專利名稱：發(fā)射機/接收機電路及測量兩個節(jié)點之間距離的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)射機/接收機電路以及一種用于測量無線電網(wǎng)絡(luò)的第一節(jié)點
與第二節(jié)點之間的距離的方法。
背景技術(shù)：
WO 02/01247 A2公開了一種借助電磁波測量兩個目標(biāo)物之間的距離的方法。兩次 以不同的載波頻率發(fā)送基站的詢問信號和便攜式編碼器的應(yīng)答信號。這些載波頻率在此是 相關(guān)的，也就是說，它們相互依賴。這些載波頻率相互逼近，從而可以測量這些信號之間的 相移。由所述相移計算出編碼器到基站的距離?？梢砸圆煌妮d波頻率或者以相同的載波 頻率發(fā)送詢問信號和應(yīng)答信號。對于新的詢問/應(yīng)答對話改變載波頻率。
US 6， 731， 908 B2公開了一種用于確定兩個目標(biāo)物之間的距離的藍牙技術(shù)方法。 在此，通過頻率跳變改變頻率，以便測量多個不同頻率的相位偏移。目標(biāo)物具有鎖相環(huán) (PLL :￡haSe Locked Loop)中的電壓控制的石英晶體振蕩器，其中，在接收期間關(guān)閉鎖相環(huán) 而在發(fā)送期間打開鎖相環(huán)，使得接收信號和發(fā)送信號具有相同的頻率。在此，電壓控制的石
英晶體振蕩器的本地振蕩器信號的相位借助鎖相環(huán)通過同步與接收信號相干(koharent )。 由US 5， 220， 332公開了一種具有詢問裝置和應(yīng)答器的測距系統(tǒng)，所述測距系統(tǒng) 實現(xiàn)了兩個目標(biāo)物之間的非同時的測量。以具有可變調(diào)制頻率的(低頻)調(diào)制信號對載波 信號進行調(diào)制，以便借助相位測量或替換地借助傳輸時間測量由調(diào)制信號的變化確定詢問 裝置與應(yīng)答器之間的距離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，盡可能地改善用于測量無線電網(wǎng)絡(luò)的兩個節(jié)點之間的距離的 方法。 所述任務(wù)通過具有獨立權(quán)利要求1的特征的方法解決。有利的進一步構(gòu)型是從屬 權(quán)利要求的主題并且包含在說明書中。 因此，提供了一種用于測量無線電網(wǎng)絡(luò)的第一節(jié)點與第二節(jié)點之間的距離的方 法。 在所述方法中，尤其借助節(jié)點之間的協(xié)商將第一節(jié)點的模式以及第二節(jié)點的模式 從用于無線電網(wǎng)絡(luò)中的通信的標(biāo)準(zhǔn)模式轉(zhuǎn)換為用于距離測量的模式。 在用于距離測量的模式中，對于傳輸時間測量，一個無線電信號由第一節(jié)點(主 動地)發(fā)送并且由第二節(jié)點接收以及有利地分析。此外，對于傳輸時間測量，一個無線電信 號由第二節(jié)點(主動地)發(fā)送并且由第一節(jié)點接收。為了距離測量，通過測量所傳輸?shù)臒o 線電信號的傳輸時間來確定第一距離值。在此，所述第一距離值優(yōu)選地與所測量的無線電 信號的傳輸時間成正比。 同時地或者在此之前或者在此之后，在用于距離測量的模式中，對于相位測量，第一未經(jīng)調(diào)制的載波信號作為無線電信號由第一節(jié)點(主動地)發(fā)送并且由第二節(jié)點接收以 及有利地分析。此外，對于相位測量，第二未經(jīng)調(diào)制的載波信號作為無線電信號由第二節(jié)點 (主動地)發(fā)送并且由第一節(jié)點接收。未經(jīng)調(diào)制的載波信號例如是高頻正弦振蕩信號。
由第一節(jié)點測量第一相位的第一值和第二值。在此，所述測量優(yōu)選在中間頻率層 上進行。第一相位的第一值對應(yīng)于所接收的第二載波信號的第一頻率而第一相位的第二值 對應(yīng)于所接收的第二載波信號的第二頻率。第一頻率和第二頻率具有一個頻率差。在此， 所述頻率差足夠大，以便實施基于所述頻率差的相位差測量。優(yōu)選地，所述頻率差由無線電 網(wǎng)絡(luò)的信道的頻率間隔定義。 由第二節(jié)點測量第二相位的第三值和第四值。在此，所述測量優(yōu)選在中間頻率層 上進行。第二相位的第三值對應(yīng)于所接收的第一載波信號的第三頻率而第二相位的第四值 對應(yīng)于所接收的第一載波信號的第四頻率。第三頻率和第四頻率同樣具有所述頻率差。