專利名稱：用于距離測量的轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有權(quán)利要求1的前序部分特征的距離測定方法，還涉及具有權(quán)利要求2的前序部分特征的距離測定系統(tǒng)或適于此的基站和轉(zhuǎn)發(fā)器。
用于交換數(shù)據(jù)和用于測量基站到模塊化的轉(zhuǎn)發(fā)器的距離的轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)以及方法和裝置以各種各樣的形式存在并且很久以來就公開了。例如在“K.Finkenzeller，RFID-Handbuch，第二版，慕尼黑，維也納Carl Hanser出版社，2000年”中可找到一般的實施方案和原理。作為轉(zhuǎn)發(fā)器，通常有例如所謂的漫散射或反向散射轉(zhuǎn)發(fā)器，其不具有自己的信號源，只是也許放大、反射接收到的信號。
在下文中，可以測量基站和轉(zhuǎn)發(fā)器之間的距離的這種系統(tǒng)一般被稱為射頻支持的定位系統(tǒng)或RFLO系統(tǒng)(Radio FrequencyLocalisation射頻定位)，這與射頻支持的識別或RFLD(RadioFrequency Identifikation射頻識別)相類似。例如在“M.Vossiek，R.Roskosch，和P.Heide，Precise 3-D ObjectPosition Tracking using FMCW Radar，第29屆微波會議，慕尼黑，德國，1999年”和在DE 199 46 161，DE 199 57 536和DE 199 57 557中詳細地描述了這種基于FMCW雷達(Frequency ModulatedContinous Wave頻率調(diào)制連續(xù)波)原理或應(yīng)用原理的RFLO裝置的有利實施方案。DE 199 46 161描述了測量到轉(zhuǎn)發(fā)器的距離的方法，其中這里描述了傳統(tǒng)的實施方案中的FMCW反向散射轉(zhuǎn)發(fā)器和FMCW反向散射系統(tǒng)。DE 199 57 536和DE 199 57 549描述了KFZ接入系統(tǒng)、尤其是此外也具有FMCW反向散射轉(zhuǎn)發(fā)器的防盜系統(tǒng)、實施方案和應(yīng)用。
在這種FMCW反向散射系統(tǒng)中缺點是，所發(fā)射的信號必須在從基站到轉(zhuǎn)發(fā)器的路徑上來回傳輸，因此基于雷達方程，總的傳輸路徑的信噪比與路徑的4次冪成比例地下降。由于隨頻率劇烈增加的自由場衰減，幾乎不能用令人滿意的信噪比實現(xiàn)GHz范圍內(nèi)很高頻的無源反向散射轉(zhuǎn)發(fā)器。因此，這特別不能令人滿意，因為由于可使用的高帶寬，GHz系統(tǒng)原則上不僅可非常有利地用于距離測量，而且可以非常有利地用于快速的數(shù)據(jù)傳輸。
如果在具有自己的信號源的轉(zhuǎn)發(fā)器中基于接收到的信號而產(chǎn)生相位相干的新信號，那么信號在基站/轉(zhuǎn)發(fā)器路徑上每次只傳輸一次。在這種情況下，信噪比只與距離的2次冪成反比例。此外，傳輸路徑上的其他衰減和損失對反向傳輸?shù)男盘栆仓挥绊懸淮味皇莾纱?。因此，尤其是在距離較遠時，在此信噪比比在簡單的反向散射系統(tǒng)情況下高幾個數(shù)量級。但是這種系統(tǒng)例如在電路部件、電路消耗、生產(chǎn)和維護費用方面比已提到的無源反向散射裝置昂貴得多，因此不考慮用于很多的應(yīng)用。
如在DE 199 46 161和“M.Vossiek，R.Roskosch，和P.Heide，Precise 3-D Object Position Tracking using FMCW Radar，第29屆微波會議，慕尼黑，德國，1999年”中可以看出，RFLO反向散射系統(tǒng)的其他基本問題在于，這些系統(tǒng)經(jīng)常不能可靠地測量轉(zhuǎn)發(fā)器和基站之間很短的距離。但是例如對接入系統(tǒng)和本地定位系統(tǒng)(LPS)來說，正是這短距離特別令人感興趣。因此該問題導(dǎo)致首先由于其余的原因、但是也由于技術(shù)的原因而不可能任意地使用大的調(diào)制帶寬B。
如在已提到的文獻引用中所描述的，例如在FMCW-反向散射-RFLO中產(chǎn)生兩個頻譜成分，其距離在頻率或相位方面與轉(zhuǎn)發(fā)器和基站之間的距離“dist”成比例。這時，有限的調(diào)制帶寬導(dǎo)致頻譜成分不是任意窄的，而是在通常經(jīng)傅立葉變換進行分析的情況下，由物理條件決定而具有Δp＝c/(2*B)，其中c是光速，B是調(diào)制帶寬以及Δp是距離，這里距離被換算成米。
頻譜成分在物理上有意義的頻率對應(yīng)于其最大值，該最大值通常位于頻譜成分的中間。在不超過一定的最小距離時，頻譜成分重疊。這導(dǎo)致頻譜成分的最大值不再對應(yīng)于物理上有意義的頻率，從而不存在可簡單地讀出的用于確定頻率的量度，因此再也不能精確地測定距離。即使兩條頻譜線可以這樣互相交錯地延伸，也使得不能再將它們識別為分離的線。如果例如用80MHz的帶寬測量，該帶寬例如在常用的、可在世界范圍使用的以及標(biāo)準(zhǔn)化的2.45GHz ISM-雷達頻帶(ISM＝Industrial-Scientific-Medical工業(yè)-科學(xué)-醫(yī)療)中是最大可使用的帶寬，那么通常利用簡單的裝置在小于基站和轉(zhuǎn)發(fā)器之間約2米的最短距離之內(nèi)不再能夠檢測到精確的測量值。實際上，通常甚至在4米內(nèi)這都是不可能的，因為為了計算傅立葉變換，通常用窗口函數(shù)對時間信號進行加權(quán)，該窗口函數(shù)導(dǎo)致分辨率進一步下降。
按照“M.Vossiek，R.Roskosch，和P.Heide，Precise 3-D ObjectPosition Tracking using FMCW Radar，第29屆微波會議，慕尼黑，德國，1999年”，所述問題可以通過使用產(chǎn)生信號固定的基本傳播時間的延遲線路來解決。然而，除了電路技術(shù)的額外花費之外，轉(zhuǎn)發(fā)器中的每個滯后時間都在漂移和由此產(chǎn)生的測量精度方面引起很大的問題。
本發(fā)明的任務(wù)在于，給出一種特別簡單的方法，利用該方法可以用選擇的方式測定到甚至在近區(qū)內(nèi)的轉(zhuǎn)發(fā)器的距離。
