基于磁感應的用戶界面的制作方法

文檔序號：7936427閱讀：337來源：國知局

專利名稱：基于磁感應的用戶界面的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線數(shù)據(jù)通信領域、用戶界面領域和基于磁感應的距
離、位置(position)及定向(orientation)測量領域。本發(fā)明尤其涉
及用于無線數(shù)據(jù)網絡的接收節(jié)點、用于無線數(shù)據(jù)網絡的發(fā)射節(jié)點和基 +磁咸點沾矛.線浙棍DRI逸
背景技術：
圖形用戶界面(GUI (graphical user interface))是一種普遍的用于信息處理系統(tǒng)的用戶界面。GUI允許用戶在不了解命令語言的情況下有效地使用系統(tǒng)。GUI提供像鍵盤、觸摸屏或計算機鼠標那樣的特定輸入裝置以便讓用戶與系統(tǒng)進行交互。
本發(fā)明的目的是提供用于在無線數(shù)據(jù)網絡中的距離、定位和/或定向測量的經濟的技術。

發(fā)明內容
依據(jù)分別在權利要求l和21中定義的本發(fā)明的用于無線數(shù)據(jù)網絡的接收節(jié)點和基于磁感應的無線數(shù)據(jù)網絡來實現(xiàn)該目的。
依據(jù)本發(fā)明的用于無線數(shù)據(jù)網絡的接收節(jié)點包括天線接收模塊，用于接收從無線數(shù)據(jù)網絡的發(fā)射節(jié)點發(fā)出的一個或多個數(shù)據(jù)信號；以及計算模塊，適于計算在接收節(jié)點和發(fā)射節(jié)點之間的一個或多個距離
和/或適于計算相對于接收節(jié)點的位置的發(fā)射節(jié)點的位置和/或適于計算相對于接收節(jié)點的定向的發(fā)射節(jié)點的定向；其中所述數(shù)據(jù)信號的所述接收基于磁感應并且所述一個或多個距離、所述發(fā)射節(jié)點的所述位置和/或所述發(fā)射節(jié)點的所述定向的所述計算基于所述一個或多個數(shù)據(jù) 信號。
在依據(jù)本發(fā)明的用于無線數(shù)據(jù)網絡的接收節(jié)點中，所接收的信號攜帶數(shù)據(jù)并且同時被用于距離、位置和/或定位確定，因此，大部分接收機電路服務于具有如下效果的雙重目的制造成本低、節(jié)點小和重有利地，所述一個或多個數(shù)據(jù)信號包括一個或多個前同步碼部分并且所述一個或多個距離、所述發(fā)射節(jié)點的所述位置和/或所述發(fā)射節(jié) 點的所述定向的所述計算基于所述一個或多個前同步碼部分。
有利地，所述天線接收模塊適于確定一個或多個RSSI值，由此 RSSI值表示所述一個或多個所接收的數(shù)據(jù)信號之一的強度并且所述一個或多個距離、所述發(fā)射節(jié)點的所述位置和/或所述發(fā)射節(jié)點的所述定向的所述計算基于所述一個或多個RSSI值。
有利地，所述無線數(shù)據(jù)網絡包括適于控制輸出裝置的節(jié)點并且所述接收節(jié)點包括與所述發(fā)射節(jié)點和所述輸出裝置協(xié)作適于提供用戶界面功能性的用戶界面模塊，由此所述所提供的用戶界面功能性基于所計算的一個或多個距離、所述發(fā)射節(jié)點的所計算的位置和/或所述發(fā)射節(jié)點的所計算的定向。
在該情況下有利的是，輸出裝置適于將信息顯示在二維顯示表面上并且所述用戶界面模塊適于基于所計算的一個或多個距離和/或所述發(fā)射節(jié)點的所計算的位置來計算在二維參考表面上的位置，由此在所述參考表面上的位置與在所述顯示表面上的位置相對應。
在該情況下有利的是，所述用戶界面模塊適于基于所述發(fā)射節(jié)點的所計算的定向來計算在所述參考表面上的所述位置。
在所述發(fā)射節(jié)點具有相關聯(lián)的指向(pointing direction )的情況下，是有利的，其中所述用戶界面模塊適于基于所述發(fā)射節(jié)點的所計算的定向來計算所述指向并且在所述參考表面上的所述位置基于所述指向。
在該情況下有利的是，在所述參考表面上的所述所計算的位置對應于所述參考表面與直線的相交(intersection)，該直線由所述發(fā)射節(jié)點的所述位置和所述發(fā)射節(jié)點的所述指向來定義。
有利地，被提供作為所述用戶界面功能性的組件的指針圖標的大小基于所述發(fā)射節(jié)點的所計算的位置與在所述參考表面上的所述位置之間的距離。
在所述天線接收模塊適于確定一個或多個RSSI值的情況下，有利的是，所述天線接收模塊包括適于接收所述一個或多個數(shù)據(jù)信號的兩
7個天線裝置，所述兩個天線裝置位于由X軸、Y軸和Z軸定義的正交坐標系的所述X軸上，所述發(fā)射節(jié)點的所計算的位置是所述發(fā)射節(jié)點的參考點的位置，由包括第一坐標值的一個或多個坐標值來描述所述發(fā)射節(jié)點的所計算的位置，由此定義平行于X-Y平面的參考平面，定義發(fā)射節(jié)點的正常定向(normal orientation)，其中由所述參考點和發(fā)射節(jié)點的位于所述參考平面和所述參考點之間的第二點定義的直線平行于Z軸，并且在使所述發(fā)射節(jié)點保持在所述正常定向上時將所述發(fā)射節(jié)點在正的X方向上移動和在使所述發(fā)射節(jié)點的位置保持恒定時通過在正的X方向上移動所述第二點而使所述發(fā)射節(jié)點傾斜出所述正常定向均增加所述第一坐標值。
在該情況下有利的是，所述天線接收模塊的所述兩個天線裝置是共面的、平行的和/或正交于X-Y平面。
有利地，由所述參考點和所述第二點定義的所述直線對應于由所述發(fā)射節(jié)點發(fā)出的數(shù)據(jù)信號的強度具有局部或全局最大值的方向。
有利地，描述所述發(fā)射節(jié)點的所述所計算的位置的所述一個或多個坐標值包括第二坐標值，并且在使所述發(fā)射節(jié)點保持在所述正常定向上時將所述發(fā)射節(jié)點在正的Z方向上移動增加所述第二坐標值，并且在使所述發(fā)射節(jié)點的位置保持恒定時通過在Y方向上移動所述第二點而使所述發(fā)射節(jié)點傾斜出所述正常定向增加或減小所述第二坐標值。
在該情況下，接收節(jié)點有利地包括用戶界面模塊，其適于提供可操作來基于所述第二坐標值控制由顯示裝置描繪的指針圖標的大小的用戶界面邏輯。
有利地，所述用戶界面邏輯適于基于所述第二坐標值控制由所述顯示裝置顯示的對象的選擇和取消選擇。
替代于第二坐標的上述行為，在使所述發(fā)射節(jié)點保持在所述正常
定向上時將所述發(fā)射節(jié)點在正的Y方向上移動和在使所述發(fā)射節(jié)點的位置保持恒定時通過在正的Y方向上移動所述第二點而使所述發(fā)射節(jié) 點傾斜出所述正常定向均可以增加所述第二坐標值。
有利地，所述參考平面是X-Y平面?？煽商娲?，所述發(fā)射節(jié)點位于X-Y平面中。依據(jù)本發(fā)明的基于磁感應的無線數(shù)據(jù)網絡包括依據(jù)本發(fā)明的發(fā)射節(jié)點和接收節(jié)點。
在依據(jù)本發(fā)明的基于磁感應的無線數(shù)據(jù)網絡中，除了數(shù)據(jù)信號外，不需要發(fā)出用于距離、位置和/或位置確定的單獨的信號，因此減少了功耗并且節(jié)省了單獨的信號所要求的帶寬。

圖1示出了依據(jù)本發(fā)明的包括接收節(jié)點和發(fā)射節(jié)點的無線數(shù)據(jù)網絡的實施例的示意圖。
圖2示出了發(fā)射節(jié)點的天線發(fā)送模塊和接收節(jié)點的天線接收模塊的示意圖。
圖3示出了基于距離的2D位置計算所基于的幾何原理。圖4示出了顯示表面、天線裝置和發(fā)射節(jié)點的期望的定位空間的可能布置。
圖5示出了 'Z光標，交互方法(interaction means)的各個階段 (phase)。