雖 然第一頻率和第三頻率可能是不同的，而且第二頻率和第四頻率同樣也可能是不同的，但 是優(yōu)選地，第一和第三頻率是相同的，并且優(yōu)選地，第二和第四頻率同樣也是相同的。在頻 率不同的情況下，第一頻率與第三頻率例如相差無線電網(wǎng)絡(luò)的信道的一個或多個頻率間隔 (信道間隔)。 由第一相位的第一值和第二值以及由第二相位的第三值和第四值以及優(yōu)選地由 頻率差來確定第二距離值。由此，第二距離值優(yōu)選與無線電信號的一個或多個所測量的相 位差成正比。 由作為計算輸入值的、傳輸時間測量的第一距離值和相位測量的第二距離值計算 出第一節(jié)點與第二節(jié)點之間的距離。在此優(yōu)選充分利用相位測量的距離值與相位差相對 頻率差的比成正比。為了進行計算，優(yōu)選在標(biāo)準(zhǔn)模式中組合地分析傳輸時間測量的第一距 離值和相位測量的第二距離值。 此外，本發(fā)明的任務(wù)還在于，提供一種無線電網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的盡可能改進的發(fā)射機/ 接收機電路。 所述任務(wù)通過具有獨立權(quán)利要求5的特征的發(fā)射機/接收機電路解決。有利的進 一步構(gòu)型是從屬權(quán)利要求的主題并且包含在說明書中。
因此，提供了一種無線電網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點的發(fā)射機/接收機電路。所述發(fā)射機/接收
機電路具有計算單元。所述計算單元被設(shè)置用于在與無線電網(wǎng)絡(luò)的一個另外的節(jié)點進行協(xié)
商的情況下從用于無線電網(wǎng)絡(luò)中的通信的標(biāo)準(zhǔn)模式轉(zhuǎn)換為用于距離測量的模式。 此外，所述計算單元被設(shè)置用于在用于距離測量的模式中通過借助所發(fā)送的無線
電信號和一個另外的、所接收的無線電信號的傳輸時間測量來確定第一距離值，所述另外
的、所接收的無線電信號由一個另外的節(jié)點發(fā)送。在此，所發(fā)送的無線電信號和由一個另外
的節(jié)點接收的、另外的無線電信號是不相同的。為此，無線電信號優(yōu)選由發(fā)射機/接收機電
路的發(fā)射機電路通過天線發(fā)送，以便通過一個另外的節(jié)點接收。優(yōu)選地，發(fā)射機/接收機電
路的接收機電路接收由一個另外的節(jié)點發(fā)送的、另外的無線電信號。 所述計算單元被設(shè)置在用于距離測量的模式中由所測量的第一相位的第一值和 第二值以及由第二相位的第三值和第四值確定第二距離值。所述第一值對應(yīng)于第二未經(jīng)調(diào) 制的載波信號的第一頻率而第二值對應(yīng)于第二未經(jīng)調(diào)制的載波信號的第二頻率。第一頻率 和第二頻率具有一個頻率差。
第三值對應(yīng)于第一未經(jīng)調(diào)制的載波信號的第三頻率而第四值對應(yīng)于第一未經(jīng)調(diào) 制的載波信號的第四頻率。第三頻率和第四頻率同樣具有所述頻率差。在此，所述頻率差 足夠大，以便實施基于所述頻率差的相位差測量。優(yōu)選地，所述頻率差由無線電網(wǎng)絡(luò)的信道 的頻率間隔定義。 在此，優(yōu)選在無線電網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點中測量相位的值。優(yōu)選地，所述發(fā)射機/接收機電 路被構(gòu)造用于測量至少兩個相位值。 此外，計算單元被設(shè)置用于在用于距離測量的模式中通過借助所發(fā)送的無線電信 號和一個另外的、所接收的無線電信號的相位測量確定第二距離值。在此，所發(fā)送的無線電 信號和所接收的、另外的無線電信號是不同的。為此優(yōu)選地，計算單元控制發(fā)射機電路以發(fā) 送具有至少兩個不同頻率的無線電信號。 此外，計算單元被設(shè)置用于由傳輸時間測量的第一距離值以及相位測量的第二距 離值計算出到無線電網(wǎng)絡(luò)的另一節(jié)點的距離。為此，計算單元被設(shè)置用于組合地分析第一 距離值和第二距離值。 由于相位測量的多值性(Mehrdeutigkeit)，同樣存在第二距離值的多值性。例如， 如果360°覆蓋100米的距離范圍，則可借助相位測量(多值地)確定例如為12米、112米、 212米等等的第二距離值。 可以相繼地進行多次相位測量，例如以便對第二距離值取平均。同樣可以考慮多 個傳輸時間測量的多個第一距離值。 本發(fā)明的另一方面是一種具有無線電網(wǎng)絡(luò)的第一節(jié)點和第二節(jié)點的系統(tǒng)，所述系 統(tǒng)被設(shè)置用于執(zhí)行以上所述的方法。 以下所述的進一步構(gòu)型不僅涉及所述發(fā)射機/接收機電路而且涉及所述方法。在 此，發(fā)射機/接收機電路的功能可由方法特征得出。 根據(jù)一個有利的進一步構(gòu)型方案，通過分析傳輸時間測量的第一距離值消除
