测量无线电网络的两个节点之间的距离的系统、方法及电路 【技术领域】
本发明涉及用于测量无线电网络的两个节点之间的距离的系统、方法及电路。
背景技术
在无线电网络中，希望可以定位无线电网络的节点或者至少确定节点之间的距离。由此，例如可以容易地找出故障节点。也可以跟踪节点的缓慢运动——例如跟踪工厂中运输工具的运动。如果由飞机掷下的节点可被定位并且可以与地点相关地传输升高的温度，则节点的定位可被有利地应用于消防。
US 5,220,332公开了一种具有询问装置和应答器的测距系统，所述测距系统实现了两个目标物之间的非同时的测量。以具有可变调制频率的(低频)调制信号对载波进行调制，以便借助相位测量或者替代地借助传输时间测量由调制信号的变化确定询问装置与应答器之间的距离。
WO 02/01247 A2公开了一种借助电磁波测量两个目标物之间的距离的方法。以不同的载波频率两次发送基站的询问信号和便携式编码器的应答信号。这些载波频率在此是相关的，也就是说，它们相互依赖。这些载波频率相互逼近，从而可以测量这些信号之间的相移。由所述相移计算出编码器到基站的距离。可以以不同的载波频率或者以相同的载波频率发送询问信号和应答信号。对于新的询问/应答对话改变载波频率。
如果根据工业标准IEEE 802.15.4的传感器网络的节点的收发机被设置用于半双工系统，则所述收发机不能同时发送和接收。如果所述收发机作为有源反射器用于相位测量，则节点必须通过锁相环存储所接收的信号的相位并且在从接收转换到发送之后将存储的相位用于发送。例如在接收时通过附加的锁相环如此调节作为有源反射器工作的节点的收发机的石英振荡器，使得本地振荡器的LO信号(LO：Local Oscillator本地振荡器)的频率和相位与接收信号一致。在转换到发送时，附加的锁相环必须被断开并且它现在在频率同步的石英振荡器中继续自由振荡。由此，作为有源反射器工作的收发机以与它事先所接收的载波信号相同或者成比例的相位以及相同的频率进行发送。在此，对自由振荡的振荡器在频率常数和相位常数方面提出很高的要求。必须避免例如集成电路上可能由相位变化引起的信号串扰的干扰。
US 6,731,908 B2公开了一种用于确定两个目标物之间的距离的蓝牙技术方法。在此，通过频率跳变改变频率，以便测量多个不同频率的相位偏移。目标物具有锁相环(PLL：Phase Locked Loop)中的电压控制的石英振荡器，其中在接收期间关闭锁相环而在发送期间打开锁相环，使得接收信号和发送信号具有相同的频率。在此，电压控制的石英振荡器的本地振荡器信号的相位借助锁相环通过同步与所接收的信号相干
【发明内容】
本发明的任务在于说明一种尽可能改进的、用于距离测量的方法。
所述任务通过具有独立权利要求1的特征的方法解决。有利地进一步构型是从属权利要求的主题并且包含在说明书中。
因此，提出一种用于测量无线电网络的两个节点之间距离的方法。
在所述方法中，第一未经调制的载波信号由第一节点发送并且由第二节点接收。此外，第二未经调制的载波信号由第二节点发送并且由第一节点接收。未经调制的载波信号例如是高频正弦振荡信号。
由第一节点测量第一相位的第一值和第二值。在此，所述测量优选地在中间频率层上进行。第一相位的第一值对应于所接收的第二载波信号的第一频率。第一相位的第二值对应于所接收的第二载波信号的第二频率。第一频率和第二频率具有一个频率差。在此，所述频率差足够大，以便实施基于所述频率差的相位差测量。优选地，频率差由无线电网络的信道的频率间隔定义。
由第二节点测量第二相位的第三值和第四值。在此，所述测量优选地在中间频率层上进行。第二相位的第三值对应于所接收的第一载波信号的第三频率。第二相位的第四值对应于所接收的第一载波信号的第四频率。第三频率和第四频率同样具有所述频率差。在此，第一频率和第三频率可以相同，从而第二频率和第四频率同样可以相同。替代地，第一频率和第三频率不同，并且第二频率和第四频率也不同。例如，第一频率和第三频率相差无线电网络的信道的一个或多个频率间隔(信道间隔)。