所述任務(wù)通過具有權(quán)利要求1的特征的距離測量方法、具有權(quán)利要求2的特征的距離測定系統(tǒng)或為此使用的基站和轉(zhuǎn)發(fā)器來解決。有利的擴展方案由從屬權(quán)利要求給出。
用于距離測量的轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)和方法可以非常精確地測定到甚至在近區(qū)內(nèi)的轉(zhuǎn)發(fā)器的距離。另外可以實現(xiàn)構(gòu)造技術(shù)的解決方法，該方法允許以特別有利的結(jié)構(gòu)和特別低的成本實現(xiàn)所述的裝置。此外可以實現(xiàn)分析方法，其允許對測量信號進行特別有利地分析并因此可以實現(xiàn)測量的高可靠性和高精度。
如果基站中的距離測定裝置具有混頻器，其用于將由轉(zhuǎn)發(fā)器接收的準(zhǔn)相位相干的信號和瞬時的發(fā)射信號混頻為混頻信號，那么產(chǎn)生至少具有兩個頻譜成分的測量信號，頻譜成分的頻率間距或相位間距是基站到轉(zhuǎn)發(fā)器的距離的量度，其中該量度獨立于轉(zhuǎn)發(fā)器中振蕩器的接通和關(guān)斷頻率。
調(diào)制基站的發(fā)射信號的調(diào)制頻率或使其失調(diào)，最終導(dǎo)致具有頻譜分量的測量信號，頻譜分量由幅度加權(quán)的余弦函數(shù)來表示。有利的是，通過所述轉(zhuǎn)發(fā)器固有的頻移使直到0值的小距離的測量也成為可能。此外可行的幅度加權(quán)后的測量信號到頻域的傅立葉變換的實現(xiàn)導(dǎo)致具有矩形包絡(luò)的頻譜線(邊帶)，其中外側(cè)的、左和右邊帶最靠近調(diào)制頻率的邊決定了基站和轉(zhuǎn)發(fā)器之間的距離。
將轉(zhuǎn)發(fā)器或基站構(gòu)造為LTCC模塊(Low Temperature CofiredCeramic/低溫?zé)Y(jié)陶瓷)，或者在至少使用一個LTCC模塊(LM)的情況下構(gòu)造轉(zhuǎn)發(fā)器或基站，可以實現(xiàn)小并且低成本的結(jié)構(gòu)方式。
由于用于接通和關(guān)斷轉(zhuǎn)發(fā)器中的振蕩器的調(diào)制頻率不涉及基站中的距離分析，所以調(diào)制頻率可用于附加信息從轉(zhuǎn)發(fā)器到基站的傳輸。
將用于接通和關(guān)斷轉(zhuǎn)發(fā)器中的振蕩器的調(diào)制頻率分別分配給大量轉(zhuǎn)發(fā)器中的每個單個的轉(zhuǎn)發(fā)器，基站發(fā)射范圍內(nèi)不同轉(zhuǎn)發(fā)器可以實現(xiàn)目標(biāo)明確的動作。
下面根據(jù)附圖詳細描述一個實施例。其中

圖1示出了互相通信的基站和轉(zhuǎn)發(fā)器的示例性的布置；圖2和3示出了用于這種基站的示例性的解調(diào)器；圖4示出了按照現(xiàn)有技術(shù)或本發(fā)明方法的處理后的調(diào)制成分；圖5示出了對此的頻率/相位圖；圖6示出了示例性布置可使用的參數(shù)；圖7示出了具有示例性參數(shù)值的電路裝置；圖8示出了具有LTCC-HF模塊的轉(zhuǎn)發(fā)器；圖9示出了這種LTCC模塊的結(jié)構(gòu)；以及圖10示出了如同作為回波信號接收到的回波信號的示例性的頻譜。
如從圖1中可以看出，互相通信的基站BS和轉(zhuǎn)發(fā)器TR的示例性的布置具有大量的單個部件。
基站BS包括尤其用于產(chǎn)生振蕩信號stx(t)的振蕩器OSZB，該振蕩信號可以在振蕩器輸出端上輸出或截取。振蕩器輸出端與發(fā)射天線相連接，如這里所示，該發(fā)射天線能夠可選地同時被用作為接收天線ANTB，因此信號stx(t)可以經(jīng)天線ANTB發(fā)射。
在基站BS中，在振蕩器輸出端和天線ANTB之間連接著一個定向耦合器RK。該定向耦合器具有另一個引向混頻器RXMIX和其它部件的輸出端。
轉(zhuǎn)發(fā)器TR具有天線ANTT，利用該天線可以接收用振蕩器OSZB產(chǎn)生的并經(jīng)天線ANTB發(fā)射的基站BS的信號以作為接收信號erxt(t)。在本實施例中，所述天線也優(yōu)選地被用作為發(fā)射天線ANTT。
此外，轉(zhuǎn)發(fā)器TR具有與天線ANTT相連接的振蕩器OSZT。為了激勵該振蕩器OSZT，此外還提供了時鐘控制CKL/Sw。周期性地用頻率fmk接通和關(guān)斷振蕩器OSZT和時鐘控制CKL/Sw。在此，由振蕩器OSZT產(chǎn)生的信號sOSZ(t)與比較信號sigIN準(zhǔn)相干。通過接通和關(guān)斷振蕩器OSZT，也切換了其準(zhǔn)相位相干的可激勵性。
有利地這樣構(gòu)造振蕩器2，使得其一方面不通過熱噪聲來激勵以產(chǎn)生振蕩，但是另一方面輸入到其上的接收信號或基信號erxt(t)足夠大，以便激勵與基信號erxt(t)準(zhǔn)相位相干的振蕩。在此，準(zhǔn)相位相干還特別意味著基信號和所產(chǎn)生的比較信號之間的相位差小，其中應(yīng)聯(lián)系所計劃的通信或測量任務(wù)來理解概念“小”。例如通常使用值π/10、也就是大約20°作為小的相位偏差的極限。在下文中，這些只具有小的相位偏差的信號稱為準(zhǔn)相位相干，以及存在相干性的時間間隔稱為相干時間長度。
在此合理的是，不僅有源振蕩器的振蕩與基信號準(zhǔn)相位相干，而且有源振蕩器的激勵已出現(xiàn)準(zhǔn)相位相干。在按照現(xiàn)有技術(shù)的裝置和方法情況下，通過熱噪聲實現(xiàn)有源振蕩器的激勵，此后才通過昂貴的調(diào)節(jié)處理和鎖定使其振蕩實現(xiàn)相位相干，而這里振蕩器有利地已經(jīng)通過基信號來準(zhǔn)相位相干地激勵或者已經(jīng)準(zhǔn)相位相干地起振，因此借此似乎自動地建立了相位相干。
因此在轉(zhuǎn)發(fā)器TR中，總的說來大部分的接收或基信號erxt(t)被連接到振蕩器OSZT上。這優(yōu)選地涉及電的基信號和相應(yīng)的振蕩器信號。但是原則上也可以在使用光信號、聲信號或其他信號的情況下實現(xiàn)布置。所述接收信號或基信號erxt(t)激勵振蕩器OSZT準(zhǔn)相位相干地振蕩，由此該振蕩器產(chǎn)生振蕩器信號，該信號作為信號sOSZ(t)從振蕩器輸出并且經(jīng)輸出端傳送。接收信號或基信號erxt(t)的輸入和振蕩器信號B的輸出可以完全或部分相同。但是它們也可以互相分離地被實現(xiàn)。