(aufl6sen)相位測量的第二距離值的多值性。為此，優(yōu)選通過計算第一距離值與第二距離 值之間的最小間距確定所述距離。 在另一個進一步構(gòu)型中，在標(biāo)準(zhǔn)模式中相位測量和/或傳輸時間測量的結(jié)果由第
二節(jié)點傳輸?shù)降谝还?jié)點。 有利地，用于距離測量的模式具有用于傳輸時間測量的第一部分和用于相位測量
的第二部分。優(yōu)選地，使第一節(jié)點和第二節(jié)點在用于傳輸時間測量的第一部分與用于相位 測量的第二部分之間的過渡方面彼此協(xié)調(diào)。優(yōu)選地，在用于距離測量的模式中，由第一節(jié)點 和/或第二節(jié)點執(zhí)行專用于距離測量的功能，這些功能在標(biāo)準(zhǔn)模式中被禁用。 根據(jù)一個有利的構(gòu)型，第一節(jié)點借助第二節(jié)點的地址向第二節(jié)點傳輸用于距離測
量的命令、尤其是用于啟動用于距離測量模式的命令。所述用于距離測量的命令優(yōu)選在標(biāo) 準(zhǔn)模式中在幀的有效數(shù)據(jù)中由第一節(jié)點傳輸?shù)降诙?jié)點。 優(yōu)選地，發(fā)射機/接收機電路被設(shè)置用于借助第二節(jié)點的目標(biāo)地址發(fā)送用于距離 測量的命令。為此，在電路中實現(xiàn)了與所述命令相應(yīng)的硬件功能和軟件功能。優(yōu)選地，電路 具有地址編碼的功能，使得未編址的節(jié)點舍棄用于距離測量的命令。 在一個有利的進一步構(gòu)型中，第二節(jié)點向第一節(jié)點傳輸用于同步距離測量的起始 時刻的幀。通過所述同步使第一節(jié)點中的第一方法過程與第二節(jié)點中的第二方法過程在時間上彼此協(xié)調(diào)。在此，對于傳輸時間測量和相位測量而言，時間上的協(xié)調(diào)可分開進行。
根據(jù)另一個進一步構(gòu)型，用于距離測量的命令由第一節(jié)點發(fā)送并且由第二節(jié)點接 收。通過接收用于距離測量的命令啟動第二節(jié)點的用于距離測量的模式。特別優(yōu)選地，命 令作為無線電信號的發(fā)送與接收被用于距離測量同時被用于傳輸時間測量。為此優(yōu)選地， 測量所述命令由第一節(jié)點至第二節(jié)點的傳輸時間。 根據(jù)一個有利的構(gòu)型，第二節(jié)點向第一節(jié)點傳輸距離測量的測量結(jié)果。所述測量 結(jié)果的傳輸在距離測量過程之后優(yōu)選借助符合標(biāo)準(zhǔn)的幀的有效數(shù)據(jù)進行。隨后，距離的計 算在第一節(jié)點中進行。 優(yōu)選地，可以隨著用于距離測量的命令一起傳輸用于相位測量和/或傳輸時間測 量的參數(shù)。例如隨著用于距離測量的命令一起向第二節(jié)點傳輸用于相位測量的頻率序列和 /或用于距離測量的一個或多個過程步驟的持續(xù)時間。有利地，所述傳輸借助符合標(biāo)準(zhǔn)地傳 輸?shù)膸挠行?shù)據(jù)進行。 在一個有利的進一步構(gòu)型中，實施值的測量的時間同步。在此，如此實施所述時間 同步值的測量的測量時刻、也就是第一、第二、第三和第四值的測量的測量時刻彼此具有 預(yù)先確定的時間關(guān)系。 特別優(yōu)選地，第一時間間隔和第二時間間隔是相同的。優(yōu)選地，第一時間間隔定義
為第一相位的第一值的第一測量時刻與第一相位的第二值的第二測量時刻之間的時間間
隔。優(yōu)選地，第二時間間隔定義為第二相位的第三值的第三測量時刻與第二相位的第四值
的第四測量時刻之間的時間間隔。所述時間關(guān)系導(dǎo)致，第一測量時刻與第三測量時刻之間
的第三時間間隔也等于第二測量時刻與第四測量時刻之間的第四時間間隔。 優(yōu)選地，這些時間間隔被預(yù)先確定。即這些時間間隔不由進行中的測量確定。優(yōu)
