DE112004001544T5

DE112004001544T5 - Messen eines Abstands unter Verwendung einer drahtlosen Kommunikation

Info

Publication number: DE112004001544T5
Application number: DE112004001544T
Authority: DE
Inventors: Ariel Luzzatto; Salomon Serfaty
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 2003-08-21
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2006-06-29
Also published as: WO2005020600A2; GB2405276B; US7515103B2; CN1853114A; US20060197704A1; GB2405276A; WO2005020600A3; GB0319703D0

Abstract

Verfahren zum Schätzen des Abstandes zwischen einer ersten Drahtlos-Kommunikationsendvorrichtung und einer zweiten Drahtlos-Kommunikationsendvorrichtung, mit folgenden Schritten:
(i) Empfangen bei der ersten Endvorrichtung eines empfangenen Signals, das eine zusammengesetzte Mehrwege-Ableitung eines HF-Sendesignals, das durch eine zweite Endvorrichtung gesendet wird, aufweist, wobei das Sendesignal ein OFDM-Signal aufweist, das eine Vielzahl von gleichzeitig modulierten Trägern aufweist; und
(ii) Verarbeiten des empfangenen Signals, das das Durchführen einer Demodulationsoperation aufweist, um ein demoduliertes Signal zu erzeugen;
(iii) Auflösen des demodulierten Signals in eine Mehrzahl von Komponenten, die unterschiedlichen Weglängenkomponenten, die in dem empfangenen Signal umfasst sind, entsprechen;
(iv) Identifizieren, welche der aufgelösten Komponenten einer kürzesten Weglänge entspricht; und
(v) Berechnen einer Laufzeit von der zweiten Endvorrichtung zu der ersten Endvorrichtung für die identifizierte Komponente.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Messen eines Abstands unter Verwendung einer drahtlosen Kommunikation. Dieselbe bezieht sich insbesondere auf das Messen eines Abstands zwischen zwei Endvorrichtungen, die in einem System, das das orthogonale Frequenzmultiplexen (OFDM; OFDM = Orthogonal Frequency Division Multiplexing) verwendet, z. B. in einem Lokalbereichsnetz (LAN; LAN = Local Area Network), in Betrieb sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Das orthogonale Frequenzmultiplexen (OFDM) ist ein bekannter Typ einer Hochfrequenz- (HF-) Modulation, der zur Verwendung in Lokalbereichsnetzen (LAN), wie z. B. denselben, die gemäß dem 802.11a-LAN-Industriestandard in dem 5-GHz-Frequenzband in Betrieb sind, spezifiziert ist. Dieses Band ist ein nicht-koordiniertes, lizenzfreies Band, das der Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung (bis zu 56 Mb pro Sekunde) zugeteilt ist.
Es gibt eine Ableitung des Protokolls, das in dem 802.11a-LAN-Standard definiert ist, die zur Verwendung in dem 4,9-GHz-Band, das lediglich für Anwendungen der öffentlichen Sicherheit bestimmt ist, vorgeschlagen wird. Der Betrieb und die Modulation derselben ist, mit einigen hinzugefügten Fähigkeiten, sehr ähnlich zu denselben, die für den 802.11a-LAN-Standard definiert sind.
Die LANs, die gemäß dem 802.11a-LAN-Standard entwickelt werden, weisen allgemein Ferneinheiten (RUs; RU = Remote Unit) und einen oder mehrere Zugangspunkte (APs; AP = Access Point) auf. Ein AP und eine RU können in der Praxis Kommunikationsendvorrichtungen sein, die aus einer ähnlichen Hardware, die einen 4,9-5,0-GHz-Sendeempfänger mit einer leistungsfähigen Signalverarbeitungsfähigkeit aufweist, gebildet sind. Die RU kann in der Praxis eine mobile Endvorrichtung sein. Der AP kann in der Praxis eine feste Endvorrichtung sein, die mit einem statischen physikalischen Netz physikalisch verbunden ist, und kommunizierte Daten können durch den AP zu und von dem Netz übertragen werden.
Es ist wünschenswert, dass der Abstand einer RU zu einem AP dem AP bekannt ist. Ein bekanntes System zum Messen der Position einer RU relativ zu einem AP in dem 2,4-GHz-Band unter Verwendung der Bluetooth-Frequenzsprung- (FH-; FH = Frequency Hopping) Modulation weist einen Transponder bzw. Antwortsender bei der RU auf. Der Transponder weist einen zweckgebundenen Chip auf. Dieses System erfordert die Hinzufügung einer speziellen Hardware und Software bei jeder RU, so dass die RU ein vom Standard abweichendes Erzeugnis wird. Das Messen des Abstands mit der FH-Modulation erfordert außerdem die Verwendung einer Rückschleifenprozedur (engl. loop back procedure). Die FH-Modulation unterscheidet sich grundlegend von der OFDM-Modulation und ist zu derselben inkompatibel.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Schätzen des Abstands zwischen einer ersten Drahtlos-Kommunikationsendvorrichtung und einer zweiten Drahtlos-Kommunikationsendvorrichtung geschaffen, das folgende Schritte aufweist:

(i) Empfangen eines empfangenen Signals, das eine zusammengesetzte Mehrwege-Ableitung eines HF-Sendesignals, das durch eine zweite Endvorrichtung gesendet wird, aufweist, bei der ersten Endvorrichtung, wobei das Sendesignal ein OFDM-Signal aufweist, das eine Vielzahl von gleichzeitig modulierten Trägern aufweist; und
(ii) Verarbeiten des empfangenen Signals, das das Durchführen einer Demodulationsoperation aufweist, um ein demoduliertes Signal zu erzeugen;
(iii) Auflösen des demodulierten Signals in eine Mehrzahl von Komponenten, die unterschiedlichen Weglängenkomponenten, die das empfangene Signal aufweist, entsprechen;
(iv) Identifizieren, welche der aufgelösten Komponenten einer kürzesten Weglänge entspricht; und
(v) Berechnen einer Laufzeit von der zweiten Endvorrichtung zu der ersten Endvorrichtung für die identifizierte Komponente.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine erste Drahtlos-Kommunikationsendvorrichtung, die betreibbar ist, um den Abstand zwischen sich und einer zweiten Drahtlos-Kommunikationsendvorrichtung zu messen, geschaffen, wobei die erste Endvorrichtung folgende Merkmale aufweist:

(i) einen Empfänger zum Empfangen eines empfangenen Signals, das eine zusammengesetzte Mehrwege-Ableitung eines HF-Sendesignals, das durch eine zweite Endvorrichtung gesendet wird, aufweist, wobei das Sendesignal ein OFDM-Signal aufweist, das eine Vielzahl von gleichzeitig modulierten Trägern aufweist; und
(ii) einen Demodulator zum Durchführen einer Demodulationsoperation an dem empfangenen Signal, um ein demoduliertes Signal zu erzeugen;
und (iii) eine oder mehrere Verarbeitungsfunktionen, die betreibbar sind, um
(a) das demodulierte Signal in eine Mehrzahl von Komponenten, die unterschiedlichen Weglängenkomponenten, die das empfangene Signal aufweist, entsprechen, aufzulösen;
(b) zu identifizieren, welche der aufgelösten Komponenten einer kürzesten Weglänge entspricht; und
(c) um eine Laufzeit von der zweiten Endvorrichtung zu der ersten Endvorrichtung für die identifizierte Komponente zu berechnen.