在轉(zhuǎn)發(fā)器TR中產(chǎn)生的信號sOSZ(t)借助于轉(zhuǎn)發(fā)器TR的天線ANTT被回送到基站BS，并且由該基站利用天線ANTB接收。
在基站BS中，這樣接收到的信號經(jīng)定向耦合器RK與瞬時所發(fā)射的信號分離，并且在混頻器RXMIX與一部分瞬時產(chǎn)生的基站振蕩器OSZB的信號混頻。
利用接在混頻器后面的濾波器FLT，不感興趣的混頻成分被抑制。優(yōu)選地，基站BS的濾波器FLT被實現(xiàn)為帶通濾波器，其中脈沖速率的中心頻率應(yīng)匹配轉(zhuǎn)發(fā)器TR的時鐘控制CKL/Sw。
因此，像常用的FMCW雷達設(shè)備一樣實現(xiàn)示例性的基站，其中所示的拓撲結(jié)構(gòu)只是一個例子，但是原則上可以使用任意的普遍的具有頻率調(diào)制的雷達設(shè)備的實施方案。有利地只需匹配接收混頻器RXMIX后面的部件和根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器TR中的調(diào)制的信號分析。
如下可以推導(dǎo)出用于距離測量的有利方法的函數(shù)首先假設(shè)stx(t)＝sin(ωc+ωsw)·t+φ0形式的單頻信號為基站的發(fā)射信號stx(t)，其中ωc是中心頻率，ωsw是暫時固定的調(diào)制頻率，t是時間以及φ0是任意的相位偏移量。該信號由基站向轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)射，并且作為轉(zhuǎn)發(fā)器接收信號erxt(t)＝stx(t-τ/2)在延遲傳播時間τ/2后到達轉(zhuǎn)發(fā)器TR，其中τ/2＝dist/c，dist為基站BS和轉(zhuǎn)發(fā)器TR之間的距離以及c為光速。如上所述，轉(zhuǎn)發(fā)器TR的振蕩器OSZT被周期性地接通和關(guān)斷。在下文中，振蕩器接通或關(guān)斷的周期時間稱為Ts，其中滿足Ts＝1/(2fmk)。
在優(yōu)選地布置中，在每個接通過程中振蕩器OSZT精確地以erxt(t)的當(dāng)前相位在其振蕩頻率ωOSZ上起振。如果振蕩器例如在時間點t＝-τ/2上被接通，那么其以相位φi=arg{srxt(-τ2)}=arg{stx(-τ)}=(ωC+ωSW)·(-τ)+φ0]]>起振，因此振蕩器信號sOSZ(t)滿足sOSZ(t)=sin(ωOSZ·(t+τ2)-(ωC+ωSW)·τ+φ0).]]>于是該振蕩器信號sOSZ(t)作為具有srx(t)=sOSZ(t-τ2)=sin(ωOSZ·t-(ωC+ωSW)·τ+φ0)]]>的接收信號stx(t)又延遲傳播時間τ/2后到達基站BS，并且在基站中與當(dāng)前的發(fā)送信號stx(t)混頻。忽略高頻的混頻結(jié)果并且簡單地假設(shè)ωOSZ＝ωc，這在適當(dāng)?shù)剡x擇ωsw時可以不失一般性地實現(xiàn)，所以對于混頻信號smix(t)得出smix(t)＝cos(t·ωSW+τ·(ωC+ωSW))。
下面現(xiàn)在假設(shè)，在接收混頻器后面配備了電子部件/工具DEMOD，這導(dǎo)致可以平均地消除在接通和關(guān)斷之間的時間間隔內(nèi)、即在0..Ts內(nèi)電壓的時間變化。按照現(xiàn)有技術(shù)的簡單的包絡(luò)線解調(diào)器例如似乎以該方法工作，在該解調(diào)器中信號被整流并且緊接著被低通濾波。圖2示出了具有整流器GR和低通濾波器TP的這種簡單的解調(diào)器DEMOD的解調(diào)器DEMOD的有利的、在圖3中所示的變型方案在于，混頻信號優(yōu)選地用一個接近時鐘控制CKL/Sw的周期頻率fmk的頻率或與時鐘控制CKL/Sw的周期頻率fmk相同的頻率向下混頻到一個低的頻率，并且緊接著用至少具有低通特性的濾波器TP來濾波。這種變型方案的一個可行的實施方案具有本地振蕩器LOZF、混頻器ZFMIX和低通濾波器TP。如果這樣設(shè)計本地振蕩器LOZF的頻率，使得可以產(chǎn)生負的混頻頻率，那么如普遍公知的，混頻器ZFMIX可以設(shè)計為提供實部和虛部的IQ混頻器(IQ同相以及正交相、即90°相移)。例如也可以使用帶通濾波器來代替低通濾波器TP。
在0到T秒的時間間隔內(nèi)觀察，所示的工具導(dǎo)致電壓的一種有效值由混頻信號smix(t)決定。于是下面該有效值構(gòu)成真正的測量信號smess(t)。在下面的描述中，不失普遍性地忽略恒定的幅度因子。如下計算smix(t)在0到TS的時間間隔內(nèi)的有效值、即smess(t)smess(t)=∫0Tssmix(t)=const·cos(ωC·τ+ωSW·τ+12·TS·ωSW)·sin(12TS·ωSW)ωSW.]]>因為測量系統(tǒng)優(yōu)選地以頻率調(diào)制的方式工作，所以下面考慮一種情況，在這種情況下調(diào)制頻率ωsw依賴于時間而被調(diào)制。如果ωsw在時間T內(nèi)在從-B/2到+B/2的帶寬B上線性失調(diào)，也就是成立ωSW=2·π·B·tT,]]>則由產(chǎn)生的FMCW測量信號的smess(t)得出smessfmcw(t)smessfmcw(t)=cos(ωc·τ+2·π·B·t·πT+π·B·t·TST)·sin(π·B·t·TST)(π·B·tT).]]>如上所述，在推導(dǎo)中只用信號smessfmcw(t)精確地描述了接通周期內(nèi)的信號。因此，該信號在轉(zhuǎn)發(fā)器中附加地通過周期性調(diào)制來調(diào)制，產(chǎn)生smessfmcw(t)的頻移或附加的頻譜成分。因為調(diào)制的效果普遍公知并且在所引用的現(xiàn)有技術(shù)中已描述，下面只示范性地研究單個的頻譜成分，或者信號，首先假設(shè)其未經(jīng)周期性的調(diào)制。
與標(biāo)準(zhǔn)FMCW轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)的信號相比，這時該測量信號smessfmcw(t)具有兩個決定性的并且非常有利的不同點。
