NO324356B1

NO324356B1 - Infrastruktursystem for telekommunikasjon med transpondere

Info

Publication number: NO324356B1
Application number: NO20020112A
Authority: NO
Inventors: Geir Monsen Vavik
Original assignee: Geir Monsen Vavik
Priority date: 2001-01-09
Filing date: 2002-01-09
Publication date: 2007-09-24
Also published as: NO20020112L; NO20020112D0

Description

INTRODUKSJON

Den foreliggende oppfinnelsen omhandler infrastruktursystemer basert på analog signalforsterkning og med transpondere, repeatere og koplerinnretninger, for en telekommunikasjonsplattform av toveis eller enveis type, og omfattende av et kommunikasjonsmedium med inkonsistente egenskaper og som kan anvende ulike typer av modulasjon, protokoller, ledningsnett og som kan omfatte trådløse noder.

BAKGRUNN

I et transpondersystem sendes et radiosignal til en transponder, som igjen retransmitterer signalet, ofte i modulert form, det vil si med overlagt informasjon fra transponderen. Transponderens hensikt er dermed delvis å virke som en signalre-peater og delvis og utveksle informasjon med transponderen. Noen transpondere virker indirekte, andre direkte. Ved direkte retransmisjon blir signalet mottatt og retransmittert i sekvens. Retransmisjon er ofte ønsket utsendt i et frekvensbånd som er forskjellig fra det innsendte. Et eksempel er flytranspondere for DME. Ved direkte retransmisjon blir signalet transmittert samtidig som det mottas i samme bånd. Her blir konverterings- og modulasjonsøkningen til transponderen utnyttet. Eksempler er RFID TAGs. I det sist nevnte tilfellet oppfører transponderen seg som en forsterker, ofte med veldig liten eller negativ forsterkning. Slike transpondere vil derfor betjene få applikasjoner i de forskjellige områdene av trådløs kommunikasjon og radionavigasjon.

En transponder må i tillegg til å retransmittere, også motta informasjon (downlink) for å identifisere seg selv og utføre kommandoer. Applikasjoner som bruker transpondere er derfor ofte kalt RFID-systemer (Radio Frekvens Identifikasjon). Det er ofte nødvendig at transponderen er bærbar, har liten vekt, er kom-pakt, enkel og innholder få komponenter, er billig å produsere og har batterikapasi-tet for flere år, samtidig som tilgjengelige operasjonsmarginer blir utilstrekkelige, spesielt med hensyn til kommunikasjonsrekkevidden. Samtidig er det krav om stor kommunikasjonsbåndbredde og flerkanalsoperasjon. Det kreves ofte at transpondere har koherent retransmisjon, enten med hensyn til en interrogator eller en fase målestasjon når transponderen også skal posisjoneres.

Det mest vanlig brukte prinsippet for transpondere er det såkalte refleksjonsprinsippet. Det bruker en RF-bærebølge fra et beacon eller interrogator mottatt av en antenne, som er koblet til en høyfrekvensdiode som igjen blir modulert av signalet for å bli retransmittert til interregatoren av transponderen. Vanligvis er målet å oppnå fasemodulasjon, hvilket er enkelt utført ved å sette en diode til å svitsje refleksjonskoeffisienten i antennens tilkoblingsterminaler. Den resulterende modulasjonen vil alltid bli en kombinasjon av amplitudemodulasjon og fasemodulasjon uten vesentlig ytelsesreduksjon. De retransmitterte (uplink) sidebåndene er koherente med det innkommende signalet, og interrogatoren virker etter det homodyne prinsippet. For å unngå kansellering mellom sidebånd, bruker interrogatoren singlesidebåndmottak med sidebåndkansellering.

Mottak (downlink) i transponderen utføres med den nevnte dioden eller med en egen diode som demodulerer det høyfrekvente signalet direkte fra antenna, uten høyfrekvensforsterkning. Høyfrekvensforsterkning blir ikke brukt, som oftest på bekostning av strømforbruk. Følsomheten som kreves er derfor begrenset, men kan tunes til transponderens dynamikk oppnådd med det reflektive prinsippet.

Ulempen med refleksjonsprinsippet er at det retransmitterte signalnivået bare kan forsterkes ved hjelp av antenneforsterkning. For mye antenneforsterkning er uønsket, fordi høy antenneforsterkning gir for smale antennelober og dermed følgende retningsfeil, og resulterer i tap istedenfor økning.

I noen få eksisterende transpondere benyttes aktiv forsterkning, hvor aktive høyfrekvens- eller mikrobølgekomponenter brukes. Med konvensjonell teknologi gir dette høy kostnad i form av høyt strømforbruk og dyre produkter. Strømforbru-ket blir høyt fordi ubetinget stabile forsterkere kreves. Kostnaden blir høy fordi det på mikrobølger vanligvis utføres med mikrostripteknologi og dyre krets-kortlaminater. Den oppnådde forsterkningen er veldig begrenset på grunn av strømtrekk og fordi det er vanskelig å opprettholde tilstrekkelig isolasjon mellom transmitter- og receiverantennene. Fordelen med slike løsninger er vanligvis ikke verdt den ekstra kostnaden, og de fleste slike produkter i dag har i stedet passive mikrobølgemoduler, som består av kun en diode eller en transistorsvitsj. Løsning-ene vil sannsynligvis kreve en begrenser som vil begrense det utsendte nivået under det maksimum tillatte nivået etter den gjeldende kode eller standard for anvendelsen av transponderen. Begrenser og filter kan også måtte oppnå nødvendig undertrykkelse av harmoniske oversvingninger for den modulerte frekvensen. Harmoniske oversvingninger av RF-bærebølgen er ofte veldig vanskelige å under-trykke tilstrekkelig til å tilfredsstille standard krav. Transponder-rekkevidden for den angitte transponderløsningen er veldig begrenset, fordi amplituden på utgående signal er nær proporsjonal med amplituden til det innkommende signalet, som en konsekvens av ingen eller liten aktiv høyfrekvensforsterkning i kretsen. Slik transponder-forsterkning har derfor blitt lite anvendt i de forskjellige områdene av trådløs kommunikasjon og radionavigasjon omfattet.

Noen kjente systemer for interrogering av sensorer eller forskjellige typer av plattformer som krever lav strøm, enkle transpondere, har effektive løsninger for downlink i transponderen, mens uplinken er sammensatt av en eller flere oscil-latorfunksjoner. En signifikant ulempe med denne løsningen er at det vil kreve en krystalloscillator for transmitteren hvis hensikten ikke oppnås med den dårlige frekvensstabiliteten og kalibreringen som ellers oppstår. En slik transponder er ikke brukbar i et homodynt system hvis den ikke har en faselåst loop (PLL) som er frekvenslåst til interrogatoren.

Fra US patent nr.5,630,216 er kjent visse metoder for regenerering av signaler. Imidlertid anvendes her et regenerativt prinsipp bare for mottaking.

Fra US 2,691,099 er også kjent metoder for regenerering av signaler. Dette patentet begrenser seg til å gjelde en trigget funksjon heller enn kontinuerlig forsterkning slik som i foreliggende oppfinnelse.

Også US 4,398,283 har relevans til foreliggende oppfinnelse når det gjelder metoder for regenerering av signaler. Patentet beskriver også bruk i telekommunikasjonssystem, men begrenset til metoder hvor det anvendes frekvensmodulasjon av det videresendte signalet. Det vil si at informasjonssignalet overlagres den bærebølgen som sendes videre som frekvensmodulasjon.

US 2,262,838 angår også metoder for regenerering av signaler. Patentet beskriver også bruk i telekommunikasjonssystem, men begrenset til metoder for å begrense kostnader ved forsterkning av signaler på meget lange koaksiallinjer med frekvenser på typisk 2 MHz.

I likhet med de foran nevnte US-patentene angår også US 4,041,389 metoder for regenerering av signaler. Patentet begrenser seg imidlertid til mikrobølge-radiosystemer og til bruk av fase- eller frekvensmodulasjon.

