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WO2024223934A1 - Verfahren zur funkbasierten entfernungsmessung, frequenzsynchronisation, zeitsynchronisation und zur erkennung und/oder verhinderung von relayangriffen unter auswahl der zu verwendenden funksignale - Google Patents

Verfahren zur funkbasierten entfernungsmessung, frequenzsynchronisation, zeitsynchronisation und zur erkennung und/oder verhinderung von relayangriffen unter auswahl der zu verwendenden funksignale Download PDF

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Publication number
WO2024223934A1
WO2024223934A1 PCT/EP2024/061779 EP2024061779W WO2024223934A1 WO 2024223934 A1 WO2024223934 A1 WO 2024223934A1 EP 2024061779 W EP2024061779 W EP 2024061779W WO 2024223934 A1 WO2024223934 A1 WO 2024223934A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
signal
phase
signals
frequency
objects
Prior art date
Application number
PCT/EP2024/061779
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rönne Reimann
Original Assignee
Lambda:4 Entwicklungen Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from PCT/EP2023/061372 external-priority patent/WO2024223061A1/de
Application filed by Lambda:4 Entwicklungen Gmbh filed Critical Lambda:4 Entwicklungen Gmbh
Publication of WO2024223934A1 publication Critical patent/WO2024223934A1/de

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
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    • G01S5/0221—Receivers
    • G01S5/02213—Receivers arranged in a network for determining the position of a transmitter
    • G—PHYSICS
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    • G01S5/02213—Receivers arranged in a network for determining the position of a transmitter
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01S5/0205—Details
    • G01S5/0242—Determining the position of transmitters to be subsequently used in positioning

Definitions

  • the invention relates to a method for radio-based distance measurement, frequency synchronization, time synchronization and furthermore also to a method for detecting and/or preventing relay attacks.
  • Synchronization is also provided within the framework of a Bluetooth connection, in which each object has a free-running 28-bit clock with a rate of 3.2 kHz and each object determines its offset to a central clock and corrects it regularly.
  • synchronization with an accuracy of around 1 25 ns is achieved.
  • Improved time synchronization is also known, for example from DE1 1 2014004426T5 or "Synchronization in Wireless Sensor Networks Using Bluetooth", Casas et al., Third International Workshop on Intelligent Solutions in Embedded Systems, 2005., ISBN: 3-902463- 03-1 .
  • the synchronization of the clocks is also possible, at least in the case of relatively strong one-sided interference. of the radio channel is still possible, but with such interference, distance measurement becomes impossible or very inaccurate or takes a very long time.
  • Synchronization to a clock pulse of a received signal at the receiver of the signal must be clearly distinguished from the accuracy of time synchronization.
  • the signal propagation time is not important here, since it does not matter when the signal was sent and/or how long it took to transmit.
  • Also known from WO 2022/096 091 A1 is a method for determining the distance between two objects, wherein the two objects are time-synchronized to 10 ns or better and wherein a first and/or second of the two objects emits signals on multiple frequencies and the distance between the first and second object is determined and wherein the method includes the decision as to whether/which signals from the first or second object are used, in particular based on at least one estimate or determination of the effects of interference on reception at both objects.
  • coherence information is necessary for this.
  • WO 2022/096 514 A1 discloses a method for detecting a relay attack, wherein radio signals with different frequencies are transmitted between a first and a second object and phase measurements and runtime measurements are carried out on these radio signals and the change in the phase measurements when the frequency changes is compared with the signal run measurements or their change and wherein a relay attack is assumed if a predetermined deviation or a deviation determined from measurements on the radio signals is exceeded.
  • in-line phase return i.e. to use the measured phase of a received signal and to modify the phase of the response signal sent on it based on the measured phase by adding the measured phase to a predetermined phase position and comparing the response signal with the phase obtained by this addition. phase position is sent.
  • in-line phase return it is known from US 8,446,254 B2 to send back the response signal with exactly the phase of the received query signal, but this still has the disadvantage that temporal information is missing.
  • This also includes a corresponding in-line phase return, in which, for example, the received phase of the query signal is always added to the phase zero for the transmission of the response signal. If the predetermined phase here were not zero, but that of a PLL whose phase position relative to the common time is known, this would bring further advantages.
  • the object of the invention is to provide a method in which no coherence information is necessary, in particular neither a phase-coherent switching nor a switching such that the phase after the switching is known relative to the phase position before the switching, is necessary and also the change in the phase does not have to be determined locally, in particular at the transmitter before the transmission and/or at the receiver with respect to the PLL of the receiver, and this change has to be corrected in the calculation.
  • the task is solved by temporal synchronization or a corresponding correction.
  • the two objects for determining the distance by means of radio signals or for detecting relay attacks, in particular for determining the distance by means of radio signals, between two objects, each having a timer, wherein the two objects emit radio signals at several frequencies and the radio signals are received by the non-transmitting of the two objects, and the receiving object carries out at least one measurement of the phase and/or at least one measurement of the signal arrival time and/or the signal propagation time relative to its timer for each frequency and/or radio signal and responds thereto by emitting at least one radio signal, in particular at approximately the same or the same frequency, wherein the non-responding object of the two objects receives the at least one radio signal emitted in response and carries out at least one measurement of the phase and/or at least one measurement of the signal arrival time and/or the signal propagation time relative to its timer for each frequency and/or radio signal, and responds thereto by emitting at least one radio signal, in particular at approximately the same or the same frequency, wherein the non-responding object of the two objects receives
  • the measurement of the phase shift is understood to mean in particular the signal propagation of the signal round trip between objects one and two.
  • the method is carried out in such a way that, in order to determine the time deviation and/or drift, the relative phase position of two radio signals of different frequencies is determined by means of the PLL of an object in dependence on the time difference of the generation or emission of the two signals at one of the objects relative to its timer, in particular by measurement or corresponding generation, is known and/or the phase position of the PLL of each of the objects at different frequencies relative to its timer, in particular by measurement or corresponding generation, wherein the determination of the time deviation and/or drift between the objects is carried out radio-based by means of phase measurement(s) on a plurality of the radio signals of different frequencies transmitted between the two objects.
  • the determination of the time deviation and/or drift is advantageously carried out by determining the phase shift of the transmission of the forward signal from the first to the second object and the return signal from the second to the first object using in-line phase return. This provides a particularly simple, reliable and robust implementation.
  • the in-line phase return is realized in that the phase position of the return path signal is changed by the negated measured phase of the forward path signal received at the second object relative to a phase position known relative to the local clock of the object sending the return path signal, in particular the phase position of its PLL.
  • the negated in-line phase return largely eliminates other influences, especially when repeated at different frequencies.
  • time deviation and/or drift based on at least two signal rounds, whereby different frequencies are preferably used for a second/further round than for the first/previous ones.
  • multiple forward and return path signals are exchanged with, in particular, negated and/or non-negated, in-line phase return, especially at different frequencies. This makes the process not only more accurate but also more robust against environmental influences,
  • the procedure is such that the phase position of a second signal received at the first object is determined at the first object and is used together with the phase position of a first signal at the first object relative to the PLL of the first object, in particular the difference in the phase positions, for time synchronization, in particular the change in the difference between two forward and return path signal pairs exchanged at different frequencies is used as a measure of the relative change of the local clocks, in particular as their relative change.
  • the determination of the time deviation and/or drift, in particular when the distance between the objects is known, is advantageously carried out radio-based by means of repeated, in particular exclusively, unidirectional signal exchange from the first to the second object, in particular at different frequencies, and on the basis of phase measurement(s) on the signal(s) received at the second object, wherein in particular the phase position of the unidirectional signal of the first object received at the second object is determined at the second object and the phase position of the first signal at the second object relative to the PLL of the second object, in particular the difference to a phase position mathematically expected for the same clocks, is used for time synchronization.
  • the method is advantageously carried out during and/or with an approximately unchanged radio channel or with an approximately known radio channel, distance and/or approximately known signal path length. This allows particularly accurate results to be achieved.
  • the relative difference, measured on received unidirectional signals at a first and a second frequency, of the phase shifts caused by the transmissions between the two unidirectional signals at the first and second frequency for time synchronization in particular used as a measure of the deviation of the local clocks, in particular multiplied by the proportionality factor two Pi used as the deviation of the local clocks.
  • the determination of the time deviation and/or drift is carried out by determining the phase shift of the transmission of the outgoing signal from the first to the second object and the return signal from the second to the first object by means of in-line phase return, wherein in particular the in-line phase return is realized by changing the phase position of the return signal relative to a phase position known relative to the local clock of the second object, in particular the phase position of its PLL, by the negated measured phase of the outgoing signal received at the second object.
  • multiple forward and return path signals are preferably exchanged with in-line phase return.
  • the procedure is such that the phase position of the second signal received at the first object is determined at the first object and is used together with the phase position of the first signal at the first object relative to the PLL of the first object, in particular the difference in the phase positions, to determine the time deviation and/or drift, in particular the change in the difference between two forward and return path signal pairs exchanged at different times and in particular at at least approximately identical frequencies is used as a measure of the frequency deviation.
  • the relative difference in the phase shifts caused by the transmissions between the two unidirectional signals at the first and second time, measured at two different times on received unidirectional signals, i.e. the first and second time, i.e. normalized to the difference between the first and second times is used as a measure of the deviation of the PLLs of the two objects, in particular as the deviation of the local PLLs of the objects.
  • the phase position of the unidirectional signal of the first object received at the second object is determined at the second object and the phase position of the first signal at the second object relative to the PLL of the second object, in particular the difference to a phase position mathematically expected at the same frequencies of the PLLs of the two objects, is used for time synchronization.
  • the distance determination can preferably be a phase-based distance measurement and/or a runtime-based distance measurement.
  • a relay attack is accepted and/or as a release decision, access or release is denied, a requested action or action is not carried out and/or an alarm or blocking is carried out and/or if a relay attack is not accepted and/or as a release decision, access or release is granted and/or the requested action or action is carried out and/or the alarm or blocking is not carried out.
  • radio signals in particular with different frequencies (f 1 , f2, f3), are preferably transmitted between the first and second object (01, 02) and phase measurements are carried out on a first subset of the radio signals, in particular with different frequencies, and these are compared with a reference, wherein a relay attack is assumed if a predetermined deviation or a deviation determined from measurements on the radio signals is exceeded, a Access or approval is denied, a requested action or action is not carried out and/or an alarm or blocking is carried out and/or if the deviation falls below the predetermined value or the deviation determined from measurements, in particular signal run measurements, the absence of a relay attack is assumed, access or approval is granted and/or the requested action or action is carried out and/or the alarm or blocking is not carried out, wherein a signal runtime measurement is carried out on a second subset of the radio signals, in particular at least partially identical to the first subset, in particular with different frequencies, wherein a series of measurements is formed based on the phase measurements and/or
  • Subsets have frequencies that are at least partially similar to one another, for example identical and/or adjacent frequencies in the radio protocol used.
  • one frequency is similar to another if the frequency spacing for frequencies above 1 GHz is a maximum of 5 MHz, in particular a maximum of 3 MHz.
  • one, in particular the smaller, of the first and second subsets, in particular at least 50%, in particular at least 90%, preferably 100%, of the frequencies of the radio signals contained in one subset and in the other of the first and second subsets contain similar and/or identical frequencies, wherein in particular each frequency of the other is only ever considered to be similar for a maximum of one frequency of the one, in particular when it is determined for frequencies of one whether similar or identical frequencies are present in the other.
  • the method is carried out in such a way that for every measurement in one of the first or second subsets there is a measurement in the other subset that is similar or identical in terms of frequency, in particular a similar one (in particular not deviating by more than 5 MHz) with a higher frequency and a similar one with a lower frequency, and that was carried out in close temporal proximity and/or with a largely unchanged radio channel.
  • a largely unchanged radio channel can be ensured in particular by a close temporal proximity, although this depends on the movement of the objects and changes in the actual environment and changes in radio interference, in particular in relation to the wavelength.
  • the effects should result in a phase change of less than 90° between the measurement times.
  • the comparison does not have to be made after conversion into distances, but the deviation can also be predetermined in other units that allow a comparison.
  • phase shift 2 Pi * (distance) * frequency / c, whereby it should be noted that from a certain distance onwards an ambiguity must be taken into account and c is equal to the speed of light
  • Phase shift Pi * (RTT*c) * Frequency / c
  • dPhase shift(f 1 ,f2) Pi * (RTT*c) * dFrequency(f 1 ,f2) / c
  • dPhase shift(f 1 ,f2)RT/ dFrequency(f 1 ,f2) Pi * RTT
  • the frequency intervals can be chosen so that no ambiguities arise, at least at distances under 150 meters.
  • the possible distance and/or the frequency difference dFrequency is/are chosen so that no ambiguity arises or that it can be neglected.
  • the distance is smaller than the speed of light divided by the frequency difference of the phase shift measurement, in particular at least half as small, in particular less than 300m, in particular less than 150m.
  • phase shift(f 1 ,f2)RT is a phase shift between the transmissions at frequencies f1 and f2 from one object to another and back, which occurs due to the distance. It can be approximately equated to twice the phase shift that occurs during transmission from one object to another due to the distance.
  • dphase shift(f 1 ,f2) is the possibly corrected distance-related phase shift difference of the radio signals received at frequency f1 and frequency f2 and dfrequency is their difference and c is the Speed of light.
  • RTT is the signal round trip time from one object to another and back.
  • conversions are also conceivable, for example, to a free or dimensionless quantity and/or by means of transformation, for example FFT.
  • a quantity with a new dimension is calculated for comparison using FFT
  • the larger subset is preferably reduced so that it has the same or a similar size, in particular one that differs by a maximum of 10%, as the smaller subset, in particular by the reduction being carried out in such a way that at least 90% of the frequency of the measurements, in particular every frequency of the smaller subset, is retained as similar as possible, whereby in particular only 1:1 assignments are made.
  • the object of the present invention is to speed up the distance determination, to enable it with greater accuracy and/or to enable or improve it even in the event of interference with the radio connection on one side.
  • the inventor has surprisingly discovered that it is possible to dispense with a transmission direction between time and/or clock synchronized objects. This ensures faster measurements, as switching times of the transceivers can also be largely dispensed with and enables distance determination even in the event of severe interference on one side of the radio channel.
  • the distance between two objects is determined, whereby the two objects are time and/or clock synchronized to 10ns or better, in particular in the range between 10ns and 100ps, and whereby a first and/or second of the two objects emits signals at several frequencies and the second and/or first of the two objects receives these signals and from this and the knowledge of the times of emission of characteristics of the signals, in particular at least one characteristic per frequency and/or per signal, determines the distance between the first and second object.
  • the first object can transmit and the second object can receive the signals of the first, or the second object can transmit and the first object can receive the signals of the second. Both can also be combined, in particular one after the other or alternately.
  • Signal characteristics are understood to mean changes in the signal, such as changes in amplitude, polarization, the radiating antenna (switching between antennas), frequency and/or phase.
  • aggregated groups of characteristics can also be used, which in some situations increase the robustness of the method.
  • modulated packets or sync words can be used as groups of characteristics.
  • the signals that the first object has sent or, in particular exclusively or exclusively are used.
  • this decision can also be made individually for each frequency or for frequency groups, ranges or frequency sub-bands.
  • signals from both objects can also be used at certain frequencies, frequency groups, ranges or sub-bands or at all frequencies.
  • a decision is made as to which of the signals from the first or second object are to be used, in particular for determining the distance.
  • this decision can also be made individually for each frequency or for frequency groups, ranges or frequency sub-bands.
  • the transmission conditions on both sides are good or similar on both sides, signals both objects at specific frequencies, frequency groups, spans or subbands, or at all frequencies.
  • the decision whether the signals of the first or, in particular, second object are used and/or which of the signals of the first or second object are used can be made before or after the transmission of the signals or after the transmission of part of the signals.
  • the speed is to be increased, it is preferable to make the decision as early as possible and to keep the number of unused signals sent to a minimum, especially after the decision has been made not to send any more.
  • the process is to be designed to be as resistant to interference as possible, the decision is only made after the signals from the first and second objects have been sent. Sent and received signals can be used to make the decision. However, other data or measurements can also be used alternatively or in addition, such as noise or signals from the receiver that are not related to the process. Knowledge of the general interference level at the location where the two partners are working can also be used to make the decision.
  • the first or, in particular exclusive or, of the second object are chosen for the distance determination, the reception of which was, is or is likely to be less disturbed at the other of the two objects.
  • this decision can also be made for each frequency individually or for frequency groups, ranges or frequency sub-bands individually.
  • signals from both objects can also be used at specific frequencies, frequency groups, frequency ranges or sub-bands, or at all frequencies.
  • the signals chosen for determining the distance are those of the first or, in particular, the second object, whose reception at the other of the two objects was, is or will probably be less disturbed. In a special embodiment, this decision can also be made for each frequency individually or for frequency groups, ranges or frequency sub-bands individually. In particular, if the transmission conditions on both sides are good or similar on both sides, signals from both objects can also be used at certain frequencies, frequency groups, ranges or sub-bands or at all frequencies.
  • the decision is made in particular in such a way that the signals, in particular of a frequency, a frequency group or range or a frequency sub-band of the first or, in particular exclusive or, of the second object, the reception of which at the other of the two objects was, is or is likely to be more disturbed than the signals, in particular of the frequency, the frequency group or range or the frequency sub-band, of the other of the two objects, are not selected and/or not used for the determination.
  • the decision is made in particular in such a way that the signals, in particular of a frequency, a frequency group or range or a frequency sub-band of the first or, in particular exclusive or, of the second object, the reception of which at the other of the two objects was, is or is likely to be less disturbed than the signals, in particular of the frequency, the frequency group or range or the frequency sub-band, of the other of the two objects, are selected and/or used for the determination.
  • one or none of the signals can be used.
  • the decision is preferably based on the strength of the interference, in particular compared to other frequencies, frequency groups or spans or frequency sub-bands in which first and/or second signals were or are sent.
  • the signals of the first object exclusively or the signals of the second object or none of the signals are selected and/or used.
  • the interference can be assessed, for example, on the basis of the signal-to-noise ratio, the carrier-to-noise ratio, bit error frequency, bit error probability, symbol error frequency, bit error probability or other measurement variables or methods for assessing the signal quality or quality of the transmission channel, as is also known, for example, from EP 0 664 625 A2.
  • the signals are primarily radio signals.
  • the distances obtained from the one-sided or inventive distance measurement described here depend on the frequency used to determine the distance when using commercially available transceivers such as the somewhat older cc2500 or the current cc26xx from Texas Instruments or the Kw35/36/37/38 from NXP or the DA1469x from Dialog. Inaccuracies in the transceivers also seem to lead to calculated distances below the actual distance, but only at frequencies whose transmission channel is strongly attenuated, so that these can easily be eliminated in the calculation.
  • signal components at frequencies with less than 40% or at least signals with less than 20%, in particular less than 40%, of the average energy of the signals and/or signals with more than 140%, in particular more than 120%, of the average energy received are not taken into account.
  • the lower power limit is in the range of 5 to 50% of the average power of the received signals and/or the upper power limit is in the range of 120 to 200% of the average power of the received signals.
  • the x% of the signals with the smallest received amplitude are sorted out and not used and/or the y% of the signals with the largest received amplitude are sorted out and not used. It has proven to be particularly advantageous if the sum of x and y is not less than 10 and/or does not exceed 75 and/or x is in the range from 10 to 75 and/or y is in the range from 20 to 50. With these values, a high level of accuracy and reliable distance determination can be achieved in most situations.
  • the second or, in particular exclusive or, first object sends no signals for distance determination and/or the second or the first object sends, in particular exclusive or, signals only for time and/or clock synchronization. This allows energy and processing time to be saved.