圖6示出了 'Z點擊，交互方法的各個階段。
圖7示出了 '粘貼(stick-and-glue )，交互方法的各個階段。
圖8示出了 '選擇輪(selection wheel)，交互方法的各個階段。
圖9示出了 'X軸線程(X-axis threading)，的交互方法。
圖IO示出了移動裝置和顯示裝置的設置(setup)的初始情形，該
設置是無線數(shù)據(jù)網絡的實施例的示例。
圖11示出了該設置的以下情形，在該情形下移動裝置已進入存在 (presence)的區(qū)域。
圖12示出了該設置的以下情形，在該情形下通過移動移動裝置選
擇文件符號。
圖13示出了該設置的以下情形，在該情形下通過移動移動裝置移動所選擇的文件符號。
圖14示出了該設置的以下情形，在該情形下通過移動移動裝置將文件符號放到置放目標(drop target)上。
圖15示出了該設置的以下情形，在該情形下向用戶表明文件符號
9的成功放下。
圖16示出了包括兩個天線裝置的天線發(fā)送模塊。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考圖1來說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其示出了包括無線數(shù) 據(jù)網絡4，該無線數(shù)據(jù)網絡4包括也稱為參考裝置1的接收節(jié)點1、也稱為交互裝置2的發(fā)射節(jié)點2、網絡4的也稱為其它裝置3的其它節(jié)點 3。在網絡4的節(jié)點1、 2、 3之間的數(shù)據(jù)傳輸是基于磁感應的。接收節(jié) 點l、發(fā)射節(jié)點2和其它節(jié)點3可以例如是移動裝置、移動電話、個人數(shù)字助理、計算機硬件(比如外圍裝置、輸入裝置、輸出裝置、數(shù)據(jù) 存儲裝置)。此外，接收節(jié)點可以例如是智能致冷器、個人計算機、特定的距離、位置和/或定向測量裝置、顯示裝置、無線鍵盤。此外，發(fā)射節(jié)點可以例如是便攜式存儲裝置(例如無線存儲棒)、便攜式音樂播放器、靜物攝影機、攝像機、遙控器。參考裝置角色(role)與參考裝置1相關聯(lián)并且交互裝置角色與交互裝置相關聯(lián)，這將從以下說明中變得顯而易見。交互裝置2和參考裝置1可以僅采取一個角色，即，可以分別僅充當交互裝置或參考裝置，或者可以隨著時間推移而采取兩個角色并且交替地充當交互裝置和充當參考裝置。為了便于說明，僅以作為參考裝置的角色來描述參考裝置1并且僅以其作為交互裝置的角色來描述交互裝置2。然而，應當理解，在參考裝置l用作參考裝置且用作交互裝置的情況下，參考裝置1還包括交互裝置2的組件并且提供與交互裝置2相同的功能性(functionality)，以及在交互裝置2用作交互裝置和用作參考裝置的情況下，交互裝置2還包括參考裝置1的組件并且提供與參考裝置l相同的功能性。在這種情況下，單個組件、例如天線裝置或處理單元可服務于兩個裝置角色。這例如可通過使所述組件一次服務于一個角色來實現(xiàn)。
交互裝置2包括交互裝置應用邏輯模塊(IDALM )10、傳統(tǒng)(legacy ) 用戶界面裝置模塊(LUIDM) 12、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊(DSM) 14和天線發(fā) 送模塊(ASM) 16。
參考裝置1包括天線接收模塊(ARM ) 18、數(shù)據(jù)接收模塊(DRM ) 22、距離計算模塊(DCM) 24、位置計算模塊(PCM) 26、可選定向計算模塊28、參考裝置應用邏輯模塊(RDALM)30、磁用戶界面模塊 (MUIM) 32和可選顯示模塊(DM) 34。
可以以硬件和軟件單獨地或相組合地實現(xiàn)所述模塊的信息處理能力。僅描述了與本發(fā)明有直接聯(lián)系的模塊。為實現(xiàn)交互裝置2和參考裝置1所需要的其它模塊(比如電源和外殼)對于技術人員來說是顯然的并且其描述被省略。
現(xiàn)在將說明交互裝置2的組件模塊。
交互裝置應用邏輯模塊(IDALM)
IDALM10是不同應用的交互裝置部分。措詞"應用"表示服務(例如數(shù)據(jù)傳輸服務)以及當執(zhí)行時提供所述服務的相應邏輯(例如軟件程序信息)。為了提供其服務，應用可依靠其它服務。每個應用均包括參考裝置應用邏輯模塊(RDALM) 30和可選交互裝置應用邏輯模塊(IDALM) 10。例如，如果給定的應用是在交互裝置2和參考裝置 1之間的文件傳輸服務，則IDALM部分10包含在接收表示文件傳輸應當開始的事件時允許發(fā)送數(shù)據(jù)的邏輯.為此目的，IDALM10可使用 LUIDM 12以便與交互裝置2的用戶進行交互，以及數(shù)據(jù)發(fā)送模塊14 以便與參考裝置1或網絡4的其它成員通信。存在這部分為空的可能應用，例如，當處于作為交互裝置的角色的交互裝置2被用作指針裝置(pointer device )時。
傳統(tǒng)用戶界面裝置(LUIDM)
LUIDM 12為IDALM 10提供一個或多個傳統(tǒng)裝置以4更與交互裝置2的用戶進行交互。這些傳統(tǒng)裝置可包括例如按鈕、滑塊、旋鈕、顯示器、揚聲器和麥克風。
數(shù)據(jù)發(fā)送模塊(DSM )
數(shù)據(jù)發(fā)送模塊14允許IDALM IO將數(shù)據(jù)發(fā)送給參考裝置1和/或無線網絡4的其它節(jié)點3。為了實現(xiàn)這一點，數(shù)據(jù)發(fā)送模塊14使用天線發(fā)送模塊16。在此應當注意，為了確保距離測量能力，在針對IDALM 10沒有數(shù)據(jù)要傳輸?shù)那闆r下，可能有必要不時地將空的、冗余的、隨
ii機的或無意義的數(shù)據(jù)傳輸發(fā)送給參考裝置1。
天線發(fā)送模塊(ASM)
天線發(fā)送模塊16包含一個或多個天線裝置36以便將電信號轉換成磁信號。圖2示出了包括一個天線裝置36的天線發(fā)送模塊16。例如，可以將具有或不具有鐵氧體(ferrite)的環(huán)形天線用作天線裝置36。在下文中，天線發(fā)送模塊的(多個)天線裝置36將被稱為(多個)發(fā) 射機天線裝置36。在天線發(fā)送模塊16提供許多天線裝置36的情況下，當與參考裝置2通信時，數(shù)據(jù)發(fā)送模塊14選擇天線裝置并且確保關于哪個天線裝置被使用的知識也被傳送給參考裝置1。這可以例如通過在數(shù)據(jù)傳輸中包括天線裝置的識別值(identification value)來實現(xiàn)。圖 16示出了包括兩個天線裝置36-1、 36-2和天線驅動器(driver)電路 37的天線發(fā)送模塊16。天線驅動器電路37適于將待發(fā)送的信號饋送給天線裝置36-l、 36-2。數(shù)據(jù)發(fā)送模塊14控制天線驅動器電路37以便所選擇的天線裝置36-1、 36-2被用于發(fā)出信號。結果，天線發(fā)送模塊 16使用網絡4采用磁感應技術將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)發(fā)送模塊14發(fā)送到網絡4 的節(jié)點(例如參考裝置l)。
現(xiàn)在將說明參考裝置1的組件模塊。
天線接收模塊(ARM)
天線接收模塊18在本發(fā)明的該實施例中包含至少兩個天線裝置38 來將磁信號轉換成電信號。圖2示出了包括兩個天線裝置38的天線接收模塊18。例如，可以將具有或不具有鐵氧體的環(huán)形天線用作天線裝置38。在下文中，天線接收模塊的天線裝置38將被稱為接收機天線裝置38。盡管在此實施例中，天線接收模塊18包括至少兩個天線裝置 38，但是也可以利用僅一個接收機天線裝置38來實施本發(fā)明。天線接收模塊18使用網絡4采用磁感應技術從該網絡4的節(jié)點(例如交互裝置2)接收信號。天線接收模塊18測量在接收機天線裝置38中的每一個中感應的電壓的電平(level)。這樣所測量的電平提供被稱為"接收信號強度指示(RSSI)"的所接收的信號強度的指示。將RSSI值給予距離計算模塊24，并且必要時給予可選定向計算模塊28。由于提供了許多接收機天線裝置38,所以天線接收模塊18選擇最好的接收信號并且將所選擇的信號提供給數(shù)據(jù)接收模塊22。由此，可以例如由具有最高RSSI的信號來給出最好的接收信號。代替于選擇一個信號，基于多個接收信號的組合式信號可以被提供給數(shù)據(jù)接收模塊22。在提供可選定向計算模塊28的情況下，可以向其提供接收的信號。