Det har blitt vist at transponderen kan bli realisert med enkle, injeksjonslåste oscillatorer. Disse har spesifikasjoner som i stor grad begrenser deres anvendelse. Den injeksjonslåste oscillatoren er i prinsippet en hvilken som helst type oscillatorkrets hvor oscillatorens stabilitet er gjort avhengig av at det ikke er støy utenfra eller et injisert CW-signal (se under) som er nært ekvivalent med oscillatorens frekvens for å gi frekvenslåsing. I kretsen kompenseres det for temperatur og andre typer ustabilitet. Frekvensspektrumet til en ulåst injeksjonslåst oscillator uten signal i eller låst til et signal i, opptrer som spektrumet til en vanlig oscillator med CW-bærebølge. Med et innsignal og ulåst vil den ha karakteristisk sterk fase støy på en side av bærebølgefrekvensen. Som nevnt er den største ulempen med en injeksjonslåst oscillator at den har veldig smalt frekvensbånd den kan låse i og den er veldig lite følsom. Fordelen er at den har lite fasestøy i sidebåndene. Det er behov for en teknologi som forbedrer den injeksjonslåste oscillatoren og utvider dens applikasjonsområde. Et eksempel på en injeksjonslåst oscillator er en faset retningsantenne, men også der er anvendeligheten begrenset av smal låsebåndbredde som typisk vil være noen titusendeler av bærebølgefrekvensen, og i tillegg trengs et CW-signal. (I den følgende teksten brukes begrepet CW om en RF-bærebølge som enten er kontinuerlig eller pulset. Dette er i tråd med konvensjonell litteratur, selv om CW-bærebølge er ment å bety "kontinuerlig bølge". I fysisk sammenheng kan ikke en kontinuerlig bølge eksistere i virkeligheten. "Quenched oscillator" blir brukt med betydningen, en oscillator, som er quenched (avknepet) med en repeterende funksjon med frekvenser fra kHz til MHz. Det har blitt vist, se US patentet no. 3,705,385, hvordan en injeksjonslåst oscillator kan forbedres, spesielt med hensyn på låsebåndbredden, med en såkalt quenching, det vil si svitsjing av oscillatoren. Likevel er låsebåndbredden smal, typisk noen tusendeler av bærebølgefrekvensen, og fremdeles kreves et CW-signal, ofte begrenset til FM-modulert CW, for at signal repetisjon skal virke tilstrekkelig. I tillegg er låsingen veldig avhengig av dynamikken i signalet og vil generelt bare virke for sterke CW-signaler. Det ser ut som om man har trodd det har vært nødvendig at selve bærebølgefrekvensen måtte låses for at flere transpondere skulle kunne virke sammen uten forstyrrelser. Det kan ha vært grunnen til at det superregenerative prinsippet har blitt oversett for slike applikasjoner, se under. En annen grunn er at det er en langt større utfordring å få en quenched oscillator til å virke etter hensikten i det superregenerative modus enn i injeksjonslåst modus, på grunn av ekstra krav til komponenter i tillegg til krevende design. Dette følger av at superregenerativ funksjon generelt inntreffer eller er effektiv bare i et smalt område om oscillatorens forspenningskarakteristikk, mens injeksjonslåst funksjon inntreffer over en stor del av den gjenværende karakteristikken. Dette er lite eller aldri diskutert i publikasjoner om SG-applikasjoner. I tillegg, quench frekvensen er ofte injisert på en slik måte at det superregenerative dynamiske området er vesentlig begrenset, som igjen viser hvor dårlig kretsen var analysert. Det har ikke blitt vist tidligere hvordan uønsket emisjon av signaler og inter- og kryssmodulasjonprodukter kan bli redusert for at en quenched oscillator skal virke i henhold til standarder. Utviklingen i komponent-teknologi har i tillegg gjort det mulig å utnytte det superregenerative prinsippet bedre, med løsninger som krever veldig lite strøm, som er med å hjelpe nyutvikling hvor dette prinsippet brukes. Den quenchede, injeksjonslåste (= låste) oscillatoren har, som hermed forklart, spesifikasjoner som innebærer store begrensninger med hensyn til signaldynamikk og båndbredde med videre ulemper som pålitelighet, hvilket reduserer mulige applikasjoner. Dette er bevist ved at teknologier i tidligere publiserte og patenterte tekster, etter å ikke ha vært vellykket i applikasjoner (se for eksempel US patent no. 3,705,385), som skyldes flere årsaker, har vist at noen av de viktigste var upålitelig frekvenslåsing og smal båndbredde for nyttig informasjon i kilobaudområdet. Slik båndbredde er for det meste uinteressant for dagens kommunikasjonsteknologier. I tillegg er det ikke åpenbart fra etterfølgende patenter og publikasjoner om noen har gjort gjennomførte forsøk på å forbedre teknologien eller øke omfanget av bruken av smalbåndslåste oscillatorer.

Det er et behov for å finne alternative løsninger for kjente transpondertekno-logier som bruker "on board" oscillator. Det er behov for en transpondetreknologi som gjør det mulig å kombinere enkelheit med eksisterende reflektive transpondere med høy båndbredde, høy ytelse, stabilitet, energieffektivitet, produksjonsan-vendbarhet og som i tillegg gjør det mulig med enkle, kostnadseffektive implementasjoner i mikrobølge ASIC (kunde spesifisert integrert krets) eller MMIC (mikro-bølge integrert krets). Det er også et betydelig behov for en ny teknologi hvor ytelsen til transponderen er over minimumskrav, slik at marginer og produksjonsforen-lighet økes, og som gjør det mulig å realisere mikrobølgetranspondersystemer med billigere substratteknologier og uten bruk av mikrostrip.

Vanlige bruksområder for transpondere er sensorsystemer, kontrollsyste-mer, medisin og i RFID-systemer. Et eksempel på bruk i sensorsystemer er ved behov for å forbedre eksisterende teknologi for overvåkning, kontroll og kommunikasjon i strømfordelingen i høy og lav spenningskraftlinje distribusjonssystemer. Et eksempel på kontroll system er måling og pådragsoppgaver i prosesser, både innendørs og ute. Et eksempel på medisinsk bruk er sonde- og sensorapplika-sjoner innen medisinsk forskning. Et eksempel på RFID-bruk er behovet for å identifisere og kommunisere med objekter, personer og kjøretøyer over lange avstander. En applikasjon for enkle transpondere i RFID som inkluderer store avstander, er radiomerking av dyr, der begrenset rekkevidde for dagens transpondere gjør dem mindre egnet og gjør derfor at andre typer teknologier blir brukt, blant annet pulsede beacons, som gir færre tjenester per overført energimengde fordi kontinuerlig transmisjon er nødvendig. Lang avstand kan defineres til å være fra 10 meter til flere kilometer. En mye brukt applikasjon innenfor RFID er intelligente og uintelligente "tags" for identifikasjon, aksess, prising og betaling etc. Transpondere for forskjellige applikasjonsområder bruker mest sannsynlig frekvenser f ra 30 MHz til over 10 GHz. I bomvei-systemer og tilsvarende blir mikrobølgebåndene 2,45 GHz og 5,8 GHz og større brukt.

Noder i noen signaleringsnettverk eller datakommunikasjonsnettverk kan

sees på som indirekte repeaters. Eksempler på slike er mobiltelefoner, eller mobile systemer (i.e. GSM, GPRS, UMTS, TETRA). Hvis noder eller stasjoner i slike systemer skal bli brukt til retransmisjon, vil det medføre en vesentlig reduksjon i informasjonsbåndbredde, vanligvis ned til det halve. Det samme gjelder noder i Wire-less LAN, Bluetooth og andre trådløse datakommunikasjonsnettverk. Dette ser ut til å være årsaken til hvorfor repetisjonsfunksjoner vanligvis ikke blir implementert i de nevnte systemene. Det er et vesentlig behov for et nytt system som er kompati-belt med de eksisterende og fremtidige, trådløse nettverk og kommunikasjonssystemer og som er i stand til å repetere signaler i begge retninger. Det er også et behov for billig og effektiv teknologi i noder for slike nettverk, som og kan utføre repeterende funksjoner uten å redusert båndbredde fra den repeterte funksjonen. I noen tilfeller vil det også være behov for transpondere med intelligent oppførsel.