  • the first and/or second or each of the two objects sends the signals on several frequencies one after the other and/or consecutively, in particular immediately following each other.
  • the first and second objects send, all signals from the first or second object are sent first and then those from the other. This allows reduce, among other things, the effects of changes in environment or distance and of movements of one or both objects.
  • the bandwidth of the signals never exceeds 50 MHz, especially 25 MHz. This saves energy, prevents interference with other processes and allows simpler components to be used compared to broadband processes.
  • At least one time and/or clock synchronization and/or correction is carried out between the two objects before, after and/or during the execution of the method.
  • This increases the accuracy of the method.
  • a drift of the clock of the first and/or second object or a difference in the drift of the clocks of the first and second object is also determined and taken into account when determining the distance. This increases the accuracy of the method.
  • the method is advantageously carried out in such a way that the frequency spacing between two consecutive frequencies of the plurality of frequencies is at least 0.1 MHz and/or a maximum of 10 MHz and/or the plurality of frequencies represent at least five frequencies and/or a maximum of 200 frequencies and/or the plurality of frequencies span a frequency band of at least two MHz and/or a maximum of 100 MHz. This makes it possible to find a balance between bandwidth requirements, which place demands on available frequencies and hardware, and accuracy.
  • the method is carried out in such a way that the accuracy of the distance determination is in the range of 0.3 m to 3 m, in particular at least for distances in the range of 0 to 50 m.
  • the advantages of the invention are particularly evident.
  • the distance determination is based on determining the signal propagation time from the first to the second or from the second to the first object and/or on determining the phase shift of the signals from the first to the second or from the second to the first object.
  • the portion of the shortest signal path (the shortest distance discernible in the signal) in the received signal can also be searched for using FFT and/or high-resolution methods such as MUSIC or CAPON. To do this, the signal portions of the shortest path between the two objects (in particular the transmitter and receiver) are isolated using FFT and/or high-resolution methods and only these are used for further use, in particular for phase measurement.
  • a value proportional to its amplitude and a phase value are determined and, in particular, a complex number is determined from each of these, which is used to determine the distance between the first and second objects.
  • the phase value is determined in particular by calculating a phase shift change normalized to a frequency spacing for a large number of pairs of signals with adjacent frequencies, i.e. by approximately calculating the derivative of the phase shift at one of the frequencies of the pair and using the values collected in this way to determine the phase and/or the argument of the complex number at the respective frequency (the value associated with the value proportional to the amplitude), in particular by approximately integrating over the frequency.
  • the phase value and/or the argument of the complex numbers is determined from the signal propagation time or signal round trip time.
  • dPhase shift(f 1 ,f2) a * RTT(f3) * dFrequency(f 1 ,f2) where dFrequency(f 1 ,f2) is the difference between the frequencies f1 and f2
  • RTT(f3) is the double signal propagation time or the signal round trip time between first and second object at one or more frequencies f3, similar to f1 and/or f2 and/or vice versa and where a is a constant, in particular equal to two pi.
  • phase shift changes are therefore summed with the frequency intervals, from the lowest frequency to the frequency in question for which the complex number is to be determined.
  • Amplitude(f) is the received amplitude measured at frequency f or an average of several amplitudes measured at frequency f and/or frequencies similar to f.
  • the phase shift is a phase shift in the transmission at frequency from one object to another and back that occurs due to distance. It can be approximately equated to twice the phase shift that occurs in the transmission at frequency from one object to another due to distance.
  • a matrix in particular an autocorrelation matrix, is formed from a plurality of complex numbers and the distance is determined using known methods, for example MUSIC, CAPON, comparison with, distance calculation to and/or projection onto radiation and/or reception characteristics.
  • the distance calculation is advantageously carried out using eigenvalue or eigenvector determination of the at least one matrix and/or Fourier transformation of the complex values. Such procedures are particularly advantageous in multipath signal propagation in order to achieve a reliable determination.
  • a location it is advantageous to carry out the method according to the invention between a plurality of pairs of objects, wherein in particular one object of each pair is an object that is involved in all pairs, and wherein the determined distances of the pairs are used to map and/or determine the position of at least one of the objects In particular, it is advantageous to carry out these pairwise measurements simultaneously.
  • the problem is also solved by one or two objects or systems, each equipped with transmitting and receiving means and a controller, equipped to carry out the method according to the invention.
  • the objects are advantageously parts of a data transmission system, in particular a Bluetooth, WLAN or mobile radio data transmission system.
  • the signals are preferably signals of the data transmission system, in particular of a data transmission standard, for example mobile radio standard, WLAN or Bluetooth, which are used for data transmission in accordance with the data transmission standard.
  • the signals are transmitted via several antenna paths, in particular at least three, in particular with several antennas, in particular one after the other, sent at the transmitting object and/or received with several antennas at the receiving object.
  • the calculation is carried out as follows: When averaging the measured distances, measurements of the received signals with less than 40% of the average energy of the received signals are ignored. This means that measurements on frequencies with a strongly attenuated transmission channel are excluded.
  • the exact time difference and time drift between the two objects are also determined and the reception times of characteristics of the signals whose transmission times are known are measured on n > 1 frequencies.
  • the results can be used to determine the distance in various ways, for example:
  • dPhase shift 2 Pi * (2*distance) * dFrequency / c
  • dphase shift is a distance-related phase difference between two frequencies that are spaced apart by dfrequency or a difference between two distance-related phase shifts between transmissions between two frequencies that are spaced apart by dfrequency
  • c is the speed of light
  • sumPh(Fn) sum dPhase shift (FO...Fn) FO to Fn are the multiple frequencies.
  • a radio signal with a first frequency is transmitted from the first object to the second object and the second object responds by transmitting a second radio signal, in particular also with approximately the first frequency, to the first object.
  • This signal cycle is preferably repeated, but with a second frequency, different to the first frequency.
  • the repetition takes place several times, in particular with several frequencies, wherein the frequency spacing between two of the several frequencies which follow one another in terms of frequency and/or time sequence is at least 0.1 MHz and/or a maximum of 10 MHz and/or the several frequencies represent at least five frequencies and/or a maximum of 200 frequencies and/or wherein the several frequencies span a frequency band of at least two MHz and/or a maximum of 100 MHz.
  • the transmitted received radio signal is broken down into signal path components and one or more signal path components are always considered separately for the following determinations, in particular one or more whose radio signal path length is known.
  • known methods can be used to try to reduce multipathing, for example by suitable selection of frequencies.
  • the synchronization of the two timers can be achieved quickly and easily using (negated) in-line phase return. This can also be used to determine the frequency deviation of the PLLs of the two objects.
  • the frequency deviation of the PLLs of the two objects from each other (CFO crystal frequency offset), which can be used directly for frequency synchronization, can be determined, for example, using the following procedure:
  • ddPhase(t2,t1 ) is the measured change between the phase shifts of two response signals of the second object (difference of the second straight line), where the second object has sent these two response signals to the signals sent at time t1 and at time t2 of the timer on the first object (one to the one sent at time t1 and one to the one sent at time t2) and these two response signals at first object and, when the second object sends the response signals, it has already subtracted the phase of the signals sent at times t1 and t2 previously received from the phase position known relative to the timer of the second object (negated in-line phase return).
  • the phase shift is the phase shift caused by the radio channel and/or the transmission of the signals (during round trip (one signal from the first object to the second and from the second to the first) with negated in-line phase return).
  • the change in the phase shift is then to be understood in particular as the change in the phase shift from the first (starting at t1) to the second (starting at t2) round trip with negated inline phase return, i.e. the difference of the second straight line.
  • the signals of a round trip advantageously have similar, in particular approximately identical or identical frequencies. Approximately identical frequencies exist in particular when they are considered identical due to the existing synchronization, their deviation is not greater than the current CFO and/or their difference is not more than 100 MHz.
  • a longer time interval between the round trips and/or t1 and t2 results in greater accuracy and is therefore preferable.
  • the uniqueness at (2 * Pi)/2 must be ensured.
  • the time interval between the round trips can be optimized so that it is chosen to be large but the uniqueness is still maintained. In practice, particularly with an existing CFO of 100 Hz or better (lower), time intervals between t1 and t2 or the round trips in the range of 0.3 to 50 ms have proven to be effective.
  • the frequencies of the signals sent at time t1 and at time t2 of the timer on the first object are chosen to be identical and the frequencies of the response signals of the second object to the signals sent at time t1 and to the signal sent at time t2 of the timer on the first object are also chosen to be identical, in particular approximately identical to the frequencies of the signals sent at time t1 and at time t2 of the timer on the first object. This means that they were matched in particular as far as was possible with the information and resources available.
  • the method can also be carried out unidirectionally and even with only one signal at one frequency. If a signal with a frequency and known phase position is emitted at the first object at a known time, the expected phase position at the second object can be calculated. If the real phase position is measured, the CFO can be calculated from this. However, all errors in relation to the signal path length and time synchronization as well as phase measurement then play a direct role in determining the CFO. Therefore, this is only used in particular as a supplement to an inventive time synchronization.
  • the method is repeated at several different frequencies (e.g. fa and fb) at different times (e.g. ta for the start of execution at fa and tb for the start of execution at frequency fb; t1 is then in particular equal to ta in each case).
  • the frequencies have no linear distances from the time of execution (e.g. ta and tb) or only a low linear dependency, in particular of less than 10%.
  • a low linear dependency is given in particular when the two-dimensional vectors, each consisting of frequency and transmission time, have a linear component of less than 10% to one another.
  • a response signal is the response signal that is sent to the signal transmitted with frequency f1 and a response signal is the response signal that is sent to the signal transmitted with frequency f2.
  • the measurement of the runout of the first signal at f1 and the corresponding response signal and the measurement of the runout of the second signal at f2 and the corresponding response signal are advantageously carried out at a time interval in which the channel has not changed significantly, in particular at the same time.
  • a CFO also leads to deviations if the measurements are not carried out simultaneously. The deviation is indeed smaller if the CFO is approximately known. mathematically calculable, but it is best to avoid this or keep it small. In practice, a time interval of a maximum of 100 ms has proven to be effective.
  • signals for determining the frequency deviation and/or frequency synchronization are also used for determining the time difference and/or time synchronization, or vice versa.
  • frequency hopping is used in particular, in particular with non-equidistant frequency intervals and/or frequency intervals that are small or non-linear compared to the transmission time.
  • this is a method for determining the frequency deviation and/or frequency synchronization on the one hand and for determining the time difference and/or time synchronization on the other.
  • the methods are repeated individually or together at several different frequency pairs (e.g. several pairs fa and fb) at identical or different times (e.g. ta1 for the start of the execution at f a 1 and f b 1 and ta2 for the start of the execution at the frequencies fa2 and fb2).
  • the frequencies and/or frequency differences have little or no linear dependence on the time of execution.
  • the implementation is carried out on several pairs of frequency pairs simultaneously.
  • the radio signal exchange between the anchors/objects for time synchronization takes place in a preferred embodiment in which a fast switching between the emission frequencies is possible, in particular in relation to the time for switching the transmitter amplifier on and off, so that first an object (e.g. first anchor), in particular one after the other, on different frequencies and then another object (e.g. second anchor), especially one after the other, sends them on different frequencies. This can reduce the time required.
  • first anchor e.g. first anchor
  • another object e.g. second anchor
  • the radio signal exchange between the objects for time synchronization takes place in another preferred embodiment in which a slow switching between the emission frequencies is provided, particularly in relation to the time for switching the transmission amplifier on and off, so that the objects only send one signal at a time on one frequency, i.e. they always alternate. This can reduce the time required.
  • the, in particular ongoing, time synchronization of the objects/anchors in particular after an initial (possibly also arbitrary) time synchronization, with and/or during an approximately constant radio channel (reference channel) (e.g. if the average distance of the transmitted energy of the radio channel changes by less than 1 m, in particular by less than 10 cm, and/or the time synchronization is carried out in such a way that this condition is met) between the anchors can be carried out radio-based, this is preferably carried out in such a way that the, in particular ongoing, time synchronization takes place between two anchors, in particular repeatedly and/or continuously, by means of unidirectional signal exchange on several frequencies and on the basis of phase measurements on the exchanged unidirectional signals.
  • an approximately constant radio channel reference channel
  • dPh(F2,F1 ) is the relative (i.e. normalized to the difference between the frequencies F1 and F2) change in the phase shift (second order difference of the phase shift) (caused by the transmission channel) between the two unidirectional signals at F1 and F2 measured on received unidirectional signals at frequencies F1 and F2, for example from the first to the second anchor, then ddPh((F2,F1 ),t2, t1 ) is the relative Phase shift difference, i.e. the phase shift measured at time t2 corrected for the effect of the transmission channel, i.e.
  • ddPh((F2,F1 ),t2, t1 ) dPh(F2,F1 )(t2) - dPh(F2,F1 )(t1 ) with dPh(F2,F1 )(t2) as dPh(F2,F1 ) of a signal sent or received at time t1 and dPh(F2,F1 )(t1 ) as dPh(F2,F1 ) of a signal sent or received at time t2, then ddPh() is proportional to the shift dT of the time base between the objects/anchors between times t1 and t2.
  • dT ddPh((F2,F1 ),t2, t1 ) / (2*pi) / (F2-F1 )
  • the change in the measured phases, in particular phase shifts, in particular at a plurality of frequencies is preferably considered with the "reference measurement” with known time synchronization (t1).
  • the distance between which is preferably chosen to be large, in particular in the range of 50 - 500 MHz
  • a particularly error-tolerant determination can be made, which in particular places lower demands on the CFO and the previously existing rough time synchronization and nevertheless avoids the ambiguity problem quite reliably, because a measurement is virtually only carried out at the difference frequency, so to speak.
  • the measurement is carried out in the 2.4 GHz band with the frequencies 2400 and 2480 MHz, for example, the difference is only 80 MHz.
  • ddPh((F2,F1 ),t2, t1 ) can also be replaced by an average of several ddPh((Fn,Fm),t2, t1 ) with several frequency pairs Fn,Fm. This can increase the accuracy.
  • ddPh is therefore the change in the phase shift measured at the second object (previously adjusted for the phase shift caused by the transmission channel) between signals received at the second object that were sent at the first object at times t1 and t2.
  • the time deviation can also be determined simply using a unidirectional signal. If a signal with a known phase position is emitted from the first object at a frequency and its phase position is determined at the second object, this can be compared with the expected phase position and dT can be determined directly from the deviation. However, this requires high accuracy requirements, especially at high frequencies, in order to avoid ambiguity.
  • the frequencies used in this text are preferably above 2 GHz. This allows a high level of accuracy to be achieved and existing transmitters, such as Bluetooth, WiFi and/or mobile communications, e.g. LTE, can be used.
  • the objects or at least some of the objects represent an anchor network.
  • an infrastructure for locating objects can be created in a simple manner by means of the anchor network, whose anchors carry out time synchronizations with each other and whose distances, in particular at least relative positions, are determined/known.
  • the distance between the anchors/objects and/or their relative position is advantageously determined using radio-based distance measurements between two of the anchors/objects. This means that other measurement methods, such as manual or light-based ones, can be completely dispensed with. This reduces the amount of equipment required. It also enables the quick and easy setting up of anchor networks, for example ad hoc. This can be helpful in emergency situations, for example, to track down a radio node, such as a cell phone.
  • a group of people each carrying a radio node, such as a cell phone, can use the radio nodes of the remaining people to set up an anchor network and quickly locate the radio node of the lost or buried person.
  • the radio nodes can determine their relative position using GPS and/or radio-based distance measurement, for example.
  • the position of some or all of the anchors can also be adjusted in order to improve the determination in a subsequent implementation of the method. This makes it possible to achieve precise location very quickly and reliably.
  • the position of the anchors is changed, in particular iteratively, so that they are arranged around the radio node to be located, in particular evenly.
  • some or all of the anchors can move to the approximate position between measurements, in particular from different sides, while maintaining a minimum distance between the anchors, in particular a predetermined distance of e.g. 2 m.
  • the anchors adjust the phase of the emitted signals based on a time difference between the anchors so that the signals of the anchors appear to be emitted coherently.
  • the anchors send their signals at times set relative to their respective local timers, which leads to deviations due to drift even with time synchronization.
  • an anchor system can appear to be non-coherent when viewed from the outside. This can be achieved by slightly changing the Switching times can be changed so that the anchor system appears coherent from the outside, at least from a certain distance from each anchor. This would then simplify the necessary calculations.
  • the anchor or some of the anchors are part of, in particular, stationary loudspeakers and/or lamps and/or other electrical infrastructure installed or operated in buildings or rooms (also: sockets, switches, smoke detectors, etc.).
  • the radio node communicates with the at least two anchors (each also an object) via several antenna paths and/or the anchors, or abstractly two objects, communicate with each other in pairs via several antenna paths.
  • An antenna path is in particular the radio channel from a first transmitting antenna to a first receiving antenna. If, for example, two antennas are used for reception, for example of an object, e.g. an anchor, and the signals received with them are evaluated separately, two antenna paths are used. If, for example later in time, a second transmitting antenna, e.g. of the radio node, is also used and received with the two receiving antennas, four antenna paths are used.
  • an anchor network of mobile devices ad hoc and that the anchors first determine information about their relative arrangement and synchronize frequencies and/or times, in particular do this repeatedly. In this way, a solid anchor network and determination can be carried out quickly, this is possible with active and/or passive radio nodes.
  • active and/or passive radio nodes are advantageous, for example, when a large number of radio nodes are used simultaneously and/or the radio node(s) should remain anonymous and/or undetected.
  • active radio nodes can be advantageous if they have as few should consume electrical power, i.e. only transmit for a short time and not receive for long.
  • the combination of active and passive provisions regarding a radio node can utilize the advantages of both variants.
  • Ph const + dt * f + s / lambda const is the phase difference between the two PLLs of objects A and B.
  • dt the time deviation of the timers of objects A and B - the formula does not take time drift into account
  • s constant distance between the objects lambda: wavelength at frequency f
  • phase shift (PhA) and PhB) at the receiving objects A and B is then:
  • PhA const + dt * f + s / lambda
  • PhB -const + -dt * f + s / lambda
  • PhA + PhB const + dt * f + s / lambda - const - dt * f + s / lambda
  • PhA + PhB 2 * s / lambda
  • the distance s can be determined, especially preferably with non-negated in-line phase return.
  • PhA - PhB const + dt * f + s / lambda + const + dt * f - s / lambda
  • PhA - PhB 2 * const + 2 * dt * f
  • the time offset can be determined in this way, especially with negated inline phase return, and used in particular for correction. If this is repeated at a different time, the relative drift of the timers can also be determined, for example.
  • PhA(f1 ) - PhB(f 1 ) - (PhA(f2) - PhB(f2)) 2 * const + 2 * dt * f1 - 2 * const - 2 * dt * f2
  • PhA(f1 ) - PhB(f 1 ) - (PhA(f2) - PhB(f2)) 2 * dt * f1 - 2 * dt * f2
  • PhA(f1 ) - PhB(f 1 ) - (PhA(f2) - PhB(f2)) 2 * dt * (f 1 - f2)
  • dT [PhA(f 1 ) - PhB(f 1 ) - (PhA(f2) - PhB(f2))] / 2 / dF
  • the time offset can be determined easily and reliably. If the time difference is known, the frequency difference can be determined easily and reliably.
  • Fig. 1 shows an example of two possible process sequences
  • Fig. 2 an illustration of an anchor network and an active
  • Fig. 3 an illustration of an anchor network and a passive
  • Fig. 4 an illustration of a time synchronization using in-line phase return.