選地，這些時間間隔被固定地預(yù)先給定，例如被實現(xiàn)為參數(shù)組。替換地，對于距離測量，這些
時間間隔也可在節(jié)點之間進行協(xié)商。為此對節(jié)點進行相應(yīng)設(shè)置。有利地，節(jié)點的相應(yīng)電路
被設(shè)置用于以所述時間間隔通過存儲相位在測量時刻的當(dāng)前值來測量相位的值，其中相位
的值被連續(xù)地確定。替換地，節(jié)點被設(shè)置用于僅僅在測量時刻測量相位的值。所測量的相
位的值被存儲。 在一個有利的進一步構(gòu)型中，為了確定距離，由第一相位的第一值和第二值以及
由第二相位的第三值和第四值計算相位差。優(yōu)選地，根據(jù)以下公式進行所述進算
=",2 )- - ) 在此，公式也包括它的項的所有代數(shù)變形。在公式中，^,是第一相位的第一值而 ^A2是第一相位的第二值。Pm是第二相位的第三值而化2是第二相位的第四值。
以上所述的進一步構(gòu)型方案無論是單獨應(yīng)用還是組合應(yīng)用都是特別有利的。在 此，所有的構(gòu)型方案都可以彼此組合。在附圖的實施例的說明中對一些組合進行了闡述。但 那里所示的進一步構(gòu)型方案的組合可能性并未窮盡。


以下根據(jù)附圖通過實施例來詳細地說明本發(fā)明。
在此示出
圖1 :用于相位測量的系統(tǒng)的示意圖， 圖2 :用于傳輸時間測量的示意圖， 圖3 :具有無線電網(wǎng)絡(luò)的兩個節(jié)點的相位測量的第一示意圖， 圖4 :具有無線電網(wǎng)絡(luò)的兩個節(jié)點的相位測量的第二示意圖， 圖5 :用于距離確定的示意圖。
具體實施例方式
具有多個節(jié)點的無線電網(wǎng)絡(luò)中的距離測量可基于相位測量。在此，相繼發(fā)送具有 頻率fl的例如未經(jīng)調(diào)制的載波信號以及具有頻率f2的未經(jīng)調(diào)制的載波信號。這兩個頻率 僅僅相差一個小的頻率差A(yù)f。在接收機中，所接收的波的相位與所發(fā)送的波的相位相比較
并且被保存為測量值cpl和(p2。由此可以計算出站之間的距離d :
—2丌zV (" 在此，c是光速。 相位測量總是以2Ji為模。由于周期性產(chǎn)生具有多倍于c/Af的相位測量的多值 性。所述多值性可被消除，其方式是，以一個另外的頻率f3實施測量，其中另外的頻率差 f3-f2必須與頻率差f2-fl不同。其前提條件是，無線電網(wǎng)絡(luò)中的無線電信道的特性如同一 個延遲元件。具有多徑傳播的無線電信道不滿足所述條件，從而至少使多值性的消除變得 困難。在此，對于于0。至360°的相位值，距離測量的有效范圍取決于頻率差f2-fl。
在根據(jù)附圖進行說明的本發(fā)明的實施例中設(shè)置了一個用于無線電網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)，其 中相位測量與傳輸時間測量在無線電網(wǎng)絡(luò)的距離測量系統(tǒng)中相結(jié)合。所述距離測量系統(tǒng)實 現(xiàn)在根據(jù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802. 15.4的無線電網(wǎng)絡(luò)中，其中模式從用于無線電網(wǎng)絡(luò)中的通信 的標(biāo)準(zhǔn)模式改變?yōu)橛糜诰嚯x測量的模式。在此，所述實施例基于這樣的構(gòu)思，即對于傳輸時 間測量僅僅需要粗略的分辨率，以便清除精細分辨率的、可在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802. 15. 4中 實現(xiàn)的相位測量的多值性。此外，僅僅需要對用于距離測量的節(jié)點進行小的改動，使得可以 特別簡單地實現(xiàn)距離測量。 距離測量系統(tǒng)被設(shè)置用于具有l(wèi)MHz頻率差的相位測量并且達到150m以及相應(yīng)數(shù) 倍于150m的測量范圍。在圖l中示意性地示出了用于相位測量的系統(tǒng)。在此，應(yīng)測量根據(jù) 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802. 15. 4的無線電網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點A與節(jié)點B之間的距離。圖1示例性地示出 了節(jié)點A和B的、在用于距離測量的模式中有效的功能組。節(jié)點A的收發(fā)機具有用于產(chǎn)生 第一載波信號的鎖相環(huán)PLL，所述第一載波信號借助發(fā)射電路TX發(fā)送。第一載波信號由節(jié) 點B的收發(fā)機的接收電路RX接收。節(jié)點B的收發(fā)機同樣具有鎖相環(huán)PLL，使得所接收的載 波信號的相位可以在鑒相電路PD中與PLL的相位相減，由此得到了相位CpB。
