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Die
vorliegende Erfindung betrifft jedes Positionsbestimmungssystem,
das synchronisierte Signale von einer Anzahl von Referenzstationen
verwendet. Die Position der Referenzstationen ist genau bekannt.
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Ein
mobiles Endgerät
empfängt
Signale von einer Anzahl von Referenzstationen, mißt die Zeitdifferenz
der Ankunft zwischen den Signalen und berechnet eine Schätzung seiner
eigenen Position relativ zu den Referenzstationen. Um eine Schätzung im dreidimensionalen
Raum zu bilden, müssen
mindestens 4 Referenzstationssignale empfangen werden.
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Außerdem ist
eine „duale" Anordnung wohlbekannt,
bei der jedes mobile Endgerät
ein Signal zu den Referenzstationen sendet, die wie zuvor untereinander
zeitsynchronisiert sind. Die Referenzstationen sind mit einem zentralen
Steuerpunkt verbunden, an dem die Positionsberechnung durchgeführt wird.
Die Positionsschätzung
wird dann zu dem mobilen Endgerät
gesendet. Um eine Schätzung
im dreidimensionalen Raum zu bilden, müssen mindestens vier Referenzstationen
das Signal von dem mobilen Endgerät empfangen.
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Faktoren,
die sich auf die Genauigkeit der Positionsschätzung auswirken, gleichgültig, welche Anordnung
verwendet wird, sind:
- 1. Geometrie – der direkte
Weg zu bestimmten Referenzstationen kann durch natürliche oder künstliche
Objekte verdeckt werden und/oder die mobile Einrichtung kann sich
an einem Ort befinden, an dem trigonometrische Berechnungen zu großen Fehlern
führen
können.
- 2. Mehrfach-Weg – Signale
von den Referenzstationen können
eine Reflexion von einem Objekt (entweder stationär oder beweglich)
erfahren, und diese indirekten oder Mehrfach-Wegsignale führen zu
einem Fehler in der Positionsschätzung, weil
sie den Empfang des direkten Signals verzerren.
- 3. Störungen – künstliche
Störungen
von anderen Systemen können
den Empfang des gewünschten
Signals blockieren, weil sie viel höhere Leistungspegel aufweisen
oder sie bei niedrigeren Störungspegeln
Fehler in der Signalverarbeitung des Mobilempfängers verursachen können.
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Das
GPS-System ist das am besten bekannte Beispiel für ein solches Positionsbestimmungssystem.
In diesem Fall tragen Satelliten die synchronisierten Referenzstationen.
Einer der Hauptunzulänglichkeiten
bei GPS besteht darin, daß die
Abdeckung in Gebäuden
und in dichten städtischen
Umgebungen nicht zuverlässig
ist. Der Grund ist dabei die Verdeckung und Dämpfung der Direktwegsignale
durch Gebäude.
In Gebieten, in denen Signale empfangen werden können, werden sie häufig durch
komplexe Mehrfachweg-Komponenten verschlechtert.
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Die
vorliegende Erfindung ergänzt
GPS in diesen Umgebungen und kann verwendet werden, wenn GPS-Signale
verfügbar
sind, aber größere Präzision erforderlich
ist, wie z.B. beim Landen von Flugzeugen.
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Es
wurden Spreizspektrumstechniken entwickelt, um in einer Anzahl von
Fällen
Verbesserungen zu erhalten:
- • Zur Ermöglichung
unzweideutiger Entfernungsbestimmungsschätzungen
- • Zur
Verringerung einer Verschlechterung aufgrund von Mehrfachwegen
- • Zur
Verringerung der Empfindlichkeit gegenüber Störsignalen
- • Zur
Verringerung der Detektion durch unbefugte Benutzer
- • Zur
Verringerung von Störungen
anderer Systeme
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Häufig lassen
sich mehrere dieser Verbesserungen gleichzeitig erreichen. Im allgemeinen
wird die Leistungsfähigkeit
jedes der obigen Punkte direkt durch die Bandbreite und Kohärenz des
Spreizspektrumsignals bestimmt.
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Diese
Techniken werden auf dem Gebiet der Navigation, Kommunikation und
der Radarsysteme vielfach eingesetzt.
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Die
vorliegende Erfindung beschreibt ein Mittel zum Erzeugen und Empfangen
eines steuerbaren ultrabreitbandigen (UWB-)Spreizspektrumsignals, das
Eigenschaften aufweist, die gut an die Anwendung der präzisen Positionsbestimmung
in Umgebungen, in denen GPS unzuverlässig ist, angepaßt sind.
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Durch
die Beschaffenheit des Signals wird es auch geeignet für die anderen
oben genannten Anwendungen.
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Es
gibt zwei allgemeine Verfahren zum Erzeugen eines Spreizspektrumsignals.
Das erste ist direkte Modulation eines Trägers durch ein Breitbandsignal,
und das zweite durch Springenlassen der Trägerfrequenz.
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Bei
dem Direktverfahren wird der Träger
direkt durch eine deterministische zeitbegrenzte breitbandige Signalform
(Spreizsignalform) moduliert. Diese Spreizsignalform wird periodisch
gemacht, indem man nach einem geeigneten Zeitintervall (Signalform
Periode) ein exaktes Duplikat wiederholt. Damit das resultierende
Spreizspektrumsignal kohärent ist,
müssen
die Trägerfrequenz
und die Signalformperiode harmonisch in Beziehung stehen.
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Ein
häufiges
Mittel ist die Verwendung einer Pseudozufalls-Binärsequenz
(PRBS) als Spreizsignalform. In diesem Fall stehen zur Sicherstellung
der Kohärenz
die Trägerfrequenz
und die Rate des Takts (Chipping) der Spreizsignalform in einer
harmonischen Beziehung – dadurch
wird wiederum sichergestellt, daß die Zeitperiode der PRBS
harmonisch mit der Trägerfrequenz
in Beziehung steht. Ein anderes Mittel zum Erzeugen eines kohärenten Spreizspektrumsignals
ist das Modulieren eines Trägersignals mit
einer Chirp-Signalform, die mit einer Rate wiederholt wird, die
harmonisch mit der Trägerfrequenz
in Beziehung steht. Um Nachrichten zu senden, wird die Spreizsignalform
zuerst mit dem Nachrichtensignal moduliert. Die resultierende Signalform
moduliert dann einen Träger.