  • Figure 1 shows two possible procedures purely schematically and not restrictively and only as an example.
  • the decision is only made after the signals from the first and second object are sent, while in the right column this is done before the signals are sent and only one of the objects sends the signals. What both have in common is that the calculation or determination of the distance only takes into account the signals from one of the objects.
  • Figure 2 shows an anchor network with two anchors A1, A2 with fixed positioning and known distance.
  • the radio node FK sends unidirectional signals that are received by the anchors A1, A2. From this, the difference in the distances shown by double arrows is determined. If the method is carried out with several anchors, for example three or four, and their positions are known, the position of the radio node can be determined in 2 or 3 dimensions.
  • Figure 3 shows an anchor network with two anchors A1, A2 and a passive radio node FK, which receives the unidirectional signals of the anchors A1, A2 and determines the difference of the distances shown by double arrows.
  • the position of the radio node can be determined in 2 or 3 dimensions.
  • Figure 4 shows an illustration of time synchronization by means of negated in-line phase return between two objects A1, A2 that can be anchors of an anchor network.
  • the objects each have local timers and each have a PLL, which are preferably set to approximately the same frequencies, the phase position of which is known in relation to the respective local timer of the object, but is assumed here for simplicity to be identical, and the phase of which for each anchor is shown at two times Ta, Td for object A1 and Tb, Tc for object A2 by pointers in a circle, the outer circle in each case.
  • the pointers in the inner circles show the phase of a signal.
  • the arrows between the objects illustrate signals, namely the upper one a first from the first object A1 to the second object A2 and the lower one a second from the second object A2 to the first object A1.
  • the first object sends a signal with the phase position of the internal PLL, so the pointers are identical.
  • This signal start is received at the second object at time Tb, with a phase position that is indicated by the upper left pointer, while the internal PLL of the second object A2 has the phase shown by the pointer at the top right.
  • the second object starts to send the second signal at time Tc, which has been assumed to be approximately equal to Tb for the sake of simplicity. Without in-line phase return, this signal would be sent with the phase of the PLL.
  • the negated in-line phase return however, it is now rotated by the negated deviation of the received first signal from the PLL of the second object and is thus sent starting with a different phase position, illustrated by the lower left pointer in the second object.
  • the first object receives the signal and determines the phase position of the signal start in relation to its own PLL. From this, together with the phase of the start of transmission of the first signal, it can determine the phase shift through the radio channel of the round trip.
  • the start of the signal does not necessarily have to be used as the temporal reference point. If the distance is constant and known, the deviation of the objects' timers can be determined, for example using the formula explained above
  • PhA - Phß 2 * const + 2 * dt * f

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur funkbasierten Entfernungsmessung und im Weiteren auch ein Verfahren zur Erkennung und/oder Verhinderung von Relayangriffen sowie ein Verfahren zur Zeit- und/oder Frequenzsynchronisation. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, bei dem keine Kohärenzinformation notwendig ist, insbesondere weder ein phasenkohärentes Umschalten, noch ein Umschalten so, dass die Phase nach der Umschaltung relativ zur Phasenlage vor der Umschaltung bekannt ist, notwendig ist und auch nicht die Änderung der Phase lokal, insbesondere also beim Sender vor der Übertragung und/oder beim Empfänger bezüglich der PLL des Empfängers, bestimmt werden und diese Änderung in der Berechnung korrigiert werden muss. Gelöst wird die Aufgabe durch eine zeitliche Synchronisation bzw. eine entsprechende Korrektur.

Description

Verfahren zur funkbasierten Entfernungsmessung, Frequenzsynchronisation, Zeitsynchronisation und zur Erkennung und/oder Verhinderung von Relayangriffen unter Auswahl der zu verwendenden Funksignale
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur funkbasierten Entfernungsmessung, Frequenzsynchronisation, Zeitsynchronisation und im Weiteren auch ein Verfahren zur Erkennung und/oder Verhinderung von Relayangriffen.
Es ist bekannt, aus dem Austausch von Funksignalen zwischen zwei Objekten die Entfernung zwischen den Objekten zu bestimmen, Frequenzsynchronisation bzw. Zeitsynchronisation durchzuführen.
Auch ist es bekannt, Zeitgeber in zwei Objekten zu synchronisieren, sowohl über kabelgebundene als auch kabellose Verbindungen. So existiert beispielsweise das NTP Protokoll. Auch ist im Rahmen einer Bluetoothverbindung eine Synchronisation vorgesehen, in der jedes Objekt eine frei laufende 28 bit Uhr mit einem Takt von 3,2 kHz aufweist und jedes Objekt sein Offset zu einer Zentralen Uhr ermittelt und diesen regelmäßig korrigiert. Hier wird eine Synchronisation mit einer Genauigkeit von etwa 1 25 ns erreicht. Auch ist eine verbesserte Zeitsynchronisation bekannt, beispielsweise aus der DE1 1 2014004426T5 oder „Synchronization in Wireless Sensor Networks Using Bluetooth", Casas et al., Third International Workshop on Intelligent Solutions in Embedded Systems, 2005., ISBN: 3-902463- 03-1 . Dies kann beispielsweise zur Energieeinsparung genutzt werden, indem ein Objekt nur zu bestimmten Zeitschlitzen empfangsbereit gehalten wird, die dem anderen Objekt bekannt sind, um zu entsprechenden Zeiten zu senden. Die Synchronisation der Uhren ist auch zumindest bei einseitiger relativ starker Störung des Funkkanals noch möglich, wobei die Entfernungsmessung bei derartigen Störungen unmöglich oder sehr ungenau wird oder sehr viel Zeit benötigt. Klar von der Genauigkeit einer Zeitsynchronisation zu unterscheiden ist die Synchronisation auf einen Takt eines empfangenen Signals am Empfänger des Signals. Hier findet keine Synchronisation zweier Uhren an zwei Objekten statt, sondern wird das empfangene Objekt so eingestellt, dass es mit dem eingehenden Signal synchronisiert ist. Dabei spielt die Signallaufzeit keine Rolle, da dafür unbeachtlich ist, wann das Signal gesendet wurde und/oder wie lange es zur Übertragung benötigt hat.
Auch ist es aus der WO 2022/096 091 A1 ist ein Verfahren zur Abstandsbestimmung zwischen zwei Objekten bekannt, wobei die beiden Objekte auf 10ns oder besser zeitsynchronisiert sind und wobei ein erstes und/oder zweites der zwei Objekte auf mehreren Frequenzen Signale abstrahlt und die Entfernung zwischen erstem und zweitem Objekt bestimmt wird und wobei das Verfahren die Entscheidung beinhaltet, ob/welche Signale des ersten oder zweiten Objekts verwendet werden, insbesondere auf Basis mindestens je einer Abschätzung oder Bestimmung von Auswirkungen von Störungen auf den Empfang an beiden Objekten. Dabei ist aber eine Kohärenzinformation notwendig.
Zudem ist aus der WO 2022/096 514 A1 ein Verfahren zur Erkennung eines Re- layangriffs bekannt, wobei zwischen einem ersten und einem zweiten Objekt Funksignale mit unterschiedlichen Frequenzen übertragen werden und an diesen Funksignalen Phasenmessungen und Laufzeitmessungen vorgenommen werden und die Veränderung der Phasenmessungen bei Veränderung der Frequenz mit den Signallaufmessungen oder deren Veränderung verglichen wird und wobei bei einer Überschreitung einer vorbestimmten oder aus Messungen an den Funksignalen bestimmten Abweichung ein Relayangriff angenommen wird.
Für die Entfernungsbestimmung ist es bekannt, mit in-line phase return zu arbeiten, also die gemessene Phase an einem empfangenen Signal zu nutzen und die Phase des darauf gesendeten Antwortsignals basierend auf der gemessenen Phase zu modifizieren, indem auf eine vorbestimmte Phasenlage die gemessene Phase addiert wird und das Antwortsignal mit dem durch diese Addition erhaltenen Phasenlage gesendet wird. Aus der US 8,446,254 B2 ist es beispielsweise bekannt, das Antwortsignal mit genau der Phase des empfangenen Abfragesignals zurückzusenden, die aber noch den Nachteil mitbringt, dass eine zeitliche Information fehlt. Darin ist auch ein entsprechendes in-line phase return zu sehen, bei der beispielweise zur Phase null immer die empfangene Phase des Abfragesignals für die Aussendung des Antwortsignals addiert wird. Wäre hier die vorbestimmte Phase nicht null, sondern die einer PLL deren Phasenlage relativ zur gemeinsamen Zeit bekannt ist, würde dies weitere Vorteile bringen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, bei dem keine Kohärenzinformation notwendig ist, insbesondere weder ein phasenkohärentes Umschalten, noch ein Umschalten so, dass die Phase nach der Umschaltung relativ zur Phasenlage vor der Umschaltung bekannt ist, notwendig ist und auch nicht die Änderung der Phase lokal, insbesondere also beim Sender vor der Übertragung und/oder beim Empfänger bezüglich der PLL des Empfängers, bestimmt werden und diese Änderung in der Berechnung korrigiert werden muss.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine zeitliche Synchronisation bzw. eine entsprechende Korrektur.
Erfindungsgemäß wird zur Abstandsbestimmung mittels Funksignalen oder Erkennung von Relayangriffen, insbesondere auf eine Abstandsbestimmung mittels Funksignalen, zwischen zwei Objekten jeweils aufweisend einen Zeitgeber, wobei die zwei Objekte auf mehreren Frequenzen Funksignale abstrahlen und die Funksignale von dem jeweils nicht sendenden der zwei Objekte empfangen werden und das empfangende Objekt daran jeweils je Frequenz und/oder Funksignal mindestens eine Messung der Phase und/oder mindestens eine Messung der Signalankunftszeit und/oder der Signallaufzeit relativ zu seinem Zeitgeber durchführt und darauf mit der Abstrahlung mindestens eines Funksignals, insbesondere auf näherungsweise der oder der gleichen Frequenz, antwortet, wobei das jeweils nicht antwortende Objekt der zwei Objekte das mindestens eine als Antwort abgestrahlte Funksignal empfängt und daran je Frequenz und/oder Funksignal mindestens eine Messung der Phase und/oder mindestens eine Messung der Signalankunftszeit und/oder Signallaufzeit relativ zu seinem Zeitgeber durchführt und daraus, sowie insbesondere der Kenntnis über die Zeitpunkte der Abstrahlung von Merkmalen der Signale relativ zum Zeitgeber des abstrahlenden Objekts und/oder basierend auf einem in-line phase return, bei dem insbesondere die empfangene Phase auf die ansonsten zur Abstrahlung vorgesehene Phase addiert wird, mindestens eine Bestimmung der, insbesondere durch die Übertragung bedingte, Phasenverschiebung und/oder mindestens eine Bestimmung der Signallaufzeit je Frequenz erfolgt und auf Basis der mindestens einen Bestimmung eine Auswertung erfolgt, die insbesondere die Entfernung zwischen erstem und zweitem Objekt bestimmt und/oder ermittelt, ob ein Relayangriff vorliegt und/oder eine Freigabeentscheidung trifft, eine Bestimmung einer Zeitabweichung zwischen den Zeitgebern der Objekte, uns insbesondere auch einer zumindest relativen Drift der Zeitgeber der Objekte, vorgenommen und beinhaltet das Verfahren zumindest für jede Frequenz und/oder jeden Signalrundlaufzeitraum eine Entscheidung, ob die Messungen an dem mindestens einen Signal des ersten und/oder zweiten Objekts für die Entfernungsbestimmung und/oder die Ermittlung verwendet wird, wobei die Entscheidung insbesondere auf Basis mindestens je einer Abschätzung oder Bestimmung von Auswirkungen von Störungen auf den Empfang an beiden Objekten, insbesondere deren Verhältnis und/oder Unterschied, insbesondere auf Basis von Amplituden, Kanal- und/oder Messqualitätsindikatoren, wie beispielsweise die Anzahl und/oder Häufigkeit von Bitfehlern, Signalempfangsamplitudenunterschieden und/oder CQI, erfolgt, wobei für die Entfernungsbestimmung und/oder Ermittlung die ausgewählten Messungen um den Einfluss der bestimmten Zeitabweichung und der bestimmten Drift korrigiert werden.
Unter der Messung der Phasenverschiebung ist insbesondere die durch Signalpropagation des Signalrundlaufs zwischen den Objekten eins und zwei zu verstehen.
Vorteilhafterweise wird das Verfahren so durchgeführt, dass zur Bestimmung der Zeitabweichung und/oder Drift jeweils die relative Phasenlage zweier Funksignalen unterschiedlicher Frequenz mittels der PLL eines Objekts in Abhängigkeit zu der Zeitdifferenz der Erzeugung oder Abstrahlung der zwei Signale an einem der Objekte relativ zu seinem Zeitgeber, insbesondere durch Messung oder entsprechende Erzeugung, bekannt ist und/oder die Phasenlage der PLL jedes der Objekte bei unterschiedlichen Frequenzen jeweils relativ zu seinem Zeitgeber, insbesondere durch Messung oder entsprechende Erzeugung, bekannt ist, wobei die Bestimmung der Zeitabweichung und/oder Drift zwischen den Objekten funkbasiert mittels Phasenmessung(en) an einer Mehrzahl der zwischen den zwei Objekten übertragenen Funksignalen unterschiedlicher Frequenz durchgeführt wird.
Mit Vorteil wird die Bestimmung der Zeitabweichung und/oder Drift mittels Bestimmung von Phasenverschiebung der Übertragung von Hinwegsignal vom ersten zum zweiten Objekt und Rückwegsignal vom zweiten zum ersten Objekt mittels in-line phase return durchgeführt. Dadurch ist eine besonders einfache und zuverlässige wie robuste Umsetzung gegeben.
Bevorzugt wird der in-line phase return dadurch realisiert, dass die Phasenlage des Rückwegsignals gegenüber einer gegenüber dem lokalen Zeitgeber des das Rückwegsignal sendenden Objekts bekannten Phasenlage, insbesondere der Phasenlage seiner PLL, um die negierte gemessene Phase des am zweiten Objekts empfangenen Hinwegsignals am zweiten Objekts verändert wird.
Durch den negierten in-line phase return lassen sich andere Einflüsse weitgehend ausschließen, insbesondere wenn dies auf mit unterschiedlichen Frequenzen wiederholt wird.
E ist daher bevorzugt, Zeitabweichung und/oder Drift basierend auf mindestens zwei Signalrundläufen zu bestimmten, wobei für einen zweiten/weiteren Rundlauf bevorzugt andere Frequenzen verwendet werden als für den ersten/die vorherigen. Dabei ist es bevorzugt zur Bestimmung der Zeitabweichung und/oder Drift die Differenz (insbesondere zweiten Grades, also die Differenz der Differenzen) der Phasenmessungen zweier Rundläufe zu bilden
Mit Vorteil werden somit mehrfach Hin- und Rückwegsignale mit, insbesondere negiertem und/oder nicht negiertem, in-line phase return ausgetauscht, insbesondere bei unterschiedlichen Frequenzen. Dadurch lässt sich das Verfahren nicht nur genauer sondern auch gegen Umgebungseinflüssen robuster ausgestalten,
Bevorzugt wird so vorgegangen, dass die Phasenlage eines am ersten Objekts empfangenen zweiten Signals am ersten Objekt bestimmt wird und zusammen mit der Phasenlage eines ersten Signals am ersten Objekt gegenüber der PLL des ersten Objekts, insbesondere der Unterschied der Phasenlagen, zur Zeitsynchronisation verwendet wird, insbesondere die Änderung des Unterschieds zwischen zwei auf unterschiedlichen Frequenzen ausgetauschten Hin- und Rückwegsignalpaaren als Maß für die relative Änderung der lokalen Zeitgeber, insbesondere als deren relative Änderung verwendet wird.
Mit Vorteil wird die Bestimmung der Zeitabweichung und/oder Drift, insbesondere bei Kenntnis der Entfernung zwischen den Objekten, funkbasiert mittels, insbesondere bei unterschiedlichen Frequenzen wiederholtem, insbesondere ausschließlich, unidirektionalem Signalaustausch vom ersten zum zweiten Objekt, insbesondere auf mehreren Frequenzen, und auf Basis von Phasenmessung(en) an den oder dem am zweiten Objekt empfangenen Signal(en) durchgeführt, wobei insbesondere die Phasenlage des am zweiten Objekts empfangenen unidirek- tionalen Signals des ersten Objekts am zweiten Objekt bestimmt wird und die Phasenlage des ersten Signals am zweiten Objekt gegenüber der PLL des zweiten Objekts, insbesondere der Unterschied zu einer rechnerisch bei gleichen Uhren erwarteten Phasenlagen, zur Zeitsynchronisation verwendet wird.
Mit Vorteil wird das Verfahren während und/oder bei näherungsweise unverändertem Funkkanal oder bei näherungsweise bekanntem Funkkanal, Abstand und/oder näherungsweise bekannter Signalpfadlänge durchgeführt. Dadurch lassen sich besonders genaue Ergebnisse erzielen.
Besonders bevorzugt wird die an empfangenen unidirektionalen Signalen auf einer ersten und einer zweiten Frequenz gemessene relative, also auf den Unterschied zwischen der ersten und zweiten Frequenz normierte, Differenz der durch die Übertragungen bewirkten Phasenverschiebungen zwischen den zwei unidirektionalen Signalen bei der ersten und zweiten Frequenz zur Zeitsynchronisation, insbesondere als Maß der Abweichung der lokalen Zeitgeber verwendet, insbesondere mit dem Proportionalitätsfaktor zwei Pi multipliziert als die Abweichung der lokalen Zeitgeber verwendet.
Vorteilhafterweise wird die Bestimmung der Zeitabweichung und/oder Drift mittels Bestimmung von Phasenverschiebung der Übertragung von Hinwegsignal vom ersten zum zweiten Objekt und Rückwegsignal vom zweiten zum ersten Objekt mittels in-line phase return durchgeführt, wobei insbesondere der in-line phase return dadurch realisiert wird, dass die Phasenlage des Rückwegsignals gegenüber einer gegenüber dem lokalen Zeitgeber des zweiten Objekts bekannten Phasenlage, insbesondere der Phasenlage seiner PLL, um die negierte gemessene Phase des am zweiten Objekts empfangenen Hinwegsignals am zweiten Objekts verändert wird.
Bevorzugt wird es insbesondere den negierten in-line phase return dadurch zu realisieren, dass die Phasenlage des Rückwegsignals gegenüber einer gegenüber dem lokalen Zeitgeber des das Rückwegsignal sendenten Objekts bekannten Phasenlage, insbesondere der Phasenlage seiner PLL, um die negierte gemessene Phase des das Rückwegsignal sendenten Objekts empfangenen Hinwegsignals am das Rückwegsignal sendenten Objekt verändert wird.
Zur besonders robusten und/oder genauen Durchführung werden bevorzugt mehrfach Hin- und Rückwegsignale mit in-line phase return ausgetauscht.
Mit Vorteil wird so verfahren, dass die Phasenlage des am ersten Objekts empfangenen zweiten Signals am ersten Objekt bestimmt wird und zusammen mit der Phasenlage des ersten Signals am ersten Objekt gegenüber der PLL des ersten Objekts, insbesondere der Unterschied der Phasenlagen, zur Bestimmung der Zeitabweichung und/oder Drift verwendet wird, insbesondere die Änderung des Unterschieds zwischen zwei zu unterschiedlichen Zeiten und insbesondere, zumindest näherungsweise, identischen Frequenzen, ausgetauschten Hin- und Rückwegsignalpaaren als Maß für die Frequenzabweichung verwendet wird. Bevorzugt wird die zu zwei unterschiedlichen Zeiten an empfangenen unidirektio- nalen Signalen, also erste und zweite Zeit, gemessenen relative, also auf die Differenz der ersten und zweiten Zeiten normierte, Differenz der durch die Übertragungen bewirkten Phasenverschiebungen zwischen den zwei unidirektionalen Signalen zur ersten und zweiten Zeit als Maß der Abweichung der PLLs der zwei Objekte, insbesondere als die Abweichung der lokalen PLLs der Objekte verwendet.