數(shù)據(jù)接收模塊(DRM )
數(shù)據(jù)接收模塊22使用天線接收模塊18從交互裝置2和該無線網絡的其它節(jié)點3接收數(shù)據(jù)。接收的數(shù)據(jù)被傳遞給合適的RDALM30。
距離計算模塊(DCM)
距離計算模塊24基于由天線接收模塊18提供的接收信號強度指示符(indicator)來計算從天線接收模塊18到天線發(fā)送模塊16的空間距離。所計算的距離是發(fā)射機天線裝置36和接收機天線裝置38之間的距離。待計算的距離的數(shù)目取決于發(fā)射機天線裝置36的數(shù)目、接收機天線裝置38的數(shù)目和以下問題有多少接收機天線裝置38從一個發(fā)射機天線裝置36接收了信號。由發(fā)射機天線裝置至接收機天線裝置信號傳輸?shù)臄?shù)目給出距離的數(shù)目。例如，如果在天線發(fā)送模塊16中存在一個天線裝置36且在天線接收模塊18中存在兩個天線裝置38，則如果兩個接收機天線裝置38 二者都接收了由發(fā)送器天線裝置36發(fā)送的信號的話計算兩個距離。在多個發(fā)射機天線裝置36的情況下，由于數(shù)據(jù)發(fā)送模塊14確保關于哪個天線裝置36被使用的知識被傳送給參考裝置1,所以距離計算模塊24知道所計算的距離屬于哪個發(fā)射機天線裝置36以及屬于哪個接收機天線裝置38。
從接收信號強度計算距離的方法是公知的。對提供距離與接收信號強度指示(RSSI ( received signal strength indication))之間的鏈接的特征函數(shù)(characteristic function )的表示不存在限制。一般而言，可以使用任何數(shù)字的、分析的、數(shù)學的或算法的描述。在當前實施例中，存儲傳感器響應信息的查找表和包括樣條插值函數(shù)的逼近函數(shù) (approximating function );故用于將RSSI值轉換成距離信息。由此，逼近函數(shù)將被用于RSSI的特定值范圍，且查找表提供要被用于映射
13RSSI的特定值的逼近函數(shù)。
計算的記錄被給予RDALM30、磁用戶界面模塊32、位置計算模塊26，和必要時給予可選定向計算模塊28。
位置計算模塊26 (PCM)
在本實施例中，位置計算模塊(PCM) 26基于由距離計算模塊24 提供的距離來計算位置。從而，所計算的位置是一個或多個發(fā)射機天線裝置36的位置。然而，一般而言，位置的計算不需要基于距離。所計算的位置是相對于錨定(anchor)在參考裝置1處的坐標系的。位置可以是2D或3D位置，即分別提供在二維或三維空間中的定位信息。為了計算位置，使用基于距離的二維或三維定位算法。作為先決條件，接收機天線裝置38之一被設置成位置(0， 0)(或 (0， 0， 0))。隨后，接收機天線裝置38中的另一個被設置成位置(d， 0)(或(d， 0， 0))，其中d等于在這兩個接收機天線裝置38之間的距離。這持續(xù)進行直到所有的接收機天線裝置38在它們定義的相對坐標系中都具有位置。n維(n-2， 3)定位算法是一種在給定多個節(jié)點j至(j-l)的位置和節(jié)點1至節(jié)點1至(j-l)的已知距離的情況下返回節(jié)點j的n 維位置的計算方法。可以使用所有類型的二維或三維定位算法，例如包括雙邊定位(bilateration )、三邊定位和多邊定位(multilateration ), 由此可以4吏用最大似然估計和質點彈簧優(yōu)化(mass spring optimization)技術。一個示例是3D三邊定位算法。該算法需要四個已知位置和從未知位置到這些已知位置的距離。原則上，該算法計算以所述已知位置為中心的四個球面(sphere )的交點(intersection point)。這通過首先計算三個相交球面的兩個可能的交點來實現(xiàn)。在 2005年2月的IEEE Transactions on Robotics的第21巻第1期第93-101 頁中公開的Federico Thomas和Lhiis Ros的論文"Revisiting Robot Trilateration for Robot Localization"給出了該算法的這部分的實施方式。于是，通過計算和將這些交點到第四已知位置的距離與到第四已知位置的給定距離相比較來選擇這些交點之一。該算法的優(yōu)點在于在
計算上復雜度較低并且當距離精度是完美的時產生完美的結果。該算法的缺點在于得出的位置對距離精度誤差非常敏感并且更多的已知位
14置及其距離并不導致更高的定位精度。另一示例是2D多邊定位算法。該算法的優(yōu)點在于更多的已知位置及其距離導致更高的定位精度。缺點在于其在計算上相當復雜。在2001年的ACM SIGMOBILE 7/01的公報第166-179頁中公開的Andreas Savvides、Chih-Chieh Han和Mani Strivastava 的論文 "Dynamic Fine-Grained Localization in Ad陽Hoc Networks of Sensors"給出了該算法的實施方式，由此最小均方型最大似然估計被用于求解超定方程組(overdetermined systems of equations)。更進一步的示例是質點彈簧型優(yōu)化算法。在2003年4月的MIT計算機科學實驗室的技術報告TR-892中的論文"Anchor-free distributed localization in sensor networks"給出了該算法的實施方式。
在兩個接收機天線裝置38的情況下，距離計算模塊可以計算到發(fā) 射機天線裝置36的兩個距離并且位置計算模塊26可以計算發(fā)射機天線裝置36的2D位置。將參考圖3來說明在這種情況下位置計算所基于的幾何原理，圖3示出天線接收模塊18的兩個天線裝置38-1、 38-2; 平行于連接兩個天線38的直線42的平面40;以天線裝置之一 38-1為中心的球面44，其具有與基于在天線裝置38-1處的接收信號強度而被測量的距離相對應的半徑；和以所述天線裝置38-1、 38-2中的另一天線裝置38-2為中心的球面46，其具有與基于由天線裝置38-2接收的信號強度而被測量的距離相對應的半徑。兩個球面44、 46的相交產生具有與直線42重合的軸的圓48。在球面44、 46不相交的情況下，距離可以按相同的比(ratio)被增長直到它們相交。圓48與平面40的相交產生發(fā)射機天線36的在平面40內的兩個可能的位置50、 52。如果可能位置之一 (例如位置52 )可以出于任何原因(包括通過定義排除) 而被排除，發(fā)射機天線36的在平面40內的明確的二維位置(例如位置50 )可以由位置計算模塊26來計算。由X'值(其變化描述位置50 沿著直線42的平移)和Y'值(其描述位置50到直線42的距離)來自然地描述二維位置50。直線42定義X'方向。在平面40內并且與直線 42正交的直線(未示出)定義Y，方向。
平面40可選擇為與直線42平行的任何平面。當然，平面40到直線42的距離必需等于或小于圓48的半徑，否則得不到交點50、 52。
在第一應用的情況下，平面40可選擇為與顯示表面(比如在圖4中描述的顯示區(qū)域54)重合，或者可選擇為接近于顯示表面的表面和/ 或可選擇為平行于顯示表面的表面。在這些情況下，由X'和Y'值描述的交互裝置2的位置與顯示表面上的位置相對應，所述顯示表面上的位置可以例如由相應的X和Y坐標來描述。用戶通常不#_限制僅在如上定義的平面40內移動交互裝置2,但用戶可以被指示來這樣做。導向(guiding)材料表面(例如透明屏幕)可以在這樣做上給予用戶幫助。不管用戶是否遵循指示，位置計算模塊26在假設交互裝置2位于平面40內的情況下來計算位置。在平面40包括直線42的情況下，幾何問題有效地為二維的，這減少了計算的復雜度。