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Bei
dem PRBS-Beispiel müssen
die Chipping-Rate und die Codelänge
des PRBS-Signals hoch genug sein, um die Signalenergie über die
gesamte gewünschte
Bandbreite zu spreizen. Jede Übertragung
weist eine einzigartige Spreizsignalform auf, durch die sie erkannt
und abgerufen werden kann, und eine Empfangsstation muß folglich
in der Lage sein, dieselbe Spreizsignalform synchron mit der Übertragung
zu erzeugen, um die Nachricht zu erkennen und wiederherzustellen.
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Ein
Mehrfachzugriffsystem kann unter Verwendung einzigartiger Spreizsignalformen
konzipiert werden. Alle anderen Übertragungen,
die mit verschiedenen Spreizsignalformen kombiniert werden, erscheinen
im Empfänger
als Rauschen. Wenn die Direktmodulation durch PRBS erfolgt, wird
das System als Codemultiplex-Mehrfachzugriff
(CDMA – Code
Division Multiple Access) bezeichnet.
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Bei
dem Frequenzsprungverfahren wird die Frequenz der Übertragung
als Funktion einer vorbestimmten PRBS verändert. Frequenzsprung ist gewöhnlich aufgrund
naturgemäßer Beschränkungen
in den verwendeten Geräten
auf relativ niedrige Sprungraten (typischerweise einige wenige Kilohertz)
begrenzt. Das Patent
US 6,211,807 beschreibt ein
Beispiel für
dieses Verfahren in einem Frequenzsprung-Direktsequenzsystem, das
zum Finden von Objekten unter dem Boden verwendet wird.
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Die
vorliegende Erfindung schlägt
ein Verfahren zum Erzeugen eines ultrabreitbandigen (UWB-)Signals
vor, das ohne bestimmte der Beschränkungen des Direktspreizspektrum-
oder Frequenzsprungverfahrens erzeugt werden soll. Die vorliegende
Erfindung kombiniert Aspekte dieser beiden Verfahren.
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Im
Stand der Technik wird häufig
die volle Bandbreite des Kanals, die verfügbar ist, aufgrund praktischer
Beschränkungen
nicht ausgenutzt. Zum Beispiel ist es in WO 00/03502A, einem Frequenzsprung-/Mehrträgerdirektsequenzsystem,
nicht ersichtlich, wie man aus der vollen Bandbreite Nutzen zieht,
die sich aus der Kombination der beiden Spreizverfahren im Hinblick
auf präzise
Positionsbestimmung ergibt; dies ist für den beabsichtigten Zweck
der Datenkommunikation in WO 00/03502 nicht wesentlich und bisher
wurde die Timing-Genauigkeit
aus der Direktsequenz-Spreizkomponente alleine häufig als ausreichend angesehen.
Dasselbe ist in den Patenten
US 005706275A und
US 005222098 zu sehen.
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Die
vorliegende Erfindung liefert ein Mittel zum Ausnutzen des vollen
Vorzugs kombinierter Spreiztechniken zur Erzielung einer wesentlich
verbesserten Positions- und Timing-Genauigkeit unter Beibehaltung
der Vorzüge
der Praxisnähe,
des geringen Stromverbrauchs, der niedrigen Komponentenkosten und
der verbesserten Störungsbeständigkeit des
hybriden Verfahrens.
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Folglich
liefert die vorliegende Erfindung in einem ersten Aspekt ein Verfahren
zur Erzeugung eines Ultrabreitbandsignals, bei dem (I) ein Trägersignal
durch eine Spreizsignalform moduliert wird, die ein periodisches
deterministisches Breitbandsignal ist, und (II) die Frequenz des
Trägersignals
in vorbestimmten Intervallen um einen vorbestimmten Betrag geändert wird
(wobei der Kehrwert dieses Intervalls die Sprungrate ist), und wobei
eine harmonische Beziehung zwischen der Trägerfrequenz, dem vorbestimmten
Frequenzänderungsbetrag
und der Periode der Spreizsignalform besteht.
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Auf
diese Weise erzeugt man ein kohärentes UWB-Signal
sowohl unter Verwendung der Direktspreizspektrum- als auch der Frequenzsprungtechnik,
und das so erzeugte UWB-Signal wird unter Verwendung eines kohärenten Korrelationsdetektors in
einem Empfänger
detektiert.
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Ein
UWB-Signal ist ein Signal, das eine normierte Bandbreite von mehr
als 20% aufweist (d.h. 20% der Mittenträgerfrequenz). Die normierte
Bandbreite kann als 2(FH – FL)/(FH + FL) definiert werden, wobei (FH +
FL)/2 die nominale Mittenträgerfrequenz ist,
und der Großteil
der Energie liegt zwischen der unteren Frequenz FL und
der höheren
Frequenz FH. In diesem Fall liegt die Energiedichte
außerhalb
der Region von FL zu FH mindestens
XdB unter der größten Energiedichte
in der Region, wobei die Energiedichte gewöhnlich in einer 1-MHz-Bandbreite gemessen
wird. X dB kann 3 dB und vorzugsweise 10 dB oder sogar 20 dB betragen.
Normalerweise ist dies für
UWB eine Bandbreite von mehr als 500 MHz, die typischerweise zwischen
500 MHz und 7,5 GHz liegt.
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Systeme
mit einer Bandbreite zwischen 1 MHz und 500 MHz werden gewöhnlich als
breitbandig betrachtet, wobei Schmalbandsysteme eine Bandbreite
von weniger als 1 MHz aufweisen, obwohl manche die Grenze auf 100
kHz legen.
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Ein
deterministisches Signal ist ein Signal, bei dem die Signalform
im wesentlichen oder vorherrschend im Empfänger vorhersehbar ist, zum
Beispiel ein Signal, das keine dem Empfänger a priori unbekannten beliebigen
Daten führt.
Die deterministische Signalform kann ein Datenmuster enthalten,
das bekannt ist, bestimmt wird oder durch andere Mittel zu dem Empfänger geleitet
wird. Das Signal kann deterministische Aspekte für den Teil der Signalform aufweisen,
der von einem Empfänger
zur Bereitstellung von Positionsfixierungsinformationen verwendet wird,
d.h. eine zusammengesetzte Signalform mit nicht deterministischen
Teilen kann Daten tragen, während
die deterministischen Teile das Positionssignal tragen. Ein Teil
einer zusammengesetzten Signalform kann Informationen liefern, um
einen anderen Teil oder Aspekt deterministisch zu machen, zum Beispiel
durch Tragen von Vorwärtsfehlerkorrekturredundanz.