Mit Vorteil wird die Phasenlage des am zweiten Objekts empfangenen unidirektionalen Signals des ersten Objekts am zweiten Objekt bestimmt und die Phasenlage des ersten Signals am zweiten Objekt gegenüber der PLL des zweiten Objekts, insbesondere der Unterschied zu einer rechnerisch bei gleichen Frequenzen der PLLs der zwei Objekte erwarteten Phasenlagen, zur Zeitsynchronisation verwendet.
Je nach Ausgestaltung kann die Entfernungsbestimmung bevorzugt eine phasenbasierte Entfernungsmessung und/oder eine laufzeitbasierte Entfernungsmessung sein.
Mit Vorteil wird bei Annahme eines Relayangriffs und/oder als Freigabentschei- dung, ein Zugang oder eine Freigabe verwehrt wird, eine angefragte Handlung oder Aktion nicht vorgenommen und/oder eine Alarmierung oder Sperrung vorgenommen und/oder bei Nicht-Annahme eines Relayangriffs und/oder als Freigabent- scheidung der Zugang oder die Freigabe gewährt und/oder die angefragte Handlung oder Aktion ausgeführt und/oder die Alarmierung oder Sperrung nicht vorgenommen.
Zur Erkennung eines Relayangriffs, werden bevorzugt zwischen dem ersten und zweiten Objekt (01 , 02) Funksignale, insbesondere mit unterschiedlichen Frequenzen (f 1 , f2, f3), übertragen und an einer ersten Teilmenge der Funksignale, insbesondere mit unterschiedlichen Frequenzen, mit unterschiedlichen Frequenzen Phasenmessungen vorgenommen und diese mit einer Referenz verglichen, wobei bei einer Überschreitung einer vorbestimmten oder aus Messungen an den Funksignalen bestimmten Abweichung ein Relayangriff angenommen wird, ein Zugang oder eine Freigabe verwehrt wird, eine angefragte Handlung oder Aktion nicht vorgenommen und/oder eine Alarmierung oder Sperrung vorgenommen wird und/oder wobei bei Unterschreitung der vorbestimmten oder aus Messungen, insbesondere Signallaufmessungen, bestimmten Abweichung das Nichtvorhandensein eines Relayangriff angenommen wird, der Zugang oder die Freigabe gewährt und/oder die angefragte Handlung oder Aktion ausgeführt wird und/oder die Alarmierung oder Sperrung nicht vorgenommen wird, wobei an einer zweiten, mit der ersten Teilmenge insbesondere zumindest teilweise identischen, Teilmenge der Funksignale, insbesondere mit unterschiedlichen Frequenzen, je eine Signallaufzeitmessung vorgenommen wird, wobei basierend auf den Phasenmessungen eine Messreihe und/oder basierend auf den Signallaufzeitmessungen eine Referenzmessreihe, jeweils, insbesondere in Abhängigkeit von der Frequenz der zur Messung verwendeten Frequenzen der Funksignale, gebildet wird/werden, wobei die Messreihe und/oder Signallaufzeitmessreihe vorteilhafterweise entweder eine, insbesondere streng, monoton steigende oder, insbesondere streng, monoton fallende Abfolge von Frequenzen beinhalten und wobei basierend auf dieser Messreihe vorteilhafterweise eine gefilterte und/oder geglättete Messreihe und/oder basierend auf der Referenzmessreihe vorteilhafterweise eine gefilterte und/oder geglättete Referenzmessreihe ermittelt wird und dass die gefilterte und/oder geglättete Messreihe, insbesondere deren Veränderung über die Frequenz, mit der mindestens einen Signallaufzeitmessung oder deren Veränderung und/oder der Referenzmessreihe als Referenz verglichen wird und/oder wobei die Messreihe oder deren Veränderung mit der gefilterten und/oder gemittelte Referenzmessreihe verglichen wird und/oder wobei die Messreihe mit der Referenzmessreihe wird, insbesondere deren Veränderung verglichen werden.
Teilmengen weisen untereinander insbesondere zumindest teilweise ähnliche Frequenzen auf, beispielsweise im verwendeten Funkprotokoll identische und/oder benachbarte Frequenzen. Insbesondere ist eine Frequenz zu einer anderen ähnlich, wenn der Frequenzabstand bei Frequenzen über 1 GHz maximal 5 MHz, insbesondere maximal 3 MHz beträgt. Dabei sind zu einer, insbesondere der kleineren, von erster und zweiter Teilmenge, insbesondere zu mindestens 50%, insbesondere zu mindestens 90%, bevorzugt 100%, der in der einen Teilmenge enthaltenen, in der anderen von erster und zweiter Teilmenge enthaltenen Frequenzen der Funksignale ähnliche und/oder identische enthalten, wobei insbesondere jede Frequenz der anderen immer nur für maximal eine Frequenz der einen als ähnlich betrachtet wird, insbesondere wenn zu Frequenzen der einen bestimmt wird, ob ähnliche oder identische in der anderen vorliegen.
Mit besonderem Vorteil wird das Verfahren so geführt, dass zu jeder Messung einer der ersten oder zweiten Teilmenge eine in Bezug auf die Frequenz ähnliche oder identische Messung, insbesondere eine ähnliche (insbesondere nicht mehr als 5 MHz Abweichung) mit höherer und eine ähnliche mit niedriger Frequenz, in der anderen der Teilmenge befindet, die in einem engen zeitlichen Zusammenhang und/oder bei weitgehend unverändertem Funkkanal erfolgt ist. Ein weitgehend unveränderter Funkkanal kann insbesondere durch einen engen zeitlichen Zusammenhang gesichert werden, wobei dies von der Bewegung der Objekte und den Änderungen der realen Umgebung und den Änderungen von Funkstörungen, insbesondere im Verhältnis zur Wellenlänge, abhängt. Die Auswirkungen sollten zwischen den Messzeitpunkten eine Phasenänderung von weniger als 90° bedingen. In der Regel ist ein ausreichend enger zeitlicher Zusammenhang gegeben, wenn der zeitliche Abstand, insbesondere bei Frequenzen im GHz-Bereich, weniger als 10 ms beträgt. Bei z. B. 2.4GHz ist die Wellenlänge ca. 1 2cm, bei einer maximal angenommenen Bewegung von 4m/s (zügiges Joggen) = 3cm pro 7.5ms könnte der zeitliche Abstand weniger als 7.5ms gewählt werden.
Bei einer Veränderung einer Messreihe über die Frequenz ist insbesondere deren Änderung über eine Frequenzspanne bzw. gegenüber der Frequenz zu betrachten, also beispielsweise die Steigung in einer Darstellung gegenüber der Frequenz.
Dabei muss der Vergleich nicht nach Umrechnung in Entfernungen vorgenommen werden, sondern kann auch die Abweichung in anderen Einheiten vorbestimmt sein, die einen Vergleich ermöglichen.
Eine Umrechnung ist insbesondere mittels des Zusammenhangs Phasenverschiebung = 2 Pi * (Entfernung) * Frequenz / c, wobei zu beachten ist, dass ab einer gewissen Entfernung eine Mehrdeutigkeit zu berücksichtigen ist und c gleich der Lichtgeschwindigkeit ist
RTT = 2 * Entfernung / c und daraus folgend unter Vernachlässigung der Mehrdeutigkeit:
Phasenverschiebung = Pi * (RTT*c) * Frequenz / c
Und/oder dPhasenverschiebung(f 1 ,f2) = Pi * (RTT*c) * dFrequenz(f 1 ,f2) / c somit ergibt sich (wieder unter Darstellung der Mehrdeutigkeit) dPhasenverschiebung(f 1 ,f2)RT/ dFrequenz(f 1 ,f2) = Pi * RTT dabei ist zu berücksichtigen, dass bei Entfernungen größer c/dFrequenz Mehrdeutigkeit entsteht. In den meisten Anwendungen lassen sich aber die Frequenzabstände so wählen, dass zumindest bei Entfernungen unter 150 Meter keine Mehrdeutigkeiten entstehen. Insbesondere wird/werden die mögliche Entfernung und/oder der Frequenzunterschied dFrequenz so gewählt, dass keine Mehrdeutigkeit entsteht bzw. diese vernachlässigt werden kann. Insbesondere ist die Entfernung kleiner der Lichtgeschwindigkeit geteilt durch den Frequenzunterschied der Messung der Phasenverschiebung, insbesondere mindestens um die Hälfte kleiner, insbesondere kleiner 300m, insbesondere kleiner 150m.
Dabei ist Phasenverschiebung(f 1 ,f2)RT eine Phasenverschiebung zwischen den Übertragungen bei den Frequenzen f1 und f2 von einem Objekt zum anderen und zurück, die aufgrund der Entfernung auftritt. Sie kann näherungsweise gleichgesetzt werden mit dem Doppelten der Phasenverschiebung, die bei der Übertragung von einem Objekt zum anderen aufgrund der Entfernung auftritt. Dabei ist weiter dPhasenverschiebung(f 1 ,f2) die ggf. korrigierte entfernungsbedingte Phasenverschiebungsdifferenz der bei der Frequenz f1 und der Frequenz f2 empfangenen Funksignale und dFrequenz deren Differenz und c die Lichtgeschwindigkeit. RTT ist die Signalrundlaufzeit von einem Objekt zum anderen und zurück. Anstelle der Akzeptanz des Mehrdeutigkeitsproblems kann man auch durch andere Methoden die Mehrdeutigkeit auflösen und durch Addition des ermittelten Korrekturterms zur Auflösung der Mehrdeutigkeit formulieren.
Umrechnungen sind aber beispielsweise auch auf eine freie oder dimensionslose Größe und/oder mittels Transformation, beispielsweise FFT, vorstellbar. Sofern mittels FFT eine Größe mit neuer Dimension zum Vergleich berechnet wird, wird bevorzugt die größere Teilmenge so reduziert, dass sie die gleiche oder eine ähnliche, insbesondere um maximal 10% abweichende, Größe wie die kleinere Teilmenge aufweist, insbesondere dadurch dass die Reduktion so erfolgt, dass zu mindestens 90% der, insbesondere jeder, Frequenz der Messungen der kleineren Teilmenge eine möglichst ähnliche erhalten bleibt, wobei insbesondere nur 1 : 1 Zuordnungen vorgenommen werden.
Es ist zur Beschleunigung der Bestimmung des Abstandes und/oder zur Erhöhung der Genauigkeit der Bestimmung des Abstandes zwischen zwei Objekten und/oder bei Störung des Empfangs eines der beiden Objekte, wünschenswert, die Abstandsbestimmung unter weitgehendem Verzicht auf die Funksignale einer Übertragungsrichtung durchzuführen. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Abstandsbestimmung zu beschleunigen, mit höherer Genauigkeit zu ermöglichen und/oder auch bei jeweils einseitiger Störung der Funkverbindung zu ermöglichen oder zu verbessern.
Der Erfinder hat überraschend festgestellt, dass zwischen zeit- und/oder taktsynchronisierten Objekten der Verzicht auf eine Übertragungsrichtung möglich ist. Dies sorgt für eine schnellere Messung, da auch Umschaltzeiten der Transceiver weitgehend verzichtet werden kann und ermöglicht die Entfernungsbestimmung auch bei einseitiger starker Störung des Funkkanals.
Insbesondere wird zur Abstandsbestimmung zwischen zwei Objekten, wobei die beiden Objekte auf 10ns oder besser, insbesondere im Bereich zwischen 10ns und 100ps, zeit- und/oder taktsynchronisiert sind und wobei ein erstes und/oder zweites der zwei Objekte auf mehreren Frequenzen Signale abstrahlt und das zweite und/oder erste der zwei Objekte diese Signale empfängt und daraus sowie der Kenntnis über die Zeitpunkte der Abstrahlung von Merkmalen der Signale, insbesondere mindestens einem Merkmal pro Frequenz und/oder pro Signal, die Entfernung zwischen erstem und zweitem Objekt bestimmt. Dabei kann nur das erste Objekt senden und das zweite Objekt die Signale des ersten empfangen oder das zweite Objekt senden und das erste Objekt die Signal des zweiten empfangen. Auch kann beides, insbesondere zeitlich nacheinander oder abwechselnd, kombiniert werden.
Unter Merkmalen des Signals sind insbesondere Änderungen des Signals zu verstehen, wie Änderung der Amplitude, der Polarisation, der abstrahlenden Antenne (Wechsel zwischen Antennen), der Frequenz und/oder Phase. Es können aber auch aggregierte Gruppen von Merkmalen verwendet werden, die in manchen Situationen die Robustheit des Verfahrens steigern. So können beispielsweise aufmodulierte Pakete oder Syncworte als Gruppen von Merkmalen verwendet werden
In einer möglichen bevorzugten Ausgestaltung werden, insbesondere zur Bestimmung der Entfernung, nur die Signale, die das erste Objekt gesendet hat, oder, insbesondere exklusives oder, die Signale, die das zweite Objekts gesendet hat, verwendet. Diese Entscheidung kann in einer besonderen Ausgestaltung auch für jede Frequenz einzeln oder für Frequenzgruppen, -spannen oder Frequenzsubbänder einzeln getroffen werden. Insbesondere bei beidseitig guten oder beidseitig ähnlichen Übertragungsverhältnissen können auch Signale beider Objekte bei bestimmten Frequenzen, Frequenzgruppen, -spannen oder -subbändern oder bei allen Frequenzen verwendet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird entschieden, welche der Signale des ersten oder zweiten Objekts, insbesondere zur Bestimmung der Entfernung, verwendet werden. Diese Entscheidung kann in einer besonderen Ausgestaltung auch für jede Frequenz einzeln oder für Frequenzgruppen, - spannen oder Frequenzsubbänder einzeln getroffen werden. Insbesondere bei beidseitig guten oder beidseitig ähnlichen Übertragungsverhältnissen können auch Signale beider Objekte bei bestimmten Frequenzen, Frequenzgruppen, -spannen oder - subbändern oder bei allen Frequenzen verwendet werden.
Dabei sind sowohl Ausführungen möglich, bei denen nur das erste Objekt sendet als auch solche, bei denen nur das zweite Objekt sendet, als auch solche, bei denen beide Senden aber nur ein Teil der Signale, nämlich die vom ersten Objekt oder, insbesondere exklusives oder, die vom zweiten Objekt gesendeten, zur Abstandsbestimmung verwendet werden. Davon ausgenommen sind Signale zur Zeit- oder Taktsynchronisation, die unabhängig von der Entscheidung von beiden Objekten verwendet werden können.
Die Entscheidung, ob die Signale des ersten oder, insbesondere zweiten Objekts verwendet werden und/oder welche der Signale des ersten oder zweiten Objekts verwendet werden kann vor oder nach dem Senden der Signale oder nach dem Senden eines Teils der Signale erfolgen.
Sofern die Geschwindigkeit gesteigert werden soll, ist es bevorzugt, die Entscheidung möglichst frühzeitig zu treffen und das Senden nicht verwendeter Signale möglichst gering zu halten, insbesondere nach der Entscheidung solche nicht mehr zu senden. Soll das Verfahren möglichst störungsunanfällig ausgestaltet sein, wird die Entscheidung erst nach Senden der Signale des ersten und der Signale der zweiten Objekts gefällt. Gesendete und empfangene Signale können zur Fällung der Entscheidung verwendet werden. Dazu können aber alternativ oder zusätzlich auch andere Daten oder Messungen verwendet werden, wie beispielsweise das Rauschen oder verfahrensfremde Signale am Empfänger. Auch das Wissen über den allgemeinen Störpegel am Einsatzort der beiden Partner können für die Entscheidung genutzt werden.
Gewählt werden für die Abstandsbestimmung insbesondere die ersten oder, insbesondere exklusives oder, des zweiten Objekts, deren Empfang am jeweils anderen der zwei Objekte weniger gestört war, ist oder voraussichtlich sein wird. Diese Entscheidung kann in einer besonderen Ausgestaltung auch für jede Frequenz einzeln oder für Frequenzgruppen, -spannen oder Frequenzsubbänder einzeln getroffen werden. Insbesondere bei beidseitig guten oder beidseitig ähnlichen Übertragungsverhältnissen können auch Signale beider Objekte bei bestimmten Frequenzen, Frequenzgruppen, -spannen oder -subbändern oder bei allen Frequenzen verwendet werden.
Gewählt werden für die Abstandsbestimmung insbesondere aus den Signalen des ersten oder, insbesondere exklusives oder, des zweiten Objekts, deren Empfang am jeweils anderen der zwei Objekte weniger gestört war, ist oder voraussichtlich sein wird. Diese Entscheidung kann in einer besonderen Ausgestaltung auch für jede Frequenz einzeln oder für Frequenzgruppen, -spannen oder Frequenzsubbänder einzeln getroffen werden. Insbesondere bei beidseitig guten oder beidseitig ähnlichen Übertragungsverhältnissen können auch Signale beider Objekte bei bestimmten Frequenzen, Frequenzgruppen, -spannen oder -subbändern oder bei allen Frequenzen verwendet werden.
Die Entscheidung wird insbesondere so geführt, dass insbesondere die Signale, insbesondere einer Frequenz, einer Frequenzgruppe oder -spanne oder eines Frequenzsubbandes des ersten oder, insbesondere exklusives oder, des zweiten Objekts, deren Empfang am jeweils anderen der zwei Objekte stärker gestört war, ist oder voraussichtlich sein wird als die Signale, insbesondere der Frequenz, der Frequenzgruppe oder -spanne oder des Frequenzsubbandes, des anderen der zwei Objekte, nicht ausgewählt und/oder für die Bestimmung nicht verwendet werden.
Die Entscheidung wird insbesondere so geführt, dass insbesondere die Signale, insbesondere einer Frequenz, einer Frequenzgruppe oder -spanne oder eines Frequenzsubbandes des ersten oder, insbesondere exklusives oder, des zweiten Objekts, deren Empfang am jeweils anderen der zwei Objekte weniger stark gestört war, ist oder voraussichtlich sein wird als die Signale, insbesondere der Frequenz, der Frequenzgruppe oder -spanne oder des Frequenzsubbandes, des anderen der zwei Objekte, ausgewählt und/oder für die Bestimmung verwendet werden.
Bei gleich starker Störung des Empfangs der Signale des ersten Objekts und des zweiten Objekts, insbesondere einer Frequenz, einer Frequenzgruppe oder - spanne oder eines Frequenzsubbandes, können beide, eins oder keins der Signale verwendet werden. Bevorzugt wird die Entscheidung anhand der stärke der Störung, insbesondere gegenüber anderen Frequenzen, Frequenzgruppen oder -spannen oder Frequenzsubbändern, in denen erste und/oder zweite Signale gesendet wurden oder werden getätigt. In einer besonders einfachen Ausgestaltung werden in diesem Fall die Signale des ersten exklusives oder die Signale des zweiten Objekts oder keins der Signale ausgewählt und/oder verwendet.
Die Störung kann beispielsweise anhand des Signal-Rausch-Verhältnisses, des Träger-Rausch-Verhältnisses, Bitfehlerhäufigkeit, -Wahrscheinlichkeit, Symbolfehlerhäufigkeit, -Wahrscheinlichkeit oder anderer Messgrößen oder Verfahren der Beurteilung der Signalgüte oder Qualität des Übertragungskanals beurteilt werden, wie beispielsweise auch aus der EP 0 664 625 A2 bekannt.