Das Verfahren und die erste Endvorrichtung können somit einen Einweg-Kommunikationsweg (von der sendenden Endvorrichtung zu der empfangenden Endvorrichtung ohne eine Rückschleife) lediglich unter Verwendung einer Standard-OFDM-Signalisierung verwenden. Die "Standard"-OFDM-Signalisierung bedeutet, dass das existierende (jetzt oder in der Zukunft) Kommunikationsprotokoll bzw. die existierende physikalische Schicht ohne eine Modifikation und mit einem existierenden RU-Erzeugnis verwendet werden kann.
Die zweite Endvorrichtung kann günstigerweise aus einer nicht modifizierten Standard-Hardware und -Software bestehen (d. h. die zweite Endvorrichtung muss nicht modifiziert werden, um die Verwendung in Verbindung mit der ersten Endvorrichtung gemäß der Erfindung zu ermöglichen).
Bei dem ersten und dem zweiten Aspekt kann die erste Endvorrichtung betreibbar sein, um einen Stärkewert für jede der aufgelösten Komponenten zu bestimmen. Der Stärkewert kann mit einem Schwellenwert verglichen werden, um zu bestimmen, ob der Stärkewert als Nicht-Null zu betrachten ist, wodurch die Komponente, die diesen Stärkewert aufweist, zu umfassen ist, um die Komponente, die die kürzeste Weglänge aufweist, zu finden.
Das gesendete Signal, das durch die zweite Endvorrichtung gesendet und durch die erste Endvorrichtung empfangen wird, kann bei dem ersten und dem zweiten Aspekt der Erfindung günstigerweise das PLCP- (Physical Layer Convergence Procedure-) Trainingssignal sein, das in dem 802.11-Standard definiert ist. Dies ist die "Lange Trainingsfolge" (engl. Long Training Sequence), die normalerweise zu Beginn einer Sendung durch eine Endvorrichtung (z. B. eine RU) geliefert wird. Der Zweck dieses Signals besteht darin, einer anderen Endvorrichtung (z. B. einem AP) zu ermöglichen, sich mit der Endvorrichtung zu synchronisieren.
Das Trainingssignal weist ein Trainingssymbol, das ein Standardsymbol ist, das durch den 802.11a-LAN-Standard definiert ist, auf. Dasselbe kann entweder in dem Frequenzbereich oder in dem Zeitbereich dargestellt sein. In dem Frequenzbereich besteht das Trainingssymbol aus 64 vordefinierten komplexen Zahlen, die ebenfalls als Zeiger bekannt sind, wobei 52 der komplexen Zahlen nicht null sind und die anderen null sind. In dem Zeitbereich besteht das Trainingssymbol aus 64 Zeitabtastwerten eines komplexen Zeitsignals, das durch Berechnen der inversen schnellen Fourier-Transformation (FFT; FFT = Fast Fourier Transform) der Zeiger erhalten wird. Jede Abtastung des komplexen Zeitsignals besteht aus zwei unabhängigen Komponenten, nämlich einer I- (In-Phasen-) Komponente und einer Q- (Quadratur-) Komponente. Die I-Komponente ist der Realteil des komplexen Abtastwerts, und die Q-Komponente ist der Imaginärteil des komplexen Abtastwerts. Die I- und Q-Komponenten können durch das bekannte Verfahren der Quadraturamplitudenmodulation (QAM) kombiniert werden, um das gesendete HF-Signal zu erzeugen. Das Trainingssymbol wird zweimal durch einen Sender zu Startzeitpunkten, auf die hierin als T1 und T2 Bezug genommen wird, gesendet. Diese Zeitpunkte werden in einem Empfänger auf eine bekannte Art und Weise zu Synchronisationszwecken aufgezeichnet.
Bei dem ersten und dem zweiten Aspekt der Erfindung kann das Sendesignal daher ein Trainingssymbol, das durch Anwenden einer inversen FFT-Operation auf Zeiger eines erzeugten Signals in dem Frequenzbereich erzeugt wird, um die I- und Q- Komponenten zu erzeugen, die kombiniert werden, um das Sendesignal zu erzeugen, aufweisen.
Die erste Endvorrichtung weist günstigerweise einen Speicher auf, um Information zu speichern, die als ein Ausgangssignal durch den Demodulator erzeugt werden. Dort, wo das Sendesignal durch Anwenden einer inversen FFT-Operation erzeugt wurde, weist die Information, die durch den Speicher gespeichert ist, komplexe Zeitabtastwerte des Signals auf, das durch den Demodulator demoduliert wird. Die erste Endvorrichtung kann ferner eine Verarbeitungsfunktion aufweisen, die betreibbar ist, um einen Zeitpunkt, der einem Start des Trainingssymbols entspricht, zu orten bzw. zu lokalisieren, um einen Abtaststartzeitpunkt für die gespeicherten Zeitabtastwerte zu definieren. Die Verarbeitungsfunktion ist vorzugsweise betreibbar, um den Zeitpunkt T2, auf den im Vorhergehenden Bezug genommen ist, zu lokalisieren.
Die erste Endvorrichtung kann ferner eine Verarbeitungsfunktion aufweisen, die betreibbar ist, um einen Korrekturfaktor bei den Zeitabtastwerten anzuwenden, um einen Frequenzversatz zu kompensieren. Die erste Endvorrichtung kann eine FFT-Operation an den Zeitabtastwerten, z. B. nach einer Kompensation des Frequenzversatzes, durchführen. Die FFT-Operation kann eine Operation einer diskreten Fourier-Transformation (DFT; DFT = Discrete Fourier Transform) sein. Ein wiedergewonnener zusammengesetzter Vektor C von Zeigern (der aus der Überlagerung des Effekts von allen empfangenen Mehrwegesignalen besteht) wird durch die FFT-Operation erzeugt. Die erste Endvorrichtung kann ferner eine Verarbeitungsfunktion aufweisen, die einen speziellen Satz {Ck} von Vektoren, der im Folgenden weiter erklärt ist, aufbaut, wobei jede Komponente des Satzes einer anderen speziellen Weglänge, die durch das Sendesignal durchlaufen wird, entspricht. Die erste Endvorrichtung kann ferner eine Verarbeitungsfunktion aufweisen, die den wiedergewonnenen zusammengesetzten Vektor von empfangenen Zeigersignalen in Komponenten, die unterschiedlichen Weglängen entsprechen, auflöst. Dies wird durch Ausführen einer Operation einer mathematischen Funktion erreicht, um den Absolutwert des inneren Produkts |<C,Ck>| des zusammengesetzten Vektors C mit jedem der Komponentenwerte des speziellen Vektorsatzes {Ck} zu finden. Diese Operation zieht einen Vorteil aus der eindeutigen Kombination von empfangenen Phasen, die jeder Weglänge entsprechen, und aus den Orthogonalitätseigenschaften des Satzes {Ck} der aufgebauten speziellen Vektoren.
Eine oder mehrere Verarbeitungsoperationen an den Informationen, die aus dem demodulierten empfangenen Signal wiedergewonnen werden, können durch einen einzigen Prozessor bzw. eine einzige Verarbeitungseinrichtung oder mehrere Verarbeitungseinrichtungen, die in Kombination in Betrieb sind, ausgeführt werden. In der Praxis kann eine jede solche Verarbeitungseinrichtung eine digitale Signalverarbeitungseinrichtung (Mikroprozessor) sein, die in sowohl einer Hardware-Form als auch/oder einer Software-Form, die an sich in der Technik bekannt sind, implementiert sein kann.
Beispiele von detaillierten Betriebsverfahren (Algorithmen) zur Verwendung in der ersten Endvorrichtung, um die Vearbeitungsfunktionen, die im Vorhergehenden beschrieben sind, auszuführen, sind im Folgenden beschrieben.
In dieser Beschreibung ist "HF" allgemein so zu verstehen, um Frequenzen von größer als 10 KHz zu bezeichnen, z. B. bis zu 500 GHz. In vielen Fällen wird die HF-Energie eine Frequenz von 100 KHz bis 100 GHz aufweisen. Obwohl die Erfindung prinzipiell bei Frequenzen in dem ganzen Bereich angewendet werden kann, ist dieselbe besonders zur Verwendung bei Frequenzen in einem Bereich von 1 GHz bis 10 GHz, insbesondere Drahtlos-LAN-Frequenzen in der Region von 4,9 – 5,0 GHz, geeignet.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Schätzen des Abstands zwischen der ersten Drahtlos-Kommunikationsendvorrichtung, die im Vorhergehenden definiert ist, und einer zweiten Drahtlos-Kommunikationsendvorrichtung, geschaffen, das bei der zweiten (sendenden) Endvorrichtung aufweist:

(i) Erzeugen eines OFDM-Trainingssymbols, das Zeiger in dem FFT-Bereich aufweist;
(ii) Verarbeiten des erzeugten Signals durch Anwenden einer inversen FFT-Operation auf die Zeiger des erzeugten Signals in dem Frequenzbereich, um I- und Q-Komponenten zu erzeugen;
(iii) Kombinieren der I- und Q-Komponenten, um ein Sendesignal, das eine Vielzahl von gleichzeitig modulierten Trägern aufweist, zu erzeugen; und
(iv) Senden des Sendesignals; und bei der ersten (empfangenden) Endvorrichtung aufweist:
(v) Empfangen bei der ersten Endvorrichtung eines empfangenen Signals, das eine zusammengesetzte Mehrwegeableitung des HF-Sendesignals, das durch die zweite Endvorrichtung gesendet wird, aufweist, wobei das Sendesignal ein OFDM-Signal aufweist, das eine Vielzahl von modulierten Trägern aufweist; und
(vi) Verarbeiten des empfangenen Signals, das das Durchführen einer Demodulationsoperation, um ein demoduliertes Signal zu erzeugen, aufweist;
(vii) Auflösen des demodulierten Signals in eine Mehrzahl von Komponenten, die unterschiedlichen Weglängenkomponenten, die das empfangene Signal aufweist, entsprechen;
(viii) Identifizieren, welche der aufgelösten Komponenten einer kürzesten Weglänge entspricht; und
(ix) Berechnen einer Laufzeit von der zweiten Endvorrichtung zu der ersten Endvorrichtung für die identifizierte Komponente.

Das Verfahren kann für jede der aufgelösten Komponenten die Schritte des Bestimmens eines Stärkewerts und des Vergleichens des Stärkewerts mit einem Schwellenwert aufweisen, um zu bestimmen, ob der Stärkewert nicht null ist. Der Schritt des Identifizierens, welche der aufgelösten Komponenten die kürzeste Weglänge aufweist, kann lediglich auf die Komponenten angewendet werden, die Stärkewerte aufweisen, die als nicht Null bestimmt wurden.
Die erste Endvorrichtung kann eine Zugangspunkt-Endvorrichtung aufweisen, und die zweite Endvorrichtung kann eine Ferneinheit-Endvorrichtung, jeweils eines LAN, das beispielsweise gemäß dem 802.11-Standard oder einem anderen LAN-Protokoll in Betrieb ist, aufweisen. Der Abstand zwischen den zwei Endvorrichtungen, der gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung berechnet wird, kann durch die erste Endvorrichtung auf verschiedene Weisen verwendet werden. Diese umfassen:

1) Unterstützte Übergabe (Assisted Handoff): Da die HF-Stärke, die durch einen Zugangspunkt von einer Ferneinheit in einem LAN empfangen wird, nicht notwendigerweise eine einfache Beziehung zu dem Abstand zwischen den beiden aufweist, ist es vorteilhaft, wenn die Kommunikationsverbindungsqualität gering wird, dass der Zugangspunkt die Ferneinheit anweist, die Verbindung derselben zu dem nächsten Zugangspunkt zu schalten und nicht zu dem Zugangspunkt, von dem das stärkste Signal empfangen wird. Dies ermöglicht, dass die Zeit zwischen den Übergaben maximiert wird und die Signalverarbeitungslast bei dem Zentralschalter (engl. central switch) des LAN minimiert wird. Der Abstandswert, der durch jeden AP bestimmt wird, wird zu jeder RU innerhalb des Kommunikationsbereichs kommuniziert, um der RU zu ermöglichen, den nächsten AP zu finden.
2) Position: Es besteht eine Notwendigkeit, die aktuelle Position von Personen oder Fahrzeugen, z. B. von Personal für die öffentliche Sicherheit, wie z. B. von Mitgliedern von Polizeidiensten, zu kennen. Unter Verwendung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung bei einer solchen Anwendung kann die Position der RU durch eine Triangulierung bzw. Dreiecknavigation berechnet werden, wenn der Abstand zwischen einer RU und einer Mehrzahl von APs bekannt ist und die Positionen der festen APs bekannt sind. Die Abstandsinformation kann verwendet werden, um auf diese Weise die Position der RU durch eine Berechnung in einer Verarbeitungseinrichtung in der RU zu finden. Die Berechnung kann alternativ in einer Verarbeitungseinrichtung in einem der APs oder an einer anderen Stelle ausgeführt werden. In allen Fällen muss die gemessene Abstandsinformation von den relevanten APs zu der Endvorrichtung, die die Verarbeitungseinrichtung aufweist, die die Berechnung ausführen soll, kommuniziert werden.