一方面，測量頻率fmess被偏移頻率量Δb＝B*Ts/(2T)，該測量頻率對應(yīng)于余弦幅角相位的推導(dǎo)，即fmess=dist·2·BT·c+B·TS2·T=fbeat+Δb.]]>頻率fbeat對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)的FMCW測量頻率并且包含真正的測量信息，即具有τ＝2dist/c的基站BS和轉(zhuǎn)發(fā)器TR之間的距離。另一方面，信號smessfmcw(t)利用三角的、尤其是Si函數(shù)(Si(x)＝Sinus(x)/x)進行幅度加權(quán)。如果用傅立葉變換將該經(jīng)幅度加權(quán)的信號變換到頻域，那么該信號突出的測量技術(shù)的特征將變得清晰。現(xiàn)有的Si函數(shù)的傅立葉變換產(chǎn)生一個矩形函數(shù)，其中矩形的寬度Δp為Δp=B·TST.]]>因為由于所述的頻移，矩形的中心頻率fmess位于fbeat+Δb＝fbeat+0.5Δp，所以保證了余弦函數(shù)的右和左邊帶即使在距離為0時也不交錯地延伸。也就是說，可以用相應(yīng)的原則上獨立于帶寬的轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)毫無問題地測量直到0的距離。因此，該系統(tǒng)不具有可比較的公知方法的近區(qū)問題。
該有利的特征通過如上所述的作為頻譜包絡(luò)線而產(chǎn)生的矩形函數(shù)來支持。因此，可以根據(jù)左和右邊帶的外側(cè)邊緣的距離來確定拍頻fbeat，從而確定基站BS和轉(zhuǎn)發(fā)器TR之間的距離。圖4說明了從傳統(tǒng)的FMCW反向散射系統(tǒng)到本系統(tǒng)的信號的上述比較以及分析原理。
圖10用于一般的說明以及示出了由在FMCW反向散射系統(tǒng)中的基站BS作為測量信號(回波信號)接收的回波信號的頻譜。在整個頻域上或只在其中一段頻率范圍上的回波信號所有幅度的包絡(luò)線稱為回波輪廓，該回波輪廓是需進行分析處理的。也就是測量回波信號幅度、相位和頻率f并且在計算單元中進一步處理。
基站BS可以按照在雷達技術(shù)中公知的FM-CW方法的原理工作。在此，在預(yù)先給定的頻率范圍(帶寬)內(nèi)改變發(fā)射頻率。從發(fā)射頻率和接收頻率之間的頻差Δf和相位差Δ的測量可以測定物體的距離。也就是說接收頻率f或相位與距離成比例。
對應(yīng)于在兩個邊帶調(diào)制情況下的兩個邊帶42和42′，由于通過轉(zhuǎn)發(fā)器的調(diào)制而產(chǎn)生的頻率轉(zhuǎn)換，回波信號位于較高的頻率范圍內(nèi)，該回波信號被考慮作為回波輪廓或回波信號在頻率f和/或時間t上的分布以用于分析回波信號和用于距離測量。由于調(diào)制至少產(chǎn)生兩個相對于轉(zhuǎn)發(fā)器的調(diào)制頻率fM對稱的邊帶42和42′。在調(diào)制開/關(guān)或調(diào)制接通/關(guān)斷時，還附近地產(chǎn)生其他的較高調(diào)制成分的頻譜線，所述頻譜線可以用同樣的方法來分析，但是具有較小的幅度，因此對于分析反而是不利的，通常被簡單地濾去，這里為了簡化說明將不作考慮。因為由轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)射的回波信號同樣部分地多次反射到物體上，所以在頻率f上得到多個最大值，其所屬的頻率位置分別反映了傳輸路徑的有效長度。為了在例如微處理器27的分析單元中進行分析，邊帶42和42′的回波輪廓足夠了。
第一個最大值、圖8中例如最靠近調(diào)制頻率fM的圖10中較高邊帶42的最大值是轉(zhuǎn)發(fā)器的直接回波信號，也就是說由直接的自由空間傳輸無反射地產(chǎn)生。其他的最大值表示由物體上的反射產(chǎn)生的較長的傳輸路徑。
如在通常的FMCW雷達設(shè)備中出現(xiàn)的一樣，直接反射到物體上的回波信號位于以0Hz的混頻頻率為中心的頻率范圍內(nèi)，該混頻頻率也稱為基帶41。這里對基帶41中的回波信號不太感興趣。
現(xiàn)在，本實施方案與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別在于a)這里，兩個邊帶移動了頻率量Δb，即邊帶42′向左移動了頻率量Δb以及邊帶42向右移動了頻率量Δb，因此即使在距離為0的情況下兩個邊帶也不會交錯地延伸，以及b)頻譜線的包絡(luò)分別構(gòu)成寬度為Δp的矩形函數(shù)，并且優(yōu)選地考慮將內(nèi)側(cè)邊緣、即在左側(cè)和右側(cè)最靠近調(diào)制頻率fM的兩條矩形邊用于分析。
特別有利的是在本地定位系統(tǒng)(LPS)中使用轉(zhuǎn)發(fā)器。在本地定位系統(tǒng)中，由至少兩個位置已知的基站BS測量到轉(zhuǎn)發(fā)器TR的距離。于是通過三角測量，可以確定轉(zhuǎn)發(fā)器TR在平面中的位置，或者在使用多個基站BS的情況下然后利用球截面方法也可以確定轉(zhuǎn)發(fā)器TR在空間中的位置。在本地定位系統(tǒng)中，特別是所述的可能性，即考慮將矩形函數(shù)的外側(cè)邊緣用于拍頻fbeat或距離dist的測定，也因此變得非常有利，因為在本地定位系統(tǒng)中總是按照標(biāo)準(zhǔn)而對基站BS和轉(zhuǎn)發(fā)器TR之間的最短測量路徑感興趣。如果像所建議的一樣，考慮將矩形函數(shù)的內(nèi)側(cè)邊緣用于分析，那么根據(jù)原理在本系統(tǒng)中將不出現(xiàn)在按照現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)中普遍的測量精度問題，所述問題由多徑傳播產(chǎn)生。在圖5中清楚地描繪了在通常的系統(tǒng)中由頻譜成分的疊加而產(chǎn)生的上述問題以及這里所說明的系統(tǒng)的優(yōu)點。
在圖5中所示的例如6個信號成分(1，2...6)的疊加中可以看出，在正常情況下某一測量值fmess、即頻譜的最大值不是對應(yīng)于與距離成比例的實際頻率、此處例如為100Hz。與此相對，在這里所說明的系統(tǒng)中，即使在信號成分疊加的情況下左側(cè)邊緣也位于正確的位置上，也就是說測定了正確的距離值。
與也已經(jīng)在“M.Vossiek，R.Roskosch，和P.Heide，Precise 3-DObject Position Tracking using FMCW Radar，第29屆微波會議，慕尼黑，德國，1999年”中所描述的相似，其中從峰值出發(fā)，分析兩個邊帶之間的距離是有利的，因為于是事先未知的轉(zhuǎn)發(fā)器TR的調(diào)制頻率不會一起被納入分析中。如果如上所示的測量信號用傳統(tǒng)的包絡(luò)線解調(diào)器進行解調(diào)，或者用其他的工具盡可能精確地混頻到頻率0或另一個盡可能精確的已知頻率，那么如在標(biāo)準(zhǔn)的FMCW系統(tǒng)中普遍的是，到邊帶的頻率距離自然也足夠用于距離測定。