在此，圖1僅用于相位測量的原理性解釋。對于簡單的實現(xiàn)，優(yōu)選地借助通過下混 頻產(chǎn)生的中間頻率信號對相位進行分析。節(jié)點B的收發(fā)機也具有發(fā)射電路TX，所述發(fā)射電 路TX向節(jié)點A的收發(fā)機的接收機電路RX發(fā)送無線電信號。節(jié)點A的收發(fā)機同樣具有用于 對相位CPA進行分析的鑒相電路PD。兩個相位(PA和CPB被分析用于計算距離。
代替所示的兩個天線，每個節(jié)點優(yōu)選地使用僅僅一個天線和一個用于在發(fā)送與接收之間進行轉(zhuǎn)換的開關(guān)。如果使用半雙工系統(tǒng)，則節(jié)點A和B的收發(fā)機不能同時發(fā)送和接 收。因此，對于半雙工系統(tǒng)，節(jié)點A和B的收發(fā)機在不同的時隙中進行發(fā)送。在對圖3和4 的描述中更詳細地說明了相位9A和(PB的相位測量。 傳輸時間測量以125ns (8MHz時鐘頻率)的精確度進行，從而可實現(xiàn)+/_37. 5m的 距離分辨率。在此，在節(jié)點A和B的兩個參與的收發(fā)機中產(chǎn)生誤差。圖2示意性地示出用 于傳輸時間測量的圖。節(jié)點A的收發(fā)機啟動測量并且發(fā)送一個幀(frame)。同時，計數(shù)器被 啟動。節(jié)點B的收發(fā)機接收所述幀并且根據(jù)所發(fā)送的信號獲取一個時刻(time stamp :時 間戳)?；谶@個時刻，以恒定的延遲k發(fā)送一個應(yīng)答幀。節(jié)點A的收發(fā)機以相同的方法 確定一個時刻并且停止時間測量。傳輸時間計算如下 /> "(/s —w0i、r Q) (2) 時間V tTxA、 tKxB、 tTxB以及tKxA通過收發(fā)機的電路設(shè)置和/或通過配置是已知的， 其中，、是在節(jié)點B的收發(fā)機中接收與發(fā)送之間的時間，tTxA是從定時器的啟動直到在節(jié)點 A的收發(fā)機的天線上發(fā)送信號的時間，tKxB是從通過節(jié)點B的收發(fā)機的天線接收到信號直到 信號檢測的時間，t^是從發(fā)送命令直到在節(jié)點B的收發(fā)機的天線上發(fā)送信號的時間，tKxA 是從通過節(jié)點A的收發(fā)機的天線接收到信號直到信號檢測的時間。時間tKxB、、和tTxB例如 可以在用于距離測量的模式中由節(jié)點B的收發(fā)機確定并且借助標(biāo)準(zhǔn)模式中的數(shù)據(jù)傳輸告 知節(jié)點A的收發(fā)機。則距離由下式計算出
d = tP * c (3) 借助所述計算消除了相位測量的多值性。因為傳輸時間測量直到200 s都是毫 無問題的，所述可檢測的范圍的上限可以直到30km以上。不一定支持大于30km的有效范 圍，因為地球曲率會附加地造成無線電信號的進一步衰減。 在圖3中示意性地示出了用于相位測量的測量過程的圖。在用于測量第一節(jié)點A 和第二節(jié)點B之間的距離的方法中，具有載波頻率fl的第一未經(jīng)調(diào)制的載波信號由第一節(jié) 點A發(fā)送并且由第二節(jié)點B接收。具有載波頻率fl的第二未經(jīng)調(diào)制的載波信號由第二節(jié) 點B發(fā)送并且由第一節(jié)點A接收。載波頻率fl在圖3的實施例中對于兩個傳輸方向是相 同的。 在第一測量時刻t2，第一節(jié)點A測量第一相位的第一值(PAl 。在第三測量時刻t15第 二節(jié)點B測量第二相位的第三值(Pm。 在此之后，將載波頻率提高一個頻率差A(yù)f至更高的載波頻率f2。替換地，也可以 將載波頻率減小頻率差A(yù)f。以更高的載波頻率f2，具有更高的載波頻率f2的第一未經(jīng)調(diào) 制的載波信號由節(jié)點A發(fā)送并且由第二節(jié)點B接收。具有更高的載波頻率f2的第二未經(jīng) 調(diào)制的載波信號由第二節(jié)點B發(fā)送并且由第一節(jié)點A接收。