在第二應用的情況下，平面40可選擇為正交于顯示表面(例如正交于在圖4中描述的顯示區(qū)域54)。在這種情況下，X'值與顯示表面上的1D位置(例如，沿著平行于直線42的軸的位置)相對應，并且 Y'值與交互裝置2到顯示表面的距離相對應。用戶通常不被限制為在如上定義的平面40中移動交互裝置2，但用戶可以被指示來這樣做。導向材料表面(例如桌面)可以在這樣做上給予用戶幫助。不管用戶是否遵循指示，位置計算模塊26都在假設交互裝置2位于平面40內的情況下來計算位置。在平面40包括直線42的情況下，幾何問題有效地為二維的，這減少了計算的復雜度。
在平面40被認為是包括交互裝置2和天線裝置38-1、 38-2的平面的情況下，總是實現(xiàn)二維幾何問題。
明顯地，第一應用情況可以被概括為平面40不被限制為與顯示表面重合、不被限制為接近于顯示表面的表面并且不被限制為平行于顯示表面的表面。顯然，即使沒有這些限制，仍可以確定由X'值和Y' 值描述的二維位置50。該二維位置可以被映射到另一二維值，例如由顯示區(qū)域的X坐標和Y坐標描述的二維位置。
明顯地，第二應用情況可以被概括為平面40不被限制為與顯示表面正交。顯然，即使沒有這些限制，仍可以確定由X'值和Y'值描述的二維位置50。 X'值可被映射到顯示表面的1D位置，例如沿著平行于直線42的軸的位置。Y'值與交互裝置2到平面40與顯示表面的相交處的距離相對應。在平面40包括直線42的情況下，Y'值與交互裝置2 到直線42的距離相對應。從而，Y'值可^皮視為對交互裝置2到顯示表
16面的距離的度量，并且是廣義距離(generalized distance)的示例，所述廣義距離被下面所描述的用戶界面利用以便提供新型的用戶交互方法。
可以例如通過如下方式放置接收機天線裝置38-1、 38-2來實現(xiàn)對可能的位置50、 52之一的排除兩個可能位置50、 52之一 (例如位置52)位于交互裝置2被期望位于的區(qū)之外。圖4示出了這樣的布置。在此，接收機天線裝置38-l、 38-2位于長方形顯示區(qū)域54的左上角和右上角處(可替代地位于左下角和右下角處)，并且交互裝置2僅被期望處于在顯示區(qū)域54前的長方體形的區(qū)域56內。這實現(xiàn)了所期望的效果。兩個可能位置的問題還出現(xiàn)在基于三個距離確定三維位置的情況下?？梢杂妙愃频姆绞絹韺崿F(xiàn)對可能的位置之一的排除，即通過限制交互裝置2可被期望位于的區(qū)，這可以通過對接收機天線裝置38 的定位進行合適的選擇來實現(xiàn)。在交互裝置2不能被期望在限定的區(qū) 內漫游的情況下，在2D的情況下可以通過增加提供第三距離的第三接收機天線裝置來實現(xiàn)排除，而在3D的情況下可以通過增加提供第四距離的第四接收機天線裝置來實現(xiàn)排除。
顯示區(qū)域54位于具有水平的X軸、垂直的Y軸和水平的Z軸的正交坐標系的X-Y平面內。連接接收機天線裝置38-1、 38-2并且定義 X'方向的直線42平行于X軸?？梢酝ㄟ^X值和Y值來描述顯示區(qū)域 54上的位置。給定這種定義，可以描述二維位置50的兩個應用情況。在第一應用情況下，所計算的X'值確定顯示區(qū)域54上的位置的X值并且所計算的Y ，值確定顯示區(qū)域54上的位置的Y值。這是將在下文中被稱為(X, Y)情況的情況的示例。在(X， Y)情況下，所計算的位置和必要時由可選定向計算模塊28計算的交互裝置2的定向被用于確定二維顯示表面上的二維位置。在第二應用情況下，所計算的X'值確定顯示區(qū)域54上的位置的X值，并且所計算的Y '值對應于控制例如在顯示區(qū)域54上描繪的指針圖標的大小的廣義距離。這是將在下文中被稱為(X， Z)情況的情況的示例。在(X, Z)情況下，所計算的位置和必要時由可選定向計算模塊28計算的交互裝置2的定向被用于確定二維顯示表面上的一維位置并且用于進一步確定廣義距離。用戶界面的多個交互方法可建立在廣義距離上。例如，在顯示表面上描繪的
17指針圖標的大小可取決于廣義距離。
在三個接收機天線的情況下，距離計算模塊可以計算到發(fā)射機天
線36的三個距離，并且位置計算模塊26可計算發(fā)射機天線36的3D 位置。這種情況將在下文中被稱為(X， Y， Z)情況。由分別與交互裝置2的在X方向、Y方向、Z方向上的位置相對應的X值、Y值和Z 值來描述3D位置。Z值可被視為到顯示表面的距離并且可以以與在二維(X， Z)情況的情況下Y'值相同的方式被使用，即可被用作廣義距離。X值和Y值可以以與在二維(X， Y)情況的情況下X'值和Y'值相同的方式被使用，即可被用于確定在二維顯示表面上的二維位置。
盡管在以上說明中，假定顯示區(qū)域54和接收機天線裝置38-1 、38-2 是共位的(co-located)，但情況并不必一定如此。一般而言，顯示區(qū) 域54可位于與接收機天線裝置38不同的位置處。這顯然是可能的，因為是否存在顯示區(qū)域54無關于位置確定。也可以用虛表面 (imaginary surface)而不是顯示表面(例如顯示區(qū)域54)來i兌明所有的上述內容。這種情形可以與在圖形輸入板上使用的筆的情況相比。不存在共位(co-location)要求應用于2D情況和3D情況。同樣，顯示表面不需要是平坦的。顯示表面可以例如是球冠(spherical cap )或球面的長方形截面。顯然，同樣在非平坦顯示表面的情況下將X，值和 Y'值映射為二維顯示坐標是可能的。顯然，取決于由位置計算模塊26 確定的Y'值或Z值(例如在顯示表面上描繪的指針圖標的大小)的用戶界面功能性在非平坦顯示表面的情況下也是可能的。
可以指示用戶僅在特定的平面中操作交互裝置2。例如，在接近于顯示區(qū)域54的平面中(這在(X， Y)情況下是有利的)，或者在正交于顯示區(qū)域54并且包括連接天線裝置38-1、 38-2的直線42的平面中。在后一種情況下，Y'值對應于到顯示區(qū)域54的距離，這在(X， Y)情況下是有利的。另一示例是以下設置，在該設置中，圖3的實際顯示區(qū)域54沿著Z軸平移到遠處的點，由此天線裝置38-l、 38-2留在X-Y 平面中的它們的位置中，由此顯示區(qū)域54可以^皮放大或收縮。在此，指示用戶在連接天線裝置38-1、 38-2的直線42下方的X-Y平面中(例如在由顯示區(qū)域54的原始位置給出的區(qū)域中)移動交互裝置2。該設置在(X， Y)情況下是有利的。由于磁場線是閉合的，由發(fā)送機天線裝置36產生的磁場必然不是各向同性的(isotropic)。由發(fā)送圓形環(huán)形天線產生的磁場和接收圓形環(huán)形天線對磁場的靈敏度是旋轉對稱的。對稱性的軸被稱為天線的軸并且是具有最高場強和最高靈敏度的方向。當圍繞其軸旋轉這樣的環(huán) 形天線時，由該天線在空間中的固定點產生的磁場不改變。當圍繞不同于對稱軸的軸旋轉該天線時，在空間中的固定點的磁場改變。清楚的是，為了實現(xiàn)后者效果(即磁場的改變)，天線裝置不需要具有對稱性的軸，并且上述旋轉對稱的環(huán)形天線僅作為通用天線裝置的示例而被給出。為了實現(xiàn)改變磁場的效果，由天線裝置產生的場不必顯示出旋轉對稱性。在下文中，發(fā)送天線裝置或接收天線裝置的軸被分別視為最強場強或場靈敏度的方向。天線裝置的定向由其軸的定向給出。當天線裝置的軸分別是共面的、平行的或正交的時，天線裝置是共面的、平行的或正交的。當天線裝置的軸正交于另一實體(例如平面) 時，所述天線裝置正交于該實體。
當交互裝置2被旋轉時在空間中的給定點感知的改變磁場的效果可被用于檢測交互裝置2的定向的改變。當用戶改變交互裝置2的定向時，由接收機天線裝置38接收的信號的信號強度(RSSI)改變，這與X'和Y'值的改變相對應。因此，用戶可選擇旋轉交互裝置2而不是平移交互裝置2。
在圖4的設置中，接收機天線裝置38是共面的，即，兩個天線裝置38的兩個軸位于共同的平面中。這是有利的配置，其允許用戶以直覺的方式旋轉交互裝置2而不是平移交互裝置2。