Die deterministische Signalform kann über einen expliziten mathematischen
Ausdruck mindestens eines Teils ihrer Aspekte definiert werden.
Ein Beispiel für
einen solchen Aspekt wäre
die Phase der Signalform; in diesem Fall muß die Amplitude nicht deterministisch
sein. Bei zwei spezifischen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung (die ein PRBS-Signal bzw. ein Chirp-Signal
verwenden), werden die Eigenschaften des zu spezifizierenden deterministischen
Signals nachfolgend erläutert.
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Vorzugsweise
ist die Spreizsignalform über mehrere
Frequenzen hinweg deterministisch, wodurch die Leistungsfähigkeit
der Auflösung
der fein getrennten Mehrwegestörungen
verbessert wird. Je größer die
Bandbreite der mehreren Frequenzen, desto näher liegen die Wege, die getrennt
werden können.
Die harmonische Beziehung zwischen der Trägerfrequenz, der Frequenzänderung
und der Spreizsignalformperiode ermöglicht das Ableiten von Informationen über den Übertragungskanal
durch die beschriebenen Techniken.
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Vorzugsweise
ist die Spreizsignalform ein PRBS-Signal mit einer bestimmten Chipping-Rate; die
Codelänge,
dividiert durch die Chipping-Rate, ist die Periode der Spreizsignalform.
Als Alternative kann die Spreizsignalform ein Chirp-Signal sein,
das eine vorbestimmte Modulationsrate und Dauer aufweist, wobei
die Periode der Spreizsignalform das Intervall zwischen Chirps ist.
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In
einem weiteren Aspekt liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren
zum Erzeugen eines Ultrabreitband- (UWB-)Signals, bei dem (I) ein
Trägersignal
durch ein PRBS-Signal einer bestimmten Chipping-Rate moduliert wird
und (II) die Frequenz des Trägersignals
in vorbestimmten Intervallen um einen vorbestimmten Betrag geändert wird
(wobei der Kehrwert dieses Intervalls die Sprungrate ist), wobei
eine harmonische Beziehung zwischen der Trägerfrequenz, dem vorbestimmten
Frequenzänderungsbetrag
und der Chipping-Rate
des PRBS-Signals besteht.
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Anstelle
des PRBS-Signals kann ein Chirpsignal verwendet werden, und somit
liefert die vorliegende Erfindung in einem weiteren Aspekt ein Verfahren
zum Erzeugen eines Ultrabreitbandsignals, bei dem (I) ein Trägersignal
durch ein Chirpsignal mit einer vorbestimmten Modulationsrate und
Dauer moduliert wird und (II) die Frequenz des Trägersignals
in vorbestimmten Intervallen um einen vorbestimmten Betrag geändert wird
(wobei der Kehrwert dieses Intervalls die Sprungrate ist), wobei
eine harmonische Beziehung zwischen der Trägerfrequenz, dem vorbestimmten
Frequenzänderungsbetrag
und dem Intervall zwischen Chirps besteht.
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Die
Sprungrate kann auch eine harmonische Beziehung mit der Trägerfrequenz
aufweisen.
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Als
Beispiel könnte
das Verfahren eine PRBS verwenden, die ein Gold-Code mit einer Codelänge von
1023 und einer Chipping-Rate von 1,023 MHz ist. Die beim Springen
verwendete Menge von Trägerfrequenzen
könnte
bei Vielfachen von 1,023 MHz liegen und die Frequenzsprungrate könnte 1 kHz
betragen, d.h. die Frequenz wird jede Millisekunde oder in Vielfachen
von 1 kHz geändert. Über den Zeitraum
von 1 Sekunde hinweg kann somit ein Gesamt-Sweep von 1,023 GHz auf
einem Träger
von z.B. 5 GHz zentriert werden. Die Beschaffung des PRBS-Codes
kann ohne weiteres mit GPS-bezogener Hardware erzielt werden, und
somit kann der verwendete Code vorzugsweise eine PRBS eines etablierten
oder vorgeschlagenen Satellitennavigationssystems sein.
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Die
Bildung einer Korrelationsausgabe durch kohärentes Summieren der Ergebnisse
aus 1023 sukzessiven Frequenzsprungsignalen verstärkt das gewünschte Signal,
tendiert aber dazu, den Effekt von Mehrfachwegen und Störungen aufzuheben oder
zu reduzieren. Es ist ersichtlich, daß die Signale aus jedem diskreten
Frequenzsprung untereinander kohärent
sein können.
Je mehr Komponenten summiert werden können, desto besser ist die
Genauigkeit.
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Abhängig von
der Anwendung kann das Frequenzsprungverfahren pseudozufällig oder
gemäß einer
linearen Progression ausgeführt
werden. Zum Beispiel kann die Trägerfrequenz
jedes Teils des Signals gemäß einem
Pseudozufallsalgorithmus ausgewählt
werden. Dadurch werden Signal-Rausch-Eigenschaften verbessert, und
außerdem
erscheint vom Standpunkt eines unbefugten Empfängers oder Opferempfängers (vom
Standpunkt der Störungen) aus
gesehen die Trägerfrequenzauswahl
zufällig.
Mit der Zeit kann die gesamte verfügbare Systembandbreite benutzt
werden.
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Es
ist auch möglich,
daß die
Auswahl der Trägerfrequenz
(gleichgültig,
ob sie durch einen Pseudozufallsprozeß oder anderweitig geschieht)
so ausgeführt
wird, daß die
Verwendung von einer oder mehreren Frequenzen oder Bändern von
Frequenzen in der gewählten
Bandbreite vermieden wird. Man könnte
dies zum Beispiel durchführen,
wenn bekannt ist, daß bestimmte
Teile der Gesamtbandbreite vermieden werden sollten, z.B. weil es
bekannt ist, daß ein
starkes Störsignal
vorhanden ist oder vielleicht ein anderer Dienst beeinträchtigt werden
könnte
(z.B. Mobiltelefone/Radarnavigationssysteme usw.)
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Bei
bestimmten Ausführungsformen
kann das durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung erzeugte
UWB-Signal diskontinuierlich
gesendet werden, d.h. mit einem Tastverhältnis. Zum Beispiel kann in
einem gegebenen Zeitraum das UWB-Signal nur für einen Teil dieses Zeitraums
gesendet werden (z.B. eins lang eingeschaltet, fünfzehn lang ausgeschaltet usw.).
Die Leistung des gesendeten Signals kann in den eingeschalteten
Teilen des Tastverhältnisses
in bezug auf die Leistung vergrößert werden, die
ansonsten bei kontinuierlichem Senden des Signals verwendet werden
würde.