如在FMCW雷達設(shè)備中普遍的是，在本系統(tǒng)中也需注意，優(yōu)選地線性地進行用于阻止干擾的頻率調(diào)制?；旧?，例如在FMCW系統(tǒng)中普通的分析方法、尤其是具有抑制干擾的這些分析方法可應(yīng)用于本系統(tǒng)。
下面描述用于分析在基站BS中所接收的信號srx(t)的其他特別針對本方法的有利的裝置和方法。
為了測定盡可能精確的距離值，建議下列優(yōu)選地分析變型方案。首先，測量信號srx(t)用窗口函數(shù)來加權(quán)。因為原則上通過Si包絡(luò)已經(jīng)存在幅度加權(quán)，所以具有小的加權(quán)并且因此具有低微的旁瓣抑制的窗口函數(shù)就足夠了。已經(jīng)公知適當(dāng)?shù)拇翱诤瘮?shù)。窗口函數(shù)應(yīng)只導(dǎo)致已知的“吉布斯現(xiàn)象”的減弱、即導(dǎo)致平滑的無振蕩的頻譜的矩形函數(shù)曲線。為了計算頻譜，優(yōu)選地使用快速傅立葉變換，因為其特性正好導(dǎo)致Si函數(shù)被轉(zhuǎn)換為有利的頻譜的矩形函數(shù)。優(yōu)選地分析頻譜的幅值。但是，如在現(xiàn)有技術(shù)中已公知的相位分析同樣也是可能的。
為了盡可能精確地確定邊緣、尤其是第一個最內(nèi)側(cè)的邊緣，將幅值譜求微分是有利的，因為矩形陡峭的邊緣于是產(chǎn)生明顯的尖峰或所謂的峰值。于是峰值最大值的位置對應(yīng)于邊緣的位置或邊緣函數(shù)的轉(zhuǎn)折點。正如在進行簡單的閾值分析時的情況一樣，通過這種形式的分析并利用簡單的手段來避免以下情況信號的幅度影響所確定的位置或最終影響所確定的距離。
因為測量信號和頻譜大多只以時間離散的形式存在，所以此外有利的是，借助于內(nèi)插計算來進一步改進微分后的頻譜的最大值位置確定。例如利用常用的多項式匹配來進行有利的內(nèi)插。為此，優(yōu)選地使用最大值附近的一些離散的頻譜點、例如3個頻譜點、即最大值以及其左邊和右邊的臨近點，以及使用偶次多項式、例如2次多項式、也就是拋物線。同樣可以使用其他的內(nèi)插方法、例如仿樣函數(shù)方法或者借助于“最小二乘法”而使期待的曲線形狀匹配所測量的曲線的這些方法。
當(dāng)然，也可以單個地應(yīng)用上述的所有方法或者以其他的組合實現(xiàn)所述的優(yōu)點，并且也可以與其他在FMCW雷達設(shè)備或轉(zhuǎn)發(fā)器中公知的方法組合。
如上所述，在分析兩個頻譜邊帶時，距離測量與轉(zhuǎn)發(fā)器中的調(diào)制頻率fmk無關(guān)。因此，該調(diào)制頻率可以用于并行于或代替距離測量而從轉(zhuǎn)發(fā)器TR向基站BS傳輸信息。在此意義上，本身已公知的頻率位置編碼特別合適。為此，為轉(zhuǎn)發(fā)器TR配備裝置，所述裝置可以使調(diào)制頻率fmk在至少兩個值之間轉(zhuǎn)換。
同樣可能有利的是，為一組不同的轉(zhuǎn)發(fā)器TR配備不同的調(diào)制頻率fmk，因此在基站BS中甚至在同時詢問時可以明確地分離這些調(diào)制頻率。在圖6中示出了在一個具有K個轉(zhuǎn)發(fā)器的組中分配頻率的有利方案以及N值代碼的使用。可以這樣選擇兩個轉(zhuǎn)發(fā)器TR的調(diào)制頻率之間的最小距離Δfmin，使得轉(zhuǎn)發(fā)器信號不依賴于編碼和不依賴于轉(zhuǎn)發(fā)器TR和基站BS之間的距離而在頻譜上不重疊。優(yōu)選地選擇稍微高于最大可期待的頻率測量誤差的調(diào)制步幅σf。例如在關(guān)于具有最優(yōu)化的編碼范圍的可用無線電詢問的表面波元件的文獻DE 198 60 058中公開了這種相互關(guān)系和相應(yīng)的位置編碼方法的示例性實施方案。
圖7示出了具有有利的系統(tǒng)參數(shù)選擇的轉(zhuǎn)發(fā)器和基站的有利實施方案。這里在具有傳輸混頻器TRXMIX的基站中實現(xiàn)發(fā)射/接收分離。轉(zhuǎn)發(fā)器TR中的調(diào)制頻率fmk、這里例如為25MHz優(yōu)選地大約為基站BS中由電壓控制的振蕩器VOC(Voltage Controlled Oscillator壓控振蕩器)的調(diào)制帶寬B的1/4、在這里也就是100MHz。首先利用以調(diào)制頻率fmk為中心的帶通濾波器BP1使轉(zhuǎn)發(fā)器信號從干擾信號成分中釋放出來。優(yōu)選地這樣選擇中頻混頻器ZFMIX的混頻頻率fmb，使得不是混頻到頻率0上，而是混頻到另一個較低的中頻fZF2上。然后利用以fZF2為中心的帶通濾波器BP2選擇中頻的范圍。應(yīng)這樣選擇中頻fZF2、此處為50kHz，使得所有感興趣的信號成分、也就是兩個邊帶在所選擇的特定距離范圍中位于大于0的頻率范圍內(nèi)，因此可以放棄有復(fù)雜的數(shù)據(jù)接收和分析。優(yōu)選地利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器將測量數(shù)據(jù)數(shù)字化并且在微處理器中進行處理。選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D的采樣頻率、此處例如200kHz優(yōu)選地約為中頻fZF2的四倍大。優(yōu)選地由微處理器中的另一個數(shù)字帶通濾波器來支持或甚至代替帶通濾波器BP2。
如果也有數(shù)據(jù)從轉(zhuǎn)發(fā)器TR向基站BS傳輸，或者如上所述，轉(zhuǎn)發(fā)器TR在可定義的某一頻道內(nèi)工作，那么轉(zhuǎn)發(fā)器TR中的調(diào)制頻率fmk優(yōu)選地利用可編程的頻率合成器來產(chǎn)生或者從可編程的分頻器的基本時鐘中推導(dǎo)。于是優(yōu)選地由轉(zhuǎn)發(fā)器TR中的微處理器接管對調(diào)制頻率fmk的控制。
為了靈活地調(diào)節(jié)基站BS中的混頻頻率fmb以及為了選擇帶通濾波器BP2的特定頻道，利用可編程的頻率發(fā)生器來產(chǎn)生中頻混頻器ZFMIX的混頻頻率fmb可能也是有意義的。
所述的轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)可以用于各種各樣的應(yīng)用，并且當(dāng)然可以由極大不同種類的方法和部件來補充或修改，所述方法和部件在轉(zhuǎn)發(fā)器和定位系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)可以從現(xiàn)有技術(shù)中得到。