由频率差、由第一相位的第一值和第二值以及由第二相位的第三值和第四值确定距离。在此，优选地充分利用：距离与相位差相对频率差的比值成正比。优选地，由频率差、由第一相位的第一值和第二值以及由第二相位的第三值和第四值准确地确定距离值。优选地，由多个距离值尤其通过求平均值来计算距离值。
本发明的任务在于尽可能地简化无线电网络中用于距离测量的系统。
所述任务通过具有独立权利要求7的特征的系统解决。有利的进一步构型是从属权利要求的主题并且包含在说明书中。
因此，提出一种用于测量无线电网络的两个节点之间的距离的系统。优选地，所述无线电网络根据工业标准IEEE 802.15.4构造。在此，可以进行无线电网络的两个任意的、被构造和设置用于距离测量的节点之间的距离测量。
在此，距离测量应在第一节点和第二节点之间进行。第一节点在用于距离测量的模式中被设置用于发送第一未经调制的载波信号以及接收第二未经调制的载波信号。第二节点在用于距离测量的模式中被设置用于发送第二未经调制的载波信号以及接收第一未经调制的载波信号。
第一节点具有第一相位测量电路，所述第一相位测量电路用于测量所接收的第二载波信号的第一相位的第一值和第二值。
第一相位的第一值对应于所接收的第二载波信号的第一频率。第一相位的第二值对应于所接收的第二载波信号的第二频率。
第一频率和第二频率具有一个频率差。
第二节点具有第二相位测量电路，所述第二相位测量电路用于测量所接收的第一载波信号的第二相位的第三值和第四值。
第二相位的第三值对应于所接收的第一载波信号的第三频率。第二相位的第四值对应于所接收的第一载波信号的第四频率。
第三频率和第四频率同样具有所述频率差。在第一变形方案中，第一频率比第二频率低所述频率差而第三频率比第四频率低所述频率差。在另一个变形方案中，第一频率比第二频率高所述频率差而第三频率比第四频率高所述频率差。
第一节点和/或第二节点和/或一个另外的节点被设置用于由所述频率差、由第一相位的第一值和第二值以及由第二相位的第三值和第四值确定距离。优选地，频率差、第一相位的第一值和第二值以及第二相位的第三值和第四值被传输到确定距离的节点——如果在所述节点中频率差、第一相位的第一值和第二值以及第二相位的第三值和第四值未被测量或未知。
此外，本发明的任务还在于，说明用于距离测量的、无线电网络的节点的电路。
所述任务通过具有独立权利要求14的特征的电路解决。有利的进一步构型是从属权利要求的主题并且包含在说明书中。
因此，提出一种电路，所述电路被设置用于无线电网络的节点的距离测量。在此，所述电路被设置用于实施、尤其是启动到无线电网络的另一个节点的距离测量。
所述电路具有发射机/接收机电路，所述发射机/接收机电路用于发送第一未经调制的载波信号以及接收第二未经调制的载波信号。在此，可以以不同的频率发送第一未经调制的载波信号。
所述电路具有用于锁相环的参考时钟发生器，所述锁相环用于产生本地振荡器信号。优选地，参考时钟发生器具有自由振荡的石英振荡器。本地振荡器信号用于通过发射机/接收机电路将所接收的第二载波信号下混频到中间频率信号。为了借助振荡器信号通过发射机/接收机电路将所接收的无线电信号下混频到中间频率信号，锁相环与发射机/接收机电路连接。
所述电路具有分频器，所述分频器与参考时钟发生器连接用于通过对参考频率发生器的参考信号的参考频率进行分频来产生比较信号。优选地，分频器的分频因子是偶数。在此，对于比较信号，参考信号的相位通过借助分频器的分频保持不变。
所述电路具有相位测量电路，所述相位测量电路与发射机/接收机电路以及分频器连接，用于分析处理中间频率信号和比较信号之间的相位。在此，比较信号的相位用作中间频率信号的相位的参考。在此，中间频率信号具有与所接收的第二载波信号相同的相位。相位的测量例如可以借助时钟计数装置进行。
所述电路具有与相位测量装置相连接的控制电路，所述控制电路被设置用于控制相位的第一值和第二值的测量的时间同步的测量时刻。第一值在此对应于所接收的第二载波信号的第一频率而第二值对应于所接收的第二载波信号的第二频率。第一频率和第二频率具有一个频率差。测量时刻例如可以预先确定或者通过(节点之间的)协商确定。