在圖4的設置中，在(X， Z)情況下，天線裝置38沿著Z軸定向。一般而言，取決于區(qū)域56的大小和位置，期望相對于接收機天線裝置 38的位置來定位交互裝置，接收機天線裝置38可以偏離Z軸定向，然而通常不大于30。角。在(X， Z)情況下，位置確定的行為(behavior) 如下當交互裝置2被保持在X-Y平面前的其所期望位于的區(qū)域56中和在發(fā)射天線裝置36平行于Z軸的正常定向中時，用戶可以向右移動交互裝置2由此增加X'值，并且可以向左移動交互裝置2由此減小X' 值。交互裝置2的正常定向是不依賴于交互裝置2的位置的固定定向。正常定向可通過給出連接交互裝置2的兩個點(例如與發(fā)射天線裝置
1936的位置相對應的位置參考點和第二點)的直線的定向來描述。代替于移動交互裝置2，用戶還可以順時針方向地(如從上看)將交互裝置 2旋轉出其正常定向以增加X，值并且逆時針方向地(如從上看)旋轉交互裝置2以減小X'值。從而，X'值表現(xiàn)為類似于由激光指針(laser pointer )在表面上產生的斑點。類似地，用戶可以將交互裝置2從X-Y 平面移開以增加Y '值并且朝X-Y平面移動交互裝置2以減小Y '值。代替于移動交互裝置2，用戶還可以順時針方向地(從右看)旋轉交互裝置2以增加Y'值并且逆時針方向地(從右看)旋轉交互裝置2以減小Y'值。
在(X， Y)情況下，位置確定的行為如下當交互裝置2被保持其所期望處于的區(qū)域56中并且被保持在給定的正常定向中時，用戶可以向右移動交互裝置2由此增加X'值，并且可以向左移動交互裝置2 由此減小X'值。交互裝置2的正常定向是不依賴于交互裝置2的位置的固定定向。正常定向可通過給出連接交互裝置2的兩個點(例如與發(fā)送天線裝置36的位置相對應的位置參考點和第二點)的直線的定向來描述。代替于移動交互裝置2，用戶還可以順時針方向地(如從上看) 將交互裝置2旋轉出其正常定向以增加X'值并且逆時針方向地(如從上看)旋轉交互裝置2以減小X，值。類似地，用戶可以向下移動交互裝置2以增加Y '值并且向上移動交互裝置2以減小Y '值，代替于移動交互裝置2，用戶還可以順時針方向地(從右看)旋轉交互裝置2以增加Y'值并且逆時針方向地(從右看)旋轉交互裝置2以減小Y'值。從而，由X'和Y'值描述的位置表現(xiàn)為類似于由激光指針在表面上產生的斑點。
從而，具有一個發(fā)射機天線裝置和兩個共面天線裝置的設置提供了激光指針效應的非常簡單的實施方式?？梢詧?zhí)行校準過程來確定測量系統(tǒng)的環(huán)境對測量過程的影響以便改善測量系統(tǒng)的準確度。
可替代地，可以基于如由可選定向計算模塊28確定的交互裝置2 的定向來實現(xiàn)激光指針效應。
位置計算模塊26將計算的位置給予RDALM 30、磁用戶界面模塊 32并且必要時給予定向計算模塊28。
定向計算模塊(OCM)可選定向計算模塊28計算交互裝置2相對于參考裝置1的定向。這可以是一維、二維或三維定向。一維(1D)定向可由單個變量 (variable)表示并且例如可以描述在二維平面內矢量的定向。二維 (2D)定向可由兩個變量表示并且例如可以描述在三維空間內矢量的定向。這樣的矢量例如可以表示激光指針或棒(rod)的指向。三維(3D) 定向可由三個變量表示并且例如可以描述在三維空間內現(xiàn)實世界對象的定向。3D定向可由描述交互裝置2分別繞X、 Y、 Z軸的旋轉(參見圖4)的被稱為滾動(roll)、俯仰(pitch)、偏轉(yaw)的三個角來描述。
可以用不同的方式來計算定向。例如，定向計算可以基于由距離計算模塊24計算的距離。在兩個接收機天線裝置38和兩個發(fā)射機天線裝置36的情況下，交互裝置2的1D定向可以基于所計算的距離來計算。另一示例是使用相互正交的天線裝置。在兩個相互正交的發(fā)送機天線裝置36和兩個相互正交的接收機天線裝置38的情況下，可以計算2D定向。在三個相互正交的發(fā)送機天線裝置36和三個相互正交的接收機天線裝置38的情況下，可以計算3D定向。通過利用調制的場來激勵(excite)相互正交的發(fā)射機天線裝置36中的至少一些以便產生旋轉磁場，可以增加定向計算的精確性(precision)。在Eugene Paperno 、 Ichiro Sasada和Eduard Leonovich的論文"A new method for magnetic position and orientation tracking" (IEEE transactions on magnetics, vol. 37 no.4， July 2001 )給出了與旋轉磁偶極子的場相對應的旋轉場被產生的示例。
參考裝置應用邏輯模塊(RDALM)
RDALM 30是不同應用的參考裝置部分(參見以上的IDALM 10 的描述)。RDALM30可訪問由距離計算模塊24計算的距離、由位置計算模塊26計算的位置、由交互裝置2或由網絡4的其它節(jié)點3通過數(shù)據(jù)接收模塊22傳輸至RDALM 30的數(shù)據(jù)、由磁用戶界面模塊32提供的用戶交互方法和必要時由定向計算模塊28計算的定向。RDALM 可訪問顯示模塊34以便將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給用戶。
磁用戶界面模塊(MUIM)
21磁用戶界面模塊32向RDALM 30提供軟件界面，該軟件界面使 RDALM 30能夠與用戶交互。軟件界面將包括光標功能性的多個交互方法提供給RDALM 30,以類似的方式，像Microsoft Windows那樣的圖形用戶界面框架將交互方法提供給Windows程序。為此，磁用戶界面模塊32訪問顯示模塊34，使用由距離計算模塊24計算的距離、由位置計算模塊26計算的位置和必要時由定向計算模塊28計算的定向。在提供定向計算模塊28的情況下，提供基于由位置計算模塊26確定的交互裝置2的位置和由定向計算模塊28確定的交互裝置2的定向的激光指針效應。在這種情況下，計算與由激光指針形成在顯示或參考表面上的光斑相對應的光標位置，由此交互裝置2采取激光指針的角色。然而如在以上被示出的那樣，還可以在沒有定向計算模塊26的情況下實現(xiàn)激光指針效應。取決于參考裝置1的距離、位置和定向確定能力，當與特定的交互裝置2、特定任務的要求和用戶的偏好 (preference)相互配合時，磁用戶界面模塊32依據(jù)(X， Y) 、 ( Y, Z)或(X， Y， Z)情況來提供用戶界面方法。
在(X， Y)情況下，交互裝置可被用作指針，像例如鼠標或跟蹤球一樣。在這種情況下，提供用于現(xiàn)有技術的2D圖形用戶界面的交互方法；交互裝置2可被集成為指針的另一實例。指針的常用元件(例如用于點擊的按鈕和鼠標的滾動輪)被集成在交互裝置2中。使用交互裝置2的LUIDM 12的IDALM 10可以訪問這些元件并且將像例如按鈕點擊和輪轉動那樣的相應事件通過數(shù)據(jù)發(fā)送模塊14發(fā)送給參考裝置1的RDALM 30。
同樣在(X, Y， Z)情況下，交互裝置2可被用作指針，然而，提供附加的用戶交互方法。
在(X， Z)或(X， Y， Z)情況下，提供使用廣義距離的交互方法。通過在(X， Z)情況下由位置計算模塊26確定的Y'值或通過在 (X, Y， Z)情況下由位置計算模塊26確定的Z值可以給出廣義距離。在基于由可選定向計算模塊28提供的交互裝置2的定向的激光指針效應被實現(xiàn)的情況下，可由從交互裝置2的所計算的位置到在顯示或參考表面上的所計算的光標位置的距離給出廣義距離?；谒峁┑膹V 義距離的交互方法包括例如'Z光標，、'Z點擊，、'選擇輪，、'粘
22貼，和'x軸線程，。在以下將描述這些交互方法。
在下文中，描述基于廣義距離的交互方法。在參考裝置2包括顯示模塊34的情況下，用戶可以分別通過將交互裝置從顯示表面移開或者將交互裝置朝顯示表面移動來增加或減小廣義距離。在參考裝置2 不包括顯示模塊34的情況下，用戶可以通過將交互裝置2從由參考裝置1的天線裝置38的布置定義的相應的虛表面移開或將交互裝置2朝該相應的虛表面移動來增加或減小廣義jf巨離。