Evolusjonen for radiobaserte, trådløse nettverk for store båndbredder som krever bruk av veldig høye frekvenser (10-200 GHz), har blitt hindret av at det fremdeles er for dyrt å implementere transmittere, receivere og transceivere. Opp til nå har det ikke vært mulig å realisere en enkel transponder med stor dynamikk for slike frekvenser. Samtidig er det et behov for implementasjon av billige, lokale trådløse nettverk med stor båndbredde på mer enn 100 Mbit/s. Det er et stort behov for en systemteknologi som muliggjør billige nettverk med bølgelengder i stør-relsesorden mm og cm.

I lednings- og kabelbaserte kommunikasjonssystemer er samme betingelser som for trådløse systemer gyldig. Linjeforsterkere er kostbare å realisere, og ofte kan de bare forsterke signalet i en retning. Eksempler på linjeforsterkere som er bidireksjonale, er eldre typer forsterkere for telefonlinjer som gir lav forsterkning og som bare kan brukes for lave frekvenser. Eksempler på linjeforsterkere som har høy forsterkning, men er unidireksjonale, er kabel TV forsterkere brukt til data kommunikasjon. For høye frekvenser har det vært mulig å lage linjeforsterkere med begrenset isolasjon mellom forsterkerens input og output, med resulterende lav anvendbar forsterkning som gir begrensede applikasjoner. Det er derfor behov for et nytt prinsipp for forsterkning av signaler langs en signal kabel ved hjelp av enkle metoder som medfører små eller ingen modifikasjoner på systemet.

Innenfor posisjonering, radionavigasjon og avstandsmåling er koherens og kontrollerte faseforhold ønskelige parametere. Et eksempel er et hyperbolsk posisjoneringssystem hvor fasen til det målte signalet må fastsettes med klokke-regenerasjon. Dette setter strenge betingelser for sanntidsprosessering og filtrering, og reduserer ofte oppdateringsraten til systemet. I mange posisjoneringssystemer for korte og mellomstore avstander er det behov for en transponderteknologi som virker effektivt og som retransmitterer signalene med kjent fase. Applikasjoner vil være i objekter som skal posisjoneres som en del av en kjent infrastruktur i systemet, for å forbedre systemets målegeometri. Inntil nå har slike transpondere vært for dyre, og har derfor ikke blitt realisert. Det er også et behov for en billig, lav-effekts og effektiv transpondetreknologi som kan øke bruken av radioposisjonering for å posisjonere mennesker eiendeler osv. I forbindelse med bergning er det også behov for billig, mer effektiv og nyttig teknologi for transpondere.

Ved strømlinjeovervåkning og kommunikasjon er det nødvendig med serie-koblede forsterkere (linjeforsterkere) på linjene eller kablene for å kompensere for signaltap. Disse har vært altfor dyre og kan koste flere titalls tusen US dollar per tilknyttet enhet. Følgelig kan det kun være et lite antall forsterkere langs linjene, hvilket resulterer i veldig lav kommunikasjonsbåndbredde. Samtidig er det dyrt og komplisert å koble kommunikasjonssignaler forbi transformatorer og andre infrastrukturer i strømnettet. Det er derfor nødvendig med et nytt prinsipp for å forsterke signaler over kraftlinjenettverk ved hjelp av enkle metoder som krever små eller ingen modifikasjoner av eksisterende installasjoner, og som gjør det mulig å realisere større transmisjonsbåndbredde og større fleksibilitet. Med kjent teknologi er det ikke mulig å ha distribuert overvåkning langs kraftlinjer, og eksisterende løs-ninger krever derfor dyre, spredte installasjoner som bruker radiokommunikasjon. Det er derfor et behov for ny teknologi som integrerer alle typer overvåkning og kontroll i enhver posisjon i kraftlinjenettet, med toveis kommunikasjon langs kraft-linjene.

I kraftlinjeovervåkning og kommunikasjon på distribuerte kretser hvor data kommunikasjon også skal omfatte såkalt aksess nettverk for bredbåndsdistribu-sjon og annen kommunikasjon med klienter, vil kommunikasjonsavstanden være begrenset til 100 - 300 meter på grunn av signal tap. Linjeforsterkere er veldig dyre å realisere og installere, og indirekte repeatere reduserer databåndbredden. Dette gjelder spesielt for høyspenningskabler. Dette medfører at det er ofte vanskelig å transmittere signaler mellom klienter og andre enheter som routere, mastere og hubber. Med kjent teknologi finnes det ingen løsning som på en enkel og billig måte for å formidle signal uten innebygd separering med passering av galvanisk skille i et kraftnettverk, for eksempel en transformatorstasjon. Eksisterende systemer for høy bredbåndkommunikasjon på kraftlinjer bruker den nedre del av RF-spektrumet for å være i stand til å tolerere de høye dempningsnivåene, og opplever derfor mye problemer fra lavfrekvent støy som er signifikant på lavspen-ningslinjer opp til 30 - 40 MHz. De er av den grunn nødt til å sende med høy signalstyrke, som gir uakseptabelt høye strålingsnivåer. Det er derfor et behov for et nytt prinsipp for forsterkning av signaler i elektrisitetsnettverk brukt som aksess datanettverk, basert på enkle metoder som krever liten eller ingen modifikasjon av infrastrukturen.

Fra US patent nr. 6,032,020 er det kjent metoder for å penetrere barrierer for radiosignaler, slik som å føre trådløse signaler fra omgivelsene og inn i en bygning.

I kommunikasjonssystemer av andre typer vil det lett oppstå lokale skyggesoner. Dette gjelder spesielt mobil kommunikasjon som GSM, GPRS, UMTS, TETRA med flere. Her har det til nå vært upraktisk å realisere billige transpondere eller repeater systemer for å forsterke signalene på en enkel måte for dermed å kunne fylle hull i dekningsområder eller skyggesoner. Kjent teknologi har ikke oppnådd tilstrekkelig signalforsterkning og en har derfor måtte installere ytterligere basestasjoner for å dekke et område fullstendig. Slik utilstrekkelig dekning har derfor blitt akseptert langs veier, inne i bygninger, skip, ferger og så videre. Strømlin-jer fins ofte langsmed veier og kan fungere som bærer eller vert for små transpondere, og kan også forsyne dem med strøm ved for eksempel induktiv transmisjon av den moderate energien som trengs. Med kjent teknologi er det verken lett eller kostnadseffektivt å koble skjermede rom i bygninger, skip osv. til verden utenfor for å oppnå radiodekning. På grunn av dette er det et behov for et nytt prinsipp for forsterkning av signaler i systemer for mobil kommunikasjon med hjelp av enkle og billige metoder som krever lite energi. Tilsvarende er det et stort behov for en ny teknologi som muliggjør enkel signal repetering eller signalforsterkning for radio-applikasjoner innen systemer og utstyr for kringkasting og kommunikasjon. Dette gjelder spesielt for lokale, geografiske områder. Innen andre kommunikasjonssystemer hvor passiv RF-teknologi eller lav utsendt effekt er brukt, som i RFID tags, er marginene ofte små gitt kommunikasjonsproblemer for varierende forhold av forskjellig slag. Det er et vesentlig behov for billig, energieffektiv transponderteknologi som enkelt kan forsterke signaler i begge retninger som for eksempel kan installeres på eller nær en lavstrømenhet. I dette tilfellet, virker det logisk å kalle transponderen en "signal booster". I optiske signaltransmisjon systemer kan det og bli behov for ny teknologi som på samme måte som det super regenerative prinsippet for radiobølger og gjennom svak kobling til en optisk bølgeleder eller annet optisk medium, forsterker signalene.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Det er derfor et hovedmål med den foreliggende oppfinnelsen å tilby transpondere og transpondersystemer hvor de kjente ulempene med transpondersystemer i stor grad er unngått, og hvor nye applikasjoner som er enkle og implementere blir gjort mulig.