优选地，所述电路被设置用于从一个另外的节点接收和/或向一个另外的节点发送相位的测量值，以便确定距离。特别优选地，所述电路被设置用于由频率差、由相位的所测量的第一值和所测量的第二值以及由从一个另外的节点所接收的相位的值确定距离。在此，所接收的值是由一个节点发送到电路的，可以通过电路确定到这个节点的距离。
以下所述的进一步构型既涉及所述系统，也涉及所述方法以及所述电路。在此，所述电路和所述系统的功能从方法特征中得出。方法特征从所述系统或所述电路的功能中得出。
在一个优选的进一步构型中，实施值的测量的时间同步。在此，如此实施时间同步，使得值的测量的测量时刻、即第一值、第二值、第三值和第四值的测量的测量时刻相互具有一个预先确定的时间关系。
特别优选地，第一时间间隔和第二时间间隔相同。优选地，第一时间间隔定义为第一相位的第一值的第一测量时刻与第一相位的第二值的第二测量时刻之间的时间间隔。优选地，第二时间间隔定义为第二相位的第三值的第三测量时刻与第二相位的第四值的第四测量时刻之间的时间间隔。所述时间关系导致，第一测量时刻与第三测量时刻之间的第三时间间隔等于第二测量时刻与第四测量时刻之间的第四时间间隔。
优选地，这些时间间隔是预先确定的。即这些时间间隔不是由正在进行的测量确定的。优选地，这些时间间隔被固定地预先给定，例如被实现为参数组。替代地，对于距离测量，也可以在节点之间对这些时间间隔进行协商。为此，节点被相应地设置。有利地，节点被设置用于以这些时间间隔通过存储相位在测量时刻的当前值来测量相位的值，其中相位的值被连续地确定。替代地，节点被设置用于仅仅在测量时刻测量相位的值并且存储所测量的值。
在一个优选的进一步构型中，为了确定距离，由第一相位的第一值和第二值以及由第二相位的第三值和第四值计算出相位差。优选地，根据以下公式进行所述计算：
在此，公式当然也包括它的项的所有代数变形。在公式中，是第一相位的第一值而是第一相位的第二值。是第二相位的第三值而是第二相位的第四值。
根据一个有利的构型，通过第一节点的第一参考时钟发生器和第一锁相环借助第一振荡器信号产生第一未经调制的载波信号。有利地，通过第二节点的第二参考时钟发生器和第二锁相环借助第二振荡器信号产生第二未经调制的载波信号。
通过第一节点的相位测量电路相对于第一参考时钟发生器的第一参考信号测量所接收的第二节点的第二载波信号的第一相位的第一值和第二值。通过第二节点的相位测量电路相对于第二参考时钟发生器的第二参考信号测量所接收的第一节点的第一载波信号的第二相位的第三值和第四值。在此，测量优选在中间频率层上进行。
如果第一参考时钟发生器和第二参考时钟发生器以不同的频率产生第一参考信号和第二参考信号，则参考时钟发生器的频率的不同步导致一个与时问有关的相位误差。为了消除相位误差，在确定节点之间的距离时优选地通过四个测量时刻的预先给定的时间关系使第一节点和第二节点中的第一相位的第一值和第二值以及第二相位的第三值和第四值的测量在时间上同步。
根据一个优选的构型，第一参考时钟发生器的第一参考频率和第二参考时钟发生器的第二参考频率不同步以进行距离测量。参考时钟发生器不相互连接，使得第一参考频率和第二参考频率可以是不同的。与同步的频率发生器不同，第一振荡器信号和第二振荡器信号相互不具有固定的频率关系。
优选地，不同步地产生第一参考时钟发生器的第一参考频率和第二参考时钟发生器的第二参考频率以进行距离测量。根据一个优选的构型方案，通过尤其不同步地产生的第一参考频率和第二参考频率引起的相位误差被补偿。优选地，相位误差通过以下方式被补偿：通过第一相位的第二值减去第一值以及第二相位的第四值减去第三值在很大程度上消除相位误差。
例如，第一载波信号和第二载波信号具有相同的频率。替代地，第一载波信号的第一频率与第二载波信号的第三频率不同。有利地，第一载波信号的第一频率和第二载波信号的第三频率相差一个中间频率的大小。
