen Schwellwert, der eine mit Eins oder Zwei multiplizierte Wurzel der Folgenlänge der zumindest zwei Folgen nicht übersteigen.
24. Verfahren (200) zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten (A, B), die über eine Kurzdistanzfunkverbindung (RF) miteinander verbunden sind, wobei das Verfahren (200) folgende Schritte aufweist: Senden (202) eines ersten akustischen Signals (SigA) von einem ersten mobilen Endgerät (A) zu einem zweiten mobilen Endgerät (B) der zwei mobilen Endgeräte (A, B), wobei das erste akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist,
Detektieren (204) der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals (SigA) mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen ersten Satz von Detektionszeitpunkten (tAi, tA3, tAs, tA7) zu erhalten,
Detektieren (206) der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals (SigA) mit dem zweiten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten ( tei , te3, fe s, tei) zu erhalten,
Senden (210) eines zweiten akustischen Signals (Sigß) von dem zweiten mobilen Endgerät (B) zu dem ersten mobilen Endgerät, wobei das zweite akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist,
Detektieren (212) der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals (Sigß) mit dem zweiten mobilen Endgerät, um einen dritten Satz von Detektionszeitpunkten (feg, ten, fe«, teis) zu erhalten,
Detektieren (214) der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals (Sigß) mit dem ersten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals (Sigß) zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (tA9, tAn, tAi3, tA15) zu erhalten,
Ermitteln (216) einer Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät (A) und dem zweiten mobilen Endgerät (B) basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (tA9, tAn, tAi3, tAi£) und einem Detektionszeitpunkt aus dem ersten Satz von Detektionszeitpunkten ( tAi , tA3, tA 5, tAi), der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten ( tßi , tß3, fe s, tei) korrespondiert, und einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten (feg, ten, fe«, fe«), der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten ( g, tAn, tAi3, U15) korrespondiert, und einem Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten ( tei , tß3, tß5, tßj), wobei bei zumindest einem aus
Detektieren (204) der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals (SigA) mit dem ersten mobilen Endgerät,
Detektieren (206) der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals (SigA) mit dem zweiten mobilen Endgerät,
Detektieren (212) der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals (Sigß) mit dem zweiten mobilen Endgerät,
Detektieren (214) der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals (Sigß) mit dem ersten mobilen Endgerät eine erste kohärente Korrelation und eine zweite teilkohärente Korrelation durchgeführt werden, um einen Empfangszeitpunkt des jeweiligen akustischen Testsignals (Sig) oder zumindest eines Teils des jeweiligen akustischen Testsignals (Sig) zu detektieren, wobei bei der Durchführung der ersten kohärenten Korrelation das jeweilige akustische Testsignal mit einem akustischen Referenzsignal, das akustische Referenzsignalabschnitte aufweist, die mit den akustischen Testsignalabschnitten des jeweiligen akustischen Testsignals korrespondieren, kohärent zu korrelieren, um ein erstes kohärentes Korrelationsergebnis zu erhalten, wobei bei der Durchführung der zweiten teilkohärenten Korrelation zumindest ein Teil der akustischen Testsignalabschnitte des jeweiligen akustischen Testsignals - jeweils mit einem korrespondierenden akustischen Referenzsignalabschnitt kohärent korreliert wird oder gruppenweise mit jeweiligen Referenzsignalabschnitten kohärent korreliert wird, um zumindest zwei Teilkorrelationsergebnisse zu erhalten, und um die zumindest zwei Teilkorrelationsergebnisse inkohärent zu kombinieren, um ein zweites teilkohärentes Korrelationsergebnis zu erhalten, wobei der Empfangszeitpunkt des akustischen Testsignals oder des zumindest einen Teils des akustischen Testsignals in Abhängigkeit von dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis und dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis basierend auf einem aus dem ersten kohärenten Korrelationsergebnis oder dem zweiten teilkohärenten Korrelationsergebnis detektiert wird.