Die Signale sind insbesondere Funksignale.
Es wurde zudem überraschend festgestellt, dass die aus der hier beschriebenen einseitigen oder erfindungsgemäßen Entfernungsmessung gewonnene Entfernungen bei der Verwendung handelsüblicher Transceiver wie z.B. der schon etwas ältere cc2500 oder der aktuelle cc26xx von Texas Instruments oder der Kw35/36/37/38 von NXP oder der DA1469x von Dialog abhängig sind von der zur Entfernungsbestimmung verwendeten Frequenz. Dabei scheinen Ungenauigkeiten in den Transceivern auch zu errechneten Entfernungen unterhalb der tatsächlichen Entfernung zu führen, dies aber nur bei solchen Frequenzen, deren Übertragungskanal stark gedämpft ist, sodass diese problemlos bei der Berechnung eliminiert werden können.
Somit ist es vorteilhaft bei der Abstandsbestimmung Signalanteile des Objekts, dessen Signale zur Abstandsbestimmung genutzt werden, teilweise nicht zur Abstandsbestimmung zu nutzen und zwar, solche Anteile nicht zu nutzen, die oberhalb einer Leistungsobergrenze liegen und/oder solche Anteile nicht zu nutzen, die unterhalb einer Leistungsuntergrenze liegen. Diese Grenzen können vorbestimmt sein oder aus den empfangenen Signalen bestimmt werden und insbesondere oberhalb bzw. unterhalb der mittleren Empfangenen Leistung liegen und zwar insbesondere mindestens 20% oberhalb der mittleren Empfangsleistung (Leistungsobergrenze) und/oder mindestens 20% unterhalbe der mittleren Empfangsleistung (Leistungsuntergrenze) liegen.
Bevorzugt werden Signalanteile bei Frequenzen mit weniger als 40% oder zumindest Signale mit weniger als 20%, insbesondere weniger als 40%, der mittleren Energie der Signale und/oder Signale mit mehr als 140%, insbesondere mehr als 120%, der mittleren Energie empfangen wurden, nicht berücksichtigt.
Mit Vorteil liegt die Leistungsuntergrenze im Bereich von 5 bis 50% der mittleren Leistung der empfangenen Signale und/oder die Leistungsobergrenze im Bereich von 120 bis 200% der mittleren Leistung der empfangenen Signale.
In einer anderen Ausgestaltung werden aus den, insbesondere in der Entscheidung ausgewählten, Signalen die x% der Signale mit kleinster empfangener Amplitude aussortiert und nicht verwendet und/oder die y% der Signale mit größter empfangener Amplitude aussortiert und nicht verwendet. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Summe aus x und y 10 nicht unterschreitet und/oder 75 nicht überschreitet und/oder x im Bereich von 10 bis 75 und/oder y im Bereich von 20 bis 50 liegt. Mit diesen Werten lässt sich in den meisten Situationen eine hohe Genauigkeit und eine zuverlässige Abstandsbestimmung erreichen.
Mit Vorteil sendet das zweite oder, insbesondere exklusives oder, erste Objekt keine Signale zur Entfernungsbestimmung und/oder sendet das zweite oder das erste Objekt, insbesondere exklusives oder, Signale nur zur Zeit- und/oder Taktsynchronisation sendet. Dadurch lässt sich Energie und Verfahrenszeit einsparen.
Bevorzugt sendet das erste und/oder zweite oder jedes der zwei Objekte die Signale auf mehreren Frequenzen nacheinander und/oder aufeinanderfolgend, insbesondere unmittelbar aufeinanderfolgend. Insbesondere werden beim Senden durch erstes und zweites Objekt zunächst alle Signale des ersten oder zweiten Objekts und anschließend die des anderen gesendet. Dadurch lassen sich unter anderem Einflüsse von Umgebungs- oder Entfernungsänderungen und von Bewegungen eines oder beider Objekte reduzieren.
Mit Vorteil übersteigt die Bandbreite der Signale zu keiner Zeit 50 MHz, insbesondere 25 MHz. Dadurch lässt sich Energie einsparen, lassen sich Störungen anderer Prozesse vermeiden und gegenüber breitbandigen Verfahren einfache Bauteile nutzen.
Bevorzugt wird vor, nach und/oder während der Durchführung des Verfahrens mindestens eine Zeit- und/oder Taktsynchronisation und/oder -korrektur zwischen den zwei Objekten durchgeführt. Dies erhöht die Genauigkeit des Verfahrens. Bevorzugt wird auch eine Drift der Uhr des ersten und/oder zweiten Objekts oder einen Unterschied in der Drift der Uhren des ersten und des zweiten Objekts bestimmt und bei der Abstandsbestimmung berücksichtigt. Dies erhöht die Genauigkeit des Verfahrens.
Mit Vorteil wird das Verfahren so geführt, dass der Frequenzabstand zwischen zwei aufeinander folgenden der mehreren Frequenzen mindestens 0,1 MHz und/oder maximal 10 MHz beträgt und/oder die mehreren Frequenzen mindestens fünf Frequenzen und/oder maximal 200 Frequenzen darstellen und/oder wobei die mehren Frequenzen ein Frequenzband von mindestens zwei MHz und/oder maximal 100 MHz Überspannen. Dadurch lässt sich ein ausgewogenes Maß zwischen Bandbreitenerfordnernis, welches Anforderungen an verfügbare Frequenzen und Hardware stellt, und Genauigkeit finden.
Bevorzugt wird das Verfahren so geführt, dass die Genauigkeit der Abstandsbestimmung im Bereich von 0,3 m bis 3 m liegt, insbesondere zumindest für Abstände im Bereich von 0 bis 50 m. In diesen Bereichen kommen die Vorteile der Erfindung besonders deutlich zum Tragen
Mit Vorteil beruht die Abstandsbestimmung auf Ermittlung der Signallaufzeit vom ersten zum zweiten oder vom zweiten zum ersten Objekt und/oder auf Ermittlung der Phasenverschiebung der Signale vom ersten zum zweiten oder vom zweiten zum ersten Objekt. Es kann auch mittels FFT und/oder hochauflösender Verfahren wie MUSIC oder CAPON der Anteil des kürzesten Signalpfads (die kürzeste im Signal erkennbare Entfernung) im empfangenen Signal gesucht werden. Dazu werden insbesondere mittels FFT und/oder hochauflösender Verfahren jeweils die Signalanteile des kürzesten Pfads zwischen den zwei Objekten (insbesondere jeweils Sender und Empfänger) isoliert und nur diese zur weiteren Verwendung, insbesondere Phasenmessung, herangezogen.
Mit Vorteil wird für jedes am zweiten und/oder ersten Objekt empfangene Signal ein zu dessen Amplitude proportionalen Wert und ein Phasenwert bestimmt und insbesondere daraus jeweils eine komplexe Zahl bestimmt, die für die Abstandsbestimmung zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt genutzt wird. Der Phasenwert wird insbesondere dadurch bestimmt, dass bezüglich einer Vielzahl von Paaren der Signale mit benachbarter Frequenz jeweils eine auf einen Frequenzabstand normierte Phasenverschiebungsänderung berechnet wird, also näherungsweise die Ableitung der Phasenverschiebung an einer der oder den Frequenzen des Paars berechnet wird und die dadurch gesammelten Werte zur Bestimmung der Phase und/oder des Arguments der komplexen Zahl an der jeweiligen Frequenz (der zugehörig zu dem zur Amplitude proportionalen Wertes) verwendet wird, insbesondere durch näherungsweise Integration über die Frequenz. Dabei muss nicht bei f = 0 Hz mit der Integration begonnen werden, sondern kann und wird bevorzug ein allen Phasen und/oder komplexen Zahlen gemeinsamer Offset verwendet, insbesondere die niedrigste Frequenz der, insbesondere ausgewählten, Signale. Insbesondere wird der Phasenwert und/oder das Argument der komplexen Zahlen aus der Signallaufzeit oder Signalrundlaufzeit bestimmt.
Insbesondere wird die normierte Phasenverschiebungsänderung (dPhasenver- schiebung(f 1 ,f2)) gewonnen mittels der Formel: dPhasenverschiebung (f 1 ,f2) = a * RTT(f3) * dFrequenz(f 1 ,f2) wobei dFrequenz(f 1 ,f2) die Differenz zwischen den Frequenzen f1 und f2 ist
RTT(f3) die doppelte Signallaufzeit oder die Signalrundlaufzeit zwischen ersten und zweitem Objekt bei einer oder mehreren Frequenzen f3, ähnlich zu f1 und/oder f2 und/oder andersherum ist und wobei a eine Konstante ist, insbesondere gleich zwei Pi ist.
Der komplexe Wert Z für eine Frequenz ergibt sich dann insbesondere mittels:
Betrag(Z(f)) = (b* Amplitude(f) + offset)
Argument(Z(f)) = Summe(dPhasenverschiebung (f 1 ,f2) * dFrequenz(f 1 ,f2)) über f1 von fO bis f
Es werden also die Phasenverschiebungsänderungen mit den Frequenzabständen aufsummiert und zwar von der niedrigsten Frequenz bis zur fraglichen Frequenz für die die komplexe Zahl bestimmt werden soll.
Dabei sind b und offset Konstanten und ist b insbesondere 1 und offset insbesondere 0. Amplitude(f) ist die bei der Frequenz f gemessene empfangene Amplitude oder ein Mittelwert aus mehren bei Frequenz f und/oder zu f ähnlichen Frequenzen gemessen Amplituden.
Dabei ist die Phasenverschiebung eine Phasenverschiebung bei der Übertragung bei der Frequenz von einem Objekt zum anderen und zurück, die aufgrund der Entfernung auftritt. Sie kann näherungsweise gleichgesetzt werden mit dem Doppelten der Phasenverschiebung, die bei der Übertragung bei der Frequenz von einem Objekt zum anderen aufgrund der Entfernung auftritt.
Insbesondere wird aus einer Mehrzahl der komplexen Zahlen eine Matrix, insbesondere eine Autokorrelationsmatrix gebildet und mittels dieser bekannter Methoden, beispielsweise MUSIC, CAPON, Vergleich mit, Abstandsberechnung zu und/oder Projektion auf Abstrahl- und- oder Empfangscharakteristika, der Abstand bestimmt. Mit Vorteil erfolgt die Abstandsberechnung mittels Eigenwert oder Eigenvektorenbestimmung der mindestens einen Matrix und/oder Fourier- transformation der komplexen Werte. Derartige Vorgehensweisen sind insbesondere bei Multipath-Signalausbreitung vorteilhaft, um eine zuverlässige Bestimmung zu erreichen.
Aber auch unabhängig vom Einsatz komplexer Zahlen, Autokorrelationsmatrixen u.ä. ist es in Bezug auf die Entfernungsbestimmung vorteilhaft mit Differenzen von Phasenverschiebungen zwischen Messungen mit unterschiedlichen Frequenzen zu arbeiten, da sich dadurch andere Einflüsse vermeiden lassen. So kann beispielsweise mittels dPhasenverschiebung = 2 Pi * (2*Entfernung) * dFrequenz / c auf einfache Weise die Entfernung zwischen den Objekten mittels der Differenz der Phasenverschiebungen bei zwei Signalrundläufen zwischen den zwei Objekten, einmal bei einer ersten und einmal bei einer zweiten Frequenz mit dem Frequenzabstand dF bestimmt werden. Das selbe lässt sich auch bei unidirektiona- lem Signalaustausch oder bei Verwendung von Signalen nur über den Hin- oder Rückweg zwischen erstem und zweitem Objekt anwenden: dPhasenverschiebung(vom ersten zum zweiten Objekt) = 2 Pi * (Entfernung) * dFrequenz / c pder dPhasenverschiebung(vom zweiten zum ersten Objekt) = 2 Pi * (Entfernung) * dFrequenz / c
Mit Vorteil wird aus mehreren Abstandsbestimmungen ein Mittelwert und/oder werden die Messungen gemittelt um einen Abstandswert zu bestimmen.
Wenn eine Ortung angestrebt wird, ist es vorteilhaft das erfindungsgemäße Verfahren zwischen einer Mehrzahl von Paaren von Objekten durchzuführen, wobei insbesondere ein Objekt jedes Paares ein Objekt ist, dass an allen Paaren beteiligt ist, und wobei die ermittelten Abstände der Paare benutzt werden, um eine Kartierung und/oder Positionsbestimmung mindestens eines der Objekte durchzuführen. Insbesondere ist es vorteilhaft diese paarweisen Messungen dann gleichzeitig zu machen.
Gelöst wird die Aufgabe auch durch ein oder zwei Objekte bzw. System, jeweils eingerichtet mit Sende- und Empfangsmitteln und einer Steuerung, eingerichtet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Mit Vorteil sind die Objekte Teile eines Datenübertragungssystems, insbesondere eines Bluetooth, WLAN oder Mobilfunk Datenübertragungssystems. Bevorzugt sind die Signale Signale des Datenübertragungssystems, insbesondere eines Datenübertragungsstandards, beispielsweise Mobilfunkstandard, WLAN oder Bluetooth, die zur Datenübertragung gemäß des Datenübertragungsstandards genutzt werden.
Vorteilhafterweise werden die Signale über mehrere Antennenpfade, insbesondere mindestens drei, übertragen, insbesondere mit mehreren Antennen, insbesondere nacheinander, am sendenden Objekt gesendet und/oder mit mehreren Antennen am empfangenen Objekt empfangen.
Die Berechnung erfolgt beispielsweise wie folgt: Es werden bei der Mittelung der gemessenen Entfernungen die Messungen der empfangenen Signale mit weniger als z.B. 40% der mittleren Energie der empfangenen Signale ignoriert. Damit werden Messungen auf Frequenzen mit stark gedämpftem Übertragungskanal ausgeklammert.
Auch werden die genaue Zeitdifferenz und Zeitdrift zwischen den zwei Objekten ermittelt und die Empfangszeiten von Merkmalen der Signale deren Sendezeiten bekannt sind auf n > 1 Frequenzen gemessen.
Mit den Ergebnissen kann auf verschiedenen Wegen die Entfernung bestimmt werden, beispielsweise:
Berechnung 1 Es wird die die Summe (RTTASUM) aller Signallaufzeiten jeweils vor der Summation multipliziert mit der jeweiligen Amplitude, sowie die Summe (ASUM) aller Amplituden berechnet. Die Division RTTASUM / ASUM liefert dann eine brauchbare Schätzung der Signallaufzeit, aus der einfach eine Entfernung bestimmt werden kann.
Berechnung 2
Alle Messungen mit empfangener Amplitude kleiner als 40% der mittleren empfangenen Amplitude werden verworfen. Aus den verbleibenden Signallaufzeiten werden die 20% kleinsten Signallaufzeiten und die 50% größten Zeiten verworfen.
Die verbleibenden 30% der Signallaufzeiten werden gemittelt. Daraus lässt sich direkt eine Entfernung bestimmen.
Berechnung 3
Alle Signalrundlaufzeiten oder doppelten Signallaufzeiten (RTT) werden jeweils in eine Phasenverschiebungsdifferenz oder Phasenverschiebungsableitung umgerechnet: dPhasenverschiebung = 2 Pi * (2*Entfernung) * dFrequenz / c
RTT = 2 * Entfernung / c dPhasenverschiebung = 2 Pi * (RTT*c) * dFrequenz / c
Dabei ist dPhasenverschiebung eine entfernungsbedingte Phasendifferenz zwischen zwei Frequenzen, die den Abstand dFrequenz aufweisen oder auch eine Differenz zwischen zwei eine entfernungsbedingten Phasenverschiebungen zwischen Übertragungen zwischen zwei Frequenzen, die den Abstand dFrequenz aufweisen, c ist die Lichtgeschwindigkeit.
Dann werden die berechneten Phasenverschiebungsänderungen aufsummiert: sumPh(Fn) = Summe dPhasenverschiebung (FO...Fn) FO bis Fn sind die mehreren Frequenzen.
Diese summierten dPhasenverschiebungen je als Argument einer komplexen Zahl mit den zugehörigen beim Empfang bestimmten Amplituden oder dazu proportionalen Werten als Betrag der komplexen Zahlen können dann als komplexe Werte in eine Fouriertransformation gegeben werden oder es kann mit ihnen über super resolution Verfahren (z.B. MUSIC oder CAPON) in Matrizen eine Spektralschätzung vorgenommen werden. Das Spektrum ist dann das Spektrum an verschieden weiten Pfaden, die das Signal zurücklegt bevor es überlagert an der Empfangsantenne ankommt. Hier ist es besonders vorteilhaft mehrere Antennenpfade bei der Übertragung zu nutzen und mit in die Auswertung einzubeziehen.
Zur Zeitsynchronisation und/oder Ermittlung einer Abweichung zwischen Zeitgebern, aber alternativ oder zusätzlich auch zur Frequenzsynchronisation und/oder Ermittlung einer Frequenzabweichung lokaler PLLs der Objekte wird im Rahmen dieses Verfahrens aber auch alleinstehend als separate Erfindung zwischen zwei Objekten (z.B. erster und zweiter Anker), insbesondere mit bekannter Phasenbeziehung der gesendeten Signale und/oder PLLs, insbesondere jeweils relativ zu dem jeweils lokalen Zeitgeber des jeweilig sendenden der zwei Objekte, bevorzugt ebenfalls mit einem in-line phase return gearbeitet, wobei die zur Entfernungsbestimmung bekannte Addition durch eine Subtraktion (negierter in-line phase return) ersetzt wird. Dies ermöglicht eine besonders schnelle Ausführung der Synchronisation und/oder Ermittlung, insbesondere wenn der Abstand und/oder der/die Funksignalpfadlänge(n) zwischen den beiden Objekten bekannt und/oder konstant ist, aber bei Wiederholung mit unterschiedlichen Frequenzen auch ohne Kenntnis des Abstandes.
Dazu wird insbesondere ein Funksignal mit einer ersten Frequenz vom ersten Objekt zum zweiten Objekt übertragen und antwortet das zweite Objekt mit der Übertragung eines zweiten Funksignals, mit insbesondere ebenfalls näherungsweise der ersten Frequenz, zum ersten Objekt. Dieser Signalrundlauf wird bevorzugt wiederholt, jedoch mit einer zweiten Frequenz, unterschiedlich zur ersten Frequenz. Insbesondere erfolgt die Wiederholung mehrfach, insbesondere bei mehreren Frequenzen, wobei der Frequenzabstand zwischen zwei bzgl. der Frequenz und/oder der zeitlichen Abfolge aufeinander folgenden der mehreren Frequenzen mindestens 0,1 MHz und/oder maximal 10 MHz beträgt und/oder die mehreren Frequenzen mindestens fünf Frequenzen und/oder maximal 200 Frequenzen darstellen und/oder wobei die mehren Frequenzen ein Frequenzband von mindestens zwei MHz und/oder maximal 100 MHz Überspannen.
Bevorzugt wird das übertragene empfangene Funksignal in Signalpfadanteile zerlegt und für die folgenden Bestimmungen immer ein oder mehrere Signalpfadanteile getrennt betrachtet, insbesondere einer oder mehrere dessen/deren Funksignalpfadlänge bekannt ist. Alternativ oder zusätzlich kann durch bekannte Verfahren versucht werden, Multipathing zu reduzieren, beispielsweise durch geeignete Auswahl der Frequenzen.