Eine solche Anordnung ermöglicht
außerdem
ein leichtes Einrichten von zeitlichem Multiplexen für mehrere
Sender.
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Zusätzlich ermöglicht die
vorliegende Erfindung die Erzeugung eines UWB-Signals, das ein flacheres
Spektrum erfordert, als mit einem normalen UWB-Signal erzielt werden
kann. Ein typisches UWB-Signal erfordert mindestens 10 dB Reserve
bei Spitze zu Mittel über
das Spektrum hinweg, wodurch das Leistungsbudget für dieses
Signal um denselben Betrag reduziert wird. Mit der vorliegenden
Erfindung sollte eine kleine Marge (z.B. 2 dB) genügen, wodurch
wiederum eine Bereichsvergrößerung von
bis zu 50% ermöglicht
wird.
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Bei
bevorzugten Ausführungsformen
muß die
Spektralform des PRBS-Signals nicht der durch die Formel [(sin x)/x]exp
2 gegebenen üblichen
Form folgen. Es sind verschiedene Verfahren zum Modifizieren der
Spektralform eines PRBS-Signals bekannt, zum Beispiel beschreibt
das europäische
Patent
EP 0131455 ein
digitales Verfahren, das die Antwort einer PRBS nur unter Verwendung
von elementarer digitaler Filterung in eine rechteckigere Form umsetzt.
Mit dieser Technik könnte
man die Menge von Frequenzsprüngen
so konfigurieren, daß ein
beliebiges bestimmtes Frequenzsegment vermieden wird, wodurch Störungen eines
Dritten wie oben beschrieben bzw. Störungen von diesem vermieden werden.
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Zusätzlich und/oder
als Alternative könnte bei
dem Verfahren der vorliegenden Erfindung Leistungsregelung auf jeden
einzelnen Frequenzsprung angewandt werden, um das Signal/Rausch-Verhältnnis jedes
Sprungs zu steuern, z.B. um das minimal notwendige Signal/Rausch-Verhältnnis zu
erzielen.
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Ähnlich kann
das Empfangssignal als Funktion der Frequenz, auf der es empfangen
wird, skaliert oder gewichtet werden, um die Genauigkeit der aus ihm
abgeleiteten Zeit- oder Positionsinformationen zu verbessern. Die
angewandte Skalierungs- oder Gewichtungsfunktion kann angepaßt werden,
um die Genauigkeit gemäß der Umgebung
zu verbessern, die die Informationen erfahren, die von dem Sender und
dem Empfänger
weitergeleitet werden. Häufig nimmt
die Skalierungs- oder Gewichtungsfunktion die Form eines „Fensters" an (wie zum Beispiel
in „On
the Use of Windows for Harmonic Analysis with Discrete Fourier Transform", Federic J. Harris,
Proc IEEE, Band 66, Nr. 1, Januar 1978, Seiten 51–83, beschrieben).
Die Funktion kann auch niederwertige Koeffizienten für Frequenzbänder enthalten,
in denen man Störungen
wahrnimmt.
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Zusätzlich oder
als Alternative kann das in einer Frequenzbandbreite empfangene
Signal unter Verwendung von Informationen ersetzt werden, die aus
Informationen abgeleitet werden, die auf beliebigen oder allen der
anderen Frequenzen empfangen werden, mit der Absicht, daß diese
abgeleiteten Informationen ein besseres Duplikat der gesendeten
Informationen in dieser Bandbreite wären, wenn diese Informationen
verlorengegangen, verfälscht,
oder anderweitig durch die Umgebung modifiziert worden wären, die
die Informationen erfahren haben, die von dem Sender zu dem Empfänger geleitet
wurden.
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In
einem weiteren Aspekt liefert die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung
zum Erzeugen eines Ultrabreitbandsignals, umfassend: (I) Moduliermittel
zum Modulieren eines Trägersignals
durch eine Spreizsignalform, die ein periodisches deterministisches
Breitbandsignal ist und (II) Mittel zum Ändern der Frequenz des Trägersignals
in vorbestimmten Intervallen – deren
Kehrwert die Sprungrate ist – um
einen vorbestimmten Betrag, wobei eine harmonische Beziehung zwischen
der Trägerfrequenz,
dem vorbestimmten Frequenzänderungsbetrag
und der Periode der Spreizsignalform besteht.
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Vorzugsweise
ist die Spreizsignalform ein Chirpsignal, das eine vorbestimmte
Modulationsrate und Dauer aufweist, wobei die Periode der Spreizsignalform
das Intervall zwischen Chirps oder Mitteln zum Ausführen der
Frequenzsprünge
auf pseudozufällige
Weise ist.
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In
einem weiteren Aspekt liefert die vorliegende Erfindung folglich
eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Ultrabreitbandsignals, umfassend:
(I) Moduliermittel zum Modulieren eines Trägersignals durch ein PRBS-Signal mit einer
bestimmten Chippingrate oder einem Chirpsignal und (II) Mittel zum Ändern der
Frequenz des Trägersignals
in vorbestimmten Intervallen um einen vorbestimmten Betrag, wobei
eine harmonische Beziehung zwischen der Trägerfrequenz, dem vorbestimmten
Frequenzänderungsbetrag
und der Chippingrate des PRBS-Signals
oder dem Intervall zwischen Chirps besteht.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
umfaßt
die Vorrichtung Mittel zum Ausführen
der Frequenzsprünge
auf pseudozufällige
Weise oder in einem beliebigen anderen deterministischen Muster.
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Vorzugsweise
ist das Mittel zum Ändern
der Frequenz des Trägersignals
betreibbar, um so ausgeführt
zu werden, daß die
Verwendung von einer oder mehrerer Frequenzen oder Bändern von
Frequenzen in der gewählten
Bandbreite vermieden wird.
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Die
Vorrichtung könnte
Teil eines Senders sein, der Teil eines Satelliten in einem Satellitennavigationssystem
ist.
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In
einem weiteren Aspekt liefert die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung
zum Empfangen eines Signals, umfassend: (I) Mittel zum Demodulieren
eines Trägersignals,
das durch eine Spreizsignalform moduliert ist, die ein periodisches
deterministisches Breitbandsignal ist, und (II) Mittel zur Bestimmung
der Frequenz des Trägers,
die sich in vorbestimmten Intervallen – deren Kehrwert die Sprungrate
ist – um
vorbestimmte Beträge ändert, und
Mittel zum Ändern
der Trägerfrequenz
auf vorbestimmte Werte.
