Laufzeit- und Positionsbestimmung mit OFDM-Signalen
Der erste Schritt der Positionsbestimmung ist das Schätzen von Distanzen. Hierfür gibt es grundsätzlich zwei Ansätze, die Schätzung basierend auf Signalstärken oder die Schätzung über die Laufzeit des Signals. Hat man eine gute Schätzung, kann die Schätzung von mehreren Seiten durchgeführt werden und erhält so eine Position auf einer Ebene.
Distanzschätzung über die Signalstärke
Für das Schätzen der Distanz über die Signalstärke basiert auf den Pfadverlusten des Kanals. Dabei muss der Kanal bekannt sein, da die Dämpfung des Kanals angibt wie weit der Empfänger vom Sender entfernt ist. Das Signal wird mit einer definierten Leistung ausgesendet und am Empfänger gemessen. Deshalb ist dieses Verfahren optimal für zeitinvariante Kanäle, aber nur schwer realisierbar für zeitvariante Kanäle wie es für uns der Fall ist.
Distanzschätzung über die Laufzeit
Das Schätzen der Distanz über die Laufzeit, kann über das Time of Arrival (ToA) durchgeführt werden, wofür die Übertragungsdauer multipliziert mit der Ausbreitungs-geschwindigkeit des Signals als Schätzgröße verwendet wird. Hierfür müssen der Sender und Empfänger genauestens Synchronisiert sein, da kleine Abweichungen multipliziert mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit eine große Distanzabweichung darstellen kann.
Round Trip Delay als Distanzschätzung
Das Round Trip Delay (RTD) erleichtert die Anwendung des ToA-Verfahrens, da das Problem der exakten Synchronisation nicht mehr vorhanden ist. Die Funktionsweise des RTDs ist, dass ein Paket vom Sender versendet wird und vom Empfänger angenommen und wieder an den Sender gesendet. Damit ist eine Synchronisation zwischen Sender und Empfänger nicht notwendig, denn die Zeitmessung beginnt mit dem Senden des Pakets und endet mit dem Erhalt dessen.
Es müssen aber die Laufzeiten der Hardware bekannt sein. Sowohl die Dauer für das Versenden vom Sender als auch die Dauer für die Rücksendung des Empfängers. Diese Laufzeiten werden von der gesamten Übertragungsdauer abgerechnet, um die reine Laufzeit über den Kanal zu erhalten. Da dieser aber zweimal überquert wird, ist diese Laufzeit zu halbieren. Die übrig gebliebene Zeit gibt an wie lange das Signal benötigt, um vom Sender zum Empfänger zu gelangen. Multipliziert man diese mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit erhält man die gesuchte Distanz.
Positionsbestimmung
Der nächste Schritt ist die Positionsbestimmung. Für diese muss die Distanz in mehrere Richtungen geschätzt werden. Damit erhaltet man wie in der Grafik gezeigt Distanzen aus verschiedenen Richtungen, die dann auf X- und Y-Koordinaten auf einer Ebene umgewandelt werden. Diese Ebene wird von den Empfängern, die den Sender umkreisen, vorgegeben. Um dieses Prinzip mit dem RTD zu Kombinieren müssen lediglich die Pakete eine Identifikation tragen, um auf den jeweiligen Empfänger rückschließen zu können.