Sind beispielsweise die Phasenlagen jeweils relativ zu den lokalen Zeitgebern der zwei Objekte bekannt, also die Phasenlage der PLL oder der gesendeten Signale des ersten Objekts zum Zeitgeber am ersten Objekt und die Phasenlage der PLL oder der gesendeten Signale des zweiten Objekts zum Zeitgeber am zweiten Objekt bekannt, lässt sich auf einfache und schnelle Weise durch (negierten) in-line Phase Return die Synchronisation der zwei Zeitgeber erreichen. Auch lässt sich damit die Frequenzabweichung der PLLs der zwei Objekte ermitteln.
Die Frequenzabweichung der PLLs der beiden Objekte untereinander (CFO crystal frequency offset), die direkt zur Frequenzsynchronisation genutzt werden kann, kann beispielsweise mittels der folgenden Vorgehensweise ermittelt werden:
CFO = 1/2 * ddPhase(t2,t1 ) / (2*Pi) / (t2-t1 ), wobei ddPhase(t2,t1 ) die gemessene Änderung zwischen den Phasenverschiebungen zweier Antwortsignalen des zweiten Objekts ist (Differenz zweiten Gerades), wobei das zweite Objekt diese zwei Antwortsignale auf die zum Zeitpunkt t1 und zum Zeitpunkt t2 des Zeitgebers am ersten Objekt am ersten Objekt gesendeten Signale gesendet hat (eins auf das zum Zeitpunkt t1 gesendete und eins auf das zum Zeitpunkt t2 gesendete) und diese zwei Antwortsignale am ersten Objekt empfangen wurden und, wobei das zweite Objekt beim Senden der Antwortsignale jeweils bereits die dort zuvor empfangene Phase der zu den Zeitpunkten t1 bzw. t2 gesendeten Signale von der an sich relativ zum Zeitgeber des zweiten Objekts bekannten Phasenlage subtrahiert hat (negierter in-line phase return). Dabei ist die Phasenverschiebung jeweils die durch den Funkkanal und/oder die Übertragung der Signale (beim Rundlauf (jeweils ein Signal vom ersten Objekt zum zweiten und vom zweiten zum ersten) mit negiertem in-line phase return) bewirkte Phasenverschiebung. Unter der Änderung der Phasenverschiebung ist dann insbesondere die Änderung der Phasenverschiebung vom ersten (begonnen bei t1 ) zum zweiten (begonnen bei t2) Rundlauf mit negiertem inline phase return zu verstehen, also die Differenz zweiten Gerades.
Die Signale eines Rundlaufs weisen dabei vorteilhafterweise ähnliche, insbesondere näherungsweise identische oder identische Frequenzen auf. Näherungsweise identische Frequenzen liegen insbesondere dann vor, wenn sie auf Grund der vorliegenden Synchronisation als identisch gelten, ihre Abweichung nicht größer ist als die aktuelle CFO und/oder ihr Unterschied nicht mehr als 100 MHz beträgt.
Ein größerer Zeitabstand zwischen den Rundläufen und/oder t1 und t2 bringt eine größere Genauigkeit, ist also zu bevorzugen. Dabei ist auf die Eindeutigkeit bei (2 * Pi)/2 zu achten. Also abhängig davon, wie genau vor der Messung bereits die CFO bekannt war, kann der Zeitabstand zwischen den Rundläufen so optimiert werden, dass er groß gewählt wird, die Eindeutigkeit aber sicher gewahrt bleibt. In der Praxis haben sich, insbesondere bei einer bestehenden CFO von 100 Hz oder besser (niedriger), Zeitabstände zwischen t1 und t2 oder den Rundläufen im Bereich von 0,3 bis 50 ms bewährt, wobei bevorzugt nachfolgend weitere Messungen mit steigenden Zeitabständen durchgeführt werden, bei denen jeweils auf Basis der vorherigen Messung(en) erreichte Genauigkeiten berücksichtigt werden, um die Zeitabstände möglichst groß aber so festzulegen, dass die Eindeutigkeit gewahrt bleibt. Dabei werden bevorzugt die Frequenzen der zum Zeitpunkt t1 und zum Zeitpunkt t2 des Zeitgebers am ersten Objekt gesendeten Signale identisch gewählt und die Frequenzen der Antwortsignale des zweiten Objekts auf das zum Zeitpunkt t1 gesendete Signale und auf das zum Zeitpunkt t2 des Zeitgebers am ersten Objekt gesendete Signal ebenfalls gleich, insbesondere auch näherungsweise gleich zu den Frequenzen der zum Zeitpunkt t1 und zum Zeitpunkt t2 des Zeitgebers am ersten Objekt gesendeten Signale, gewählt. Das bedeutet, dass sie insbesondere soweit angeglichen wurden, wie dies mit den zur Verfügung stehenden Informationen und Mitteln möglich war.
Bei entsprechender Genauigkeit der Zeitsynchronisation und bekanntem Abstand und/oder bekannte Signalpfadlänge kann das Verfahren auch unidirektional durchgeführt werden und sogar mit nur einem Signal auf einer Frequenz. Wird zu einem bekannten Zeitpunkt ein Signal mit einer Frequenz und bekannter Phasenlage am ersten Objekt abgestrahlt kann die erwartete Phasenlage am zweiten Objekt berechnet werden. Wir die reale Phasenlage gemessen, kann daraus die CFO berechnet werden. Allerdings spielen dann alle Fehler in Bezug auf die Signalpfadlänge und Zeitsynchronisation sowie Phasenmessung direkt in die Bestimmung der CFO. Daher wird dies insbesondere nur als Ergänzung einer erfindungsgemäßen Zeitsynchronisation eingesetzt
Bevorzugt wird das Verfahren bei mehreren unterschiedlichen Frequenzen (z. B. fa und fb) zu unterschiedlichen Zeitpunkten (z. B. ta für den Beginn der Durchführung bei fa und tb für den Beginn der Durchführung bei der Frequenz fb; t1 ist dann insbesondere jeweils gleich ta) wiederholt. Bevorzugt weisen die Frequenzen gegenüber der Zeit der Durchführung (z.B. ta und tb) keine linearen Abstände oder eine nur geringe lineare Abhängigkeit, insbesondere von unter 10% auf. Eine geringer lineare Abhängigkeit ist insbesondere dann gegeben, wenn die zweidimensionalen Vektoren, jeweils aus Frequenz und Sendezeit, zueinander weniger als 10% linearen Anteil aufweisen. Dies ist beispielsweise jeweils paarweise unter zwei solchen Vektoren gegeben, wenn die Projektion des einen auf den anderen eine Länge von weniger als 10% der Länge des einen aufweist. Es gilt also insbesondere mit fb - fa = Kab * (tb - ta) für verschiedene Paare fa und fb, dass Kab nicht für alle gleich Paare, insbesondere für alle Paare unterschiedlich, ist. In einer anderen bevorzugten, aber technisch anspruchsvolleren Ausführungsform erfolgt die Durchführung bei mehreren Frequenzen gleichzeitig.
Die Ermittlung des Zeitunterschiedes (dT), der dann direkt zur Synchronisation verwendet werden kann, kann beispielsweise mittels der folgenden Berechnung erfolgen: dT = 1/2 * ddPhase(f2,f1 ) / (2*Pi) / (f2-f 1 ), wobei ddPhase (Differenz zweiten Gerades) die gemessene Veränderung zwischen den Phasenverschiebungen zweier Antwortsignale des zweiten Objekts ist, wobei das zweite Objekt diese zwei Antwortsignale auf die am ersten Objekt mit der Frequenz f1 und Frequenz f2 gesendeten Signale (erstes Signal bei f 1 , zweites Signal bei f 2) gesendet hat und diese zwei Antwortsignale (eins auf das bei f1 mit näherungsweise ebenfalls Frequenz f1 und eins auf das bei f2 mit ebenfalls näherungsweise Frequenz f 2) am ersten Objekt empfangen wurden und, wobei das zweite Objekt beim Senden der Antwortsignale jeweils bereits die dort zuvor empfangene Phase der vom ersten Objekt gesendeten Signale von der an sich relativ zum Zeitgeber des zweiten Objekts bekannten Phasenlage subtrahiert hat (negierter in-line phase return), also insbesondere die gesendete Phase der Antwortsignale jeweils um die negative empfangene Phase des jeweils zuvor empfangenen Signals gedreht hat. Dabei ist ein Antwortsignal das Antwortsignal, das auf das mit Frequenz f1 gesendete Signal gesendet wird und ein Antwortsignal das Antwortsignal, das auf das mit Frequenz f2 gesendete Signal gesendet wird.
Die Messung des Rundlaufs des ersten Signals bei f1 und des entsprechenden Antwortsignals und die Messung des Rundlaufs des zweiten Signals bei f2 und des entsprechenden Antwortsignals erfolgt vorteilhafterweise mit einem Zeitabstand, in dem der Kanal sich nicht relevant verändert hat, insbesondere zeitgleich. Auch führt ein CFO zu Abweichungen, wenn die Messungen nicht gleichzeitig erfolgen. Die Abweichung ist bei näherungsweise bekannter CFO zwar mathematisch herausrechenbar aber vorteilhafterweise wird diese vermieden oder klein gehalten. In der Praxis hat sich ein Zeitabstand von maximal 100 ms bewährt.
Mit Vorteil werden Signale zur Ermittlung der Frequenzabweichung und/oder Frequenzsynchronisation auch zur Ermittlung der Zeitdifferenz und/oder Zeitsynchronisation genutzt, oder umgekehrt. Dazu wird insbesondere ein Frequenzhopping, insbesondere mit nicht äquidistanten Frequenzabständen und/oder gegenüber der Sendezeit gering oder nicht linearen Frequenzabständen verwendet. Insbesondere handelte es sich somit um ein Verfahren einerseits zur Ermittlung der Frequenzabweichung und/oder Frequenzsynchronisation und andererseits auch zur Ermittlung der Zeitdifferenz und/oder Zeitsynchronisation.
Bevorzugt werden die Verfahren jeweils oder gemeinsam bei mehreren unterschiedlichen Frequenzpaaren (z. B. mehreren Paaren fa und fb) zu identischen oder unterschiedlichen Zeiten (z. B. ta1 für den Beginn der Durchführung bei f a 1 und f b 1 und ta2 für den Beginn der Durchführung bei den Frequenzen fa2 und fb2) wiederholt. Bevorzugt weisen die Frequenzen und/oder Frequenzdifferenzen gegenüber der Zeit der Durchführung eine geringe oder keine lineare Abhängigkeit auf.
Es gilt also insbesondere mit (f b 1 - f a 1 )/(fb2 - fa2) = K1 2 * (ta1 - ta2) für verschiedene Paare von Paaren fan/fbn und fam/fbm, dass Knm nicht für alle gleich, insbesondere für alle Paare von Paaren unterschiedlich, ist.
In einer anderen bevorzugten, aber technisch anspruchsvolleren Ausführungsform erfolgt die Durchführung bei mehreren Paaren von Frequenzpaaren gleichzeitig.
Der Funksignalaustausch unter den Ankern/Objekten zur Zeitsynchronisation erfolgt in einer bevorzugten Ausgestaltung, bei der eine, insbesondere im Verhältnis zur Zeit für die Ein- und Ausschaltung des Sendeverstärkers, schnelle Umschaltung zwischen den Abstrahlfrequenzen möglich ist, so, dass zunächst ein Objekt (z.B. erster Anker), insbesondere nacheinander, auf unterschiedlichen Frequenzen sendet und anschließend ein anderes Objekt (z.B. zweiter Anker), insbesondere nacheinander, auf unterschiedlichen Frequenzen sendet. Dadurch kann die benötigte Zeit reduziert werden.
Der Funksignalaustausch unter den Objekten zur Zeitsynchronisation erfolgt in einer anderen bevorzugten Ausgestaltung, bei der eine, insbesondere im Verhältnis zur Zeit für die Ein- und Ausschaltung des Sendeverstärkers, langsame Umschaltung zwischen den Abstrahlfrequenzen gegeben ist, so, dass die Objekte nacheinander jeweils nur ein Signal auf einer Frequenz senden, sich also immer abwechseln. Dadurch kann die benötigte Zeit reduziert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung bei der die, insbesondere laufende, Zeitsynchronisation der Objekte/Anker, insbesondere nach einer initialen (ggf. auch willkürlichen) Zeitsynchronisation, bei und/oder während näherungsweise konstantem Funkkanal (Referenzkanal) (z.B. wenn sich bei und/oder während der Zeitsynchronisation die durchschnittliche Entfernung der übertragenen Energie des Funkkanals um weniger als 1 m, insbesondere um weniger als 10cm, ändert und/oder die Zeitsynchronisation so durchgeführt wird, dass diese Bedingung gegeben ist) zwischen den Ankern funkbasiert erfolgen kann, wird diese bevorzugt so durchgeführt, dass mittels unidirektionalem Signalaustausch auf mehreren Frequenzen und auf Basis von Phasenmessungen an den ausgetauschten unidi- rektionalen Signalen die, insbesondere laufende, Zeitsynchronisation jeweils zwischen zwei Ankern, insbesondere mehrfach und/oder kontinuierlich wiederholt, erfolgt.
Dies kann beispielsweise mittels folgender Berechnung erfolgen:
Sind dPh(F2,F1 ) die an empfangenen unidirektionalen Signalen auf Frequenz F1 und F2, zum Beispiel vom ersten zum zweiten Anker, gemessene relative (also auf den Unterschied der Frequenzen F1 und F2 normierte) Änderung der (durch den Übertragungskanal bewirkten) Phasenverschiebung (Differenz zweiten Grades der Phasenverschiebung) zwischen den zwei unidirektionalen Signalen bei F1 und F2, sei weiter ddPh((F2,F1 ),t2, t1 ) die relative Phasenverschiebungsdifferenz, also die um die Wirkung des Übertragungskanals korrigierte zum Zeitpunkt t2 gemessene Phasenverschiebung, also ddPh((F2,F1 ),t2, t1 ) = dPh(F2,F1 )(t2) - dPh(F2,F1 )(t1 ) mit dPh(F2,F1 )(t2) als dPh(F2,F1 ) eines zum Zeitpunkt t1 und dPh(F2,F1 )(t1 ) als dPh(F2,F1 ) eines zum Zeitpunkt t2 gesendeten oder empfangenen Signals, dann ist ddPh() proportional zur Verschiebung dT der Zeitbasis zwischen den Ob- jekten/Ankern zwischen den Zeitpunkten t1 und t2.
Also kann die Zeitverschiebung dT berechnet werden mit: dT = ddPh((F2,F1 ),t2, t1 ) / (2*pi) / (F2-F1 )
Es wird dazu also bevorzugt jeweils die Änderung der gemessenen Phasen, insbesondere Phasenverschiebungen, insbesondere auf einer Mehrzahl an Frequenzen, mit der „Referenzmessung" mit bekannter Zeitsynchronisation (t1 ) betrachtet. Durch die Messung auf unterschiedlichen Frequenzen, deren Abstand bevorzugt groß, insbesondere im Bereich von 50 - 500 MHz, gewählt wird, kann eine besonders fehlertollerante Bestimmung erfolgen, die insbesondere eine geringere Anforderung an die CFO und die vorher bestehende grobe Zeitsynchronisation stellt und dennoch recht zuverlässige die Mehrdeutigkeitsproblematik vermeidet, weil sozusagen virtuell eine Messung nur bei der Differenzfrequenz erfolgt. Erfolgt die Messung beispielsweise im 2,4GHz Band mit den Frequenzen 2400 und 2480 MHz beträgt die Differenz nur 80 MHz. Dann entsprechen 12ns 360° Phasendrehung, sodass bei einer Genauigkeit der Phasenmessung im Bereich von + /-3 bis 6° eine recht gute Zeitsynchronisation erreicht werden kann und dies bei nur geringen Anforderungen in Bezug auf die Vermeidung von Mehrdeutigkeitsproblemen bzgl. der Phasenlage.
Die Änderungsrate der Zeitsynchronisation von der Zeit t1 zu der Zeit t2 ist dann: ddT = dPh zur Zeit 2 - dPh zur Zeit 1 = ddPh((F2,F1 ),t2, t1 )/(t2 - t1 ). ddPh((F2,F1 ),t2, t1 ) kann auch ersetzt werden durch eine Mittelung aus mehreren ddPh((Fn,Fm),t2, t1 ) mit mehreren Frequenzpaaren Fn,Fm. Dies kann die Genauigkeit erhöhen. ddPh ist also die Änderung der am zweiten Objekt gemessenen Phasenverschiebung (jeweils zuvor um die durch den Übertragungskanal bedingte Phasenverschiebung bereinigt) zwischen am zweiten Objekt empfangenen Signalen, die zum Zeitpunkt t1 und t2 am ersten Objekt gesendet wurden.
Bei ausreichender Genauigkeit der Messanordnung, insbesondere ausreichend genau bekannter Signalpfadlänge, ausreichend kleiner CFO und ausreichend genauer Phasenmessung kann auch eine einfache Ermittlung der Zeitabweichung mittels eines unidirektionalen Signals erfolgen. Wir bei einer Frequenz ein Signal mit bekannter Phasenlage vom ersten Objekt abgestrahlt und am zweiten Objekt dessen Phasenlage bestimmt, kann diese mit der erwarteten Phasenlage verglichen werden und aus der Abweichung direkt dT bestimmt werden. Dies erfordert, insbesondere bei hohen Frequenzen, aber hohe Anforderungen an die Genauigkeit, um die Mehrdeutigkeit zu vermeiden.
Ausreichend genau ist dann gegeben, wenn die Mehrdeutigkeit der Phasenmessung sicher vermieden werden kann. Dies lässt sich anhand der verwendeten Frequenz mathematisch bestimmen.
Generell liegen die in diesem Text verwendeten Frequenzen bevorzugt über 2 GHz. Dadurch ist eine hohe Genauigkeit zu erreichen und können vorhandene Transmitter, beispielsweise Bluetooth, Wlan une/oder Mobilfunk, z.B. LTE, verwendet werden.
Mit Vorteil stellen die Objekte oder zumindest ein Teil der Objekte ein Ankernetz dar. So lässt sich mittels des Ankernetz, dessen Anker untereinander Zeitsynchronisationen durchführen und deren Abstände, insbesondere zumindest relative Positionen, bestimmt werden/bekannt sind, auf einfache Weise eine Infrastruktur zur Ortung von Objekten schaffen. Mit Vorteil wird der Abstand zwischen den Ankern/Objekten und/oder deren relative Position mittels funkbasierter Entfernungsmessungen zwischen jeweils zwei der Anker/Objekte bestimmt. Dadurch kann vollständig auf andere Messmethoden, beispielsweise manuelle oder lichtbasierte, verzichtet werden. Dies reduziert den apparativen Aufwand. Zudem ermöglicht es die schnelle und einfache Errichtung von, beispielsweise ad hoc, Ankernetzen. Dies kann beispielsweise in Notsituationen hilfreich sein, um einen Funkknoten, beispielsweise ein Handy aufzuspüren. So kann eine Gruppe von Personen, die jeder einen Funkknoten, beispielsweise in Form eines Mobiltelefons, mitführen, bei dem Verlust oder der Verschüttung einer der Personen durch die Funkknoten der verbleibenden Personen ein Ankernetz aufbauen und zeitnah der Funkknoten der verlorenen oder verschütteten Person lokalisiert werden. Dazu und generell können die Funkknoten beispielsweise ihre relative Position mittels GPS und/oder funkbasierten Entfernungsmessung bestimmen. Auch kann nach einer ersten Bestimmung die Position einiger oder aller Anker angepasst werden, um die Bestimmung in einer weiteren Durchführung des Verfahrens zu verbessern. Dadurch lässt sich sehr schnell und zuverlässig eine genaue Ortung realisieren. Dazu wird die Lage der Anker insbesondere iterativ so verändert, dass sie um den zu ortenden Funkknoten, insbesondere gleichmäßig, herum angeordnet werden. Dazu können sich einige oder alle Anker jeweils zwischen Messungen, insbesondere von verschiedenen Seiten, auf die ungefähre Position zu bewegen unter Einhaltung eines, insbesondere vorbestimmten, Mindestabstandes der Anker zueinander von z. B. 2m.