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In
einem weiteren Aspekt liefert die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung
zum Empfangen eines Ultrabreitbands, umfassend: (I) Mittel zum Demodulieren
eines durch ein PRBS-Signal oder ein Chirpsignal modulierten Trägersignals
und (II) Mittel zum Detektieren der Trägerfrequenz, das das Signal in
vorbestimmten Intervallen um einen vorbestimmten Betrag ändert, und
Mittel zum Ändern
der Trägerfrequenz
auf vorbestimmte Werte.
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Vorzugsweise
ist jeder Empfänger
Teil eines Satellitennavigationssignal-Systemempfängers oder mit
diesem verbindbar.
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Es
werden nun Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
schematisches Diagramm eines Senders gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung;
-
2 ein
schematisches Diagramm eines Empfängers gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
3 einen
Graph eines Beispiels für
ein Spektrum eines gemäß der vorliegenden
Erfindung erzeugten Breitbandsignals;
-
4 einen
Graph des Spektrums des Signals wie in 3 gezeigt,
das modifiziert wird, um Frequenzen auszuschließen, die mit einem Störsignal
assoziiert sind;
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5 ein
schematisches Diagramm des Frequenzsprungverfahrens, das verwendet
wird, um ein Beispiel für
ein Signal gemäß der vorliegenden Erfindung
zu produzieren;
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6 ein
schematisches Diagramm einer Situation, in der die vorliegende Erfindung
verwendet werden könnte;
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7 die
Dualform der in 6 beschriebenen Anordnung;
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8 ein
Beispiel für
eine Frequenzsprungsequenz zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung.
-
In 1 wird
ein Sequenzgenerator 2 zur Erzeugung eines PRBS-Signals
verwendet, und dies wird Modulo 2 zu einem Datenstrom addiert
und das zusammengesetzte Signal moduliert dann ein Trägersignal
aus einem Lokaloszillator in dem Mischer 4. Danach wird
durch den im Frequenzsprung betriebenen Oszillator 8 unter
der Steuerung 10 die Trägerfrequenz
des Signals bestimmt. In einem Beispiel steuert die Steuerung 10 den
Frequenzsprungoszillator 8 auf pseudozufällige Weise,
um so ein Signal zu produzieren, von dem ein Teil in
-
5 gezeigt
ist. Das resultierende CDMA-Signal wird dann unter Verwendung eines
Standard-Leistungsverstärkers 12 und
einer Antenne 14 gesendet.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform kann
Frequenzkorrektur auf eines oder mehrere der Frequenzreferenzsignale
angewandt werden, z.B. auf den Festfrequenz-Lokaloszillator, der den Mischer 4 speist
und/oder die in dem im Frequenzsprungverfahren betriebenen Oszillator 8 verwendete
Referenzfrequenz. Ein geeigneter Kalibrationsprozeß kann Gesamtlaufzeit-Timings zwischen
drei oder mehr Einheiten verwenden, um gefilterte Verzögerung zu
kalibrieren. Vorzugsweise sind die beiden Frequenzreferenzquellen
bei dieser Ausführungsform
(der den Mischer 4 speisende Festfrequenz-Lokaloszillator
und die Frequenzreferenz in dem im Frequenzsprungverfahren betriebenen
Oszillator 8) phasenverriegelt, d.h. sie sind im Hinblick
auf Frequenzdrift in Wirklichkeit eine Referenz. Dies ist jedoch
lediglich ein Beispiel dafür,
wie man dies erzielen könnte.
Als Alternative könnten
der Festfrequenz-Lokaloszillator und der Mischer 4 weggelassen
und statt dessen eine Direktsynthese verwendet werden.
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2 zeigt
einen Empfänger
gemäß einem Aspekt
der vorliegenden Erfindung. Das CDMA-Signal gemäß der vorliegenden Erfindung
wird unter Verwendung einer Standardantenne 20 und eines rauscharmen
Verstärkers 22 empfangen.
Das Empfangssignal ist dann ein Frequenzsprungsignal und der Frequenzsprungaspekt
wird effektiv durch Verwendung des Demodulators 24 beseitigt.
Der Demodulator 24 verwendet einen im Frequenzsprung betriebenen
Oszillator 26 unter der Steuerung einer Synchronisationseinheit 28,
die gemäß dem selben Algorithmus
betrieben wird, der zur Erzeugung der Frequenzsprünge in dem
Sender verwendet wird.
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Auf
diese Weise ist das an einem Eingangsanschluß 30 eines GPS-Empfängers 32 produzierte Signal
effektiv ein Standard-CDMA-Signal, so als ob es nur durch das Direktsequenzverfahren
produziert worden wäre
und eine einzige feste Trägerfrequenz aufwies.
Der GPS-Empfänger 32 kann
dann das Signal unter Verwendung desselben PRBS-Codes, der zur Erzeugung
des Signals verwendet wurde, auf die bekannte Decodierungsweise
decodieren.
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Bei
einer allgemeineren Ausführungsform kann
der GPS-Empfänger durch
einen Prozessor ersetzt werden, wodurch die Anwendung der Gewichtung
auf verschiedene Frequenzen möglich
wird.
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Vorzugsweise
enthält
der Empfänger
Mittel für
eine robuste Wiederherstellung der Normalverhältnisse nach einem Frequenzfehler
ohne Notwendigkeit zusätzlicher
paralleler Hardware; dies verbessert den Betriebsbereich der Geräte. Die
Mittel umfassen Bearbeitungsmittel zum Verarbeiten des Eingangssignals
gemäß einem
Algorithmus, der folgendermaßen
wirkt:
Als erstes bestimmt man die integrierten komplexzahligen
Vektoren für
jede Frequenz, aus denen die Eingangsterme der Fouriertransformation
bestehen. Vor jeder bestimmten Frequenz bestimmt man die komplexzahligen
Vektoren für
ihre Verwendung bei einer Gelegenheit und einer nachfolgenden Gelegenheit,
und einer wird mit dem komplex-konjugierten des anderen multipliziert,
das Ergebnis ergibt die Phasenänderung
in dem Zeitintervall zwischen den Besuchen dieser bestimmten Frequenz.