Die Verwendung eines geeigneten Algorithmus, der die Erfindung ausführt, um den Abstand zwischen zwei Endvorrichtungen zu berechnen, vermeidet bei der zweiten (sendenden) Endvorrichtung vorteilhaft die Notwendigkeit eines Transponders oder einer anderen speziellen Hardware oder Software. Die Abstandsmessung kann durch ein einfaches Analysieren einer Standard-Trainingssendung der zweiten Endvorrichtung bei der ersten Endvorrichtung durchgeführt werden. Dieses Ausführungsbeispiel liefert daher eine Einwegprozedur und nicht eine Rückschleifenprozedur. Daher können die Standard-Ausrüstung und -Betriebssoftware für die erste Endvorrichtung vorteilhaft verwendet werden.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind im Folgenden lediglich beispielsweise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
KURZE BESCHREIBUNG DER BEIGEFÜGTEN ZEICHNUNGEN
1 ein Funktionsblockdiagramm eines bekannten OFDM-Senders ist;
2 ein Funktionsblockdiagramm eines OFDM-Empfängers und einer Verarbeitungseinrichtung, die die vorliegende Erfindung ausführen, ist.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN DER ERFINDUNG
Die OFDM, wie bei den Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendet, ist eine bekannte Modulationsform, die den Kommunikationskanal in N-Unterkanäle bzw. Teilkanäle unterteilt. Diese Unterkanäle sind um Unterträger bzw. Teilträger zentriert. Daten werden bei der OFDM durch Modulieren von allen Unterträgern unter Verwendung von Modulationen, wie z. B. 4QAM, 16QAM und 64QAM (wobei "QAM" die Quadraturamplitudenmodulation ist) gesendet. Alle Unterträger werden gleichzeitig gesendet. Dieselben erzeugen daher ein komplexes zusammengesetztes Signal, bei dem die unterschiedlichen Träger nicht unterschieden werden können.
Dies steht im Gegensatz zu der Frequenzsprung- (FH-) Modulation (wie z. B. Bluetooth), die eine Vielzahl von Trägern verwendet, die gleichzeitig gesendet werden.
Vor jeder Datensendung in einem OFDM-LAN-System gemäß dem 802.11-Standard wird eine Trainingsfolge durch den Sender gesendet, um den Empfänger bezüglich der Zeit und bezüglich der Frequenz ordnungsgemäß zu synchronisieren. Zu Beginn einer Sendung sendet die RU ein OFDM-HF-Burst bzw. -Bitbündel, das als die "lange Trainingsfolge" bekannt ist, deren Zweck darin besteht, zu ermöglichen, dass sich der AP synchronisiert. Die lange Trainingsfolge besteht in dem Frequenzbereich aus N Unterträgern (N=52 bei 802.11a), die bezüglich der Frequenz in der Nähe des Trägers (um 5 GHz) gleich beabstandet sind. Jeder Unterträger weist die gleiche Amplitude, jedoch eine unterschiedliche vorbestimmte Phase auf. Die Phasenwerte sind fest und bekannt und sind eingestellt, um spezifische nützliche Eigenschaften für das zusammengesetzte Signal zu liefern. Alle Unterträger werden außerdem durch das gleiche System erzeugt und sind mit dem gleichen Synthesizer verriegelt und sind daher alle auf eine deterministische Weise phasenverwandt bzw. phasenbezogen.
Gemäß den Gesetzen der Wellenausbreitung wird jeder Unterträger, der eine ferne Position in einem Abstand L erreicht, eine andere Phasenänderung (in Folge der anderen Frequenz desselben) erfahren. Einige der Unterträger werden mehrere 360-Grad-Phasendrehungen erfahren. Die Kombination der N Phasen, die bei der fernen Position zu sehen ist, ist jedoch eindeutig und ist eindeutig auf den durchlaufenen Abstand L und auf die Anfangsphasen des langen Trainingssymbols bezogen.
Wenn das empfangene Signal die zusammengesetzte Überlagerung von vielen Signalen ist, wobei jedes derselben eine (leicht) andere Strecke bzw. einen (leicht) anderen Abstand aufgrund vielfacher Reflexionen (Mehrwege-Ausbreitung) durchlaufen hat, weist das empfangene Signal Informationen, die sich auf alle diese Wege beziehen, auf.
In der Praxis sind die Phasen, Amplituden und Frequenztrennung der Unterträger (bei der sendenden RU) fest und bekannt und sind gemäß dem Standard-Trainingssymbol eingestellt. Durch eine Anwendung einer inversen FFT-Operation erzeugen diese Phasen und Amplituden ein zeitvariierendes Signal, das als ein Luft-HF-Signal gesendet wird. Das empfangene Signal ist ein zeitvariierendes Signal, das eine Ableitung des gesendeten Signals ist, das durch die Ausbreitungsbedingungen, die Mehrwegereflexionen und Rauschen beeinflusst ist.
Eine FFT-Operation wird an diesem empfangenem Zeitsignal durchgeführt, um einen Satz von komplexen Vektoren, die sich auf das ursprüngliche Trainingssymbol beziehen, jedoch durch den Mehrwege-Effekt und durch die Änderungen der Phase aufgrund des Ausbreitungsgesetzes verzerrt sind, zu liefern, und jeder dieser Vektoren weist gemischte Informationen über alle Signalkomponenten auf, die zusammen in dem empfangenen Mehrwegesignal umfasst sind. Unter Verwendung eines diskreten Mehrwegemodells des Kanals und durch Verarbeiten des komplexen Vektors ist man in der Lage, die Informationen, die sich auf die einzelnen Wege beziehen, zu trennen, derart, dass der kürzeste Weg identifiziert werden kann. Die anderen längeren Wege können als Folge von Reflexionen des ursprünglich gesendeten Signals betrachtet werden. Dies wird auf die folgende Art und Weise durchgeführt.
Indem man aus den Orthogonalitätseigenschaften der ODFM-Modulation einen Vorteil zieht, kann man einen Satz von speziellen Vektoren aufbauen, wobei sich jeder derselben auf einen spezifischen möglichen Laufabstand bzw. eine spezifische mögliche Laufstrecke bezieht, die in allen möglichen Wegen, die durch die vielfachen Komponenten des empfangenen Mehrwegesignals abgedeckt sind, umfasst ist. Es wird eine mathematische Vektoroperation durchgeführt, um das so genannte innere Produkt der komplexen Vektoren (die aus dem empfangenen Zeitsignal durch eine FFT wieder aufgebaut werden) zu finden, und jeder der speziellen Vektoren wird aufgebaut. Auf diese Art und Weise ist es möglich, einen Satz von unterschiedlichen Werten zu erzeugen, wobei jeder derselben einem der unterschiedlichen möglichen Wege entspricht. Jeder derartige Wert ist proportional zu der Energie, die von jedem unterschiedlichen Weg empfangen wird, mit anderen Worten, zu der entsprechenden Stärke von jeder Komponente des empfangenen Mehrwegesignals.