根据一个优选的进一步构型，第一节点具有第一控制电路，第二节点具有第二控制电路，所述第一控制电路和所述第二控制电路用于测量的时间同步。第一控制电路被设置用于控制第一相位的第一值的第一测量时刻以及第一相位的第二值的第二测量时刻。为此，第一控制电路例如向第一相位测量电路发送一个作为控制信号的触发脉冲。
相应地，第二控制电路优选地被设置用于控制第二相位的第三值的第三测量时刻以及第二相位的第四值的第四测量时刻。为此，第二控制电路例如向第二相位测量电路发送一个作为控制信号的触发脉冲。第一测量时刻和第二测量时刻之间的第一时间间隔与第三测量时刻和第四测量时刻之间的第二时间间隔相同。
在第一构型方案中，时间间隔是固定地预先给定的并且例如为参考时钟发生器的固定数量的时钟。在第二替代构型方案中，可在第一节点和第二节点之间协商时间间隔。为了协商时间间隔，第一节点例如向第二节点发送一个所属的参数，第二节点根据所述参数调节时间间隔。例如通过所述参数调节定时器的终值。
根据一个特别优选的构型，第一节点具有用于第一锁相环的第一参考时钟发生器，所述第一锁相环用于产生第一振荡器信号。振荡器信号也被称作LO信号(LO-Local Oscillator：本地振荡器)。第一节点具有第一发射机/接收机电路，所述第一振荡器信号被提供给所述第一发射机/接收机电路。例如，第一锁相环与第一发射机/接收机电路的第一混频器连接，用于借助第一振荡器信号下混频所接收的第二载波信号。同样地，第一振荡器信号也可被用于产生第一载波频率以发送第一载波信号。第一振荡器信号具有第一振荡器频率。优选地，可借助第一锁相环的第一乘法因子例如逐级地调节第一振荡器频率。
优选地，第二节点具有用于第二锁相环的第二参考时钟发生器，所述第二锁相环产生具有第二振荡器频率的第二振荡器信号。优选地，可借助第二锁相环的第二乘法因子例如逐级地调节第二振荡器频率。
优选地，第一节点和第二节点被设置用于时间延迟地发送第一载波信号和第二载波信号。优选地，第一节点被构造用于相对于第一参考时钟发生器的第一参考信号测量所接收的第二载波信号的第一相位的第一值和第二值。参考信号也可被称为参考时钟。
优选地，第二节点被构造用于相对于第二参考时钟发生器的第二参考信号测量所接收的第一载波信号的第二相位的第三值和第四值。优选地，在中间频率层上测量第一相位的值和第二相位的值，其方式是借助各节点的发射机/接收机电路的混频器下混频所接收的第一载波信号和相应地下混频所接收的第二载波信号。优选的是，对于多个载波频率实施多次测量，其中第一节点被设置用于分别测量第一相位的第一值和第二值，其中第二节点被设置用于分别测量第二相位的第三值和第四值。因此，优选地测量相位的值的序列，其中对于第一载波信号的不同频率的序列进行测量以及对于第二载波信号的不同频率的序列进行测量。
如果第一参考时钟发生器和第二参考时钟发生器产生具有不同频率的第一参考信号和第二参考信号，则频率的不同步导致与时间有关的相位误差。为了消除相位误差，在确定两个节点之间的距离时，第一节点和第二节点被设置用于第一相位的第一值和第二值以及第二相位的第三值和第四值的测量的时间同步。
根据一个优选的构型，第一参考时钟发生器的第一参考频率和第二参考时钟发生器的第二参考频率不同步，以便进行距离测量。
在另一个构型中，节点被设置用于对于第一载波信号和第二载波信号的第一频率以第一时间间隔测量第一相位的第一值以及第二相位的第三值。优选地，节点被设置用于对于第一载波信号和第二载波信号的第二频率以第二时间间隔测量第一相位的第二值以及第二相位的第四值。第一时间间隔和第二时间间隔是相同的。第一频率和第二频率具有一个频率差。
根据一个有利的进一步构型，第一节点具有第一分频器，所述第一分频器用于由第一参考信号提供第一比较信号。为此，通过第一分频器的第一分频因子对第一参考信号的第一参考频率进行分频，其中第一参考信号的相位对于第一比较信号保持不变。
根据一个有利的进一步构型，第二节点具有第二分频器，所述第二分频器用于由第二参考信号提供第二比较信号。为此，通过第二分频器的第二分频因子对第二参考信号的第二参考频率进行分频，其中第二参考信号的相位对于第二比较信号保持不变。