Dasselbe kann dann für
andere Frequenzen durchgeführt
werden, die in dem Frequenzsprungsystem benutzt werden. Bei bestimmten
Ausführungsformen
können
die Phasenänderungen
skaliert werden, um etwaige Differenzen der jeweiligen Zeitintervalle
zu korrigieren. wenn alle Zeitintervalle gleich sind (z.B. weil
dieselbe sich wiederholende Sprungsequenz für den Besuch aller Frequenzen
in der gewählten
Menge verwendet wird), ist keine Korrektur erforderlich. Die Menge
von (möglicherweise
korrigierten) Vektoren kann dann einer Fouriertransformation mit
Fenstern unterzogen werden, die eine oder mehrere Fensterfunktionen verwendet.
Der Spitzenterm in der Fouriertransformationsausgabe repräsentiert
ein Frequenzgebiet in der Übertragung,
einschließlich
eines etwaigen als Ergebnis von Bewegung produzierten Dopplerfehlers.
Die Eingangsterme der Fouriertransformation können (anstelle der obigen oder
zusätzlich
zu ihnen) auf andere Weisen gefiltert werden, z.B. Phasenregelkreis,
Kalman-Filter usw., um den Frequenzfehler zu verfolgen.
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Das
Verfahren kann mehrere Vorteile liefern, wie folgt:
- a. Es weist Verarbeitungsgewinn auf und wird daher mit großen Rauschpegeln
fertig.
- b. Es wird durch (stationäre)
Mehrfachwege nicht verschlechtert, sondern zieht tatsächlich Nutzen daraus.
- c. Es wird mit großem
Frequenzoffset ohne Mehrdeutigkeit fertig. Man kann billige unkorrigierte Kristalle
verwenden, ohne den Bereich zu beeinträchtigen.
- d. Es erfordert zur Implementierung keine schnelle Hardware
mehr.
- e. Der Algorithmus arbeitet mit einer beliebigen Menge von Zeitabständen. Größere Zeitabstände zwischen
Besuchen einer Frequenz führen
zu genaueren Messungen des Frequenzfehlers (aber kleinerem Bereich – es kann
zuerst eine Grobkorrektur notwendig sein). Man würde deshalb mit Nachbarbesuchen
für Grobkorrektur
beginnen und dann unter Verwendung von mehrere Besuche auseinanderliegenden
Besuchen feiner verfolgen. Die Grobkorrektur kann durch Justieren der
Frequenzreferenz geschehen, oder durch Multiplizieren der Terme
vor der Fouriertransformation mit einem (rückwärts) mit der Rate der Grobschätzung rotierenden
Vektor. Das Sendemuster kann kontinuierlich sein oder kann gepulst sein,
solange mindestens zwei Besuchszyklen für die erste Grobschätzung einander
benachbart abgeschlossen werden. Er eignet sich gut für zeitliches
Multiplexen.
- f. Der Nutzen ist hauptsächlich
für die
Verwendung für
die Positionsbestimmung und niederratige Datensysteme, und nicht
für hochratige
Datensysteme.
- g. Eine Nebenwirkung der Fouriertransformation ist, daß auch ein
Segment der Impulsantwort des Kanals festgelegt wird (typisch sind
etwa 30 Meter). Impulssysteme müßten Hunderte
von Rake-Abgriffen aufweisen, um dasselbe zu erreichen (was sehr
viel Strom verbrauchen würde),
oder müßten den
Kanal sequentiell scannen (wodurch entweder die Aktualisierungsrate
verringert oder die Integrationsperiode und daher der Bereich verringert
wird). Es sollte möglich
sein, Bewegung mit Raten von etwa 100x schneller im Vergleich zu UWB
im selben Bereich zu verfolgen.
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3 zeigt
einen Graph der Frequenz als Funktion der Amplitude für ein Beispiel
für ein
gemäß der vorliegenden
Erfindung produziertes CDMA-Signal. Das Signal wird als ein Hybridfrequenzsprung-/Direktsequenz-Spreizspektrumsignal
bezeichnet. Es ist ersichtlich, daß das Spektrum des Signals
aus mehreren einzelnen Signalspitzen besteht (von denen eine mit
40 gekennzeichnet ist). Jede Spitze 40 ist um eine verschiedene
Trägerfrequenz zentriert
und die mehreren Spitzen – die
sich überlappen
können – kombinieren
sich, um ein Hybridsignal zu produzieren, das die gezeigte große Bandbreite abdeckt.
Zum Beispiel würde eine
Bandbreite von 1 GHz Positionsbestimmungsgenauigkeiten von besser
als 0,2m und Mehrwegeauflösung
von besser als 0,5m erlauben.
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4 ist
ein weiterer Graph der Amplitude als Funktion der Frequenz für ein Beispiel
für ein
Signal gemäß der vorliegenden
Erfindung. In diesem Beispiel wurden die Frequenzsprünge modifiziert,
um so ein Band von Frequenzen auszuschließen. Dieses Band von Frequenzen
entspricht einem erwarteten Störsignal 42,
so daß das
Störsignal
das Signal der vorliegenden Erfindung nicht stört und umgekehrt.
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5 ist
ein schematischer Graph der Frequenz als Funktion der Zeit für einen
Teil eines Signals gemäß der vorliegenden
Erfindung. wie aus 3 ersichtlich ist, besteht das
Ziel der Erfindung in diesem Beispiel darin, ein Signal mit einer
Bandbreite von der Frequenz F1 zu der Frequenz F2 zu produzieren.
In 5 wird von den Zeitpunkten T1 bis T2 ein „Burst" des Signals 50 produziert,
der durch das zuvor erläuterte
PRBS-Verfahren ein
Signal mit einer Bandbreite von der Frequenz F3 zu der Frequenz
F4 produziert. Zum Zeitpunkt T2 hat sich die Trägerfrequenz geändert, und
vom Zeitpunkt T2 bis T3 wird wieder durch das PRBS-Verfahren ein weiterer
Burst des Signals 52 produziert, der eine Bandbreite von der
Frequenz F5 zu der Frequenz F6 aufweist.
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Wie
aus 5 ersichtlich ist, wird diese Prozedur fortgesetzt
und effektiv werden diskrete Signalbursts produziert, die einen
verschiedenen Teil der Systembandbreite abdecken, die, wenn sie
miteinander addiert werden, die gesamte, im wesentlichen die gesamte
oder einen Teil der Systembandbreite abdecken. Wie bereits erläutert wurde,
kann ein Teil der Systembandbreite absichtlich unbenutzt bleiben,
und in diesem Beispiel ist dies von der Frequenz F7 bis zu der Frequenz
F8 der Fall.