Det er videre et hovedmål med den foreliggende oppfinnelsen å tilby et veldig universalt og samtidig billig og energieffektivt system for repetering av RF-signaler, på singel eller multiple basis, basert på en enkelt eller flere super regenerative transpondere som er enkle og installere og forsyne med strøm, og som krever liten eller ingen endring av eksisterende kommunikasjonsteknologi eller infrastrukturer eller utstyr, og dermed gjøre trådløse og trådbundne nettverkssystemer med helt nye signalområder, båndbredde, spesifikasjoner og applikasjoner mulige for

eksisterende teknologier og infrastruktur for kommunikasjon.

Et annet mål med den foreliggende oppfinnelsen er å bidra med muligheten til å realisere nye typer kommunikasjonssystemer, basert på enkelheten og den høye ytelsen til den gjeldene oppfinnelsen, som ellers ikke ville vært mulig, eller som ville vært for kostbare å realisere.

Det er enda et mål med den foreliggende oppfinnelsen at den skal virke både direkte og indirekte repetisjon av signal, en- eller toveis kommunikasjon og for interrogasjon.

Et annet mål med den foreliggende oppfinnelsen er at den skal fungere både når frekvensbånd for up-link og down-link er like, og når de er forskjellige. Det er videre et mål at den foreliggende oppfinnelsen skal fungere både når sig-naldynamikken up-link og down-link eller i forskjellige retninger er lik og når den er forskjellig.

Det er og et mål at den foreliggende oppfinnelsen skal fasilitere sammen-koblinger mellom transmisjonsmedium og analoge systemkomponenter.

OPPFINNELSEN

Oppfinnelsens formål oppnås med et infrastruktursystem slik som definert presist i det vedføyde patentkrav 1. Ytterligere fordelaktige utførelsesformer av infrastruktursystemet ifølge oppfinnelsen angis av de tilknyttede uselvstendige kravene 2-50.

Helt uavhengig av måten oppinnelsen er detalj-realisert på, kan et viktig prinsipp som benyttes i forbindelse med oppfinnelsen, beskrives som en quenchet oscillator, muligens av typen super regenerativ, og helst som en enports med negativ resistans.

En åpenbar karakteristikk ved oppfinnelsen er at den benytter enkle transpondere som fremviser ekstraordinært høyt konverteringsforsterkning, og transponderen med korresponderende ytelse kan retransmittere en forsterket versjon av det mottatte signalet i samme frekvensbånd eller i et frekvensskift bånd og kan virke som en enports forsterker, og kan dermed brukes direkte i en uforstyrret signal linje. Det er vel egnet for å opprettholde signalstøy forholdet på en transmisjonslinje av typen strømkabel uten å overskride kritiske strålingsnivåer. Den quenchete oscillatoren viser CW-selvoscillasjon under den aktive delen av perioden av et quench signal som kontrollerer oscillatoren. Låst oscillator er et spesialtilfelle av en quenchet oscillator som er optimalisert for låsing og som har bedre låsingskarakteristikk enn ikke quenchet, injeksjonslåst oscillator. Virkemåten i låst modus er lik som for injeksjonslåst oscillator, men med forsterkning i oscillatoren som inntreffer før den oscillerer mens hver quenching periode øker låsebåndbredden vesentlig. Den ikke oscillerende, aktive delen av quench-perioden gir bedre karakteristikk som en forsterker enn tilsvarende for injeksjonslåst oscillator. Denne forsterkningen avhenger av frekvenslåsing. Uten noe innsignal har den en høyfrekvent CW-selvoscillasjon for en gitt frekvens under hver quench syklus. Uten noe signal inn blir den karakterisert ved å ha høyfrekvent spektrum som innholder en avtagende med subbærebølger på hver side av hovedfrekvensen, med avstand lik quench-frekvensen. Fasestøyen er også akseptabel. Uten signal inn og i låsende tilstand vil frekvensspektrumet se tilsvarende ut, og fasestøyen er fremdeles akseptabel. Men med signal in nær bærebølgefrekvensen og uten låsing vil den vanligvis fremvise sterk fasestøy på den ene siden av bærebølgene, tilsvarende til en injeksjonslåst oscillator med tilsvarende betingelser. Ulempene med en quenchet oscillator i låst modus er at tap av lås eller fasestøy kan inntreffe. Som en forsterker vil selvoscilleringen alltid gi forstyrrelse for signaler som ikke blir låst. Quenchet, låste oscillator har noen fordelaktige karakteristikker. Denne modusen er enkel å realisere og vil virke over en stor del av oscillatorens forspenningskarakteristikk. Fordi det kan realiseres med en høynivå-oscillatorforspenning, kan relative høye energinivåer ut oppnås. Frekvenslåsing øker konverteringsforsterkning og implisitt forsterkning, men samtidig begrenses informasjonsbåndbredden og den nyttige modulasjonstypen. Utnyttelse av quenched oscillator som er ute av lås i en transponder er ikke kjent. Eksempler på kjent teknologi som bruker et spesielt tilfelle av quenched oscillator er patent US 3,705,385 som omhandler en låst oscillator hvor driftsprinsippene er avbildet i det viste frekvensspektrum (fig. 11a) inkludert fig. 11b for "Låst oscillator transmisjonsspektrum". Forholdet mellom bærebølge frekvensen og quench frekvensen ligger over 1e3. Disse tallene viser også at det beskriver en oppfinnelse for smalbånd applikasjoner passende for et par kilobauds. Det er opplagt fra fig. 11b at under quench syklusen går oscillatoren inn i "ukontrollert oscillasjon" som er den oscillerende delen av karakteristikken hvor den injeksjonslåsingen inntreffer.

Det er behov for en ny teknologi som forbedrer ytelsen og anvendelsen til den quenchede, låste oscillatoren. Det er også behov for en teknologi som utnytter den quenchede oscillatoren generelt, spesielt for store båndbredder. Fordelene med den quenchede oscillatortransponderen for den foreliggende oppfinnelsen er de ulike mulighetene for å tilpasse dynamiske område og båndbredde. Et eksempel er å bruke hele båndbredde energien eller alle de nyttige sidebåndene som også gir redundans. Et annet eksempel er å bruke et sidebånd eller flere sidebånd selektivt hjulpet ved filtrering.

Den super regenerative oscillatoren eller forsterkeren er altså en quenched oscillator. Men fordi den super regenerative oscillatoren ikke har CW-selvoscillasjon bør den anses som en uavhengig teknologi. Den super regenerative oscillatorens virkemåte er karakterisert ved å ikke oppnå fullstendig oscillerende forhold under en quench syklus når den ikke har noe inn signal. Dette medfører at den ikke har noen CW-selvoscillasjon, men kan ha diffuse (bredbånd) oscillasjoner som ikke nødvendigvis reduserer kvaliteten på SG-forsterkningen. Den delen av quench syklusen hvor forsterkningen utføres er dermed vesentlig større enn med den låste oscillatoren og kan bli opptil 50%. Viktigheten av forbedringen av driftssyklusen er i stor grad neglisjert i litteratur og patenter. Dette, i kombinasjon med fraværende CW-selvoscillasjon for å gi ringing eller kompresjon, gir den super regenerative oscillatoren svært gode forsterkningskarakteristikker. Den har ikke pro-blemene med forstyrrelse som er typiske for den quenchede oscillatoren med CW-selvoscillasjon. Det er typisk for en oscillator som opererer i stabil super regenerativ modus uten in signal å vise et frekvens-spektrum med neglisjerbar eller lite systematisk støy. Systematisk støy som inntreffer, forårsaket av diffuse oscillasjoner, kan skje forholdsvis asymmetrisk, med avstand lik quench frekvensen og vil se ut som hvit støy. Avhengig v måten SG-oscillatoren er implementert vil frekvensspektrumet til oscillatorens respons kunne være symmetrisk eller asymmetrisk og kan ha distinkte eller ingen lober. Frekvens-spektrumets respons til SG-oscillatorens karakteriserer den egenskaper som forsterker. I kjente publikasjoner og patenter hvor SG brukes for med hensikt på å motta, blir dette faktum ikke poengtert eller blir neglisjert. Dette er blant forholdene som virker sammen for å gjøre SG-oscillatoren til en mer kompleks teknologi å beherske, selv om kretskompleksiteten forblir veldig enkel sammenliknet med løsninger basert på super heterodyne prinsipper som i mange tilfeller ikke er brukbare.