圖5示出了 'Z光標，交互方法的各個階段，其中光標圖標58的大小取決于廣義距離。光標58的大小隨著廣義距離的增加而增加。
圖6示出了 'Z點擊，交互方法的不同階段。該交互方法與鼠標的 '點擊，動作相對應。代替于為啟動(fire)該動作而壓下鼠標按鈕，用戶減小廣義距離。如果廣義距離對于給定的時間段小于給定的閾值，則動作被啟動。為了使用戶易于與'Z點擊，交互方法交互，指示是否達到閾值和需要多久來達到啟動時間段。在按鈕60的情況下，這可被可視化(例如通過改變按鈕60的顏色和通過在不同的階段示出用符號表示計時器元件62的時鐘或鐘針)。在階段a)，光標還沒有進入按鈕60的區(qū)域。在階段b)，光標剛進入按鈕中。在階段c)中，啟動期的四分之一已過去。在階段d)中，完全的啟動期已過去并且"點擊動作"被啟動。
圖7示出了 '粘貼，交互方法的不同階段。該交互方法與常規(guī)的 2DGUI框架的'拖放，交互元件相對應。目的是選擇在顯示器上可見的對象64并且將該對象64移動到目標對象66以便啟動動作。為此，
'粘貼，交互的用戶將光標58移動到對象64上(階段b)并且減小廣義距離直到第一閾值被達到。在達到該閾值時，對象64被選擇，這例如通過改變所選擇的對象的顏色(階段c)來表示。當對象64被選擇時，其跟隨光標58的移動。隨后，用戶將對象64移動到目標對象66 (階段d和e)并且再次減小廣義距離直到第二閾值被達到。當?shù)诙?值被達到時，對象64被貼到目標對象66并且動作被啟動(階段f)。可替代地，可以在用戶增加廣義距離時啟動動作以便再次超過第一閾值，這次在相反的方向上。
圖8示出了 '選擇輪，交互方法的不同階段，其中廣義距離控制列表元件的列表(在圖8中由E0至E5來表示)的循環(huán)排列(cyclic permutation)。'選擇輪，交互方法允許從一列元件中選擇一個元件而不需要向上或向下移動光標58。元件的列表在邏輯上定位于"輪" 上，由此最后的和第一列表元件(E0和E1)被貼在一起。通過相對于使輪保持靜止的廣義距離的特定值(階段d )來減小廣義距離(階段b ) 來向上移動輪并且通過相對于使輪保持靜止的廣義距離的特定值(階段d)來增加廣義距離(階段c)來向下移動輪。列表的一個元件在選擇域(field) 68中總是可見的。當光標58離開選擇域68時(階段e)，所選擇的列表元件是處于選擇域68中的那個。不處于選擇字段68中的元件可以是可見或不可見的?？商娲?，可以通過相對于使輪保持靜止的廣義距離的值減小廣義距離來向下移動輪并且可以通過相對于使輪保持靜止的廣義距離的值增加廣義距離來向上移動輪。在(X， Z) 情況下，這種交互方法是有用的。當然，水平軸和垂直軸的角色可以被交換。
圖9示出了 'X軸線程，交互方法的示例。該交互方法在于在X 方向定向的線程軸(thread axis) 74上對齊例如按鈕70和選擇輪72 的其它交互方法。在(X， Z)情況下，這種交互方法是有用的。優(yōu)選地，由光標58的Y位置來給出線程軸74所位于的Y位置。
對RSSI測量機制的描述
既然已說明了交互裝置2和參考裝置1的模塊化結構，那么將參考圖2更詳細地描述接收信號強度的測量，圖2示出了在天線發(fā)送模塊16中的一個天線裝置36和在天線接收模塊18中的兩個天線裝置38 的示例情況。
為了計算距離，距離計算模塊24依靠由天線接收模塊18提供的信息。在天線裝置38之一中測量的信號電平提供數(shù)值(RSSI)，該數(shù) 值與在接收機天線裝置38的所述之一中由通過發(fā)射機天線裝置36產生的磁場感應的電壓直接相關。為所有接收機天線裝置38單獨地測量信號電平并且為接收機天線裝置38中的每一個提供RSSI值。
物理層用來測量在接收機天線裝置38中感應的信號電平的機制將本發(fā)明與傳統(tǒng)的基于磁耦合的距離和定位系統(tǒng)相區(qū)分。例如，代替于
24如由US 4 945 305、 US 6 369 564和EP 1 601 929所提出的在發(fā)射機側產生恒定的連續(xù)波(CW)以創(chuàng)建可在接收機側測量的磁場，就通信而言，本發(fā)明利用攜帶在交互裝置2和參考裝置1之間正在進行的通信的數(shù)據(jù)的磁場并且將用于距離確定的相同的磁耦合原理。
基于磁感應的無線數(shù)據(jù)通信有利地通過利用待發(fā)射的數(shù)據(jù)對信號的調制來進行。像在RF無線通信系統(tǒng)那樣，一旦被濾波和上轉換，所調制的信號就被施加到交互裝置2的傳輸天線裝置。天線發(fā)送模塊16 包括用于執(zhí)行這樣的處理的發(fā)射機76。發(fā)射機76包括用于對包括待發(fā) 送的信息的調制器信號進行濾波的發(fā)射機濾波單元78、用于利用調制器信號調制載波信號的上轉換器80、用于將上轉換的信號轉換成模擬信號的數(shù)字模擬轉換器82、用于對模擬信號進行低通濾波的低通濾波器84、用于在低通濾波的信號被施加到發(fā)射機天線裝置36之前放大該低通濾波的信號的放大器86。將載波信號的頻率范圍選擇在范圍3MHz 至50MHz內。通過磁波傳播(近場)的屬性來建立頻率范圍的上限，這是由于在50MHz以下磁場效應顯然占優(yōu)勢于(dominate over)電場效應(遠場)。然而，還可以以更高的頻率來操作本發(fā)明。已建立下限以便具有為滿足數(shù)據(jù)通信部分的數(shù)據(jù)速率要求可用的足夠帶寬。如果可以降低數(shù)據(jù)速率，則本發(fā)明也可以工作在更低的頻率。還考慮了關于所允許的最大功率傳輸?shù)墓苤谱h題(regulatory issue )。
在發(fā)射機側由天線發(fā)送模塊16產生的經調制的磁場在接收機側在接收機天線裝置38中感應電壓，這允許恢復所發(fā)射的信號并解調所發(fā) 送的數(shù)據(jù)。而且，像在RF無線通信系統(tǒng)中一樣，在接收信號可以被解調之前完成了若干預處理階段，即放大、下轉換、濾波、同步、自動增益控制(AGC)、信道均衡、信道補償和其它，并非所有的都用圖4 中的相應元件示出。除了用于接收所發(fā)射的信號的兩個接收機天線38 之外，天線接收模塊18還包括用于執(zhí)行這種處理的接收機88。接收機 88包括兩個放大器90，用于放大在接收機天線裝置38中的每一個中感應的電壓；AGC單元92，用于為信號中的每一個測量RSSI值并且基于相應的RSSI值改變放大器90中的每一個的增益以便補償由通信信道引起的發(fā)射信號衰減；兩個模擬數(shù)字轉換器94，用于將兩個放大的信號中的每一個數(shù)字化；兩個下轉換器96，用于對兩個數(shù)字化的
25信號中的每一個進行下轉換；以及兩個接收機濾波單元98，用于對兩
個下轉換的信號中的每一個濾波。如果通過了接收機濾波單元98，兩個信號被提供給包括在接收機88中的同步單元100。所接收的信號中的最好的一個，例如具有最高RSSI的那個，被提供給數(shù)據(jù)接收模塊22。如上所述，AGC單元92改變放大器卯中的每一個的增益以便補償由通信信道引起的發(fā)射信號衰減。不幸地，傳輸信道的衰減特性允許通過測量信號衰減了多少來確定在發(fā)射機側天線裝置36和接收機側天線裝置38之間的距離信號電平越高(越低)，距離越短(越長)。因此，使用AGC來恢復數(shù)據(jù)信號電平阻止了使用信號電平來測量距離和/或位置。然而，存在不受自動增益控制影響的信號的一部分并且因此可以,皮用于測量距離和/或位置前同步碼(preamble) 102。在無線
部并且使稱為前同步碼102的已知圖樣(pattern ) 102位于通過空中要傳輸?shù)拿恳粋€幀104之前。交互裝置2適于給這種信號提供前面有前同步碼102的數(shù)據(jù)部分104。在參考裝置l中，前同步碼102被AGC 單元92用于計算要由放大器90之一應用以便放大通過接收機天線裝置38之一接收的輸入幀104的增益，被用于使接收機88為幀數(shù)據(jù)104 的到來作準備，并且更一般而言，被用于對接收機88進行同步。同步單元IOO識別前同步碼102的開始和結束以及幀數(shù)據(jù)104的開始和結束?；谠撔畔?，同步單元100同步AGC單元92以便可以將正確的放大應用于信號的數(shù)據(jù)部分104。同步單元IOO還觸發(fā)距離、位置和必要時定向計算模塊24、 26、 28以在前同步碼時間期間操作。在前同步碼時間102期間在兩個接收機天線裝置38 二者中所測量的RSSI值被提供給距離計算模塊24并且必要時提供給定向計算模塊28。