更高的載波頻率f2在圖3的 實施例中對于兩個傳輸方向也是相同的。 在載波頻率提高之后，在第二測量時刻^，第一節(jié)點A測量第一相位的第二值(pA2。 在第四測量時刻^，第二節(jié)點B測量第二相位的第四值(f)B2。在各個中間相位中，第一節(jié)點A 和第二節(jié)點B在發(fā)送TX和接收RX之間進行轉(zhuǎn)換，所述中間相位在圖3和4中通過陰影標(biāo) 出。 在圖3的理論上的情況中，用于向第一節(jié)點A的鎖相環(huán)PLL提供時鐘的第一參考時鐘發(fā)生器的頻率與用于向第二節(jié)點B的鎖相環(huán)PLL提供時鐘的第二參考時鐘發(fā)生器的頻 率之間不存在頻率偏移量。圖3首先示出理論上的情況，即這些向鎖相環(huán)PLL提供時鐘的 參考時鐘發(fā)生器的頻率是精確地相同的。所測量的相位9在時間t上是恒定的。
在圖3的實施例中，第一節(jié)點A首先進行發(fā)送，并且在第三時刻^第二相位的第 三值tpBl在第二節(jié)點B中被測量。此后，第二節(jié)點B進行發(fā)送，并且在第一時刻^第一相位 的第一值(pAl在第一節(jié)點A中被測量。在這些相位測量M(fl)之間節(jié)點A、 B在發(fā)送和接收 TX/RX之間進行轉(zhuǎn)換。在圖3的情況中，兩個測量在頻率fl下進行。 此后，在節(jié)點A、 B的兩個電路中載波頻率提高相同的頻率差A(yù) f 。鎖相環(huán)PLL需 要例如50us或更少的時間以進行暫態(tài)振蕩。在此之后，對于頻率f2，在時刻t3和t4重復(fù)兩 個相位測量M(f2)，其中，在第一節(jié)點A中確定第一相位的第二相位值9A2以及在第二節(jié)點B 中確定第二相位的第四相位值(pB2。因此，第一相位的第一值tPAl和第二相位的第三值cpm對
應(yīng)于同一載波頻率fl。同樣地，第一相位的第二值CPA2和第二相位的第四值CpB2對應(yīng)于同一
更高載波頻率f2。
由這些相位值CpAi、 (pB1、 (pA2和CpB2可以計算出相位差A(yù)cp:
A^:(P.42 — <P52) —(P』(4a)
通過變形得到

(&2 - Ai)- - %1 ) (4b)
因此，可以計算出距離d: 維
(5) 其中，由于周期性，距離值不是單值的。與圖3中的理論上的示圖不同，實際中節(jié) 點A、 B具有用于向鎖相環(huán)PLL提供時鐘的參考時鐘發(fā)生器，所述參考時鐘發(fā)生器的頻率例 如由于制造公差或者不同溫度而具有頻率偏移量。由此，相位9在各個接收節(jié)點中發(fā)生改 變，如同在圖4中示意性地通過相位變化曲線的升高所示出的那樣。 在測量時刻^與t2之間的測量M(fl)的相位改變對所確定的相位Cpcalc導(dǎo)致相位 誤差9err。如果相位測量M(fl) 、M(f2)之間的時間間隔足夠小，則在測量時刻t3和t4在測量 M(f2)中產(chǎn)生相同的相位誤差(Pen。如果時間間隔t廠^和t4_t3或者時間間隔tf^和t4_t2 大小相同，則相位誤差CPerr大小也是相同的并且在計算相位差A(yù)(p (參見公式(4a/4b))時消 除。由此也可以根據(jù)相位測量進行距離測量，如果兩個節(jié)點A、 B的用于向鎖相環(huán)PLL提供 時鐘的參考時鐘發(fā)生器是不同步的，如同在圖1的實施例中那樣。 圖5示出無線電網(wǎng)絡(luò)中的相位測量和傳輸時間測量的組合分析的例子的示意圖。 關(guān)于距離d繪制相位測量的測量結(jié)果。在此，信號每360。便周期性地重復(fù)。所確定的相位 由于多值性可表示為被示例性地標(biāo)出的三個距離dPH1、 dPH2和dPH3。附加地分析距離測量的 測量結(jié)果d『所述測量結(jié)果由于較小的分辨率與由相位測量確定的距離dPH2具有偏差。一 個分析算法將傳輸時間測量的測量結(jié)果分配給相位測量的測量結(jié)果dPH1、 dPH2或dPH3中 的一個測量結(jié)果。例如，選擇相位測量的、與傳輸時間的測量結(jié)果&具有最小距離的測量結(jié)果dp『d，，d，。同樣可行的是，將傳輸時間的測量結(jié)果c^分配給相位測量的模。在圖 5的實施例中，在這兩種情況中得到同一個結(jié)果距離是dPH2。 通過在圖1至5中所說明的實施例獲得以下優(yōu)點，即網(wǎng)絡(luò)中用于距離測量的系統(tǒng) 并沒有因為模數(shù)作用(Modulo-Effekt)而被限制在一個最大距離上。