特別地，所述的原理也可以應(yīng)用于整個電磁波范圍、例如從幾個Hz直到光的范圍，并且也可以應(yīng)用于其它波形、例如聲音。
如果盡可能小地并且緊湊地構(gòu)造高頻模塊以及尤其是轉(zhuǎn)發(fā)器TR，則在上述的應(yīng)用中通常是非常有利的。在接入系統(tǒng)或支付系統(tǒng)中，其中轉(zhuǎn)發(fā)器TR通常由人攜帶在身上，例如鑰匙或支付/進入卡形式的轉(zhuǎn)發(fā)器TR的結(jié)構(gòu)大小例如決定性地確定了攜帶的舒適度。
通常高頻模塊被構(gòu)造在由例如基于聚四氟乙烯或環(huán)氧(Epoxi)的有機材料構(gòu)成的導(dǎo)體板上。特別在低的HF-頻率、例如1GHz-10GHz時，由于波長和結(jié)構(gòu)大小與這些材料之間的聯(lián)系，只能非常有限地滿足小的結(jié)構(gòu)大小的愿望。一種替代方案是薄層陶瓷上的電路，但是其生產(chǎn)成本非常高。
因此，不僅轉(zhuǎn)發(fā)器TR而且基站BS可以特別有利地作為LTCC(LowTemperature Cofired Ceramic/低溫?zé)Y(jié)陶瓷)模塊實現(xiàn)或在使用LTCC模塊的情況下實現(xiàn)?；贚TCC的高頻結(jié)構(gòu)一方面由于相對大的LTCC的介電常數(shù)而緊湊，但是另一方面也是因為存在用多層技術(shù)實現(xiàn)電路的可能性。LTCC的生產(chǎn)成本低。此外可以在批量生產(chǎn)中安裝LTCC模塊。
因為完整的HF電路或者關(guān)鍵性的子部件可以完全集成在LTCC模塊中，所以例如標(biāo)準(zhǔn)SMT元件(Surface Mount Technology/表面安裝技術(shù))的這些集成的LTCC模塊可以安裝在成本非常低的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)體板上，所述標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)體板不一定適宜HF。當(dāng)然也存在可能性，即組合所述的技術(shù)并且將LTCC子模塊構(gòu)造在由有機材料構(gòu)成的導(dǎo)體板上，但是有機材料可能明顯較小。
在圖8中示出了具有LTCC-HF模塊的有利的轉(zhuǎn)發(fā)器TR。在LTCC模塊LM上集成了例如高頻振蕩器HFO、用于濾去干擾的調(diào)制成分的帶通濾波器BP1、以及高頻分頻器或計數(shù)器CNT，所述的干擾的調(diào)制成分通過隨著時鐘發(fā)生器TGEN的時鐘開關(guān)(接通/關(guān)斷)振蕩器HFO而產(chǎn)生。如按照圖7所描述的，振蕩器HFO通過調(diào)節(jié)回路RK調(diào)節(jié)到其目標(biāo)頻率上，向下分頻的時鐘或計數(shù)器狀態(tài)被輸入到調(diào)節(jié)回路。從LTCC模塊LM直到天線ANTT的端口，只向外部傳輸數(shù)字的、相對低頻的信號，因此模塊LM可以無困難地并且低成本地集成到剩余的電路中。
在圖9中用圖表示出了LTCC模塊可能的結(jié)構(gòu)。在此，HF電路由幾個層或Hf層組成。在LTCC襯底的正面上安裝了不能集成在內(nèi)層的元件，首先例如半導(dǎo)體。在圖8的電路中，例如是振蕩器HFO，分頻器CNT以及也許其它的分離元件B。例如在P.Heide“BusinessOpportunities and Technology Trends-Millimeterwave Modulesfor Sensor Products and Broadband WirelessCommunication”，Compound Semiconductors Magazine，第6卷，第2期，2000年3月，第82-88頁中公開的，尤其是SMT-安裝或倒裝晶片安裝被提供作為安裝技術(shù)。LTCC模塊LM本身可以例如利用所謂的球柵極或焊盤柵極技術(shù)BG/LG安裝在標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)體板LP上。
本實施例的基本思想在于，不僅轉(zhuǎn)發(fā)器TR中的有源振蕩器的振蕩與基信號準(zhǔn)相位相干，而且有源振蕩器的激勵已經(jīng)產(chǎn)生準(zhǔn)相位相干。在按照現(xiàn)有技術(shù)的裝置和方法情況下，通過熱噪聲實現(xiàn)有源振蕩器的激勵，此后才通過昂貴的調(diào)節(jié)處理和鎖定使其振蕩實現(xiàn)相位相干，而在本申請中振蕩器已經(jīng)通過基信號來準(zhǔn)相位相干地被激勵或者已經(jīng)準(zhǔn)相位相干地起振，因此借此似乎自動地建立了相位相干。
基本思想在于，在基態(tài)下，振蕩器處于不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，并且當(dāng)接通振蕩器時，必須通過跟通常一樣所形成的外部能量輸入來激勵才產(chǎn)生振蕩。在該初始的觸發(fā)后才激活反饋，通過反饋保持振蕩。通常使用例如熱噪聲來這樣初始化振蕩回路。也就是說，振蕩器以隨機的相位和幅度起振，然后在由其共振回路所預(yù)先給定的頻率上振蕩。但是如果在接通時在振蕩器中注入外部的激勵信號，其頻率位于共振回路的帶寬中并且重要的是其功率位于噪聲功率之上，那么振蕩器不是隨機地起振，而是與激勵的基信號的相位同步地起振。根據(jù)激勵的基信號和振蕩信號之間的頻差并且依賴于兩個振蕩器的相位噪聲，至少一段時間內(nèi)保持準(zhǔn)相位相干。
本方案與公知的無源裝置和方法的區(qū)別在于有源振蕩器的使用。因此基信號不是簡單地被反射，而是在回送之前利用自身的準(zhǔn)相位相干的源幾乎無噪聲地有效地構(gòu)造振蕩信號。在此在通常功能相似的情況下，與按照現(xiàn)有技術(shù)的無源系統(tǒng)相比，所述系統(tǒng)因此具有明顯較高的有效距離。
根據(jù)是否涉及單向的或雙向的信號傳輸，有源振蕩器的振蕩信號可用作為應(yīng)答信號或比較信號。
此外，在本裝置中可以放棄用于可能重新獲得載波的調(diào)節(jié)回路。在轉(zhuǎn)發(fā)器裝置中，一個特別的優(yōu)點在于，一點也不需要時間、頻率或偏振復(fù)用，因為基信號和振蕩信號相互不影響，或者僅在起振過程開始時以所期望的方式相互影響并且之后相互獨立地準(zhǔn)相位相干。