Die kürzeste Weglänge, die einem Nicht-Null-Stärkwert zugeordnet ist, der in dem berechneten Satz von Stärkewerten umfasst ist, ist der direkte Abstand zwischen der sendenden RU und dem empfangenden AP. Es sei bemerkt, dass dieser Weg einen Stärkewert aufweisen kann, der aufgrund von unterschiedlichen Ausbreitungsbedingungen in unterschiedlichen Wegen kleiner als dieselben sein kann, die für einen oder mehrere längere Wege berechnet werden. Die Stärkewerte, die in dem berechneten Satz erhalten werden, können mit einem Schwellenwert verglichen werden, um zu bestimmen, ob dieselben nicht Null sind, d. h. ob dieselben gleich oder größer als die Schwelle sind. Der Schwellenstärkewert kann beispielsweise eine Hälfte des maximalen Werts sein, der über alle Wege erfasst wird.
1 stellt eine Erzeugung und Sendung eines OFDM-Signals in einem Sender einer bekannten Form in einer RU in einem 802.11-LAN dar. Ein Satz von Zeigern wird durch einen Basisbandgenerator 101 erzeugt. Diese stellen Trainingssignalinformationen in dem Frequenzbereich dar. Eine inverse FFT-Operation wird auf die Zeiger durch einen Operator 102 angewendet. Das Resultat sind 64 komplexe Zeitabtastwerten, die jeweils eine I-Komponente und eine Q-Komponente aufweisen. Diese Komponenten werden zu einem Modulator 105 geliefert, der durch eine Quadraturamplitudenmodulation (64QAM) ein zu sendendes HF-Signal erzeugt. Dieses Signal wird durch ein Sender-Front-End bzw. eine Sender-Abschlusseinrichtung 106 verarbeitet und mit HF als ein gesendetes Signal 107 gesendet.
2 stellt den Empfang und das Verarbeiten eines Signals bei einem Empfänger/einer Verarbeitungseinrichtung 200 eines AP dar. Ein empfangenes Signal 109 wird bei einem Empfänger-Front-End bzw. bei einer Empfänger-Abschlusseinrichtung 201 empfangen. Das empfangene Signal 109 ist eine Mehrwege-Ableitungsversion des gesendeten Signals 107, das durch den Sender 100 von 1 erzeugt wird. Das Ausgangssignal der Empfänger-Abschlusseinrichtung 201 wird durch einen Demodulator 202 verarbeitet, der die Umkehrung der Funktion des Modulators 105 des Senders 105 (1) ausführt, um komplexe Zeitabtastwerte mit I- und Q-Komponenten, die in einem Speicher 203 gespeichert werden, zu erzeugen. Aus den Synchronisationsinformationen, die auf eine bekannte Art und Weise durch den Empfänger 200 getrennt erfasst werden, wird ein Zeitpunkt T2, der dem Start einer zweiten Sendung eines Trainingssymbols durch den Sender 100 entspricht, identifiziert. Bei einer Verarbeitungseinrichtung 204 ist der Zeitpunt T2 in den Abtastwerten, die in dem Speicher 203 gespeichert sind, positioniert, um einen Zeitbezug, d. h. einen genauen Abtaststartzeitpunkt, zu liefern. Bei einer Verarbeitungseinrichtung 205 werden die Zeitabtastwerte, die auf den Bezug des Zeitpunkts T2 eingestellt sind, durch Anwenden eines Korrekturfaktors in einem Kompensator 205 verarbeitet, um den Frequenzversatz (der im Folgenden weiter erklärt ist) zu berücksichtigen. Eine FFT-Operation wird dann durch einen Operator 206 auf die korrigierten Zeitabtastwerte angewendet, um einen komplexen Vektor C zu erzeugen, der aus einem Satz von Zeigern besteht. Dies sind die Zeiger des ursprünglichen Trainingssymbols, die als ein Resultat der Mehrwegereflexionen des gesendeten Signals 107 korrumpiert bzw. verstümmelt sind. Diese Zeiger sind in einem Speicher 207 gespeichert.
Ein Generator 208 erzeugt einen Satz {Ck} von speziellen Vektoren, die auf die möglichen einzelnen Weglängen, die durch die Komponenten innerhalb der Informationen des empfangenen Mehrwegesignals in dem komplexen Vektor C abgedeckt sind, bezogen sind. In der Praxis können die Vektoren {Ck} einmal erzeugt werden und in einem Speicher gespeichert werden, wenn das lange Trainingssymbol fest ist. Eine Verarbeitungseinrichtung 209 löst den wiedergewonnenen komplexen Vektor C der Zeiger in dem Speicher 207 in Komponenten auf, die unterschiedlichen Weglängen entsprechen, indem die Funktion, die als der Absolutwert des inneren Produkts des komplexen Vektors C bekannt ist, mit jeder der Komponenten des Satzes {Ck} berechnet wird. Es ist möglich, den komplexen Vektor C aufgrund der einzigartigen bzw. eindeutigen Kombination der empfangenen Phasen, die jeder Weglängenkomponente, die in den Mehrwege-Informationen des komplexen Vektors C umfasst sind, entsprechen, sowie der Orthogonalitätseigenschaften des Satzes {Ck} auf diese Weise in die erforderlichen Komponenten aufzulösen. Die resultierenden Werte, die durch diese Berechnung erzeugt werden, sind ein Satz von Stärkewerten, die in einem Speicher 210 gespeichert sind. Jeder der Stärkewerte des erzeugten und gespeicherten Satzes entspricht einer empfangenen Signalkomponente, die aus dem Mehrwegesignal aufgelöst wird und die einen unterschiedlichen Abstand durchlaufen hat. Diese Werte werden bei einem Komparator 211 angewendet, der jeden Wert mit einem Schwellenstärkewert vergleicht. Wie im Vorhergehenden bermerkt ist, kann der Schwellenwert eine Hälfte des maximalen Stärkewerts für den vollständigen Satz von Werten sein. Jeder Stärkewert, der nicht kleiner als die Schwelle ist, wird bei einem Detektor 212, der identifiziert, welche der angelegten Nicht-Null-Werte der durchlaufenen kürzesten Weglänge entspricht, als ein Nicht-Null-Wert angewendet. Die Laufzeit der Signalkomponente, die den identifizierten Wert liefert, von dem Sender 100 zu dem Empfänger/der Verarbeitungseinrichtung 200, die ein Maß des Laufabstands bzw. der Laufstrecke ist, wird schließlich aus den verwandten Informationen über diese Komponente berechnet.
In der Praxis können zwei oder mehrere der verschiedenen Verarbeitungsfunktionen, die auf das decodierte Signal angewendet werden, wie es unter Bezugnahme auf 2 beschrieben ist, günstigerweise durch eine gewöhnliche Verarbeitungsvorrichtung, wie z. B. eine digitale Signalverarbeitungsvorrichtung (Mikroprozessorchip), ausgeführt werden, wie es Fachleuten offensichtlich ist.