优选地，第一比较信号的第一比较频率等于第一中间频率信号的第一中间频率。优选地，第二比较信号的第二比较频率等于第二中间频率信号的第二中间频率。
优选地，第一参考时钟发生器的第一参考频率是第一比较频率的偶数倍。优选地，第二参考时钟发生器的第二参考频率是第二比较信号的偶数倍。优选地，载波频率是中间频率的偶数倍。
在一个优选的构型中，第一节点被构造用于改变第一载波信号的第一载波频率，第二节点被构造用于改变第二载波信号的第二载波频率。优选地，节点被设置用于使第一锁相环的第一乘法因子和第二锁相环的第二乘法因子改变同一个值。第一锁相环的第一乘法因子用于乘以第一参考时钟发生器的第一参考频率。第二锁相环的第二乘法因子用于乘以第二参考时钟发生器的第二参考频率。目的是使第一载波频率和第二载波频率改变同一频率偏移量，使得第一载波频率和第二载波频率之间的频率差保持恒定。
根据一个有利的进一步构型，节点被设置用于具有一时间间隔的、具有第一载波频率的第一载波信号和具有第二载波频率的第二载波信号的第一传输以及用于具有相同时间间隔的、具有已改变的第一载波频率的第一载波信号和具有已改变的第二载波频率的第二载波信号的第二传输。优选地，第一节点和第二节点交替地进行发送。
优选地，第二节点被设置用于向第一节点传输第二相位的所测量的值的测量数据。优选地，第一节点被设置用于由第一相位的值和第二相位的值计算距离。在一个替代的构型中，第一节点被设置用于向第二节点传输第一相位的所测量的值的测量数据。优选地，在此第二节点被设置用于由第一相位的值和第二相位的值计算距离。
在一个构型方案中优选地设置，第一节点和/或第二节点被设置用于传输和分析处理用于测量时刻的时间同步的(符合标准的)帧。
在一个特别有利的进一步构型中，第一节点和/或第二节点具有控制电路。控制电路被构造用于根据用于同步的帧借助定时器来控制测量时刻。
以上所述的进一步构型方案无论是单独应用还是组合应用都是特别有利的。在此，所有的构型方案都可以彼此组合。在附图的实施例的说明中对一些组合进行了阐述。但那里所示的进一步构型方案的组合可能性并未穷尽。
【附图说明】
以下根据附图通过实施例来详细地说明本发明。
附图示出：
图1：无线电网络的节点的两个电路的示意图，
图2：用于确定相位的示意图，
图3：具有无线电网络的两个节点的相位测量的第一示意图，
图4：具有无线电网络的两个节点的相位测量的第二示意图。
【具体实施方式】
具有多个节点的无线电网络中的距离测量可基于相位测量。在此，相继地发送具有频率fa的例如未经调制的载波信号和具有频率fb的未经调制的载波信号。这两个频率仅仅相差一个小的频率差Δf。在接收机中，所接收的波的相位被分析并且被保存为测量值和由此可以计算出站之间的距离d：
在此，c是光速。
在图1中示出了第一节点A和第二节点B的两个电路，其中，节点A、B都不作为纯有源反射器工作。第一节点A的电路具有发射机/接收机电路130(TRX)，所述发射机/接收机电路130(TRX)可与天线10连接或者已与天线10连接。借助作为参考时钟发生器(XOSC1)的第一石英振荡器110以及第一锁相环120(PLL-Phase Locked Loop)向第一发射机/接收机电路130(TRX)提供第一本地振荡器信号LO1。由第一发射机/接收机电路130、第一锁相环120和第一参考时钟发生器110组成的装置也可被称作无线电台100。
此外，第一节点A的电路还具有第一分频器150，所述第一分频器150在图1的实施例中通过分频因子DF——例如通过8——对第一参考时钟发生器110的第一参考信号XOSC1的第一参考频率f(XOSC1)进行分频，以便提供具有例如约2MHz的第一比较频率f(SV1)的第一比较信号SV1。第一节点A的电路的第一相位测量电路140(PMU-Phase Measurement Unit：相量测量单元)的输入端与第一分频器150和第一发射机/接收机电路130连接。第一发射机/接收机电路130被构造用于将从第二节点B接收到的第二载波信号RF2下混频到中间频率信号ZF2。中间频率ZF2在图1的实施例中具有例如约2MHz的中间频率f(ZF2)。