Bevorzugt wird es, wenn die Anker die Phase der abgestrahlten Signale basierend auf einem Zeitunterschied zwischen den Ankern so anpassen, dass die Signale der Anker kohärent abgestrahlt erscheinen. In einer einfachen Ausgestaltung senden die Anker ihre Signale an relativ zu ihrem jeweiligen lokalen Zeitgeber festgelegten Zeiten, das führt auch bei einer Zeitsynchronisation zu Abweichungen auf Grund von Drift. Aber auch auf Grund von bekannten Phasensprüngen beim Umschalten und auch durch Unterschiedliche Phasenlagen der Abstrahlung unterschiedlicher Anker kann sich ein von außen betrachtet ein nicht kohärentes Ankersystem zeigen. Dies kann durch geringfügige Änderung der Umschaltungszeitpunkte so verändert werden, dass das Ankersystem von außen, zumindest ab einem gewissen Abstand von jedem Anker, kohärent erscheint. Dadurch lasen sich dann notwendige Berechnungen vereinfachen.
Mit besonderem Vorteil für die einfache Installation sind die oder manche Anker Bestandteil von, insbesondere ortsfesten, Lautsprechern und/oder Lampen und/oder sonstiger in Gebäuden oder Zimmern installierter oder betriebener elektrischer Infrastruktur (auch: Steckdosen, Schalter, Rauchmelder etc.).
Mit Vorteil für die Genauigkeit und Robustheit des Verfahrens kommuniziert der Funkknoten (ein Objekt) mit den mindestens zwei Ankern (jeweils auch ein Objekt) jeweils über mehrere Antennenpfade und/oder kommunizieren die Anker, oder abstrakt jeweils zwei Objekte, untereinander paarweise jeweils über mehrere Antennenpfade. Ein Antennenpfad ist insbesondere der Funkkanal von einer ersten Sendeantenne zu einer ersten Empfangsantenne. Werden zum Empfang beispielsweise zwei Antennen, beispielsweise eines Objekts, z. B. eines Ankers, verwendet und die damit empfangenen Signale separat ausgewertet, werden zwei Antennenpfade genutzt. Wird dann, zum Beispiel zeitlich nachgelagert, auch eine zweite Sendeantenne, zum Beispiel des Funkknotens, verwendet und jeweils mit den beiden Empfangsantennen empfangen, werden vier Antennenpfade verwendet.
In bestimmten Anwendungsfällen wird es bevorzugt, ein Ankernetz aus mobilen Geräten ad hoc aufzubauen und dass die Anker insbesondere zunächst Informationen zu ihrer relativen Anordnung bestimmen und dazu Frequenzen und/oder Zeiten synchronisieren, dies insbesondere wiederholt tun. So kann schnell ein solides Ankernetz und eine Bestimmung durchgeführt werden, dies ist mit aktiven und/oder passiven Funkknoten möglich.
Generell wird es je nach Anwendungsfall bevorzugt mit aktiven und/oder passivem Funkknoten zu arbeiten. Passive Funkknoten sind zum Beispiel von Vorteil, wenn eine hohe Anzahl von Funkknoten zeitgleich verwendet wird und/oder der/die Funkknoten anonym und/oder unerkannt bleiben soll(en). Der Einsatz von aktiven Funkknoten kann von Vorteil sein, wenn diese möglichst wenig elektrische Leistung verbrauchen sollen, also nur kurz senden und nicht lange empfangen. Die Kombination von aktiven und passiven Bestimmungen bezüglich eines Funkknotens kann die Vorteile beider Varianten nutzen.
In Bezug auf das in-line phase return sind folgende Überlegungen zum Verständnis hilfreich
Auf einem Ton (also einer Frequenz f) ist die gemessene Phasenverschiebung im
Empfänger (Ph):
Ph = const + dt * f + s / lambda const ist dabei der Phasenunterschied zwischen den beiden PLLs der Objekte A und B. Dabei sind: dt: die Zeitabweichung der Zeitgeber der Objekte A und B - die Formel berücksichtigt keinen Zeitdrift s: kontanter Abstand der Objekte lambda: Wellenlänge bei Frequenz f
Für die Phasenverschiebung (PhA) und PhB) an den empfangenden Objekten A und B gilt dann:
PhA = const + dt * f + s / lambda
PhB = -const + -dt * f + s / lambda
Damit ist die Summe der Phasenverschiebungen der beiden Objekte A und B auf dem gleichen Ton:
PhA + PhB = const + dt * f + s / lambda - const - dt * f + s / lambda
PhA + PhB = 2 * s / lambda
So lässt sich die Entfernung s bestimmen, insbesondere bevorzugt mit nicht negiertem in-line phase return.
Für die Differenz der Phasenverschiebungen der beiden Objekte A und B auf dem gleichen Ton gilt (ohne Drift und bei konstantem Abstand): PhA - PhB = const + dt * f + s / lambda + const + dt * f - s / lambda
PhA - PhB = 2 * const + 2 * dt * f
Bei bekanntem PLL-Offset (const) lässt sich so, insbesondere mit negiertem inline phase return der Zeitversatz bestimmen und insbesondere zur Korrektur verwenden. Wird dies zu einem anderen Zeitpunkt wiederholt, lässt sich beispielsweise auch die relative Drift der Zeitgeber bestimmen.
Führt man das Verfahren, insbesondere mit negiertem in-line phase return auf zwei verschiedenen Frequenzen, beispielsweise ein erster Signalrundlauf bei f1 und ein zweiter bei f2, durch und bildet man Phasenverschiebungsdifferenz zweiten Gerades, insbesondere realisierbar durch negierten in-line phase return, erhält man
PhA(f1 ) - PhB(f 1 ) - (PhA(f2) - PhB(f2)) = 2 * const + 2 * dt * f1 - 2 * const - 2 * dt * f2
PhA(f1 ) - PhB(f 1 ) - (PhA(f2) - PhB(f2)) = 2 * dt * f1 - 2 * dt * f2
PhA(f1 ) - PhB(f 1 ) - (PhA(f2) - PhB(f2)) = 2 * dt * (f 1 - f2)
Auch darstellbar als dT = [PhA(f 1 ) - PhB(f 1 ) - (PhA(f2) - PhB(f2))] / 2 / dF
Ist die Differenz der Frequenzen bekannt, lässt sich somit der Zeitversatz auf einfache und zuverlässige Weise bestimmen. Ist die Zeitdifferenz bekannt, lässt sich die Frequenzdifferenz zuverlässig und einfach bestimmen.
Mittels negiertem inline Phase return lässt sich dies weiter vereinfachen, da
PhA(f1 ) - PhB(f1 ) direkt durch Messung (Mf1 ) am Ende des Rundlaufs bestimmt werden kann, ebenso PhA(f2) - PhB(f2) ( = Mf2).
Damit erhält man dT = ddPh / 2 / dF mit ddPh = Mf1 -Mf2 (Differenz zweiten Gerades der Phasenverschiebung) Die folgenden Ausführungen erläutern die Erfindungen rein exemplarisch anhand der rein schematischen Figuren. Dabei zeigen die Figuren:
Fig. 1 exemplarisch Darstellung zweier möglicher Verfahrensabläufe,
Fig. 2 eine Veranschaulichung eines Ankernetzes und eines aktiven
Funkkotens,
Fig. 3 eine Veranschaulichung eines Ankernetzes und eines passiven
Funkkotens und
Fig. 4 eine Veranschaulichung einer Zeitsynchronisation mittels in-line phase return.
Figur 1 zeigt rein schematisch und nicht beschränkend und nur exemplarisch zwei mögliche Verfahrensabläufe. In der linken Spalte wird die Entscheidung erst nach Senden der Signal des ersten und des zweiten Objekt gefällt, während dies in der rechten Spalte vor dem Senden der Signale erfolgt und nur eins der Objekte die Signale sendet. Beiden ist gemein, dass die Berechnung oder Bestimmung des Abstandes nur die von einem der Objekten Signale berücksichtig.
Figur 2 zeigt ein Ankernetz mit zwei Ankern A1 , A2 mit fester Positionierung und bekanntem Abstand. Der Funkknoten FK sendet unidirektionale Signale, die von den Ankern A1 , A2 empfangen werden. Daraus wird die Differenz der durch Doppelpfeile dargestellten Entfernungen bestimmt. Wir das Verfahren mit mehreren Ankern, beispielsweise drei oder vier, durchgeführt und sind deren Positionen bekannt, lässt sich dadurch 2- oder 3-dimensional die Position des Funkknotens bestimmen.
Figur 3 zeigt ein Ankernetz mit zwei Ankern A1 , A2 und einen passiven Funkknoten FK, der die unidirektionalen Signale der Anker A1 , A2 empfängt und die Differenz der durch Doppelpfeile dargestellten Entfernungen bestimmt. Wir das Verfahren mit mehreren Ankern, beispielsweise drei oder vier, durchgeführt und sind deren Positionen bekannt, lässt sich dadurch 2- oder 3-dimensional die Position des Funkknotens bestimmen.
Figur 4 zeigt eine Veranschaulichung der Zeitsynchronisation mittels negiertem in-line phase return zwischen zwei Objekten A1 , A2, die Anker eines Ankernetzes sein können. Die Objekte verfügen jeweils über lokale Zeitgeber und jeweils über eine PLL, die bevorzugt auf näherungsweise gleiche Frequenzen eingestellt sind, deren Phasenlage jeweils gegenüber dem jeweiligen lokalen Zeitgeber des Objekts bekannt ist, hier vereinfacht als identisch angenommen wird und deren Phase für jeden Anker jeweils zu zwei Zeiten Ta, Td für Objekt A1 bzw. Tb, Tc für Objekt A2 durch Zeiger in einem Kreis, jeweils der äußere Kreis, gezeigt sind. Die Zeiger in den inneren Kreisen (A1 rechts, A2 links) zeigen die Phase eines Signals. Die Pfeile zwischen den Objekten verdeutlichen Signale, und zwar der obere ein erstes vom ersten Objekt A1 zum zweiten Objekt A2 und der untere ein zweites vom zweiten Objekt A2 zum ersten Objekt A1 . Das erste Objekt sendet zum Zeitpunkt Ta beginnend ein Signal mit der Phasenlage der internen PLL, daher sind die Zeiger identisch. Dieser Signalanfang wird zum Zeitpunkt Tb am zweiten Objekt empfangen, mit einer Phasenlage, die durch den oberen linken Zeiger angezeigt wird, während die interne PLL des zweiten Objekts A2 die durch den Zeiger oben rechts verdeutlichte Phase aufweist. Das zweite Objekt beginnt zum Zeitpunkt Tc, der hier zur vereinfachten Darstellung näherungsweise gleich Tb angenommen wurde, das zweite Signal zu senden. Dieses Signal würde ohne in-line phase return mit der Phase der PLL gesendet. Für den negierten in-line phase return wird es nun aber um die negierte Abweichung des empfangenen ersten Signals zur PLL des zweiten Objekts verdreht und somit mit abweichender und durch den unteren linken Zeiger im zweiten Objekt veranschaulichten Phasenlage beginnend gesendet. Das erste Objekt empfängt das Signal und bestimmt die Phasenlage des Signalbeginns gegenüber seiner eigenen PLL. Daraus kann es zusammen mit der Phase des Sendebeginns des ersten Signals die Phasenverschiebung durch den Funkkanal des Rundlaufes bestimmen. Dabei muss als zeitlicher Referenzpunkt nicht zwingend der Signalbeginn verwendet werden. Ist die Entfernung konstant und bekannt, kann so die Abweichung der Zeitgeber der Objekte bestimmt werden, beispielsweise mittels der oben erläuterten Formal
PhA - Phß = 2 * const + 2 * dt * f
Ist die Entfernung konstant kann durch Wiederholung die Abweichung der Zeitgeber der Objekte bestimmt werden, auch ohne dass die Entfernung bekannt ist, beispielsweise mittels der oben erläuterten Formel: dT = ddPh / 2 / dF

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Abstandsbestimmung mittels Funksignalen oder Erkennung von Relayangriffen, insbesondere auf eine Abstandsbestimmung mittels Funksignalen, zwischen zwei Objekten jeweils aufweisend einen Zeitgeber, wobei die zwei Objekte auf mehreren Frequenzen Funksignale abstrahlen und die Funksignale von dem jeweils nicht sendenden der zwei Objekte empfangen werden und das empfangende Objekt daran jeweils je Frequenz und/oder Funksignal mindestens eine Messung der Phase und/oder mindestens eine Messung der Signalankunftszeit und/oder der Signallaufzeit relativ zu seinem Zeitgeber durchführt und darauf mit der Abstrahlung mindestens eines Funksignals, insbesondere auf der gleichen Frequenz antwortet, wobei das jeweils nicht antwortende Objekt der zwei Objekte das mindestens eine als Antwort abgestrahlte Funksignal empfängt und daran je Frequenz und/oder Funksignal mindestens eine Messung der Phase und/oder mindestens eine Messung der Signalankunftszeit und/oder Signallaufzeit relativ zu seinem Zeitgeber durchführt und daraus mindestens eine Bestimmung der Phasenverschiebung und/oder mindestens eine Bestimmung der Signallaufzeit je Frequenz erfolgt und auf Basis der mindestens einen Bestimmung eine Auswertung erfolgt, die insbesondere die Entfernung zwischen erstem und zweitem Objekt bestimmt und/oder ermittelt, ob ein Relayangriff vorliegt und/oder eine Freigabeentscheidung trifft, wobei das Verfahren eine Bestimmung einer Zeitabweichung zwischen den Zeitgebern der Objekte, und insbesondere auch einer zumindest relativen Drift der Zeitgeber der Objekte, beinhaltet und das Verfahren zumindest für jede Frequenz und/oder jeden Signalrundlaufzeitraum eine Entscheidung beinhaltet, ob die Messungen an dem mindestens einen Signal des ersten und/oder zweiten Objekts für die Entfernungsbestimmung und/oder die Ermittlung verwendet wird, wobei die Entscheidung insbesondere auf Basis mindestens je einer Abschätzung oder Bestimmung von Auswirkungen von Störungen auf den Empfang an beiden Objekten, insbesondere deren Verhältnis und/oder Unterschied, insbesondere auf Basis von Amplituden, Kanal- und/oder Messqualitätsindikatoren, erfolgt, wobei für die Entfernungsbestimmung und/oder Ermittlung die ausgewählten Messungen um den Einfluss der bestimmten Zeitabweichung und der bestimmten Drift korrigiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei mindestens eine Differenz je zwischen zwei durch je eine Übertragung zwischen den zwei Objekten oder durch je einen Signalrundlauf, die insbesondere verschiedene Signalrundläufe bilden, zwischen den zwei Objekten bedingten Phasenverschiebungen bestimmt wird, wobei die Übertragungen bzw./oder, insbesondere verschiedenen, Signalrundläufe mit Signalen unterschiedlicher Frequenz durchgeführt werden und wobei die Abstandsbestimmung, die Erkennung von Relayangriffen und/oder die Bestimmung der Zeitabweichung auf dieser mindestens einen Differenz, insbesondere je deren Verhältnis zur Differenz der Frequenzen der zur Bestimmung der jeweiligen der mindestens einen Differenz verwendeten Signale, basiert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren so durchgeführt wird, dass zur Bestimmung der Zeitabweichung und/oder Drift jeweils die relative Phasenlage zweier Funksignalen unterschiedlicher Frequenz mittels der PLL eines Objekts in Abhängigkeit zu der Zeitdifferenz der Erzeugung oder Abstrahlung der zwei Signale an einem der Objekte relativ zu seinem Zeitgeber bekannt ist und/oder die Phasenlage der PLL jedes der Objekte bei unterschiedlichen Frequenzen jeweils relativ zu seinem Zeitgeber bekannt ist, wobei die Bestimmung der Zeitabweichung und/oder Drift zwischen den Objekten funkbasiert mittels Phasenmessung(en) an einer Mehrzahl der zwischen den zwei Objekten übertragenen Funksignalen unterschiedlicher Frequenz durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Bestimmung der Zeitabweichung und/oder Drift mittels Bestimmung von Phasenverschiebung der Übertragung von Hinwegsignal vom ersten zum zweiten Objekt und Rückwegsignal vom zweiten zum ersten Objekt mittels in-line phase return durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der in-line phase return dadurch realisiert wird, dass die Phasenlage des Rückwegsignals gegenüber einer gegenüber dem lokalen Zeitgeber des zweiten Objekts bekannten Phasenlage, insbesondere der Phasenlage seiner PLL, um die negierte gemessene Phase des am zweiten Objekts empfangenen Hinwegsignals am zweiten Objekts verändert wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mehrfach Hin- und Rückwegsignale, insbesondere mit in-line phase return, zwischen den Objekten ausgetauscht werden, insbesondere bei unterschiedlichen Frequenzen.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, wobei die Phasenlage eines am ersten Objekts empfangenen zweiten Signals am ersten Objekt bestimmt wird und zusammen mit der Phasenlage eines ersten Signals am ersten Objekt gegenüber der PLL des ersten Objekts, insbesondere der Unterschied der Phasenlagen, zur Zeitsynchronisation verwendet wird, insbesondere die Änderung des Unterschieds zwischen zwei auf unterschiedlichen Frequenzen ausgetauschten Hin- und Rückwegsignalpaaren als Maß für die relative Änderung der lokalen Zeitgeber, insbesondere als deren relative Änderung verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Bestimmung der Zeitabweichung und/oder Drift, insbesondere bei Kenntnis der Entfernung zwischen den Objekten, funkbasiert mittels, insbesondere bei unterschiedlichen Frequenzen wiederholtem, insbesondere ausschließlich, unidirektiona- lem Signalaustausch vom ersten zum zweiten Objekt, insbesondere auf mehreren Frequenzen, und auf Basis von Phasenmessung(en) an den oder dem am zweiten Objekt empfangenen Signal(en) erfolgt, insbesondere wobei die Phasenlage des am zweiten Objekts empfangenen unidirektionalen Signals des ersten Objekts am zweiten Objekt bestimmt wird und die Phasenlage des ersten Signals am zweiten Objekt gegenüber der PLL des zweiten Objekts, insbesondere der Unterschied zu einer rechnerisch bei gleichen Uhren erwarteten Phasenlagen, zur Zeitsynchronisation verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verfahren während und/oder bei näherungsweise unverändertem Funkkanal oder bei näherungsweise bekanntem Funkkanal, Abstand und/oder näherungsweise bekannter Signalpfadlänge durchgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die an empfangenen unidirektio- nalen Signalen auf einer ersten und einer zweiten Frequenz gemessene relative, also auf den Unterschied zwischen der ersten und zweiten Frequenz normierte, Differenz der durch die Übertragungen bewirkten Phasenverschiebungen, insbesondere bei Anwendung des negiertem in-line phase returns, zwischen den zwei unidirektionalen Signalen bei der ersten und zweiten Frequenz zur Zeitsynchronisation, insbesondere als Maß der Abweichung der lokalen Zeitgeber verwendet, insbesondere mit dem Proportionalitätsfaktor zwei Pi multipliziert als die Abweichung der lokalen Zeitgeber verwendet wird.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Bestimmung der Zeitabweichung und/oder Drift mittels Bestimmung von Phasenverschiebung der Übertragung von Hinwegsignal vom ersten zum zweiten Objekt und Rückwegsignal vom zweiten zum ersten Objekt mittels in-line phase return durchgeführt wird, wobei insbesondere der in-line phase return dadurch realisiert wird, dass die Phasenlage des Rückwegsignals gegenüber einer gegenüber dem lokalen Zeitgeber des zweiten Objekts bekannten Phasenlage, insbesondere der Phasenlage seiner PLL, um die negierte gemessene Phase des am zweiten Objekts empfangenen Hinwegsignals am zweiten Objekts verändert wird.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mehrfach Hin- und Rückwegsignale mit in-line phase return ausgetauscht werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 12, wobei die Phasenlage des am ersten Objekts empfangenen zweiten Signals am ersten Objekt bestimmt wird und zusammen mit der Phasenlage des ersten Signals am ersten Objekt gegenüber der PLL des ersten Objekts, insbesondere der Unterschied der Phasenlagen, zur Bestimmung der Zeitabweichung und/oder Drift verwendet wird, insbesondere die Änderung des Unterschieds zwischen zwei zu unterschiedlichen Zeiten und insbesondere, zumindest näherungsweise, identischen Frequenzen, ausgetauschten Hin- und Rückwegsignalpaaren als Maß für die Frequenzabweichung verwendet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Verfahren während und/oder bei näherungsweise unverändertem Funkkanal oder bei näherungsweise bekanntem Funkkanal, Abstand und/oder näherungsweise bekannter Signalpfadlänge durchgeführt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die zu zwei unterschiedlichen Zeiten an empfangenen unidirektionalen Signalen, also erste und zweite Zeit, gemessenen relative, also auf die Differenz der ersten und zweiten Zeiten normierte, Differenz der durch die Übertragungen bewirkten Phasenverschiebungen zwischen den zwei unidirektionalen Signalen zur ersten und zweiten Zeit als Maß der Abweichung der PLLs der zwei Objekte, insbesondere als die Abweichung der lokalen PLLs der Objekte verwendet wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Phasenlage des am zweiten Objekts empfangenen unidirektionalen Signals des ersten Objekts am zweiten Objekt bestimmt wird und die Phasenlage des ersten Signals am zweiten Objekt gegenüber der PLL des zweiten Objekts, insbesondere der Unterschied zu einer rechnerisch bei gleichen Frequenzen der PLLs der zwei Objekte erwarteten Phasenlagen, zur Zeitsynchronisation verwendet wird.
17. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Entfernungsbestimmung eine phasenbasierte Entfernungsmessung ist
18. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 1 6, wobei die Entfernungsbestimmung eine laufzeitbasierte Entfernungsmessung ist.
19. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bei Annahme eines Relayangriffs und/oder als Freigabentscheidung, ein Zugang oder eine Freigabe verwehrt wird, eine angefragte Handlung oder Aktion nicht vorgenommen und/oder eine Alarmierung oder Sperrung vorgenommen wird und/oder wobei bei Nicht-Annahme eines Relayangriffs und/oder als Freigabentscheidung der Zugang oder die Freigabe gewährt und/oder die angefragte Handlung oder Aktion ausgeführt wird und/oder die Alarmierung oder Sperrung nicht vorgenommen wird.
20. Verwahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Entscheidung eine Gewichtungsentscheidung ist und/oder beinhaltet und entscheidet, welche Messungen mit welchem Gewicht verwendet werden.
21 . Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Frequenzabstand zwischen zwei aufeinander folgenden der mehreren Frequenzen mindestens 0,1 MHz und/oder maximal 10 MHz beträgt und/oder die mehreren Frequenzen mindestens fünf Frequenzen und/oder maximal 200 Frequenzen darstellen und/oder wobei die mehren Frequenzen ein Frequenzband von mindestens zwei MHz und/oder maximal 100 MHz Überspannen.
22. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Genauigkeit der Abstandsbestimmung im Bereich von 0,3 m bis 3 m liegt, insbesondere zumindest für Abstände im Bereich von 0 bis 50 m.
23. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Abstandsbestimmung auf Ermittlung der Signallaufzeit vom ersten zum zweiten oder vom zweiten zum ersten Objekt beruht und/oder wobei die Abstandsbestimmung auf Ermittlung der Phasenverschiebung der Signale vom ersten zum zweiten oder vom zweiten zum ersten Objekt beruht.
24. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei, insbesondere bei der Abstandsbestimmung, am zweiten oder ersten Objekt empfangene Signale mit einer empfangenen Leistung unterhalb einer vorbestimmten und/oder, insbesondere aus oder unter Berücksichtigung der empfangenen Signale, ermittelten Leistungsuntergrenze unberücksichtigt bleiben, insbesondere solche Signale unberücksichtigt bleiben, die mehr als 50% unter der mittleren Leistung der empfangenen Signale liegen und/oder wobei bei der Abstandsbestimmung am zweiten oder ersten Objekt empfangene Signale mit einer Leistung oberhalb einer vorbestimmten und/oder, insbesondere aus oder unter Berücksichtigung der empfangenen Signale, ermittelten Leistungsobergrenze unberücksichtigt bleiben.
25. Verfahren zur Zeitsynchronisation, Frequenzsynchronisation und/oder Ermittlung einer Zeitdifferenz und/oder Frequenzabweichung zwischen einem ersten und einem zweiten Objekt, wobei die Objekte jeweils mindestens einen lokalen Zeitgeber und jeweils mindestens eine PLL aufweisen, wobei die Zeitsynchronisation, Frequenzsynchronisation und/oder Ermittlung zwischen den Objekten funkbasiert mittels Phasenmessungen an einer Mehrzahl von zwischen den zwei Objekten, insbesondere im Rundlauf, übertragenen Signalen, insbesondere Funksignalen, unterschiedlicher Frequenz durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Differenz der Phasenverschiebungen durch die Übertragung vom ersten zum zweiten und die Übertragung vom zweiten zum ersten Objekt gebildet wird und die Zeitsynchronisation, Frequenzsynchronisation und/oder Ermittlung basierend auf der mindestens einen Differenz erfolgt.
26. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch 25, wobei die zwei Objekte auf mehreren Frequenzen Funksignale abstrahlen und die Funksignale von dem jeweils nicht sendenden der zwei Objekte empfangen werden und das empfangende Objekt daran jeweils je Frequenz und/oder Funksignal mindestens eine Messung der Phase relativ zu seinem Zeitgeber durchführt und insbesondere darauf mit der Abstrahlung mindestens eines Funksignals, insbesondere auf der gleichen Frequenz antwortet, wobei das jeweils nicht antwortende Objekt der zwei Objekte das mindestens eine als Antwort abgestrahlte Funksignal empfängt und daran je Frequenz und/oder Funksignal mindestens eine Messung der Phase und/oder mindestens eine Messung der Signalankunftszeit und/oder Signallaufzeit relativ zu seinem Zeitgeber durchführt.
27. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 25 bis 36, wobei mindestens eine Differenz zweiten Gerades je zwischen zwei der mindestens einen Differenzen zwischen der durch die Übertragung vom ersten zum zweiten Objekt bedingten und der durch die Übertragung vom zweiten zum ersten Objekt bedingten Phasenverschiebungen je eines Signalrundlauf zwischen den zwei Objekten, insbesondere mittels negiertem in-line phase return, bestimmt wird, wobei jeweils die Übertragungen eines Signalrundlaufs vom ersten zum zweiten und vom zweiten zum ersten Objekt insbesondere mit näherungsweise gleicher, insbesondere gleicher, Frequenz durchgeführt werden und die Übertragungen unterschiedlicher Signalrundläufe mit zwischen den Signalrundläufen unterschiedlichen Frequenzen durchgeführt werden und wobei die Abstandsbestimmung, die Zeitsynchronisation, Frequenzsynchronisation und/oder Ermittlung auf dieser mindestens einen Differenz zweiten Gerades basiert.
28. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 25 bis 27, wobei die Zeitsynchronisation und/oder Ermittlung der Zeitdifferenz mittels Bestimmung von Phasenverschiebung der Übertragung von Hinwegsignal vom ersten zum zweiten Objekt und Rückwegsignal vom zweiten zum ersten Objekt mittels in-line phase return durchgeführt wird.
29. Verfahren nach Anspruch 28, wobei der in-line phase return dadurch realisiert wird, dass die Phasenlage des Rückwegsignals gegenüber einer gegenüber dem lokalen Zeitgeber des zweiten Objekts bekannten Phasenlage, insbesondere der Phasenlage seiner PLL, um die negierte gemessene Phase des am zweiten Objekts empfangenen Hinwegsignals am zweiten Objekts verändert wird.
30. Verfahren nach Anspruch 28, wobei mehrfach Hin- und Rückwegsignale mit in-line phase return ausgetauscht werden, insbesondere bei unterschiedlichen Frequenzen.
31 . Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 30, wobei eine Zeitsynchronisation und/oder Ermittlung der Zeitdifferenz erfolgt und wobei die Phasenlage des am ersten Objekts empfangenen zweiten Signals am ersten Objekt bestimmt wird und zusammen mit der Phasenlage des ersten Signals am ersten Objekt gegenüber der PLL des ersten Objekts, insbesondere der Unterschied der Phasenlagen, zur Zeitsynchronisation verwendet wird, insbesondere die Änderung des Unterschieds zwischen zwei auf unterschiedlichen Frequenzen ausgetauschten Hin- und Rückwegsignalpaaren als Maß für die relative Änderung der lokalen Zeitgeber, insbesondere als deren relative Änderung verwendet wird.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, wobei die Zeitsynchronisation und/oder Ermittlung der Zeitdifferenz, insbesondere bei Kenntnis der Entfernung zwischen den Objekten, funkbasiert mittels, insbesondere bei unterschiedlichen Frequenzen wiederholtem, insbesondere ausschließlich, unidirektionalem Signalaustausch vom ersten zum zweiten Objekt, insbesondere auf mehreren Frequenzen, und auf Basis von Phasenmessung(en) an den oder dem am zweiten Objekt empfangenen Signal(en) erfolgt, insbesondere wobei die Phasenlage des am zweiten Objekts empfangenen unidi- rektionalen Signals des ersten Objekts am zweiten Objekt bestimmt wird und die Phasenlage des ersten Signals am zweiten Objekt gegenüber der PLL des zweiten Objekts, insbesondere der Unterschied zu einer rechnerisch bei gleichen Uhren erwarteten Phasenlagen, zur Zeitsynchronisation verwendet wird.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 32, wobei das Verfahren während und/oder bei näherungsweise unverändertem Funkkanal oder bei näherungsweise bekanntem Funkkanal, Abstand und/oder näherungsweise bekannter Signalpfadlänge durchgeführt wird.
34. Verfahren nach Anspruch 32 oder 33, wobei die an empfangenen unidirekti- onalen Signalen auf einer ersten und einer zweiten Frequenz gemessene relative, also auf den Unterschied zwischen der ersten und zweiten Frequenz normierte, Differenz zweiten Gerades der durch die Übertragungen bewirkten Phasenverschiebungen zwischen den zwei unidirektionalen Signalen bei der ersten und zweiten Frequenz zur Zeitsynchronisation, insbesondere als Maß der Abweichung der lokalen Zeitgeber verwendet, insbesondere mit dem Proportionalitätsfaktor zwei Pi multipliziert als die Abweichung der lokalen Zeitgeber verwendet wird.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 34, wobei die Zeitsynchronisation, Frequenzsynchronisation und/oder Ermittlung der Frequenz- und/oder Zeitabweichung mittels Bestimmung von Phasenverschiebung der Übertragung von Hinwegsignal vom ersten zum zweiten Objekt und Rückwegsignal vom zweiten zum ersten Objekt mittels in-line phase return durchgeführt wird, wobei insbesondere der in-line phase return dadurch realisiert wird, dass die Phasenlage des Rückwegsignals gegenüber einer gegenüber dem lokalen Zeitgeber des zweiten Objekts bekannten Phasenlage, insbesondere der Phasenlage seiner PLL, um die negierte gemessene Phase des am zweiten Objekts empfangenen Hinwegsignals am zweiten Objekts verändert wird.
36. Verfahren nach Anspruch 35, wobei mehrfach Hin- und Rückwegsignale mit in-line phase return ausgetauscht werden.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 36, wobei die Phasenlage des am ersten Objekts empfangenen zweiten Signals am ersten Objekt bestimmt wird und zusammen mit der Phasenlage des ersten Signals am ersten Objekt gegenüber der PLL des ersten Objekts, insbesondere der Unterschied der Phasenlagen, zur Frequenzsynchronisation und/oder Ermittlung verwendet wird, insbesondere die Änderung des Unterschieds zwischen zwei zu unterschiedlichen Zeiten und insbesondere, zumindest näherungsweise, identischen Frequenzen, ausgetauschten Hin- und Rückwegsignalpaaren als Maß für die Frequenzabweichung verwendet wird.
38. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 37, wobei die Frequenzsynchronisation und/oder Ermittlung der Frequenzabweichung, insbesondere bei Kenntnis der relativen Bewegung, insbesondere Stillstand, zwischen den Objekten, funkbasiert mittels unidirektionalem Signalaustausch vom ersten zum zweiten Objekt, insbesondere zu mehreren Zeiten, und auf Basis von Phasenmessung(en) an den oder dem am zweiten Objekt empfangenen Sig- nal(en) erfolgt.
39. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 38, wobei das Verfahren während und/oder bei näherungsweise unverändertem Funkkanal oder bei näherungsweise bekanntem Funkkanal, Abstand und/oder näherungsweise bekannter Signalpfadlänge durchgeführt wird.
40. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 39, wobei die zu zwei unterschiedlichen Zeiten an empfangenen unidirektionalen Signalen, also erste und zweite Zeit, gemessenen relative, also auf die Differenz der ersten und zweiten Zeiten normierte, Differenz der durch die Übertragungen bewirkten Phasenverschiebungen zwischen den zwei unidirektionalen Signalen zur ersten und zweiten Zeit als Maß der Abweichung der PLLs der zwei Objekte, insbesondere als die Abweichung der lokalen PLLs der Objekte verwendet wird.
41 . Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 40, wobei die Phasenlage des am zweiten Objekts empfangenen unidirektionalen Signals des ersten Objekts am zweiten Objekt bestimmt wird und die Phasenlage des ersten Signals am zweiten Objekt gegenüber der PLL des zweiten Objekts, insbesondere der Unterschied zu einer rechnerisch bei gleichen Frequenzen der PLLs der zwei Objekte erwarteten Phasenlagen, zur Zeitsynchronisation verwendet wird.
42. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 25 bis 41 , wobei mindestens eine Differenz zweiten Gerades je zwischen den Differenzen zwischen zwei durch je einen Signalrundlauf, insbesondere verschiedene Signalrundläufe bildenden, zwischen den zwei Objekten, insbesondere mit negiertem in-line phase return, bedingten Phasenverschiebungen bestimmt wird, wobei die, insbesondere verschiedenen, Signalrundläufe mit Signalen zwischen den Signalrundläufen unterschiedlicher Frequenz durchgeführt werden und wobei die Abstandsbestimmung, die Zeitsynchronisation, Frequenzsynchronisation und/oder Ermittlung auf dieser mindestens einen Differenz zweiten Gerades basiert.
43. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 25 bis 41 , wobei die mindestens eine Differenz je zwischen zwei durch je eine Übertragung zwischen den zwei Objekten bedingten Phasenverschiebungen bestimmt wird, wobei die Übertragungen mit Signalen unterschiedlicher Frequenz durchgeführt werden und wobei die Abstandsbestimmung, die Zeitsynchronisation, Frequenzsynchronisation und/oder Ermittlung auf dieser mindestens einen Differenz basiert.
44. Objekt, aufweisend einen Zeitgeber, wobei das Objekt eingerichtet ist, auf mehreren Frequenzen Funksignale abzustrahlen und Funksignale von anderen Objekten zu empfangen und an den empfangenen Funksignalen jeweils je Frequenz und/oder Funksignal mindestens eine Messung der Phase und/oder mindestens eine Messung der Signalankunftszeit und/oder der Signallaufzeit relativ zu seinem Zeitgeber durchzuführen und insbesondere darauf mit der Abstrahlung mindestens eines Funksignals, insbesondere auf der gleichen Frequenz zu antworten, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche zusammen mit einem weiteren, insbesondere identischen Objekt.
45. System, aufweisend mindestens zwei Objekte nach dem vorstehenden Anspruch, wobei das System eingerichtet ist zur Durchführung eines vorstehenden Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 43.
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0664625A2 (de) 1994-01-21 1995-07-26 AEG MOBILE COMMUNICATION GmbH Verfahren zur Prüfung der Qualität eines Übertragungskanals
US20120019413A1 (en) * 2010-07-26 2012-01-26 Ensco, Inc. System and method for real-time locating
US8446254B2 (en) 2008-11-03 2013-05-21 Thingmagic, Inc. Methods and apparatuses for RFID tag range determination
DE112014004426T5 (de) 2013-09-27 2016-06-30 Apple Inc. Gerätesynchronisation über Bluetooth
EP3502736A1 (de) * 2017-12-20 2019-06-26 Stichting IMEC Nederland Verfahren zur abstandsbestimmung
EP3564703A1 (de) * 2018-04-30 2019-11-06 Lambda: 4 Entwicklungen GmbH Verfahren zur verbesserung der laufzeit- und/oder phasenmessung
WO2020165134A1 (de) * 2019-02-13 2020-08-20 Lambda:4 Entwicklungen Gmbh Laufzeitmessung basierend auf frequenzumschaltung
WO2022096514A1 (de) 2020-11-04 2022-05-12 Lambda: 4 Entwicklungen Gmbh Verfahren zur erkennung eines relayangriffs
WO2022096091A1 (de) 2020-11-04 2022-05-12 Lambda:4 Entwicklungen Gmbh Verfahren zur einseitigen funkbasierten entfernungsmessung

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0664625A2 (de) 1994-01-21 1995-07-26 AEG MOBILE COMMUNICATION GmbH Verfahren zur Prüfung der Qualität eines Übertragungskanals
US8446254B2 (en) 2008-11-03 2013-05-21 Thingmagic, Inc. Methods and apparatuses for RFID tag range determination
US20120019413A1 (en) * 2010-07-26 2012-01-26 Ensco, Inc. System and method for real-time locating
DE112014004426T5 (de) 2013-09-27 2016-06-30 Apple Inc. Gerätesynchronisation über Bluetooth
EP3502736A1 (de) * 2017-12-20 2019-06-26 Stichting IMEC Nederland Verfahren zur abstandsbestimmung
EP3564703A1 (de) * 2018-04-30 2019-11-06 Lambda: 4 Entwicklungen GmbH Verfahren zur verbesserung der laufzeit- und/oder phasenmessung
WO2020165134A1 (de) * 2019-02-13 2020-08-20 Lambda:4 Entwicklungen Gmbh Laufzeitmessung basierend auf frequenzumschaltung
WO2022096514A1 (de) 2020-11-04 2022-05-12 Lambda: 4 Entwicklungen Gmbh Verfahren zur erkennung eines relayangriffs
WO2022096091A1 (de) 2020-11-04 2022-05-12 Lambda:4 Entwicklungen Gmbh Verfahren zur einseitigen funkbasierten entfernungsmessung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CASAS ET AL.: "Synchronization in Wireless Sensor Networks Using Bluetooth", THIRD INTERNATIONAL WORKSHOP ON INTELLIGENT SOLUTIONS IN EMBEDDED SYSTEMS, 2005, ISBN: 3-902463-03-1

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