Eine detaillierte Analyse des Betriebs der Verarbeitungsfunktionen innerhalb des Empfängers/der Verarbeitungsvorrichtung 200 sieht wie folgt aus.
1. BESCHREIBUNG EINES ALGORITHMUS
Die Nicht-Null-Basisband-Unterträger S_n(t) des langen OFDM-Trainingssymbols besitzen die Form
Für ein langes 802.11a-OFDM-Trainingssymbol sind N_c = 52, N = 64, Δω = 2π20E6/N, wobei N die Zahl der Zeitabtastwerte in einem Symbol ist. Mit ω_t; ω_τ sind die Modulator- und Demodulator-Mittenfrequenzen mit Zufallsphasen θ_t,θ_τ jeweils bezeichnet. Unter Verwendung eines diskreten Mehrwegemodells werden die Wegekoeffizienten und die Wegeverzögerungen jeweils durch hm ∈ C,τm ∈ R,m = 0,...,Np – 1. (2)bezeichnet, wobei N_p die Zahl der HF-Wege ist und angenommen ist, ohne einen Verlust der Allgemeinheit, dass die Abschlusseinrichtungsverzögerung des Senders (Tx) und des Empfängers (Rx) vernachlässigbar ist (wenn dies nicht der Fall ist, wird dies eine Hardware-erzeugte, bekannte feste Verzögerung sein, die durch ein Rückwärtseinstellen der Phasen des empfangenen Trainingssymbols entsprechend korrigiert werden kann). Dann wird mit
in dem Abschnitt mit dem Titel "Grenzen und Genauigkeit des Algorithmus" im folgenden Abschnitt gezeigt, dass der Zeiger des n-ten empfangenen Unterträgers, der durch Berechnen der FFT des Zeitsymbols erhalten wird, die folgende Form aufweist:
Es sei momentan der Fehler O(ε) in (4) vernachlässigt, so dass
ist. Es sei bemerkt, dass (4) für die verzögerten Wege gültig ist, da, mit einer zyklischen Erweiterung, die FFT immer mit einem vollen Satz von N Abtastwerten für jeden empfangenen Weg berechnet wird, und
Daher ist alles, was benötigt wird, die "Rahmensynchronisation" bzw. "Frame Sync" (dies ist das Zeitsignal, das aus 64 Zeitabtastwerten besteht, das durch den 802.11-Standard definiert ist und für eine Zeitsynchronisation der Zeitabtastwerte verwendet wird). Es sei nun angenommen, dass {ϕ_n} bekannt sind, da dieselben die Phasen des langen OFDM-Trainingssymbols sind. Der (N_c+1)-dimensionale Vektor der demodulierten Zeiger des langen Trainingssymbols wird als
dargestellt, und es werden die Vektoren
betrachtet, und dann ist klarerweise
und insbesondere
Wenn
eingestellt wird, dann sind mit der Definition des inneren Produkts
die Vektoren
gegenseitig orthogonal, da für p,q ∈ 0,..., N_p – 1
gilt. Wenn nun der J-te Weg der kürzeste nicht-mehrdeutige Weg ist, nämlich b_m = 0, m < J, dann ist
Da |<C,C_k>| für das erste Mal für k = J nicht verschwindet, ist dann
die kürzeste Laufzeit. Wenn c = 3E8 m / s die Lichtgeschwindigkeit ist, dann ist der geschätzte Abstand d = c·τ_J Meter.
2. GRENZEN UND GENAUIGKEIT DES ALGORITHMUS
Es sei der Fehler, der durch die unvollkommene Frequenzsynchronisation eingeführt wird, geschätzt: Das heruntergemischte empfangene Zeitsignal für den m-ten Weg und den n-ten Unterträger weist folgende Form auf:
was führt zu
wobei daher
eingestellt wird, und wobei ε wie in (3) ist, wobei der entsprechende Satz von Signalabtastwerten, die bei dem Empfängerende zu den Zeitpunkten
gemessen werden
ist. Daher erhält man aus (15)
Das Heranziehen der FFT von (17) und das Aufaddieren der HF-Wege führt zu (4). Mit einem Frequenzfehler bis zu 10 ppm erhält man |ε| ≈ 0,016, daher ist die Annahme in (3) gerechtfertigt. Leichte Fehler in (Synchronisation mit) dem Frame-Sync-Signal sind nicht sehr kritisch, da eine Abtastverschiebung lediglich zu einem 15Fehler führt.
Der maximale Bereich und die maximale Auflösung sehen wie folgt aus:
führt.
Bei den LAN-Systemen, die für eine Verwendung bei 4,9 GHz mit einer variablen Bandbreite vorgeschlagen werden, kann sich der erwartete maximale nützliche Bereich bis zu 4 km unter Verwendung einer Bandbreite von 5 MHz erstrecken. Da jedoch das Reichweiten/Auflösungs-Verhältnis für eine feste Zahl von Unterträgern konstant ist, ist die Abstandsauflösung etwa 160 m.
Da der Wert von N_p keine Potenz von 2 ist, kann (12) nicht sofort unter Verwendung einer FFT berechnet werden. Die Berechnung muss ferner für alle Wege fortgesetzt werden, da eine ordnungsgemäße Entscheidungsfindung, die den kürzesten Weg (der möglicherweise nicht der stärkste ist) berücksichtigt, eine Normierung erfordert. Die Verwendung einer DFT ist jedoch möglich, da N_p = 26, und eine Echtzeit-Berechung ist nicht unbedingt erforderlich.
3. BEVORZUGTE FORM DER VERWENDUNG DES ALGORITHMUS
Das Folgende beschreibt eine bevorzugte Form des Algorithmus, wenn ein Voll-802.11a-Standard-Empfänger verfügbar ist. Das anwendbare Dokument, auf das sich bezogen wird, ist der Standard "IEEE Std 802.11a-1999 Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications", wobei die ursprüngliche Notation beibehalten wird.
Bezug nehmend auf die vorhergehende Notation bzw. Bezeichnungsweise und die vorhergehenden Gleichungen werden
eingestellt.
Das lange OFDM-Trainingssymbol weist N_c+1 Unterträger auf, deren Zeiger durch den folgenden Vektor definiert sind: L-26,26 = [1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 0 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 -1 -1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 1 1 1 1] (19)wobei in (19) eine "1" oder eine "-1" jeweils ϕ_n = 0 oder ϕ_n = π in (7) entspricht. Basierend auf (18) und (19) werden dann die Vektoren {C_m}, wie in (7) definiert, aufgebaut. Die PLCP-Präambel ("SYNC") in der 802-11a-PHY weist zwei identische lange Trainingsfolgen zu Startzeitpunkten, die durch T₁ und T₂ bezeichnet sind, auf. Um die erlaubte Verzögerungsstreuung (oder, mit anderen Worten, die Länge der zyklischen Erweiterung auf der linken Seite) zu maximieren, wird gewählt, sich auf den Beginn des Zeitpunkts T₂ zu synchronisieren.
Das Folgende sind die Schritte, die bei dem AP-Empfänger bei der bevorzugten Betriebsform des Algorithmus ausgeführt werden:

1) Speichern der empfangenen Abtastwerte der PCLP;
2) Verwenden der "Frame Sync" (getrennt empfangen), die durch den Empfänger geliefert wird, um den Beginn von T₂ in dem Off-Line-Modus bzw. abgetrennten Modus zu lokalisieren;
3) Verwenden der Kanalfeinfrequenzschätzung, um die Zeitabtastwerte hinsichtlich des Frequenzversatzes zu kompensieren;
4) Berechnen von C in (6) unter Zuhilfenahme der FFT der Zeitabtastwerte;
5) Berechnen von |<C,C_k>| in (13). Wobei das kleinste J, das
erfüllt, was der Index ist, der dem kürzesten Weg entspricht;
6) Berechnen der Weglänge d = c·τ_J, wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist.

Zusammenfassung
Messen eines Abstands unter Verwendung einer drahtlosen Kommunikation
Ein Verfahren zum Schätzen des Abstands zwischen einer ersten Drahtlos-Kommunikationsendvorrichtung und einer zweiten Drahtlos-Kommunikationsendvorrichtung umfasst (i) das Empfangen eines empfangenen Signals, das eine zusammengesetzte Mehrwege-Ableitung eines HF-Sendesignals, das durch eine zweite Endvorrichtung gesendet wird, aufweist, bei der ersten Endvorrichtung, wobei das Sendesignal ein OFDM-Signal aufweist; und (ii) das Verarbeiten des empfangenen Signals, das das Durchführen einer Demodulationsoperation aufweist, um ein demoduliertes Signal zu erzeugen; und ist gekennzeichnet durch (iii) das Auflösen des demodulierten Signals in eine Mehrzahl von Komponenten, die unterschiedlichen Weglängenkomponenten, die in dem empfangenen Signal umfasst sind, entsprechen; (iv) das Identifizieren, welche der aufgelösten Komponenten einer kürzesten Weglänge entspricht; und (v) das Berechnen einer Laufzeit von der zweiten Endvorrichtung zu der ersten Endvorrichtung für die identifizierte Komponente. Die erste Endvorrichtung kann betreibbar sein, um einen Stärkewert für jede der aufgelösten Komponenten zu bestimmen. Der Stärkewert kann mit einem Schwellenwert verglichen werden, um zu bestimmen, ob der Stärkewert als nicht Null zu betrachten ist, wodurch die Komponente, die diesen Stärkewert aufweist, zu umfassen ist, um die Komponente, die die kürzeste Weglänge aufweist, zu finden. Es sind ferner eine Endvorrichtung, die in Betrieb ist, um diese Schritte auszuführen, und ein Verfahren zum Senden und Empfangen eines OFDM-Signals, das diese Schritte aufweist, beschrieben. Das gesendete Signal, das durch die zweite Endvorrichtung gesendet wird und in einer Mehrwege-Ableitungsform durch die erste Endvorrichtung empfangen wird, kann günstigerweise ein PLCP- (Physical Layer Convergence Procedure) Trainingssignal sein, das in dem 802.11-Standard definiert ist. Dies ist die "lange Trainingsfolge", die normalerweise zu Beginn einer Sendung durch eine Endvorrichtung in einem LAN (z. B. eine RU) geliefert wird. Der Zweck dieses Signals besteht darin, einer weiteren Endvorrichtung (z. B. einem AP) zu ermöglichen, sich mit der Endvorrichtung zu synchronisieren.