Transfer-funksjonen til en super regenerativ oscillator som forsterker, er uavhengig av frekvens eller faselåsing til en høy frekvens CW-bærebølge. I stedet for låsebåndbredde kan en heller bruke betegnelsen båndbreddefaktoren for SG-oscillatoren. Båndbredde faktoren er best anvendt ved å bruke respons båndbredde definisjonen delt på senterfrekvensen hvor respons båndbredden er definert av signal-støy forholdet for et svakt signal med en gitt amplitude og frekvens-variabel.

Transponderen som benyttes i den foreliggende oppfinnelsen kan i forbindelse med høyfrekvens sees på som en enportsenhet som gir fra stor til ekstremt stor forsterkning. Det er dermed fastsatt at signalbanen inn og ut er nøyaktig den samme og at kun en antenne er nødvendig. Siden den er enports er isolasjonen mellom input og output udefinert og kan sees på som uendelig høy. Forsterkningen er bare avhengig av Q-verdiene i resonante kretser og av stabilitetskriteriene til den aktive enheten, og kan derfor bli ekstremt høy. Det dynamiske området er ellers bare begrenset av energibegrensninger i de aktive komponentene og av båndbredden og støyforholdene i hele kretsen. Når den realiseres for store forsterkninger vil dette resultere i en transponder ifølge oppfinnelsen, hvor det retransmitterte signalet har nesten konstant amplitude. Generelt vil et mottatt signal bli retransmittert med eller uten ekstra modulasjon. Transponderen vil i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelsen kunne moduleres med hensikt på interrogasjon. Som en modulator eller mikser vil transponderen ifølge den foreliggende oppfinnelsen ha positivt og eksepsjonelt høyt konverteringsforsterkning. Det betyr at en dedikert begrenser ikke trenger å holde det transmitterte nivået innenfor standardens krav. Siden modulasjonen kan genereres ved lave nivåer vil harmoniske svingninger i kommunikasjonsbåndet vil bli tilstrekkelig svekket for å imøtekomme standardenes strenge krav uten å måtte bruke komplekse filter. På grunn av svak kobling mellom antennen og transpondere, siden koblingen ellers er selektiv, vil uønskede signaler i harmoniske svingningsbånd i kommunikasjonsbåndet være enkle og svekke.

Transponderen vil ifølge den foreliggende oppfinnelsen være enkel å oppnå, på en simpel måte, med mottak av data signaler med høy følsomhet og lavt strømforbruk. Det demodulerte, amplitudemodulerte informasjonssignalet vil oppnå et nivå som ifølge den gjeldene oppfinnelsen er vesentlig forsterket av transponderen og transponderen gir derfor langt større følsomhet sammenliknet med en mottaker basert på en enkel diode front end.

Transponderen vil ifølge den foreliggende oppfinnelsen gjøre det mulig å forenkle eksisterende faste og mobile interrogasjonssystemer som krever en stor kommunikasjonssone. Den høye ytelsestransmisjonsfunksjonen gjør det derfor mulig å vesentlig redusere den fysiske størrelsen, spesielt forfaste installasjoner, med resulterende miljøfordeler. Portable interrogatorere kan bli mindre og mer gjennomførbare å designe.

Med transpondere som virker etter det super regenerative prinsippet vil de initialt nevnte transponderproblemene være løst. Med den nye teknologien vil både signalforsterkning, indirekte repetisjon, transmisjon, mottak og interrogasjon kunne realiseres kostnadseffektivt og praktisk. Den super regenerative transponderen er i tillegg en svitsjet oscillator, men opererer i en annen modus enn injeksjonslåste oscillatorer og spesielle krav må imøtekommes for at dens fulle potensi-ale skal kunne utnyttes, som ved den gjeldende funksjonen. Men når disse kravene er tilfredsstilt vil den super regenerative kretsen ha overlegne fordeler og kan ikke på noen viktige områder erstattes av en injeksjonslåst oscillator. Det super regenerative prinsippet er derfor langt nyttigere i praktiske sammenhenger. Den super regenerative transponderen kan i prinsippet virke som en enports forsterker med høy forsterkning, den virker like bra over et bredt frekvensområde med flere signaler, i motsetning til en låst quenched oscillator som i US 3,705,385. Låsing og synkronisering av quench frekvensen, er når det trengs mulig over et langt større dynamisk område enn låsingen av bærebølgefrekvenser for typen låste oscillatorer, og innebærer for eksempel at vesentlig høyere svekkelse mellom transponderne i kjeden kan tillates. Den super regenerative oscillatoren eller transponderen kan også sees på som en "sampling oscillator" hvor quench frekvensen tilsvarer samplingsfrekvensen. Utnyttelsen av de super regenerative karakteristikkene på denne måten er nye, fordi slike transpondere ikke kunne bli realisert villig med andre teknologier. Det super regenerative prinsippet har vært dårlig forstått, og publiserte og patenterte versjoner av det super regenerative prinsippet, hovedsakelig knyttet til mottaksapplikasjoner, viser at prinsippet er lite forstått og utilstrekkelig anvendt. Et eksempel er utilstrekkelig beskrivelse og løsning rundt viktigheten av screening og filtrering av quench-frekvensen for å isolere input til den super regenerative kretsen, for å unngå harmoniske svingninger som ødelegger det dynamiske området. Dette er en avgjørende parameter for å fullt ut kunne bruke det super regenerative prinsippet, som i den foreliggende oppfinnelsen. I stedet er det ofte angitt at quench frekvensen har en øvre grense på 1e3 til 1e4 del av bærebølgefrekvensen (senter frekvensen). Quench-frekvensen har en av-gjørende påvirkning på transponderens ytelse og må ofte velges så høy som mulig i overensstemmelse med forspenning og quench syklus funksjonen. Revers forspenning under en del av quench syklusen tillater høyere quench frekvens. Quench-frekvensen kan injiseres på flere punkter i SG-oscillatoren for å oppnå den ønskede karakteristikken.

Den super regenerative transponderen er en oscillator, men uten stabil oscillasjon, til forskjell fra injeksjonslåste oscillatortyper. Dens aktive komponent kan ha input eller output som i mange tilfeller resulterer i en to ports enhet. Men output er alltid del av en feedback loop og påvirker faseforandringer i den, og for-styrrer derfor nødvendigvis ikke input. SG er den eneste kjente kretsen som kan realiseres med aktive komponenter på en slik måte at ekstremt høy forsterkning (30 til 100 dB) oppnås over et bredt frekvensbånd og for flere forskjellige signaler, samtidig som output til input isolasjon ikke påvirker gjennomførbarheten. Dette står i skarp kontrast til andre teknologier som vanligvis kun vil oppnå en maksi-mumforsterkning på 20 dB. I tillegg muliggjør den lavkostnads implementasjoner og kan reproduseres med stor toleranse. Kretsen består av en signal booster eller en direkte repeater, men kan også virke som en indirekte repeater eller transmitter - reciever enhet (transceiver) ved å injisere en bærebølge fra en ekstern kilde mens den kan bli modulert. Kretsen kan også karakteriseres ved å kanskje være den eneste mulige løsningen for å realisere transmitter - receiver enheter (tran-sceivers) for veldig høye frekvenser (cm og mm bånd).