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Die
Bandbreite kann nützlicherweise
von 1 MHz (1,023 MHz ist für
GPS zweckmäßig) über z.B. 10,23
MHz (militärische
GPS-Chippingrate) bis zu z.B. 100 MHz (hierbei ist das Erfassungsproblem
von größter Wichtigkeit)
reichen. Ein gutes Beispiel läge in
dem Bereich von 10–20
MHz. Erfassungszeiten werden durch Bandbreite, Sequenzperiode und
Trägerfrequenzoffset
bestimmt.
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Frequenzsprünge können auf
lineare Weise stattfinden oder nicht. In 5 werden
die Sprünge auf
pseudozufällige
Weise angeordnet, so daß jeder Signalburst
einen scheinbar nicht mit dem vorherigen Burst zusammenhängenden
Teil der Systembandbreite einnimmt.
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Kurz
gefaßt,
zeigt 5 in Diagrammform die gesendete Signalform für dieses
Ultrabreitbandverfahren. Es ist im wesentlichen ein Hybrid zweier Verfahren
für Spreizspektrum,
nämlich
Frequenzsprung (FH) und zum Beispiel Direktsequenz-(PRBS-)Spreizspektrum
(DSSS). Die verfügbare
Systembandbreite wird als in eine Anzahl (N) zusammenhängender
Kanäle
jeweils mit einer Bandbreite von B unterteilt betrachtet. Das Direktsequenzsignal
(die Spreizsignalform) nimmt eine Prinzipbandbreite B ein und besitzt
eine Periode T (T kann die Dauer eines oder mehrerer Codezyklen
sein). Sukzessive Impulse des DSSS-Signals werden auf Trägerfrequenzen
gesendet, die durch einen Algorithmus bestimmt werden, der sowohl
dem Sender als auch dem Empfänger
bekannt ist, und der Empfänger
führt einen
als Erfassung bekannten Prozeß durch,
um Signalempfang zu ermöglichen.
Vom Standpunkt eines unbefugten Empfängers aus gesehen erscheint
die Trägerfrequenzauswahl
zufällig. Mit
der Zeit kann die gesamte verfügbare
Systembandbreite benutzt werden. Durch korrektes Kombinieren aller
Signale im Empfänger
ist es möglich,
aus der sehr großen
Spreizung der Bandbreite N × B (oder
weniger bei Überlappung)
Nutzen zu ziehen, um Mehrwegesignale zu diskriminieren. Bei bestimmten
Ausführungsformen
besteht ein Vorteil, wenn nur ein Teil der Signale kombiniert und
eine reduzierte Bandbreite akzeptiert wird, zum Beispiel wenn bestimmte
Signale durch Rauschen oder Störungen
beeinträchtigt
werden. 5 zeigt auch einen Kanal (es
könnte
mehr als einer sein, entweder in Nachbarschlitzen oder in einer
Anzahl nicht benachbarter Schlitze), der nicht für die Benutzung verfügbar ist
(bzw. die nicht für
die Benutzung verfügbar sind),
um Störungen
zu verhindern oder zu vermeiden.
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Um
den durch die ultragroße
Bandbreite ermöglichten
Verarbeitungsgewinn auszunutzen, sind die Frequenzsprünge vorzugsweise
phasenkohärent (es
wird eine konstante Phasendifferenz zwischen Sender und Empfänger aufrechterhalten,
während die
Sprünge
ablaufen). Man erreicht dies durch Erzeugen von Trägerfrequenzen,
die harmonische Vielfache einer Grundfrequenz sind.
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Die
vorliegende Erfindung kann die durch GPS etablierten Signalstrukturen
verwenden (und könnte
in der Zukunft auf einem beliebigen solchen Standard, der z.B. für GALILEO
entwickelt wird, basieren), wodurch sichergestellt wird, daß Kanäle um diesen
Wert (1,023 MHz) beabstandet sind. Dies ermöglicht im Prinzip die Verwendung
von Standard-GPS-Korrelationsempfängern.
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In 6 ist
ein Empfänger 60 gezeigt,
der Signale von vier Referenzsendern 62 empfangen kann. Die
Referenzsender weisen bekannte Orte auf und sind zeitlich synchronisiert.
Der Empfänger 60 kann Direktwegübertragungen
von dem Sender 62 empfangen, und ein Beispiel ist als Weg 64 gezeigt.
Der Empfänger 60 kann
jedoch auch indirekte Wegübertragungen
empfangen, wie zum Beispiel reflektierte Übertragungen von einem reflektierenden
Objekt 66. Zwei Beispiele für indirekte Wegübertragungen
sind als 68, 70 gezeigt.
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Der
Empfang der indirekten Wegübertragungen
produziert ein Mehrwegeecho, und da diese indirekten Wegübertragungen
leicht verzögert
sind, verschiebt dies potentiell die Positionsschätzung für den Empfänger. Die
von der vorliegenden Erfindung verwendeten Ultrabreitbandsignale
helfen dabei, es dem Empfänger
zu ermöglichen,
kleinere Zeitdifferenzen zu erkennen, wodurch die Positionsfehler
aufgrund der Mehrwegebeschaffenheit der Übertragungen reduziert werden.
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7 zeigt
eine Dualform der durch 6 beschriebenen Anordnung. Empfänger in
der festen Referenzstation 72 empfangen die Übertragung
von einer (oder mehreren) Mobilstation 70, 71.
Wie in 6, werden die Referenzstationen genau synchronisiert,
und die Position der Mobilstation kann aus den Zeitdifferenzen der
in den Referenzstationen beobachteten Signale berechnet werden.
Für eine Position
in n Dimensionen, wie in 6, sind mindestens (n + 1) feste
Stationen erforderlich. Die empfangenen Signale können direkte 74 oder
Mehrwegesignale 80 sein.
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8 zeigt
ein Beispiel für
eine mit der vorliegenden Erfindung verwendete Frequenzsprungsequenz.
Sie weist die folgenden Merkmale auf:
- a. Jede
Frequenz wird einmal besucht.
- b. Der Synthesizer muß sich
frequenzmäßig von einem
Sprung zum nächsten
nicht weit ändern. Dadurch
werden schnelle Sprünge
leichter.
- c. Die Anordnung ermöglicht
mehrere Sender, die einander „folgen". Das heißt, wenn
ein Sender auf einer Frequenz fertig wird, verwendet der nächste dann
diese Frequenz. Dadurch wird ein Zeitmultiplex-/Frequenzmultiplex-Schema
bereitgestellt.