Claims

Verfahren zum Schätzen des Abstandes zwischen einer ersten Drahtlos-Kommunikationsendvorrichtung und einer zweiten Drahtlos-Kommunikationsendvorrichtung, mit folgenden Schritten: (i) Empfangen bei der ersten Endvorrichtung eines empfangenen Signals, das eine zusammengesetzte Mehrwege-Ableitung eines HF-Sendesignals, das durch eine zweite Endvorrichtung gesendet wird, aufweist, wobei das Sendesignal ein OFDM-Signal aufweist, das eine Vielzahl von gleichzeitig modulierten Trägern aufweist; und (ii) Verarbeiten des empfangenen Signals, das das Durchführen einer Demodulationsoperation aufweist, um ein demoduliertes Signal zu erzeugen; (iii) Auflösen des demodulierten Signals in eine Mehrzahl von Komponenten, die unterschiedlichen Weglängenkomponenten, die in dem empfangenen Signal umfasst sind, entsprechen; (iv) Identifizieren, welche der aufgelösten Komponenten einer kürzesten Weglänge entspricht; und (v) Berechnen einer Laufzeit von der zweiten Endvorrichtung zu der ersten Endvorrichtung für die identifizierte Komponente.
Verfahren nach Anspruch 1, das das Bestimmen eines Stärkewerts für jede der in Schritt (iii) aufgelösten Komponenten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Stärkewert mit einem Schwellenwert verglichen wird, um zu bestimmen, ob der Stärkewert als nicht Null zu betrachten ist, und bei dem Schritt (iv) lediglich Komponenten mit Nicht-Null-Stärkewerten umfasst werden, um die Komponente, die die kürzeste Weglänge aufweist, zu finden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Signal, das durch die erste Endvorrichtung empfangen und verarbeitet wird, eine Mehrwege-Ableitung des PLCP- (Physical Layer Convergence Procedure) Trainingssignals ist, das in dem 802.11-Standard definiert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem Informationen, die als ein Ausgangssignal durch die Demodulationsoperation bei dem Schritt (ii) erzeugt werden, in einem Speicher gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Informationen, die in dem Speicher gespeichert sind, Zeitabtastwerte aufweisen und das Verfahren das Anwenden einer Verarbeitungsfunktion auf die Informationen aufweist, um einen Zeitpunkt zu lokalisieren, der in einem Start eines Trainingssymbols innerhalb der gespeicherten Zeitabtastwerte entspricht.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Verarbeitungsfunktion betreibbar ist, um innerhalb der gespeicherten Zeitabtastwerte einen Zeitpunkt T2 zu lokalisieren, der dem Start einer zweiten Sendung eines Trainingssymbols entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, das das Anwenden eines Korrekturfaktors auf die gespeicherten Zeitabtastwerte durch die erste Endvorrichtung aufweist, um einen Frequenzversatz zu kompensieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, das das Durchführen einer Operation einer schnellen Fourier-Transformations (FFT) der Zeitabtastwerte aufweist, um einen zusammengesetzten Vektor V von Zeigern zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 9, das das Aufbauen eines speziellen Satzes {Ck} von Vektoren aufweist, wobei jede Komponente des Satzes {Ck} einer anderen speziellen durchlaufenen Weglänge entspricht.
Verfahren nach Anspruch 10, das das Auflösen des wiedergewonnenen zusammengesetzten Vektors C von Zeigern in Komponenten, die unterschiedlichen Weglängen entsprechen, durch Ausführen einer Operation einer mathematischen Funktion, um den Absolutwert des inneren Produkts |<C,C_k>| des zusammengesetzten Vektors C mit jeder der Komponenten des aufgebauten Satzes {Ck} zu finden, durch die erste Endvorrichtung aufweist.
Drahtlos-Kommunikationsendvorrichtung, die betreibbar ist, um den Abstand zwischen sich selbst und einer zweiten Drahtlos-Kommunikationsendvorrichtung zu messen, wobei die erste Endvorrichtung folgende Merkmale aufweist: (i) einen Empfänger zum Empfangen eines empfangenen Signals, das eine zusammengesetzte Mehrwege-Ableitung eines HF-Sendesignals, das durch eine zweite Endvorrichtung gesendet wird, aufweist, wobei das Sendesignal ein OFDM-Signal aufweist, das eine Vielzahl von gleichzeitig modulierten Trägern aufweist; und (ii) einen Demodulator zum Durchführen einer Demodulationsoperation an dem empfangenen Signal, um ein demoduliertes Signal zu erzeugen; und gekennzeichnet durch (iii) eine oder mehrere Verarbeitungseinrichtungen, die betreibbar sind, um: (a) das demodulierte Signal in eine Mehrzahl von Komponenten, die unterschiedlichen Weglängenkomponenten, die in dem empfangenen Signal umfasst sind, entsprechen, aufzulösen; (b) zu identifizieren, welche der aufgelösten Komponenten einer kürzesten Weglänge entspricht; und (c) für die identifizierte Komponente eine Laufzeit von der zweiten Endvorrichtung zu der ersten Endvorrichtung zu berechnen.
Endvorrichtung nach Anspruch 12, die betreibbar ist, um einen Stärkewert für jede der aufgelösten Komponenten zu bestimmen.
Endvorrichtung nach Anspruch 13, die betreibbar ist, um den Stärkewert für jede der aufgelösten Komponenten mit einem Schwellenwert zu vergleichen, um zu bestimmen, ob der Stärkewert als nicht Null zu betrachten ist, wodurch die Komponente, die diesen Stärkewert aufweist, zu umfassen ist, um die Komponente, die die kürzeste Weglänge aufweist, zu finden.
Endvorrichtung nach Anspruch 12, 13 oder 14, bei der die erste Endvorrichtung betreibbar ist, um als das empfangene Signal eine Mehrwege-Ableitung des PLCP- (Physical Layer Convergence Procedure) Trainingssignals, das in dem 802.11-Standard definiert ist, zu empfangen und zu verarbeiten.
Endvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, die einen Speicher aufweist, um Informationen, die als ein Ausgangssignal durch den Demodulator erzeugt werden, zu speichern.
Endvorrichtung nach Anspruch 16, bei der der Speicher betreibbar ist, um komplexe Zeitabtastwerte des Signals, das durch den Demodulator demoduliert wird, zu speichern.
Endvorrichtung nach Anspruch 17, bei der die erste Endvorrichtung ferner eine Verarbeitungsfunktion aufweist, die betreibbar ist, um einen Zeitpunkt, der einem Start eines Trainingssymbols entspricht, innerhalb der gespeicherten Zeitabtastwerte zu lokalisieren.
Endvorrichtung nach Anspruch 18, bei der die Verarbeitungsfunktion betreibbar ist, um innerhalb der gespeicherten Zeitabtastwerte einen Zeitpunkt T2, der dem Start einer zweiten Sendung eines Trainingssymbols entspricht, zu lokalisieren.
Endvorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, bei der die erste Endvorrichtung ferner eine Verarbeitungsfunktion aufweist, die betreibbar ist, um einen Korrekturfaktor auf die Zeitabtastwerte anzuwenden, um einen Frequenzversatz zu kompensieren.
Endvorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, bei der die erste Endvorrichtung eine Verarbeitungsfunktion aufweist, die betreibbar ist, um eine FFT-Operation an den Zeitabtastwerten durchzuführen, um einen zusammengesetzten Vektor C von Zeigern zu erzeugen.
Endvorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, bei der die erste Endvorrichtung ferner eine Verarbeitungsfunktion aufweist, die betreibbar ist, um einen speziellen Satz {Ck} von Vektoren aufzubauen, wobei jede Komponente des Satzes einer anderen speziellen durchlaufenen Weglänge entspricht.
Endvorrichtung nach Anspruch 21 oder Anspruch 22, bei der die erste Endvorrichtung eine Verarbeitungsfunktion aufweist, die betreibbar ist, um den wiedergewonnenen zusammengesetzten Vektor C von Zeigern in Komponenten, die unterschiedlichen Weglängen entsprechen, aufzulösen, indem eine Operation einer mathematischen Funktion ausgeführt wird, um den Absolutwert des inneren Produkts |<C,C_k>| des zusammengesetzten Vektors C mit jedem der Komponentenwerte des speziellen Vektorsatzes {Ck} zu finden.
Endvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 23, die ferner eine Verarbeitungsfunktion aufweist, die betreibbar ist, um einen LAN-Systembetrieb unter Verwendung des geschätzten Abstandsresultats durchzuführen.
Endvorrichtung nach Anspruch 24, die einen LAN-Zugangspunkt aufweist, und die Endvorrichtung eine Verarbeitungsfunktion aufweist, die betreibbar ist, um bei einer unterstützten Übergabeprozedur einer zweiten Endvorrichtung teilzunehmen, wobei die zweite Endvorrichtung eine Ferneinheit (RU) des LAN ist.
Endvorrichtung nach Anspruch 24, die betreibbar ist, um mit der Unterstützung durch andere Zugangspunkt-Endvorrichtungen unter Verwendung des geschätzten Abstandsresultats die Position einer Ferneinheit-Endvorrichtung zu bestimmen.
Verfahren zum Schätzen des Abstands zwischen einer ersten Drahtlos-Kommunikationsendvorrichtung und einer zweiten Drahtlos-Kommunikationsendvorrichtung, mit folgenden Schritten: bei der zweiten (sendenden) Endvorrichtung: (i) Erzeugen eines OFDM-Trainingssymbols, das Zeiger in dem Frequenzbereich aufweist; (ii) Verarbeiten des erzeugten Signals durch Anwenden einer inversen FFT-Operation auf die Zeiger des erzeugten Signals in dem Frequenzbereich, um I- und Q-Komponenten eines komplexen Signals in dem Zeitbereich zu erzeugen; (iii) Kombinieren der I- und Q-Komponenten, um ein Sendesignal zu erzeugen, das ein OFDM-Signal, das eine Vielzahl von gleichzeitig modulierten Trägern umfasst, aufweist; und (iv) Senden des Sendesignals; und bei der ersten (empfangenden) Endvorrichtung: (v) Empfangen eines empfangenen Signals, das eine zusammengesetzte Mehrwege-Ableitung des Sendesignals, das durch die zweite Endvorrichtung gesendet wird, aufweist; und (vi) Verarbeiten des empfangenen Signals, das das Durchführen einer Demodulationsoperation aufweist, um ein demoduliertes Signal zu erzeugen; (vii) Auflösen des demodulierten Signals in eine Mehrzahl von Komponenten, die unterschiedlichen Weglängenkomponenten, die in dem empfangenen Signal umfasst sind, entsprechen; (viii) Identifizieren, welche der aufgelösten Komponenten einer kürzesten Weglänge entspricht; und (ix) Berechnen einer Laufzeit von der zweiten Endvorrichtung zu der ersten Endvorrichtung für die identifizierte Komponente.
Verfahren nach Anspruch 27, bei der die zweite Endvorrichtung eine nicht modifizierte Standard-RU-Endvorrichtung ist.
Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, bei der das Verfahren unter Verwendung eines Einweg-Kommunikationsweges von der zweiten Endvorrichtung zu der ersten Endvorrichtung ohne eine Rückschleife in Betrieb ist.