Det er kjent at spenningsstyrte oscillatorer (VCO) og injeksjonslåste oscillatorer kan realiseres ved å bruke RC-koblede oscillatorer. Slike oscillatorer har bred låsebåndbredde. Det er frem til nå ikke vist at super regenerative oscillatorer kan realiseres ved å bruke RC-nettverk uten induktorer eller resonatorer. Ved bruk i super regenerative transpondere er dette av spesiell interesse fordi det kan gjøre det mulig å implementere super generative transpondere i den nedre delen av RF-spektrumet med gode båndbredde faktorer.

Som et eksempel er det mulig å oppnå super regenerativ funksjon over typisk 10 MHz ved å bruke en enkel super regenerativ oscillator i frekvensområdet 4 - 30 MHz hvor flere typer av protokoller eller modulasjonstyper for bredbånds aksess kommunikasjon for strømlinje distribusjon brukes (OFDM, DSSS med flere).

Den gjeldende oppfinnelsen kan realiseres ved å bruke RC-nettverk i stedet for LC, LCR, keramiske, dielektriske, piezo eller SAW-nettverk i SG-oscillatoren. Den viktigste applikasjonen her ligger i den nedre del av RF-spektrumet hvor stor båndbredde faktorer kreves, for eksempel 1:5. Dette kan oppnås ved å bruke RC-kretser og muligens flere oscillatorer i parallell med overlappende frekvensområde.

En videreføring av den foreliggende oppfinnelsen for å oppnå høy frekvens, er å injisere primær quench på flere steder i oscillatorkretsen.

Eksempler på tall som forklarer overlegenheten til den foreliggende oppfinnelsen, i forhold til andre anvendte, kjente teknologier i transpondere, er passive transpondere av den reflekterende typen eller modulert reflektor som sannsynligvis vil medføre strømtrekk større enn en milliampere og konverteringsforsterkning minus antenne forsterkning på typisk 6 dB. Med den foreliggende oppfinnelsen kan den tilsvarende netto forsterkningen nå 40 til 100 dB avhengig av båndbredden og quench frekvensen, med et strømtrekk på mindre enn en milliampere. Det er derfor lett og se at den foreliggende oppfinnelsen vil være revolusjonerende for mange eksisterende applikasjoner og en nøkkel til ny anvendelse.

En grunn til at den quenchede oscillatoren og den super regenerative oscillatoren har blitt oversett i forbindelse med moderne applikasjoner skyldes sannsynligvis at patenter og publikasjoner som beskriver quenchede og spesielt SG-oscillatorer har fokusert på mikrobølge-applikasjoner og antagelig har antatt veldig kort kommunikasjonsrekkevidde. Det ser ut som om man ikke har innsett at SG i prinsippet kan brukes med hvilket som helst energinivå, slik som den foreliggende oppfinnelsen er basert på. Dette gjør store kommunikasjonsrekkevidder mulige både med enkle og samarbeidende transpondere. Det at SG-oscillatorer sprer energien over et stort frekvensområde med mulige forstyrrelsesproblemer har uten tvil blitt sett på som en ufordelaktig egenskap, mens den foreliggende oppfinnelsen enten gir løsninger på denne egenskapen eller utnytter den.

Fullstendig uavhengig av måten foreliggende oppfinnelse detalj-realiseres på, vil prinsippet for oppfinnelsen kunne beskrives som et kommunikasjonssystem oppbygd av en eller flere transpondere av den quenchede typen. Bruken av quenched, og muligens super regenerative transpondere, tilbyr som tidligere nevnt stor forsterkning på en effektiv, enkel og billig måte, uten behov for isolasjon mellom input og output, og gjør at transponderen virker med små antenner, eller i trådbunnede nettverk, uten behov for galvanisk kobling til linjer eller kabler. Spredningskapasitans kan ofte være nok som en tilstrekkelig forbindelse for kobling mellom transpondere for den foreliggende oppfinnelsen og vil være mer effektivt ved høyere frekvenser. Kort sammenfattet vil den store forsterkningen assosiert med den foreliggende oppfinnelsen fasilitere koblingsordninger som ellers er utenkelige av tekniske eller økonomiske grunner. Et eksempel på en slik fasilitering er ved bruk av den kapasitive spenningproben ved "Elastimold" kraftnett stasjoner og kabelforbindelser for signaloverføring med høyfrekvente bærebølger. Den kapasitive deleren ved Elastimold og tilsvarende systemer vil vise effekt som øker med frekvens. Bruken av super regenerative transpondere i den foreliggende oppfinnelsen gjør stor forsterkning av signal mulig uten behov for frekvenskonvertering av signalet eller bruk av retningsvirkning. Uansett kan retningsvirkning brukes til å bekjempe ekko, stående bølger og flerveis transmisjon, for eksempel i trådløse systemer hvor to retningsantenner kan brukes. I ledningsbas-erte systemer gjelder det samme og retningskoblere kan bli anvendt. Den høye forsterkningen og uavhengigheten av isolasjon mellom input og output for den foreliggende oppfinnelsen gjør det mulig på enkle måter med retningskoblere basert på svak kobling, vanligvis induktive ved lavere frekvenser og som transmisjonslinje koblere ved høyere frekvenser. Transpondere kan ifølge den foreliggende oppfinnelsen bruke bærebølge med to sidebånd, bærebølge med reduserte sidebånd eller bare et sidebånd. Mottak og retransmisjon på en slik måte gjøres ved filtrering i transponderne og ved valgfri modulering i transponderne. Valg av sidebånd kan bli brukt som en enkel metode for frekvenskonvertering for å optimalisere et nettverk eller tilpasse transponderne til eksisterende teknologier. Frekvens-skifte kan da bli likt som, eller et multiple av, quench frekvensen på hver side av senter frekvensen. Dette er tilsvarende en tradisjonell, men mer kostbar og energi-krevende løsning som benytter seg av frekvenskonvertering eller mikser i serie med en forsterker hvor input og output til mikser - forsterker kjeden er knyttet sammen og brukt som en port. Anvendelsen av dette vil være i kabel eller ledning systemer for å øke støytoleransen, tilpasning til varierende kabel typer, lengde og tap ved bruk av en ports forsterkning inkludert frekvensskift. Den prinsipielle funksjonen ved begge disse implementasjonene er identiske og kan beskrives som en frekvenstransponerende en ports forsterker. Quench-frekvenser for systemer som er en del av den foreliggende oppfinnelsen for direkte repetisjon av signaler og med flere super regenerative transpondere må, med hensyn på forstyrrelser være i overensstemmelse med strengere krav til frekvensstabilitet enn transpondere som bruker indirekte signal repetisjon, hvilket er der informasjonen mottas og re-transmitteres i sekvens. Typen modulasjon som skal sendes (FSK, PSK, QPSK og så videre) fastsetter hvor strenge kravene er. En fundamental forskjell ved tekniske realiseringer i forhold til låste oscillatorer, er fraværet av out-of-lock forhold med det super regenerative prinsippet, selv om den super regenerative transponderen i mange tilfeller må ha faselåsing på quench frekvensen. Forskjellen er at quench frekvensen er mye lavere og at låsingen kan skje med mye mindre loop-båndbredde og følgelig med enkle kretsløsninger. Injeksjonslåst quench oscillator av RC-typen, krystall eller keramikk er en slik enkel løsning. Quench-frekvensen i transponderen kan kontrolleres av en veldig stabil f rekvenskilde i hver transponder eller frekvens og faselåst til et felles signal distribuert over nettverket eller låst til hverandre (selv låsende quench generator). Frekvens- og faselåsing av quench generatoren vil, selv med en slik enkel løsning virke over et stort dynamisk område, som regel helt ned på egenstøynivået til transponderen på grunn av implisitt høy loop forsterkning og relativt smal låsebåndbredde. De forskjellige transponderne med den foreliggende oppfinnelsen kan være intelligente og kan utføre andre oppgaver enn å bare videresende det mottatte signalet. De forskjellige transponderne kan også brukes som forbindelsesnoder i nettverket, det vil si at informasjonen kan transmitteres i begge retninger gjennom transponderen, med for eksempel en PC eller sensor plattform.