借助第一相位测量电路140测量所接收的载波信号RF2的相位所述第一相位测量电路140也可被称为鉴相器。所述测量在中间频率层上进行，因为在第一发射机/接收机电路130的混频器中的频率转换时由第二节点B发送的第二载波信号RF2的相位保持不变。第一相位测量电路140被构造用于测量中间频率信号ZF2和作为比较信号SV1的经分频的参考频率之间的相位差。
在图1的实施例中，第二节点B的电路与第一节点A的电路相同地构造。第二节点B的电路同样具有第二发射机/接收机电路230，所述第二发射机/接收机电路230可与天线20连接或者已与天线20连接。借助作为第二参考时钟发生器(XOSC2)的第二石英振荡器210和第二锁相环220向第二发射机/接收机电路230提供第二本地振荡器信号LO2。由第二发射机/接收机电路230、第二锁相环220和第二参考时钟发生器210组成的装置也可被称作无线电台200。
第二节点B的电路同样具有第二分频器250，所述第二分频器250用于在第二相位测量电路240的输入端上提供第二比较信号SV2。第二分频器250与第二节点的电路的第二参考时钟发生器210连接用于以第二分频因子DF对第二参考时钟发生器210的第二参考信号XOSC2的第二参考频率f(XOSC2)进行分频。借助第二相位测量电路240测量所接收的第一载波信号RF1的相位为此，第二频率测量电路240的输入端与第二发射机/接收机电路230的输出端连接。第二相位测量电路240被构造用于测量中间频率信号ZF1和第二比较信号SV2之间的相位差。
参考时钟发生器110和210被构造为石英振荡器并且彼此去耦。由于制造波动和不同的温度，第一节点A的第一参考时钟发生器110的第一参考频率f(XOSC1)与第二节点B的第二参考时钟发生器210的第二参考频率f(XOSC2)可以彼此不同。因为第一节点A的第一参考时钟发生器110的第一参考频率f(XOSC1)与第二节点B的第二参考时钟发生器210的第二参考频率f(XOSC2)是不同步的，所以为了考虑取决于第一参考时钟发生器和第二参考时钟发生器之间的频率偏移量的相位误差，第一节点A中的相位测量和第二节点B中的相位测量的时间同步是特别有利的。
在图2a和2b中以示意图的方式示出了测量方法的过程。第一节点A初始化距离测量并且在步骤1中向第二节点B发送一个帧以借助命令实施距离测量。在此，发送频率fTX被调节到信道频率fch上，以便在无线电网络中进行通信。借助所述帧向第二节点B传输测量频率的序列或者频率步长(Frequenzschritt)。在此，测量频率是未经调制的载波信号RF1、RF2的载波频率。替代地，用于相位测量的测量频率(载波频率)的序列也可以是固定地预先给定的。
在图2a的步骤2中，第二节点B向第一节点A发送一个帧Fsync，所述帧Fsync用于距离测量的其他方法过程的时间同步。用于时间同步的帧Fsync例如是一个标准帧，其根据标准(例如工业标准IEEE 802.15.4)地构造并且例如可以具有前导、数据头和待传输的数据。在此，为了同步，不需要传输数据，因此可以传输一个空帧。在此，传输用于时间同步的帧Fsync所需的时间是已知的，即通过节点B发送和通过节点A接收所需的时间是已知的。用于同步的时间例如划分为具有符号长度的符号。第二节点从所发送的帧Fsync的结束时刻TXE起启动一个具有长度tAS的定时器，所述定时器在距离测量开始时结束。第一节点A同样启动一个具有长度tBS的定时器，所述定时器同样在距离测量开始时结束。通过所接收的用于时间同步的帧Fsync中的时刻SFD(对应于工业标准IEEE 802.15.4中帧中的前导的结束的指示符)的确定启动第一节点A的定时器。