25. Verfahren (200) zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten (A, B), die über eine Kurzdistanzfunkverbindung (RF) miteinander verbunden sind, wobei das Verfahren (200) folgende Schritte aufweist:
Senden (202) eines ersten akustischen Signals (SigA) von einem ersten mobilen Endgerät (A) zu einem zweiten mobilen Endgerät (B) der zwei mobilen Endgeräte (A, B), wobei das erste akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist,
Detektieren (204) der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals (SigA) mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen ersten Satz von Detektionszeitpunkten (ΪAI, i«, s, ) zu erhalten,
Detektieren (206) der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals (SigA) mit dem zweiten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten ( tei , tß3, fe s, tei) zu erhalten,
Senden (210) eines zweiten akustischen Signals (Sigß) von dem zweiten mobilen Endgerät (B) zu dem ersten mobilen Endgerät, wobei das zweite akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist,
Detektieren (212) der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals (Sigß) mit dem zweiten mobilen Endgerät, um einen dritten Satz von Detektionszeitpunkten (feg, ten, fe«, teis) zu erhalten,
Detektieren (214) der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals (Sigß) mit dem ersten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals (Sigß) zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem vierten Satz von Detektionszeitpunkten ( g, tAn, tAi3, tAis) zu erhalten,
Ermitteln (216) einer Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät (A) und dem zweiten mobilen Endgerät (B) basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten ( g, tAn, tAi3, tAii) und einem Detektionszeitpunkt aus dem ersten Satz von Detektionszeitpunkten (ΪAI, i«, tA5, ), der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten ( tB1 , tB3, tB 5, tB7) korrespondiert, und einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten (feg, tBn, tB13, tB15), der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (feg, tAn, tAi3, U15) korrespondiert, und einem Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten ( tBi , tß3, tB5, tB7), wobei die akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Testsignals und/oder des zweiten akustischen Testsignals jeweils auf einer Folge mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten basieren, wobei gemäß dem vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten alle Betragsnebenmaxima einer Autokorrelationsfunktion der Folge gleich Null sind, oder gleich Null und/oder Eins sind.
26. Verfahren (200) zur akustischen Entfernungsmessung zwischen zwei mobilen Endgeräten (A, B), die über eine Kurzdistanzfunkverbindung (RF) miteinander verbunden sind, wobei das Verfahren (200) folgende Schritte aufweist:
Senden (202) eines ersten akustischen Signals (SigA) von einem ersten mobilen Endgerät (A) zu einem zweiten mobilen Endgerät (B) der zwei mobilen Endgeräte (A, B), wobei das erste akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist, Detektieren (204) der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals (SigA) mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen ersten Satz von Detektionszeitpunkten ( tAi , tA3, fes, tA7) zu erhalten,
Detektieren (206) der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals (SigA) mit dem zweiten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten ( fe? , tB3, fe s, tB7) zu erhalten,
Senden (210) eines zweiten akustischen Signals (Sigß) von dem zweiten mobilen Endgerät (B) zu dem ersten mobilen Endgerät, wobei das zweite akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist,
Detektieren (212) der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals (Sigß) mit dem zweiten mobilen Endgerät, um einen dritten Satz von Detektionszeitpunkten (feg, fe«, fe«, fe?s) zu erhalten,
Detektieren (214) der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals (Sigß) mit dem ersten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals (Sigß) zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (feg, fe«, tAi3, tAis) zu erhalten,
Ermitteln (216) einer Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät (A) und dem zweiten mobilen Endgerät (B) basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (tA9, tAn, tAi3, tAis) und einem Detektionszeitpunkt aus dem ersten Satz von Detektionszeitpunkten ( tAi , tA3, fes, tA7), der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten ( tBi , tB3, tB s, tB7) korrespondiert, und einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten (feg, tBn, fe«, fe?s), der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten (feg, tAn, tAi3, U15 ) korrespondiert, und einem Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten (fei, tß3, tB5, tB7) , wobei die akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Testsignals und/oder des zweiten akustischen Testsignals auf zumindest zwei unterschiedlichen Folgen mit vorgegebenen periodischen Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten basieren, wobei gemäß dem vorgegebenen periodische Autokorrelationsverhalten und Kreuzkorrelationsverhalten alle Betragsnebenmaxima von Autokorrelationsfunktionen und Kreuzkorrelationsfunktionen der zumindest zwei unterschiedlichen Folgen einen Schwellwert, der eine mit Eins oder Zwei multiplizierte Wurzel der Länge der zumindest zwei Folgen nicht überstreiten.