Uplink og downlink kan gå via forskjellige transponderenheter. For en retning kan det være nødvendig å bruke en annen båndbredde eller energiområde enn det andre. To eller flere transpondere kan kombineres i en enhet.

Flere av transponderne i den foreliggende oppfinnelsen kan kobles i parallell direkte eller indirekte for å øke den dynamiske området, båndbredden eller begge deler. Den foreliggende oppfinnelsen har derfor teoretisk ingen klar be-grensning for oppnåelig båndbredde eller dynamisk område, og teoretisk verdi kan i stor grad tilnærmes ved bruk av praktiske løsninger.

Den foreliggende oppfinnelsen gjør det derfor mulig å la det repeterte signalet passere suksessivt gjennom et lite eller stort antall transpondere for å oppnå lang rekkevidde uten å tape nyttig signal dynamikk eller informasjonsbåndbredde. Når ekko, stående bølger eller flervei er et problem, som for eksempel for store in-formasjonsbåndbredder, er det mulig med den foreliggende oppfinnelse å introdusere retningsbetinget følsomhet som følge av den store forsterkningen, som kan utnyttes av de forskjellige transponderne for å håndtere forsjellige transmisjonsret-ninger. Den foreliggende oppfinnelsen kan derfor designes slik at hver repeterende enhet består av et transpondersystem for hver av de to transmisjons-retningene.

For å oppnå et stort dynamisk område, høy følsomhet og stor båndbredde med den super regenerative transponderen i den foreliggende oppfinnelsen, er det viktig hvordan quench signalet injiseres, både med hensyn til hvor det blir injisert og hvordan det filtreres. Dette kan oppnåes på flere måter så lenge hensyn taes for å unngå harmoniske svingninger av quench frekvensen, som medfører reduksjon av det dynamiske området til transponderen. En konkret måte å oppnå dette på er et design med en super regenerativ krets som har både input og output, hvor input er den mest følsomme signalterminalen, og i tillegg tilføre quench signalet til output, hvor kretsen er minst følsom for innkommende signaler. En virkeliggjøring av en slik implementasjon av den foreliggende oppfinnelsen er å tilføre quench signal via forspenning gjennom, i denne hensikt, et passende filter for derved å tjene på den implisitte isolasjonen mellom input og output tilstede i det forsterkende elementet. På denne måten vil forbedret dynamiske egenskaper oppnådd og økt quench frekvens kan brukes får å tilby større informasjonsbåndbredde. Dette kan kombineres med filtrering på den høyfrekvente siden for å kunne fjerne uønsket, transmitterte signal og redusere produkt av inter- og kryssmodulasjon. Bruken av slik filtrering vil også forbedre egenskapene når flere transpondere opererer sammen i det samme frekvensbåndet. Ringing i den høyfrekvente resonanskret-sen kan reduseres med quench kontrollert dempning av det resonerende elementet så sant konstant dempning ikke er tilstrekkelig. I noen tilfeller må det, for å optimalisere egenskapene til den foreliggende oppfinnelsen, settes inn quench kontroll på flere nivåer, som for eksempel ved å kontrollere varaktor dioder i de resonante nettverkene, men på en slik måte at egenskapene til det dynamiske området ikke ødelegges av energien fra harmoniske svingninger fra quench frekvensen. Det å introdusere quench på forskjellige nivåer, i tillegg til flere quench frekvenser, er en måte å forbedre de regenerative egenskapene på, i motsetning til tilsvarende funksjoner i primitive, enkle selvquenchede super regenerative mottakere med kjent teknologi, hvor uforutsigbar sporadisk oscillasjon kan forbedre den super regenerative funksjonen sporadisk. Den viktige oppgaven i denne sammenheng er å kontrollere den aktive delen av syklusen (driftssyklusen) til den super regenerative oscillatoren, og samtidig under en syklus forhindre stabile oscillasjoner, som vil si at det uten signal inn ikke skal være noen repeterende syklus med samme syklus lengde eller samme frekvens.

I det motsatte tilfelle skal oscillatoren endre karakteristikk dramatisk for å være låsbar oscillator med bærebølge frekvens og sidebånd med individuell avstand lik quench frekvensen.

Den super regenerative transponderen som benyttes i den foreliggende oppfinnelsen er en svitsjet eller modulert oscillator, men opererer i en modus som er forskjellig fra den for injeksjonslåst oscillator, og for den foreliggende oppfinnelsen må spesielle vilkår være oppfylt for at dens fulle potensial skal kunne utnyttes. Forspenning og quenching er tilpasset den høyfrekvente oscillatoren til å operere i super regenerativ modus. Kurvefunksjonen til quench signalet kan tilpasses denne hensikten som når det viser seg effektivt å tilføre revers-forspenning i den ikke-aktive delen av quench syklusen til SG-oscillatoren. Dette har til hensikt å sikre at kretsen virker over et bredt frekvensområde uten problemer med låsing i kommunikasjonskanalen. Ved stabilisering, låsing eller begge deler, av quench frekvensen trengs, gjøres dette ved en mye lavere frekvens enn bærebølgefrekvensen, og låsing kan utføres ved å bruke smal loop båndbredde og billige, enkle og pålitelige kretser. Den foreliggende oppfinnelsen kan bruke injeksjonslåst quench oscillator implementert med resonatorer av typen RC, krystall eller keramikk. Billige implementasjoner er tilgjengelige ved å bruke billige klokke krystaller på 32 kHz i overtone kretser for quench frekvenser på typisk 288 kHz. For quench frekvenser fra 200 kHz og langt opp i MHz området, er lavkostnads keramiske resonatorer eller krystaller tilgjengelige. I en enkel versjon av den foreliggende oppfinnelsen er quench oscillatoren fase- og frekvenslåst ved å koble den til "output" på den super regenerative oscillator, som innholder synkroniserings- eller låseinformasjon. Denne tilkoblingen gjøres med et filter som helst bør være et en- eller multipol LC filter. Tilkoblingslinjen vil dermed både kunne quenche den høyfrekvente oscillatoren og låse den quenchede oscillatoren. Kretsene for quenching og låsing kan også designes som separate kretser, på bekostning av noe kompleksitet. En mulighet ved den foreliggende oppfinnelsen er i tillegg å bruke den høyfrekvente oscillatoren som en quench oscillator, hvor harmoniske svingninger fra quench frekvensen kan reduseres med en passende oscillator kretsløsning med eller uten bruk av selektive resonatorelement med høy Q-verdi for quench frekvensen. For løsninger med høy kostnadstoleransen kan mer avanserte frekvens- og faselåsingskretser med kjent teknologi brukes. Den super regenerative transponderen i den foreliggende oppfinnelsen virker som nevnt som en enports forsterker med evnen til å skape store forsterkninger som kan brukes til å forsterke signaler i begge retninger i kjeden eller i alle retninger i et trådløst system. Problemet med quench-støy inn i transponderen løses ved å skjerme og filtrere quench frekvensen fra input eller den mest følsomme delen av den super regenerative kretsen, for å unngå harmoniske svingninger som ødelegger det dynamiske området. Dette er en essensiell mulighet ved den foreliggende oppfinnelsen for å oppnå stort dynamisk område og båndbredde, med bruk av det super regenerative prinsippet. Skjerming kan ofte erstattes ved å lage de elektroniske kretsene små og kompakte for å unngå kobling fra store områder eller linjer. På denne måten har den foreliggende oppfinnelsen klart å benytte quench frekvenser fra typisk 20 til mer enn 100 ganger høyere enn kjente teknologier som bruker det super regenerative prinsippet, for det meste i applikasjoner for radiomottak. Men i praksis vil det være hensiktsmessig for frekvenser fra noen få MHz og opp til millimeterbølgelengder. Båndbredden til kommunikasjonskanalen for en spesiell super regenerativ transponder vil blant annet avhenge av quench frekvensen og hvor høy quench frekvens som kreves ut fra båndbredden. For den foreliggende oppfinnelsen er høy quench frekvens i noen tilfeller realisert ved å bruke aktive forsterkende komponenter uten høyt forsterkning i kombinasjon med dempning av Q-verdien i det resonerende nettverkets super regenerative oscillator. Den super regenerative transponderen i den foreliggende oppfinnelsen er en oscillator, men uten stabil oscillasjon hvor det aktive elementet kan ha input og output, og derfor være toports. Output er laget som en del av feedback loopen, men uten å ødelegge egenskapene til SG-oscillatoren. Den foreliggende oppfinnelsen gjør det mulig med moderne komponenter å oppnå veldig høy forsterkning (40 til 100 dB), følsomhet (typisk 90 dBm) og høyt output nivå (som eksempel +20 dBm) i tillegg til stor båndbredde. Hvilke av disse egenskapene transponderen for den foreliggende oppfinnelsen skal ha, avgjøres ved å velge aktive komponenter og forspenning. Som med aktive kretser generelt, vil transponderens egenskaper og design, basert på kjente prinsipper, velges med hensyn på hvilke parametere som er mest viktige. Dynamikken er videre bestemt av antall transpondere eller super regenerative oscillatorer satt til å virke sammen eller i parallell. Ingen av disse tiltakene for å optimalisere egenskapene til den foreliggende oppfinnelsen har signifikant negativ påvirkning på det høye ytelses/kostnadsforholdet.