从第二节点B的定时器到期起，确定用于测量相位的测量时刻t1、t3、t5等等。从第一节点A的定时器到期起，确定用于测量相位的测量时刻t2、t4、t6等等。在此，对于距离的确定所必需的是，在第二节点B中测量时刻t1、t3、t5等等之间的时间间隔与在第一节点A中测量时刻t2、t4、t6等等之间的时间间隔是相同的并且是恒定的。时间间隔是预先确定的。预先确定的时间间隔可以是固定地实现的。替代地，为了预先确定而在节点A、B之间对时间间隔进行协商。除在图2a中所示的测量时刻外，对于N次测量需要具有相同时间间隔的其他测量时刻，这些测量时刻在图2a的简化示图中未示出。
在步骤3中，将发送频率fTX从先前的通信频率fch转换到最低的频率上。在直到定时器到期的时间tAS和tBS内，节点A、B的锁相环暂态振荡。在图2b中示意性地示出，最低频率例如调节到值2404MHz上。首先，节点A在发送模式TX中发送未经调制的第一载波信号RF1。与此同时，第二节点B在接收模式RX中接收第一载波信号并且在时刻t1测量相位的第三值并且存储相位值。随后，第二节点B发送未经调制的第二载波信号RF2并且在第一节点A中在测量时刻t2测量并且存储第一相位值。此后，分别使发送频率fTX提高一个频率步长Δf并且锁相环再次重新暂态振荡。在此之后，在测量时刻t3和t4实施新的测量并且在时刻t3测量并存储第四相位值以及在时刻t4测量并存储第二相位值。所述过程一直重复直到频带中的最高频率，例如2480MHz。所述提高在图2b中示意性地示出。因此，在步骤3中，以不同的发送频率fTX实施N次测量。
在步骤4中，两个节点A、B转换回网络频率fch。第二节点B借助无线电网络中的标准通信向第一节点A发送回所测量和所存储的相位值。在步骤5中，节点A由所述相位信息和自己的相位测量计算出节点A、B之间的距离d。
相位测量的实施例以图的形式在图2c中示意性地示出。相位计算如下：
在此，Δt是比较信号SV的上升沿和中间频率信号ZF的上升沿之间的时间差。T是比较信号SV的周期。相应地，也可以使用两个信号SV、ZF的下降沿。
由于相继的测量时刻t1、t3、t5或t2、t4、t6之间的恒定的和相同的时间间隔，不需要两个参考发生器的频率的同步。这样可以借助相互确定t1、t3、t5以及相互确定t2、t4、t6省去代价高的锁频环。可显著地简化节点A/B的电路，并且在工业标准、如IEEE 802.15.4中实现节点A/B的电路而无需更高的额外耗费。在此，因为在测量时刻t1和t2之间由于参考时钟发生器110和210之间的频率偏移量而出现的相位误差在测量时刻t3和t4之间以相同的大小出现，所以这两个相位误差可以相减。
在图3中示意性地示出测量过程的图。在用于测量第一节点A和第二节点B之间的距离的方法中，具有载波频率f1的第一未经调制的载波信号RF1由第一节点A发送并且由第二节点B接收。具有载波频率f1的第二未经调制的载波信号RF2由第二节点B发送并且由第一节点A接收。
第一节点A在第一测量时刻t2测量第一相位的第一值第二节点B在第三测量时刻t1测量第二相位的第三值
在此之后，使载波频率提高一个频率差Δf至更高的载波频率f2。具有更高的载波频率f2的第一未经调制的载波信号RF1由第一节点A发送并且由第二节点B接收。具有更高的载波频率f2的第二未经调制的载波信号RF2由第二节点B发送并且由第一节点A接收。
第一节点A在第二测量时刻t4测量第一相位的第二值第二节点B在第四测量时刻t3测量第二相位的第四值
在图3的纯理论情况下，第一参考时钟发生器110和第二参考时钟发生器210的频率f(XOSC1)、f(XOSC2)之间不存在频率偏移量。首先，图3示出仅仅理论上的情况，即所述参考时钟发生器110、210的频率f(XOSC1)、f(XOSC2)精确相同。所测量的相位在时间t上是恒定的。
在图3的实施例中，首先节点A进行发送，第二相位的第三值在节点B中在第三时刻t1被测量。随后节点B进行发送，第一相位的第一值在节点A中在第一时刻t2被测量。在相位测量M(f1)之间，节点A、B在发送和接收TX/RX之间转换。两个测量在图3的理论上的情况中在频率f1下进行。