27. Verfahren (300) zur Entfernungsmessung zwischen einer Gruppe von mobilen Endgeräten (A, B, C) mit drei oder mehr mobilen Endgeräten, wobei die Endgeräte der Gruppe von mobilen Endgeräten (A, B, C) über eine Kurzdistanzfunkverbindung (RF) miteinander verbunden sind, wobei das Verfahren (300) aufweist:
Durchführen (302) von funkbasierten Entfernungsmessungen (192) zwischen den Endgeräten der Gruppe von mobilen Endgeräten (A, B, C) unter Verwendung der Kurzdistanzfunkverbindung (RF),
Durchführen (304) von zumindest zwei ergänzenden akustischen Zweiwege- Entfernungsmessungen (194) zwischen den Endgeräten der Gruppe von mobilen Endgeräten (A, B, C), wobei die zumindest zwei akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen (194) zeitlich synchronisiert zu periodisch ausgesendeten akustischen Baken, die von einem mobilen Endgerät der Gruppe von mobilen Endgeräten (A, B, C) ausgesendet werden, durchgeführt werden.
28. Verfahren (300) nach Anspruch 27, wobei die zumindest zwei akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen (192) jeweils ansprechend auf eine zugewiesene Aussendung einer akustischen Bake der periodisch ausgesendeten akustischen Baken durchgeführt werden.
29. Verfahren (300) nach Anspruch 28, wobei die Zeitpunkte der jeweiligen Aussendungen der akustischen Baken den jeweiligen mobilen Endgeräten über die Kurzdistanzfunkverbindung zugewiesen werden, und/oder wobei ein jeweiliges Testsignal aus einer Gruppe von Testsignalen den jeweiligen mobilen Endgeräten über die Kurzdistanzfunkverbindung zugewiesen werden.
30. Verfahren (300) nach einem der Ansprüche 27 bis 29, wobei zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Aussendungen von akustischen Baken der periodisch ausgesendeten akustischen Baken genau eine akustische Zweiwege-Entfernungsmessung der zumindest zwei akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen durchgeführt wird.
31. Verfahren (300) nach einem der Ansprüche 27 bis 30, wobei ein zeitlicher Abstand zwischen den periodisch ausgesendeten akustischen Baken größer ist als eine für die Durchführung einer der zumindest zwei akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen erforderliche Zeit.
32. Verfahren (300) nach einem der Ansprüche 27 bis 31 , wobei die akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen akustische ETOA- Entfernungsmessungen sind.
33. Verfahren (300) nach einem der Ansprüche 27 bis 32, wobei die Durchführung einer ersten akustischen Zweiwege-Entfernungsmessung der zumindest zwei akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen aufweist:
Senden (202) eines ersten akustischen Signals von einem ersten mobilen Endgerät zu einem zweiten mobilen Endgerät der Gruppe von mobilen Endgeräten, wobei das erste akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist, Detektieren (204) der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen ersten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten,
Detektieren (206) der akustischen Testsignalabschnitte des ersten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten,
Senden (210) eines zweiten akustischen Signals (Sigß) von dem zweiten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät, wobei das zweite akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist,
Detektieren (212) der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem zweiten mobilen Endgerät, um einen dritten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten,
Detektieren (214) der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte des zweiten akustischen Signals zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem vierten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten,
Ermitteln (216) einer Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem zweiten mobilen Endgerät basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten und einem Detektionszeitpunkt aus dem ersten Satz von Detektionszeitpunkten, der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten korrespondiert, und einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem dritten Satz von Detektionszeitpunkten, der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem vierten Satz von Detektionszeitpunkten korrespondiert, und einem Detektionszeitpunkt aus dem zweiten Satz von Detektionszeitpunkten.