在數(shù)據(jù)通信正在進行時將前同步碼102用于進行距離或位置測量使得該解決方案非常有吸引力地被用在用戶的動作(修改移動裝置相對于接收機的位置或距離)觸發(fā)數(shù)據(jù)通信動作的用戶界面情景 (scenario )中。
顯示模塊(DM)
可選顯示模塊34允許磁用戶界面模塊32和RDALM 30與用戶在視覺上通信。盡管顯示模塊34可以是參考裝置網絡節(jié)點1的一部分，但顯示模塊還可以位于網絡4的任何其它節(jié)點3上或者可以僅被連接到參考裝置1或者可以否則可由參考裝置1訪問。
對示例圖形用戶界面的描述
依靠基于磁場的本發(fā)明定位技術的圖形用戶界面為用戶提供了在多維的球面內直觀地將對象與服務相關聯(lián)的能力?；谔幵诒舜说亩?位跟蹤范圍中的裝置的類型和能力，合適的與上下文相關的服務被自動顯示給用戶。通過以多維來旋轉和移動交互裝置2，將用戶的動作和與上下文相關的服務的其可能關聯(lián)的直觀表示提供給該用戶。
在下文中，將關于磁網絡4的示例設置來說明示例(X， Z)情況用戶界面的屬性，該磁網絡4包括具有單個天線裝置的移動裝置106 (例如移動電話)、和具有兩個天線裝置110、 112的顯示裝置108. 移動裝置106是發(fā)射節(jié)點2或交互裝置2的上述實施例的示例。移動裝置106提供包括播放音頻和拍照的各種服務。為此，移動裝置106 提供合適的IDALM 10。顯示裝置108是接收節(jié)點2或參考裝置2的上述實施例的示例。顯示裝置108提供各種服務，包括顯示圖片和存儲數(shù)據(jù)(例如將各種媒體存儲在數(shù)據(jù)存儲單元(未示出)上)。為此，顯示裝置108提供合適的RDALM 30。數(shù)據(jù)存儲單元不需要位于顯示裝置108上并且可以例如位于家庭服務器上，
圖IO描述了移動裝置106和顯示裝置108的初始設置。顯示裝置 108的顯示表面114位于X-Y平面內，由此Y軸指向上而X軸指向右。 Z軸正交于X-Y平面并且指向在顯示裝置108前面的用戶。顯示裝置 108的一個天線裝置110位于顯示裝置108的左邊緣處。另一天線裝置 112以與左側天線裝置110相同的高度位于顯示裝置的右邊緣處。從而，連接兩個天線裝置IIO、 112的連接線116為水平定向。在(X， Y)用戶界面的情況下，連接線116優(yōu)選地位于顯示裝置108的實際顯示區(qū) 域114之上(或之下)。在此所討論的(X， Z)情況示例中，連接線 116可以位于顯示區(qū)域114的上邊緣和下邊緣之間而沒有不利影響。
在初始設置中，移動裝置106和顯示裝置108都在通信范圍之外。因此，顯示裝置108不顯示移動裝置106的指示。在顯示裝置108周圍
27的其中移動裝置106和顯示裝置108處于通信范圍內的區(qū)域是存在區(qū) 域。
用戶界面提供檢測存在和識別進入通信范圍內的對象的能力。一旦移動裝置IO進入顯示裝置108的通信范圍，移動裝置106的作為指針圖標的圖形表示118被顯示。圖形表示118跟隨移動裝置IO在X方向上的移動。除了被用于定位跟蹤和裝置檢測之外，移動裝置106和顯示裝置108的無線數(shù)據(jù)通信能力還被用于傳送上下文數(shù)據(jù)，該上下文數(shù)據(jù)用于移動裝置108的圖形表示118并且用于與像圖片傳送或音樂下載那樣的與上下文相關的服務的其可能關聯(lián)。
圖11示出了移動裝置108剛進入通信范圍的情形。在下圖中沒有示出天線裝置110、 112。為了向用戶表示兩個裝置二者都已經檢測到彼此，顯示裝置108描繪移動裝置108及其服務的圖形表示118。在該示例中，由表示圖片文件的文件符號120來表示在移動裝置106上的圖片文件的可用性。文件符號120被置于圖形表表118上。圖形表示 118的X位置與位于顯示裝置108的垂直中心面的右邊的移動裝置106 的X位置一致。此外，由顯示裝置108以服務圖標122的形式顯示顯示裝置108的上下文相關的服務。在該示例中，服務圖標122是表示顯示裝置108的文件存儲能力的文件夾符號122。在與圖形表示118相同的Y位置處顯示服務圖標122，即在與圖形表示118公共的水平線程軸(未示出)上顯示服務圖標122。當用戶在物理上移動移動裝置106 時，圖形表示118改變大小并且在顯示裝置108的顯示區(qū)域內移動。當例如通過沿Z方向朝顯示裝置108移動移動裝置106來減小廣義距離時，圖形表示118變小。當例如通過沿Z方向遠離顯示裝置108移動移動裝置106來增加廣義距離時，圖形表示118變大。當移動裝置 106沿X方向向右移動時，其圖形表示118沿X方向向右移動。當移動裝置106沿X方向向左移動時，其圖形表示118沿X方向向左移動。移動裝置106在Y方向上的移動可對其圖形表示118的Y位置具有影響，但不影響其圖形表示118的X位置。為便于說明，在下文中假定用戶通過沿Z方向遠離或朝顯示表面114移動移動裝置106來增加和減小廣義多巨離。
用戶界面提供選擇對象的能力。參考圖12來描述該能力。通過將
28接近于顯示表面114的移動裝置106移入對象的圖形表示(在此為文件符號120)的區(qū)域內并且使其保持在那兒一定量的時間來選擇對象。這種方法提供了避免按任何類型的按鈕來確認選擇請求的可能性。一旦移動裝置106處于特定的距離閾值以下，初始化倒計數(shù)以便對選擇流程的起動進行可視化?？梢岳缤ㄟ^改變所選對象的顏色、形狀或紋理來執(zhí)行可視化，并且可以如在'Z點擊，的情況中那樣通過計時器元件來實現(xiàn)可視化。一旦成功完成倒計數(shù)，所選對象120實質上變成粘著的(sticky)?？梢酝ㄟ^使距離增加得超過閾值或通過離開移動裝置106的圖形表示的區(qū)域來中止倒計數(shù)操作及其相關聯(lián)的選擇流程。在此應注意的是，一般可通過離開存在區(qū)域來中斷或終止每個動作。例如，可以通過對象顏色的改變來對文件符號的成功選擇進行可視化。圖12示出了用戶已經成功選擇了文件符號120的情形。注意，圖形表示118與文件符號120重疊。由于根據(jù)移動裝置106向顯示表面114 的接近而減小圖形表示的大小，如果顯示重疊圖形表示118,則文件符號120將會覆蓋圖形表示118。還可以通過半透明的對象圖標來解決位于相同位置的對象的可見性問題。
用戶界面提供了響應于用戶移動而移動對象的能力。參考圖13來描述該能力。如上所述，所選對象120改變成粘著模式并且將從而跟隨移動裝置106的移動。粘著模式持續(xù)直到移動裝置106增加到顯示表面114的距離直到達到了廣義距離的特定閾值或者直到另一上下文相關的對象被選擇。在(X， Y, Z)用戶界面的情況下，所選對象120 跟隨移動裝置在X和Y方向上的移動。在此說明的(X， Z)情況下，所選對象120僅跟隨X方向的移動。圖13示出了文件符號120被拖動到文件夾符號122上的情形。
用戶界面提供了識別上下文相關的置放目標并且響應于用戶輸入將對象放到上下文相關的置放目標上的能力。參考圖14來描述該能力。顯示裝置108的文件服務器服務被識別為潛在的上下文相關的置放目標。一旦釋放事件(release event)被處理，則對置放目標的選擇被接受。通過使移動裝置106遠離顯示表面114移動同時保持X位置124 穩(wěn)定在表示置放目標的圖標122的區(qū)域內來將廣義距離增加到特定水平之上來檢測釋放事件。
29用戶界面提供了給用戶呈現(xiàn)該用戶的交換作用的取決于目標服務
特性的結果的能力。圖15示出了在將由文件符號120表示的文件對象放到由文件夾符號122表示的文件服務器對象上之后成功的文件傳送服務交互。為了對用戶交互進行可視化，所傳送的文件被表示為文件夾符號122的一部分.