在此之后，在节点A、B的两个电路中使载波频率提高相同的频率大小Δf。锁相环120、220需要例如50μs或者更少时间进行暂态振荡。在此之后，在时刻t3和t4对于频率f2重复两个相位测量M(f2)，其中在第一节点A中确定第一相位的第二相位值而在第二节点B中确定第二相位的第四相位值因此，第一相位的第一值和第二相位的第三值对应于同一载波频率f1。同样地，第一相位的第二值和第二相位的第四值对应于同一更高的载波频率f2。
由相位值和可以计算出相位差
通过变形可以得到：
因此，可以计算出距离：
与图3的理论上的示图不同，在实际中，节点A、B具有参考时钟发生器110、210，所述参考时钟发生器110、210的频率f(XOSC1)、f(XOSC2)例如由于制造公差或者不同的温度具有频率偏移量。由此在各接收节点中相位发生改变，如同在图4中通过相位变化曲线的上升所示意性地示出的那样。
测量时刻t1和t2之间的测量M(f1)的相位变化对所确定的相位造成相位误差如果相位测量M(f1)和M(f2)之间的时间间隔足够小，则在测量时刻t3和t4在测量M(f2)中产生相同的相位误差如果时间间隔t2-t1和t4-t3或者时间间隔t3-t1和t4-t2大小相同，则相位误差大小也相同并且在计算相位差时(参见公式(3a/3b))消除。由此，如果两个节点A、B的参考时钟发生器110、210是不同步的，也可以借助相位测量进行距离测量，如图1的实施例中所示。
在图1中示出，第一节点A的电路具有第一控制电路160。第一控制电路160被设置用于在至少两个预先确定的时刻t2、t4触发相位的测量。为了控制在至少两个预先确定的时刻t2、t4的相位测量，第一控制电路160例如与第一相位测量电路140的控制输入端en连接。例如在至少两个预先确定的时刻t2和t4计算相位的值或者在至少两个预先确定的时刻t2和t4存储连续计算出的相位的当前值。
第二节点B的电路同样具有第二控制电路260。第二控制电路260被设置用于在至少两个预先确定的时刻t1、t3触发相位的测量。为了控制在至少两个预先确定的时刻t1、t3的相位测量，第二控制电路260例如与第二相位测量电路240的控制输入端en连接。
在此，第一节点A中控制电路160的至少两个预先确定的时刻t2、t4之间的时间间隔与第二节点B中控制电路260的至少两个预先确定的时刻t1、t3之间的时间间隔相同。因此，第一频率的相位测量M(f1)之间的时间间隔与第二已被改变的频率的相位测量M(f2)之间的时间间隔同样是相同的。如果在其他载波频率下测量其他的相位，则这也由控制电路160、260以相同的时间间隔控制。
此外，第一节点A的第一控制电路160被设置用于控制第一锁相环120中的第一乘法因子F1。第二节点B的第二控制电路260被设置用于控制第二节点B的第二锁相环220中的第二乘法因子F2。通过乘法因子F1、F2控制第一节点A和第二节点B的振荡器信号LO1、LO2的相同频率或者相差一个偏移量的频率。例如逐级地改变振荡器信号LO1、LO2的频率。
本发明并不限于图1至图4所示的构型方案。无线电网络的系统的功能有利地应用于根据工业标准IEEE 802.15.4的无线电系统或者根据工业标准IEEE 802.15.1的无线电系统。
附图标记列表：
100，200 无线电台，收发机
110，210 参考频率发生器，石英振荡器
120，220 锁相环
130，230 发射机/接收机电路
140，240 相位测量电路，鉴相器
150，250 分频器
160，260 控制电路
RF1，RF2 载波信号
LO1，LO2 振荡器信号
ZF1，ZF2 中间频率信号
SV1，SV2 比较信号
XOSC1，XOSC2 参考信号，参考时钟
en 控制输入端
F1，F2 乘数
F(ZF1)，f(ZF2) 中间频率
f(SV1)，f(SV2) 比较频率
相位
所确定的相位
相位误差
t 时间
T 周期
M(f1)，M(f2) 相位测量
TX 发送
RX 接收
Fsync 用于时间同步的帧
DF 分频因子
N 数量
t1，t2，t3，t4，t5，t6 测量时刻
t 时间
tAS，tBS 定时器长度
TXE，SFD 定时器启动时刻
fTX 发送频率
fch 频率。