34. Verfahren (300) nach einem der Ansprüche TI bis 33, wobei die Durchführung einer zweiten akustischen Zweiwege-Entfernungsmessung der zumindest zwei akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen aufweist:
Senden (202) eines dritten akustischen Signals von einem ersten mobilen Endgerät zu einem dritten mobilen Endgerät der Gruppe von mobilen Endgeräten, wobei das dritte akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist,
Detektieren (204) der akustischen Testsignalabschnitte des dritten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um einen fünften Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten,
Detektieren (206) der akustischen Testsignalabschnitte des dritten akustischen Signals mit dem dritten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem sechsten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten,
Senden (210) eines vierten akustischen Signals von dem dritten mobilen Endgerät zu dem ersten mobilen Endgerät, wobei das vierte akustische Signal in der Zeit akustische Testsignalabschnitte aufweist,
Detektieren (212) der akustischen Testsignalabschnitte des vierten akustischen Signals mit dem dritten mobilen Endgerät, um einen siebten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten,
Detektieren (214) der akustischen Testsignalabschnitte des vierten akustischen Signals mit dem ersten mobilen Endgerät, um bei einer erfolgreichen Detektion zumindest eines der akustischen Testsignalabschnitte des vierten akustischen Signals zumindest einen Detektionszeitpunkt aus einem achten Satz von Detektionszeitpunkten zu erhalten,
Ermitteln (216) einer Entfernung zwischen dem ersten mobilen Endgerät und dem dritten mobilen Endgerät basierend auf einer mit einer halben Schallgeschwindigkeit gewichteten Differenz zwischen einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem achten Satz von Detektionszeitpunkten und einem Detektionszeitpunkt aus dem fünften Satz von Detektionszeitpunkten, der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem sechsten Satz von Detektionszeitpunkten korrespondiert, und einer Differenz zwischen einem Detektionszeitpunkt aus dem siebten Satz von Detektionszeitpunkten, der mit dem Detektionszeitpunkt aus dem achten Satz von Detektionszeitpunkten korrespondiert, und einem Detektionszeitpunkt aus dem sechsten Satz von Detektionszeitpunkten.
35. Mobiles Endgerät (A), wobei das mobile Endgerät (A) konfiguriert ist, um sich über eine Kurzdistanzfunkverbindung (RF) mit einer Gruppe von mobilen Endgeräten (B, C) zu verbinden, wobei das mobile Endgerät (A) konfiguriert ist, um über die Kurzdistanzfunkverbindung (RF) eine funkbasierte Entfernungsmessung zu zumindest einem anderen mobilen Endgerät (B) der Gruppe von mobilen Endgeräten (B, C) durchzuführen, wobei das mobile Endgerät (A) konfiguriert ist, um zumindest eine ergänzende akustischen Zweiwege-Entfernungsmessungen zu dem zumindest einem anderen mobilen Endgerät (B) durchzuführen, wobei das mobile Endgerät (A) konfiguriert ist, um die zumindest eine ergänzende akustische Zweiwege-Entfernungsmessungen zeitlich synchronisiert zu einer akustischen Bake durchzuführen.
36. Mobiles Endgerät (A) nach Anspruch 35, wobei die akustische Bake von dem mobilen Endgerät (A) selber ausgesendet wird, oder wobei die akustische Bake von einem anderen mobilen Endgerät (B, C) der Gruppe von mobilen Endgeräten ausgesendet wird.
37. Mobiles Endgerät (A) nach einem der Ansprüche 35 bis 36, wobei die akustische Bake eine dem mobilen Endgerät über die Kurzdistanzfunkverbindung zugewiesene akustische Bake aus einer Mehrzahl von periodisch ausgesendeten akustischen Baken ist.
38. Verfahren (320) zum Betrieb eines mobilen Endgeräts, wobei das Verfahren aufweist: Verbinden (322) des mobilen Endgeräts übereine Kurzdistanzfunkverbindung (RF) mit einer Gruppe von mobilen Endgeräten, Durchführen (324) zumindest einer funkbasierten Entfernungsmessung zu zumindest einem anderen mobilen Endgerät der Gruppe von mobilen Endgeräten über die Kurzdistanzfunkverbindung,
Durchführen (326) zumindest einer ergänzenden akustischen Zweiwege- Entfernungsmessung zu dem zumindest einem anderen mobilen Endgerät, wobei die zumindest eine ergänzende akustische Zweiwege-Entfernungsmessungen zeitlich synchronisiert zu einer akustischen Bake durchgeführt wird.
39. Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 21 bis 34 und 38, wenn das Computerprogramm auf einem Computer, Microprozessor oder softwarebasierten Empfänger abläuft.
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