- d. Das Multiplexschema ist so angeordnet, daß mehrere Sender frequenzmäßig beabstandet sind,
um Störungen
und Nah-Fern-Probleme zu vermeiden.
- e. Das Schema wird durch Gleichungen repräsentiert, wodurch Steuerung
von Frequenzabstand, Anzahl der Senderschlitze und der Gesamtzahl der
Frequenzen (2 von diesen 3) möglich
wird.
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Es
folgt eine beispielhafte Menge von Gleichungen zum Ableiten einer
geeigneten Frequenzsprungsequenz.
- Es sei W die Anzahl der
Zyklen (z.B. 8); bestimmt die Anzahl der Frequenzen und Kanäle. W ist
im Fall Z = 1 gerade.
- Es sei S der Frequenzschritt (z.B. 7), z.B. für Nah-Fern-Beanstandung.
- S·R
ist die Anzahl der Frequenzen (im Fall Z = 1)
- W·2
ist die Anzahl der Kanäle.
- Es sei R = INT(S/2) + 1
- Es sei Y = –1,
in der Regel die Staffelung.
- Es sei Z = 0 oder 1 (Frequenzabstandsverdoppler)
- Es sei X = IF(Z, 0,5, 0)
- Es sei A = 0..S·R–1 als zunehmende
Zeit (x-Achse)
B = INT(A/W) C = B%(S·2) D = C% 2 E = D·R F = INT((C%(S·2))/S) G
= F·S H = INT(C/2) I = G – H + 2(1 – F)·H – F + D·F·Y J = I + E K = A%W L = INT(A/W)%2 M = L·S·(W – 1) N = M – K·S + 2(1 – L)·K·S P = J + N + IF((A%(W·S·2)) > =(W·S),
X, 0)·IF(Z,
2, 1) - P ist die Frequenzzahl.
- IF(A, B, C) bedeutet: wenn A wahr ist (von Null verschieden),
gilt B, andernfalls C.
- INT(X) bedeutet den ganzzahligen Teil von X.
- % ist der Teilungsrestoperator.
- A–Z
sind Variablen.
-
Man
findet eine Familie von Sequenzen durch Justieren der ganzen Zahlen
W, S und durch Setzen von Z als 0 oder 1. Y kann auch justiert werden.
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Zusätzlich oder
als Alternative kann ein System gebildet werden, bei dem keine Mobilstation
in der Ausführungsform
erforderlich ist, bei dem aber die Referenzstationen ihre eigenen
und/oder Übertragungen
voneinander auf Änderungen
an dem Mehrwegesignal überwachen.
Die Entfernung oder Pseudoentfernung, in der diese Signale gesehen werden,
läßt sich
durch dasselbe Verfahren bestimmen, wie wenn sie durch eine Mobilstationsvorrichtung
empfangen würden.
Durch Triangulation der gesehenen Entfernungen oder Pseudoentfernungen
ist es möglich,
Position und/oder Bewegung eines oder mehrerer unausgestatteter
mobiler Ziele in der Reichweite der Referenzstationen zu bestimmen. Wenn
jedes Referenzstation ihr eigenes Signal überwacht, wird sie als ein
monostatischer Radar bezeichnet.
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Es
ist auch ein Tag-System mit einem einzigen Sender und Empfänger oder
einem Transponderpaar möglich.
Wenn jede Referenzstation eine andere Referenzstation überwacht,
handelt es sich um einen bistatischen Radar. Wenn alle Referenzstationen
zwei oder mehr Referenzstationen (von denen eine ihr eigenes Signal
sein könnte) überwachen, handelt
es sich um einen multistatischen Radar. Die Referenzstationen können auch
eine verringerte Anzahl gesendeter Signale überwachen.
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Das
Verfahren kann auch auf eine oder mehrere mobile Referenzstationen
erweitert werden, solange sie ihre relativen Positionen berechnen.
In jedem Fall sind die Entfernung(en) oder Pseudoentfernung(en)
zu der Perturbation bzw. den Perturbationen in dem Mehrwegesignal
bekannt, und aus diesen kann man ohne weiteres die Position eines
oder mehrerer beweglicher Ziele bestimmen und sie können verfolgt
werden. Ein System, das dafür
ausgelegt ist, einer ausgestatteten mobilen Einrichtung Ortsinformationen
zuzuführen,
liefert notwendigerweise auch Ortsinformationen (2D oder 3D) bei
Verwendung zum Finden unausgestatteter mobiler Einrichtungen. Anwendungen
für diese
Technik sind, ohne Einschränkung,
Eindringsensoren und Sicherheitswarnsysteme, wie zum Beispiel Kollisionswarnungen.
Ein Alarm kann ausgelöst
werden, wenn ein oder mehrere Ziele in bestimmten Gebieten oder
Volumen vorhanden sind.
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Filterung
kann angewendet werden, indem man zum Beispiel die Geschwindigkeit
oder Beschleunigung des Ziels unter Verwendung der empfangenen Signale
bestimmt, um Falschalarme zu reduzieren oder Kollisionen vorherzusagen.
Verstärkung
oder Empfindlichkeit können
auch zum Beispiel abhängig
von Entfernung oder Grad der Mehrfachwege justiert werden. Alarme
können
unterdrückt werden,
wenn mobile Vorrichtungen, deren Position bestimmt wurde, die Referenzstationen
informiert haben und ihr Ort bei der Perturbation oder in der Nähe davon
liegt. Für
Systeme, die bei der Sicherheit helfen, kann man zum Beispiel beim
Eintritt in ein Gebiet Maschinen herunterfahren oder Fahrzeuge verlangsamen
oder stoppen und/oder einen Alarm ertönen lassen.
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Die
hier beschriebenen Ausführungsformen eignen
sich insbesondere für
Radaranwendungen, da sie keine zusätzliche Hardware zum Scannen nach
einzelnen oder mehreren Zielen erfordern, im Gegensatz zu derzeitigen
Gegebenheiten im Stand der Technik von UWB. Die Ausführungsformen
haben außerdem
signifikante Vorteile in bezug auf ihre Fähigkeit, aufgrund der feinen
Auflösung
der Mehrwegereflexion, die sie bei Anwesenheit anderer Signale oder
eines Durcheinanders bestimmen können, mehrere
Ziele trennen und klassifizieren zu können. Die Ausführungsformen
können
mit anderen Positionsbestimmungs- oder Timing-Systemen, wie zum Beispiel
GPS, kombiniert werden, um größere Abdeckung,
Verfügbarkeit
und/oder Genauigkeit bereitzustellen.