圖16示出了具有兩個天線裝置36-1、 36-2和天線驅動電路126的天線發(fā)送模塊16。數(shù)據(jù)發(fā)送模塊14選擇哪個天線裝置被用于發(fā)送信號并且相應地指示天線驅動電路126對天線進行饋送。
盡管在此公開并詳述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是本領域技術人員顯然的是，可以在不脫離在所附權利要求書中定義的本發(fā)明的范圍的情況下對本發(fā)明的配置、操作和形式進行各種修改。尤其，應當注意的是本發(fā)明的各自的特點、甚至僅與本發(fā)明的其它特點結合所公開的那些特點，可以以除對本領域技術人員來說顯而易見為沒意義的那些組合之外的任何組合方式來組合。
權利要求
1.一種用于無線數(shù)據(jù)網絡的接收節(jié)點(1)，包括天線接收模塊(18)，用于接收從無線數(shù)據(jù)網絡(4)的發(fā)射節(jié)點(2)發(fā)出的一個或多個數(shù)據(jù)信號；以及計算模塊(24，26，28)，適于計算在接收節(jié)點(1)和發(fā)射節(jié)點(2)之間的一個或多個距離和/或適于計算相對于接收節(jié)點(1)的位置的發(fā)射節(jié)點(2)的位置和/或適于計算相對于接收節(jié)點(1)的定向的發(fā)射節(jié)點(2)的定向；其中，所述數(shù)據(jù)信號的所述接收基于磁感應，并且所述一個或多個距離、所述發(fā)射節(jié)點(2)的所述位置和/或所述發(fā)射節(jié)點(2)的所述定向的所述計算基于所述一個或多個數(shù)據(jù)信號。
2. 如權利要求1所述的接收節(jié)點(1)，其中所述一個或多個數(shù)據(jù) 信號包括一個或多個前同步碼部分(102)并且所述一個或多個距離、所述發(fā)射節(jié)點(2)的所述位置和/或所述發(fā)射節(jié)點(2)的所述定向的所述計算基于所述一個或多個前同步碼部分(102)。
3. 如權利要求1或2所述的接收節(jié)點(1)，其中所述天線接收模塊(18 )適于確定一個或多個RSSI值，由此RSSI值表示所述一個或多個所接收的數(shù)據(jù)信號之一的強度并且所述一個或多個距離、所述發(fā) 射節(jié)點(2)的所述位置和/或所述發(fā)射節(jié)點(2)的所述定向的所述計算基于所述一個或多個RSSI值。
4. 如前述權利要求中任何一項所述的接收節(jié)點(1)，由此所述無線數(shù)據(jù)網絡(4)包括適于控制輸出裝置的節(jié)點，并且所述接收節(jié)點(1)包括與所述發(fā)射節(jié)點(2)和所述輸出裝置協(xié) 作地適于提供用戶界面功能性的用戶界面模塊(32),由此所述所提供的用戶界面功能性基于所計算的一個或多個距離、所述發(fā)射節(jié)點(2) 的所計算的位置和/或所述發(fā)射節(jié)點(2)的所計算的定向。
5. 如權利要求4所述的接收節(jié)點(1)，由此輸出裝置適于將信息顯示在二維顯示表面(54)上，并且其中所述用戶界面模塊(32)適于基于所計算的一個或多個距離和/或所述發(fā)射節(jié)點(2)的所計算的位置來計算在二維參考表面上的位置，由此在所述參考表面上的位置與在所述顯示表面(54)上的位置相對應。
6. 如權利要求5所述的接收節(jié)點(1)，其中所述用戶界面模塊(32 ) 適于基于所述發(fā)射節(jié)點(2)的所計算的定向來計算在所述參考表面上的所述位置。
7. 如權利要求5所述的接收節(jié)點(1)，由此所述發(fā)射節(jié)點(2)具有相關聯(lián)的指向，并且其中所述用戶界面模塊(32)適于基于所述發(fā)射節(jié)點(2)的所計算的定向來計算所述指向，并且在所述參考表面上的所述位置基于所述指向。
8. 如權利要求7所述的接收節(jié)點(1),其中在所述參考表面上的所述所計算的位置對應于所述參考表面與直線的相交，該直線由所述發(fā)射節(jié)點(2 )的所述位置和所述發(fā)射節(jié)點(2 ) 的所述指向來定義。
9. 如權利要求5至8中任何一項所述的接收節(jié)點(1)，其中被提供作為所述用戶界面功能性的組件的指針圖標(58)的大小基于在所述發(fā)射節(jié)點(2)的所計算的位置與在所述參考表面上的所述位置之間的距離。
10. 如權利要求3所述的接收節(jié)點(1),其中所述天線接收模塊(18)包括適于接收所述一個或多個數(shù)據(jù)信號的兩個天線裝置(38),所述兩個天線裝置(38)位于由X軸、Y軸和Z軸定義的正交坐標系的所述X軸上，所述發(fā)射節(jié)點(2)的所計算的位置是所述發(fā)射節(jié)點(2)的參考點的位置，由包括笫一坐標值的一個或多個坐標值來描述所述發(fā)射節(jié)點(2 ) 的所計算的位置，由此，定義平行于X-Y平面的參考平面，定義發(fā)射節(jié)點(2)的正常定向，其中，由所述參考點和發(fā)射節(jié)點 (2 )的位于所述參考平面和所述參考點之間的第二點定義的直線平行于Z軸，并且在使所述發(fā)射節(jié)點(2)保持在所述正常定向上時將所述發(fā)射節(jié)點(2)在正的X方向上移動和在使所述發(fā)射節(jié)點(2)的位置保持恒定時通過在正的X方向上移動所述第二點而使所述發(fā)射節(jié)點(2 )傾斜出所述正常定向均增加所述第一坐標值。
11. 如權利要求10所述的接收節(jié)點(1)，其中所述天線接收模塊(18)的所述兩個天線裝置(38)是共面的。
12. 如權利要求10或11所述的接收節(jié)點(1)，其中所述天線接收模塊(18)的所述兩個天線裝置(38)是平行的。
13. 如權利要求IO至12中任何一項所述的接收節(jié)點(1)，其中所述兩個天線裝置(38)中的每一個均正交于X-Y平面。
14. 如權利要求10至13中任何一項所述的接收節(jié)點(1),由此由所述參考點和所述第二點定義的所述直線與由所述發(fā)射節(jié)點(2 )發(fā)出的數(shù)據(jù)信號的強度具有局部或全局最大值的方向相對應。
15. 如權利要求10至14中任何一項所述的接收節(jié)點(1)，其中描述所述發(fā)射節(jié)點(2)的所述所計算的位置的所述一個或多個坐標值包括第二坐標值，并且在使所述發(fā)射節(jié)點(2)保持在所述正常定向上時將所述發(fā)射節(jié)點 (2)在正的Z方向上移動增加所述笫二坐標值，并且在使所述發(fā)射節(jié) 點(2)的位置保持恒定時通過在Y方向上移動所述第二點而使所述發(fā) 射節(jié)點(2)傾斜出所述正常定向增加或減小所述第二坐標值。
16. 如權利要求15所述的接收節(jié)點(1)，包括用戶界面模塊(32)，適于提供可操作來基于所述第二坐標值控制由顯示裝置(34)描繪的指針圖標(58)的大小的用戶界面邏輯。
17. 如權利要求16所述的接收節(jié)點(1)，其中所述用戶界面邏輯適于基于所述第二坐標值控制對由所述顯示裝置(34)顯示的對象(64)的選擇和取消選擇。
18. 如權利要求10至12中任何一項所述的接收節(jié)點(1),其中描述所述發(fā)射節(jié)點(2)的所述所計算的位置的所述一個或多個坐標值包括第二坐標值，并且在使所述發(fā)射節(jié)點(2)保持在所述正常定向上時將所述發(fā)射節(jié)點 (2)在正的Y方向上移動和在使所述發(fā)射節(jié)點(2)的位置保持恒定時通過在正的Y方向上移動所述第二點而使所述發(fā)射節(jié)點(2 )傾斜出所述正常定向二者均增加所述第二坐標值。
19. 如權利要求10至18中任何一項所述的接收節(jié)點(1),其中所述參考平面是X-Y平面。
20. 如權利要求18所述的接收節(jié)點(1)，由此所述發(fā)射節(jié)點(2)位于X-Y平面中。
21. —種基于磁感應的無線數(shù)據(jù)網絡(4),包括依據(jù)權利要求1至20中任何一項所述的用于無線數(shù)據(jù)網絡的接收節(jié)點(1)。
全文摘要
本發(fā)明涉及無線數(shù)據(jù)通信領域、用戶界面領域和基于磁場的距離、位置及定向測量領域。本發(fā)明尤其涉及用于無線數(shù)據(jù)網絡的接收節(jié)點、用于無線數(shù)據(jù)網絡的發(fā)射節(jié)點和基于磁感應的無線數(shù)據(jù)網絡。依據(jù)本發(fā)明的用于無線數(shù)據(jù)網絡的接收節(jié)點包括天線接收模塊，用于接收從無線數(shù)據(jù)網絡的發(fā)射節(jié)點發(fā)出的一個或多個數(shù)據(jù)信號；以及計算模塊，適于計算在接收節(jié)點和發(fā)射節(jié)點之間的一個或多個距離和/或適于計算相對于接收節(jié)點的位置的發(fā)射節(jié)點的位置和/或適于計算相對于接收節(jié)點的定向的發(fā)射節(jié)點的定向；其中所述數(shù)據(jù)信號的所述接收基于磁感應并且所述一個或多個距離、所述發(fā)射節(jié)點的所述位置和/或所述發(fā)射節(jié)點的所述定向的所述計算基于所述一個或多個數(shù)據(jù)信號。
文檔編號H04B5/00GK101589558SQ200880003282
公開日2009年11月25日申請日期2008年1月22日優(yōu)先權日2007年1月26日
發(fā)明者F·霍爾, J·諾格伊拉-尼恩, M·里德爾申請人:索尼德國有限責任公司

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