在適當(dāng)?shù)臈l件下可以 實現(xiàn)具有大的有效范圍的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的距離測量。例如，也可以確定具有更高位置或具有發(fā) 射放大器(Power Amplifier :功率放大器)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的距離。附加地獲得了預(yù)想不到的 技術(shù)效果，即借助相位測量可以利用良好的分辨率，同時借助傳輸時間測量可以將相位測 量的良好的分辨率也用于更大的距離。 本發(fā)明并不限于圖1至5的所示構(gòu)型方案。無線電網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)的功能性可有利地 用于根據(jù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802. 15. 4的無線電系統(tǒng)或者根據(jù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802. 15. 1的無線
電系統(tǒng)。參考標(biāo)號表d距離dpm， dpH2， dpH3相位測量的距離結(jié)果dLZ傳輸時間測量的距離結(jié)果A， B發(fā)射機/接收機電路，收發(fā)機，節(jié)點TX， TXA， TXB發(fā)射機電路，發(fā)送RX， RXA， RXB接收機電路，接收Pli鎖相環(huán)PD鑒相器電路<Pa， (pB相位(pA1， (pB1， (pA2，9B2 相位值tpcalc所計算的相位差tperr相位誤差t時間t丁xA， tp， t](xB， tL， tTs:B， 時間間隔tteA， tst]_， t^賃 tg賃時刻fl， f2頻率M(fl) ， M(f2)相位測量
1權(quán)利要求
用于測量一無線電網(wǎng)絡(luò)的一第一節(jié)點(A)與一第二節(jié)點(B)之間的距離的方法，其中，使所述第一節(jié)點(A)的一模式與所述第二節(jié)點(B)的一模式從用于所述無線電網(wǎng)絡(luò)中的通信的標(biāo)準(zhǔn)模式轉(zhuǎn)換為一用于距離測量的模式，其中，在所述用于距離測量的模式中，對于一傳輸時間測量，一無線電信號由所述第一節(jié)點(A)發(fā)送并且由所述第二節(jié)點(B)接收，并且一無線電信號由所述第二節(jié)點(B)發(fā)送并且由所述第一節(jié)點(A)接收，并且通過所述無線電信號的傳輸時間的測量確定一第一距離值(dLZ)，其中，在所述用于距離測量的模式中，對于一相位測量，一第一未經(jīng)調(diào)制的載波信號被作為無線電信號由所述第一節(jié)點(A)發(fā)送并且由所述第二節(jié)點(B)接收，并且一第二未經(jīng)調(diào)制的載波信號被作為無線電信號由所述第二節(jié)點(B)發(fā)送并且由所述第一節(jié)點(A)接收，其中，所述第一節(jié)點(A)測量一第一相位的一第一值和一第二值，其中，所述第一相位的所述第一值對應(yīng)于所接收的第二載波信號的一第一頻率(f1)而所述第一相位的所述第二值對應(yīng)于所接收的第二載波信號的一第二頻率(f2)，其中，所述第一頻率(f1)和所述第二頻率(f2)具有一頻率差(Δf)，其中，所述第二節(jié)點(B)測量一第二相位的一第三值和一第四值，其中，所述第二相位的所述第三值對應(yīng)于所接收的第一載波信號的一第三頻率(f1)而所述第二相位的所述第四值對應(yīng)于所接收的第一載波信號的一第四頻率(f2)，其中，所述第三頻率(f1)和所述第四頻率(f2)具有所述頻率差(Δf)，其中，由所述頻率差(Δf)、由所述第一相位的所述第一值和所述第二值以及由所述第二相位的所述第三值和所述第四值確定一第二距離值(dPH1，dPH2，dPH3)，并且其中，由所述傳輸時間測量的所述第一距離值(dLZ)和所述相位測量的所述第二距離值(dPH1，dPH2，dPH3)計算出所述第一節(jié)點(A)與所述第二節(jié)點(B)之間的距離。F2009102625444C00011.tif,F2009102625444C00012.tif,F2009102625444C00013.tif,F2009102625444C00014.tif,F2009102625444C00015.tif,F2009102625444C00016.tif,F2009102625444C00017.tif,F2009102625444C00018.tif