有利的是，所述裝置具有用于轉(zhuǎn)換有源振蕩器的準(zhǔn)相位相干的可激勵性的開關(guān)工具。該開關(guān)工具用于使有源振蕩器處于一個狀態(tài)，有源振蕩器可以通過基信號的激勵從該狀態(tài)與基信號準(zhǔn)相位相干地起振。
對于可激勵性的轉(zhuǎn)換，不必完全地接通或關(guān)斷振蕩器。例如如果有源振蕩器可以用不同的模式振蕩，那么可以簡單地轉(zhuǎn)換第二種模式，而第一種模式繼續(xù)振蕩。即使在只有一種模式的情況下，也不必完全切斷振蕩，而是通常達到衰減，因此基信號足夠用于下一次準(zhǔn)相位相干的激勵。
如果有源振蕩器的可激勵性在相干時間長度后再次被接通，那么準(zhǔn)相位相干保持更長的時間間隔。
如果在改進方案中周期性地重復(fù)有源振蕩器的準(zhǔn)相位相干的可激勵性，那么準(zhǔn)相位相干也保持較長的時間間隔。這可以通過以下方式來實現(xiàn)，即這樣構(gòu)造開關(guān)工具，使得其用預(yù)先給定的時鐘速率來開關(guān)有源振蕩器。
優(yōu)選地，時鐘速率的時鐘周期持續(xù)時間在此大體上對應(yīng)于相干時間長度。但是更快地轉(zhuǎn)換也是可能的，而不丟失基信號和振蕩信號之間的準(zhǔn)相干性。不同地，如果準(zhǔn)相位相干大約只在某一時間段內(nèi)是必要的，那么也可以選擇比相干長度長的時鐘時間。
如果周期性地重復(fù)有源振蕩器的開關(guān)并且有源振蕩器周期性地與基信號準(zhǔn)相位相干地起振，那么由有源振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號可以理解為基信號的采樣的副本。在遵守采樣原理時，信號完全通過其采樣值來描述。有意義的是，有源振蕩器的關(guān)斷時間不明顯長于接通時間，也就是不明顯長于相干時間長度。因此，由于相干條件而固有地遵守采樣原理。根據(jù)采樣原理，兩個采樣點之間的相差必須小于180°。與準(zhǔn)相干條件相比，這個條件具有較小的約束性。結(jié)果是，從信息技術(shù)的角度來看，盡管有開關(guān)過程，仍可以考慮將被接通的振蕩器的信號作為比較信號的映射，或承載其完整的信息。
通過自己開關(guān)振蕩器，可以相對簡單地轉(zhuǎn)換有源振蕩器的可激勵性。相應(yīng)地，所述裝置可以具有用于接通和關(guān)斷有源振蕩器的工具。引起存在或不再存在振蕩器的振蕩條件的每個工具都適合用于開關(guān)振蕩器。因此，例如可以在振蕩回落中切斷放大，改變衰減或傳播時間(相位)或者拆開反饋支路。
除了可以將有源振蕩器激勵到其基本模式上，還可以將其準(zhǔn)相位相干地激勵到其子諧波的振蕩模式之一上。在此，基信號的基本模式或子諧波的振蕩模式可以用于激勵。
如果所述裝置被用于識別ID記號或者用于通信，那么編碼可以例如通過時鐘速率來實現(xiàn)和/或在附加的調(diào)制單元中實現(xiàn)，利用該調(diào)制單元在回送之前調(diào)制準(zhǔn)相位相干的信號。
如上所述，相干時間長度依賴于基信號和振蕩信號之間的頻差。頻率越精確地相一致，信號相位幾乎相等的時間越長。可以有利地配備工具，該工具適合于使振蕩器頻率適應(yīng)性地匹配基信號的頻率，以便增大相干時間長度，由此也可以短暫地保持開關(guān)工具的時鐘速率。
在選擇有源振蕩器時需注意，其起振時間應(yīng)比相干時間長度小。因此，不應(yīng)選擇過大的振蕩器品質(zhì)因數(shù)。然而，該品質(zhì)因數(shù)也不應(yīng)該保持太小，因為具有較小品質(zhì)因數(shù)的振蕩器通常具有高的相位噪聲。
在具有用于產(chǎn)生振蕩信號的裝置和具有基站的布置中，在基站中產(chǎn)生基信號并且由基站向所述裝置發(fā)射該基信號，所述裝置的振蕩信號可以作為基信號的應(yīng)答信號而向基站回送。
在所述裝置經(jīng)作為詢問和應(yīng)答信號的基信號和振蕩信號與基站進行通信的布置中，基站優(yōu)選地具有帶通濾波器，其中心頻率大致對應(yīng)于時鐘速率，以及/或者具有消除時鐘速率影響的工具。這種工具可以是附加的混頻器或者整流器和低通濾波器。
權(quán)利要求
1.用于測定一個基站(BS)和至少一個轉(zhuǎn)發(fā)器(TR)之間的距離(dist)的方法，其中-由所述基站(BS)發(fā)射基站振蕩器(OSZB)的信號(stx(t))，-在所述轉(zhuǎn)發(fā)器(TR)中，基于由所述基站(BS)接收的信號(erxt(t))并借助于振蕩的振蕩器(OSZT)產(chǎn)生與所述信號(erxt(t))相位相干的信號(sOSZ(t))并發(fā)射它，-在所述基站(BS)中，根據(jù)由所述轉(zhuǎn)發(fā)器(TR)接收的相位相干的信號(srx(t))來測定所述距離(dist)，其特征在于，-利用接收到的信號(srxt(t))準(zhǔn)相位相干地激勵用于產(chǎn)生所述相位相干的信號(sOSZ(t))的所述振蕩器(OSZT)。
2.用于測定一個基站(BS)和至少一個轉(zhuǎn)發(fā)器(TR)之間的距離(dist)的距離測定系統(tǒng)，其中-所述基站(BS)具有用于產(chǎn)生信號(stx(t))的振蕩信號源(OSZB)和用于發(fā)射所述信號(stx(t))的發(fā)射裝置(ANTB)，-所述轉(zhuǎn)發(fā)器(TR)具有用于從所述基站(BS)接收信號(erxt(t))的接收裝置(ANTT)，用于產(chǎn)生與該信號(erxt(t))相位相干的信號(sOSZ(t))的振蕩器(OSZT)以及用于發(fā)射所述相位相干的信號(sOSZ(t))的發(fā)射裝置(ANTT)，-所述基站(BS)此外還具有用于從所述轉(zhuǎn)發(fā)器(TR)接收所述相位相干的信號(sOSZ(t))的接收裝置(ANTB)，以及用于測定基站(BS)和轉(zhuǎn)發(fā)器(TR)之間的距離(dist)的距離測定裝置(RXMIX，F(xiàn)LT，DEMOD)，其特征在于，-所述轉(zhuǎn)發(fā)器(TR)中的所述振蕩器(OSZT)利用接收到的信號(srxt(t))被激勵以產(chǎn)生準(zhǔn)相位相干的信號(sOSZ(t))。