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中，通過對所述傳輸時間測量的所述第一距離值(dj的 分析消除所述相位測量的所述第二距離值(dPH1， dPH2， dPH3)的多值性。
3. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，一用于距離測量的命令由所述第一節(jié)點(A)發(fā)送以及由所述第二節(jié)點(B)接收， 其中，所述第二節(jié)點(B)通過所述用于距離測量的命令的接收啟動所述用于距離測量 的模式。
4. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，在所述標(biāo)準(zhǔn)模式中，所述第二節(jié)點 (B)向所述第一節(jié)點(A)傳輸所述相位測量的和/或所述傳輸時間測量的結(jié)果。
5. —無線電網(wǎng)絡(luò)的一節(jié)點(A，B)的發(fā)射機/接收機電路，具有一計算單元，所述計算單元被設(shè)置用于，在與所述無線電網(wǎng)絡(luò)的一個另外的節(jié)點 協(xié)商的情況下由一用于所述無線電網(wǎng)絡(luò)中的通信的標(biāo)準(zhǔn)模式轉(zhuǎn)換為一用于距離測量的模 式，所述計算單元被設(shè)置用于，在所述用于距離測量的模式中通過借助一已發(fā)送的無線電 信號和一另外的、被接收的無線電信號的一傳輸時間測量確定一第一距離值(dj ;所述計算單元被設(shè)置用于，在所述用于距離測量的模式中由一所測量的第一相位(q>A1， (PA2)的一第一值和一第二值以及一第二相位((pBl， CPB2)的一第三值和一第四值確定一第二距離值(drai， dra2， dra3)，其中所述第一值對應(yīng)于一第二未經(jīng)調(diào)制的載波信號的一第一頻率(n)而所述第二值對應(yīng)于所述第二未經(jīng)調(diào)制的載波信號的一第二頻率(f2)，其中所述第一頻率(fl)與所述第二頻率(f2)具有一頻率差(Af)， 其中所述第三值對應(yīng)于一第一未經(jīng)調(diào)制的載波信號的一第三頻率(fl)而所述第四值對應(yīng)于所述第一未經(jīng)調(diào)制的載波信號的一第四頻率(f2)，其中所述第三頻率(fl)和所述第四頻率(f2)具有所述頻率差(Af)， 所述計算單元被設(shè)置用于，由所述傳輸時間測量的所述第一距離值(dj以及所述相位測量的所述第二距離值(dPH1， dPH2， dPH3)計算出到所述無線電網(wǎng)絡(luò)的、所述另外的節(jié)點的距離。
6. —無線電網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)，所述無線電網(wǎng)絡(luò)具有一第一節(jié)點(A)和一第二節(jié)點(B)，所述 系統(tǒng)被設(shè)置用于實施根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及發(fā)射機/接收機電路和用于測量無線電網(wǎng)絡(luò)的第一節(jié)點與第二節(jié)點之間的距離的方法，其中第一節(jié)點與第二節(jié)點的模式從無線電網(wǎng)絡(luò)中通信的標(biāo)準(zhǔn)模式轉(zhuǎn)換為距離測量模式，其中在距離測量模式中，無線電信號由第一節(jié)點發(fā)送且由第二節(jié)點接收，無線電信號由第二節(jié)點發(fā)送且由第一節(jié)點接收，通過無線電信號的傳輸時間的測量確定第一距離值，其中在距離測量模式中，第一未經(jīng)調(diào)制的載波信號由第一節(jié)點發(fā)送且由第二節(jié)點接收，第二未經(jīng)調(diào)制的載波信號由第二節(jié)點發(fā)送且由第一節(jié)點接收，通過在無線電信號的不同頻率下進行測量和計算由相位的四個值確定第二距離值，其中由第一距離值和第二距離值計算出第一節(jié)點與第二節(jié)點之間的距離。
文檔編號G01S11/02GK101793959SQ20091026254
公開日2010年8月4日 申請日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者E·薩克塞, W·克盧格 申請人:愛特梅爾汽車股份有限公司