3.測定轉(zhuǎn)發(fā)器(TR)距離的基站(BS)，其利用如權(quán)利要求1所述的方法或用于如權(quán)利要求2所述的距離測定系統(tǒng)，其中-所述基站(BS)中的距離測定裝置(RXMIX，F(xiàn)LT，DEMOD)具有混頻器(RXMIX)，其用于將由所述轉(zhuǎn)發(fā)器(TR)接收的準(zhǔn)相位相干的信號(srxt(t))和瞬時的發(fā)射信號(stx(t))混頻為混頻信號(smix(t))。
4.如權(quán)利要求3所述的基站(BS)，其中構(gòu)造所述距離測定裝置(RXMIX，F(xiàn)LT，DEMOD)，以通過下式形成所述混頻信號(smix(t))smix(t)＝cos(t·ωSW+τ·(ωC+ωSW))，其中ωc為所述基站振蕩器(OSZB)的中心頻率，ωsw為所述基站(BS)的發(fā)射信號stx(t)的調(diào)制頻率，t為0-Ts時間間隔內(nèi)的時間以及τ為信號在基站(BS)和轉(zhuǎn)發(fā)器(TR)之間的距離(dist)上的傳播時間。
5.如權(quán)利要求3或4所述的基站(BS)，其中-所述距離測定裝置(RXMIX，F(xiàn)LT，DEMOD)具有解調(diào)裝置(DEMOD，GR，TP)，其用于在接通和關(guān)斷所述基站(BS)中的用于產(chǎn)生測量信號(smess(t))的測量器之間的時間間隔(0-Ts)內(nèi)減小或消除所述混頻信號(smix(t))電壓的時間變化。
6.如權(quán)利要求3或4所述的基站(BS)，其中-所述距離測定裝置(RXMIX，F(xiàn)LT，DEMOD)具有解調(diào)裝置(DEMOD，ZFMIX，LO，TP)，其尤其利用一個接近或等于時鐘頻率(fmk)的頻率將所述混頻信號(smix(t))向下混頻到一個明顯小于所述時鐘頻率(fmk)的頻率上，以便周期性地接通和關(guān)斷所述轉(zhuǎn)發(fā)器(TR)中的所述振蕩器(OSZT)，并且緊接著濾出高頻部分以產(chǎn)生測量信號(smess(t))。
7.如權(quán)利要求3至6之一所述的基站(BS)，其中構(gòu)造所述距離測定裝置(RXMIX，F(xiàn)LT，DEMOD)，尤其根據(jù)下式來調(diào)制所述基站(BS)的發(fā)射信號(stx(t))的調(diào)制頻率(ωsw)ωSW=2·π·B·tT,]]>其中T為使所述頻率在帶寬B上失調(diào)的持續(xù)時間。
8.如權(quán)利要求3至7之一所述的基站(BS)，其中構(gòu)造所述距離測定裝置(RXMIX，F(xiàn)LT，DEMOD)，以便通過下式形成產(chǎn)生的FMCW測量信號(smessfmcw(t))smessfmcw(t)=cos(ωc·τ+2·π·B·t·τT+π·B·t·TsT)·sin(π·B·t·TsT)(π·B·tT).]]>
9.如權(quán)利要求3至8之一所述的基站(BS)，其中所述距離測定裝置(RXMIX，F(xiàn)LT，DEMOD)被構(gòu)造用于由所述測量頻率(fmess)來測定所述距離(dist)，所述測量頻率對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)的、偏移了頻率量(Δb＝B*Ts/(2T))的FMCW測量頻率(頻率調(diào)制連續(xù)波)。
10.如權(quán)利要求8或9之一所述的基站(BS)，其中所述距離測定裝置(RXMIX，F(xiàn)LT，DEMOD)被布置用于實現(xiàn)幅度加權(quán)后的測量信號(smessfmcw(t))到頻域的傅立葉變換，由此至少一個產(chǎn)生的矩形函數(shù)的左和右邊帶的邊緣確定了基站(BS)和轉(zhuǎn)發(fā)器(TR)之間的距離。
11.如上述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)發(fā)器(TR)或基站(BS)，其中所述轉(zhuǎn)發(fā)器(TR)或所述基站(BS)被構(gòu)造為LTCC模塊(LM)(低溫?zé)Y(jié)陶瓷)，或者在使用至少一個LTCC模塊(LM)的情況下構(gòu)造所述轉(zhuǎn)發(fā)器(TR)或所述基站(BS)。
12.測定到基站(BS)的距離的轉(zhuǎn)發(fā)器(TR)，其利用如權(quán)利要求1所述的方法或用于如權(quán)利要求2所述的距離測定系統(tǒng)，所述轉(zhuǎn)發(fā)器具有利用振蕩器(OSZT)從轉(zhuǎn)發(fā)器接收信號(erxt(t)＝stx(t-τ/2))產(chǎn)生振蕩器信號(sOSZ(t))的信號產(chǎn)生裝置(OSZT，CLK/Sw)，以及具有用于周期性地接通和關(guān)斷所述振蕩器(OSZT)、尤其用于按照下式產(chǎn)生所述振蕩器信號的開關(guān)裝置(CLK/Sw)srx(t)=sOSZ(t-τ2)=sin(ωOSZ·t-(ωC+ωSW)·τ+φ0),]]>其中ωc為所述基站振蕩器(OSZB)的中心頻率，ωsw為所述基站(BS)的發(fā)射信號(stx(t))的調(diào)制頻率，t為時間，τ為信號在基站(BS)和轉(zhuǎn)發(fā)器(TR)之間的距離(dist)上的傳播時間以及φ0為任意的相位偏移量。
13.如權(quán)利要求2所述的距離測定系統(tǒng)，如權(quán)利要求1-11之一所述的基站(BS)，如權(quán)利要求1，2或12之一所述的轉(zhuǎn)發(fā)器(TR)，其中用于接通和關(guān)斷所述轉(zhuǎn)發(fā)器(TR)中的振蕩器(OSZT)的調(diào)制(fmk)被用于把附加信息從所述轉(zhuǎn)發(fā)器(TR)傳輸?shù)剿龌?BS)。
14.如權(quán)利要求2或13所述的距離測定系統(tǒng)，或者如權(quán)利要求1，2或12，13之一所述的轉(zhuǎn)發(fā)器(TR)，其中用于接通和關(guān)斷所述轉(zhuǎn)發(fā)器(TR)中的振蕩器(OSZT)的調(diào)制(fmk)被分別分配給大量轉(zhuǎn)發(fā)器(TR)中的每個單個的轉(zhuǎn)發(fā)器。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于測定基站(BS)和轉(zhuǎn)發(fā)器(TR)之間距離的距離測定系統(tǒng)，其中所述基站(BS)具有用于產(chǎn)生信號(s
文檔編號G01S13/87GK1613019SQ02826888
公開日2005年5月4日 申請日期2002年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月9日
發(fā)明者M·納萊青斯基, M·沃西克, L·維布金, P·黑德 申請人:西門子公司