Den foreliggende oppfinnelsen vil kunne virke som en toveis signal booster med eller uten galvanisk forbindelse, eller som en forsterker med store eller små signal egenskaper som tilsvarer de til vanlige, enveis, bånd begrensede forsterkere. Den foreliggende oppfinnelsen vil, ved høye frekvenser, som i mm frekvensbånd, bli svært lett å realisere på grunn av de store fremskrittene i forsterknings-komponenters grensefrekvenser.

I et kommunikasjonssystem som beskrevet, vil transpondersystemet for den foreliggende oppfinnelsen gjøre det mulig å holde nivået på linjer eller i radiosystemer lavt, og i mange tilfeller bli fritatt fra myndighetens lisensieringskrav ved å anvende et tilstrekkelig antall transpondere med passende avstand i mellom. Den foreliggende oppfinnelsen muliggjøre bruk av høyere bærebølge frekvenser enn såkalte PLC-systemer. Ved å utnytte strålingstap både fra systemenergien på kabelen og RF-forstyrrelsessignal fanget opp av kabelen i kombinasjon med høy bærebølgefrekvens i god avstand fra strømlinjestøy, er veldig lave signalnivåer nødvendig og utelukker dermed risikoen får å distribuere andre tjenester. RF-forstyrrelse på høyere bærebølge frekvenser kan minimaliseres ved å bruke redundans i frekvensområdet. Den foreliggende oppfinnelsen muliggjør et stort antall kombinasjoner for å oppnå redundans når det trengs, for eksempel på lavspen-ningsstrømlinjer i hjem og bygninger hvor strømlinjestøy problem er vesentlig. Redundans kan også bli lagt til for å øke båndbredden på det totale systemet, for eksempel ved å legge til flere kommunikasjonskanaler. En videre utnyttelse av redundans kan gjøres ved å fjernstyre, eller automatisk styre eller endre egenskapene til transpondere eller repeatrere i kommunikasjonssystemet for å tilpasse systemet til forandringer i miljøet, som for eksempel forstyrrelser.

Muligheten ved å bruke høyere bærebølge frekvenser på lengre, høy-strøms- og høyspenningsskjermede strømkabler vil også bli hjulpet med den foreliggende oppfinnelsen. Fordelen vil her være å unngå lav frekvente støy områder og redusere relative variasjoner i gruppetidsforsinkelse i kommunikasjonsbåndet.

Mindre variasjoner i overføringskarakteristikk er en av de store fordelene ved å

kunne bruke så høy bærebølgefrekvens som mulig, på både store og små strøm-kabler. Selv fjerning av frittromsstøy eller uønsket stråling fra kommunikasjonssystemer på strømkabel inngår i den foreliggende oppfinnelsen. Det kanskje mest in-teressante aspektet med den foreliggende oppfinnelsen er at alle implementasjoner kan gjøres med lavkostnads systemrealiseringer.

Fasiliteringen av kommunikasjonsnettverk med den foreliggende oppfinnelsen ved bruk av høyere bærebølgefrekvenser, flere kanaler og bidireksjonal, enports repetisjon gjør det mulig for kommunikasjonsprotokoller som er ikke-bærebølge baserte, eller lav frekvente bærebølge baserte å utnytte den foreliggende oppfinnelsen. Som et eksempel, kan Ethernet protokollen moduleres på en bærebølge på en tilsvarende måte som ved bruk av kabel modem protokoller. Til og med PLC-protokoller og signalformat kan brukes på en tilsvarende måte. Avhengig av kravene, vil signalene som håndteres av den foreliggende oppfinnelsen kunne ha doble eller enkelt sidebånd. Ved å igjen bruke høye frekvenser der hvor svekkelsen på mediet er høy, vil refleksjoner svekkes til neglisjerbare nivåer, som er en veldig viktig hjelpende egenskap med den gjeldene oppfinnelsen.

KORT BESKRIVELSE AV FIGURENE

Den foreliggende oppfinnelsen er beskrevet i større detalj her med eksempler og referanser til de vedlagte tegningene, hvor

Fig. 1 viser blokkdiagrammet for et typisk transpondersystem, tilsvarende til kjent teknologi, bestående av en analog og en digital enhet; Fig. 2 viser et blokkdiagram av en implementasjon av det første aspektet for den foreliggende oppfinnelsen, hvor den enkleste mulige metoden for retransmisjon basert på den foreliggende oppfinnelsen er vist; Fig. 3 viser et blokkdiagram av en implementasjon hvor et separat oscillator signal er introdusert for å kunne forbedre kontroll over båndbredden, uønsket stråling og energiforbruket til transponderen; Fig. 4 viser et blokkdiagram av en annen design versjon, hvor en detektor og forsterkning for mottak (downlink) er satt opp og hvor forskjellige nivåer for mottak kan kontrolleres ved å innføre en TR svitsj; Fig. 5 viser et blokkdiagram av enda en design versjon, hvor transponderen er satt inn i en mikrobølge ASIC eller en MMIC; Fig. 6 viser et blokkdiagram av en implementasjon som skiller seg fra design versjonen i fig. 2 ved at en antenne er plassert ved et annet koblingselement, i tillegg til at et filter i signalbanen til og fra oscillatoren er vist som et splittet bidir-eksjonalt filter; Fig. 7 viser et blokkdiagram som illustrerer det andre aspektet ved oppfinnelsen, hvor en super regenerativ transponder virker som en del av nettverks-arkitekturen; Fig. 8 illustrerer de forskjellige signal transmisjonsmedium som en transponder i et nettverk kan være koblet til; Fig. 9 viser en spesiell design versjon av en transponder som ifølge den foreliggende oppfinnelsen tar sikte på å samarbeide med et nettverk; Fig. 10 viser en applikasjon med flere transpondere sammen på forskjellige måter, som er koblet til nettverksløsninger; Fig. 11 viser en applikasjon med flere transpondere sammen i enda en ny oppstilling; Fig. 12 viser et eksempel på distribusjon av transpondere langs transmisjonslinjer eller bølgeledere for å øke kapasiteten på linjen; Fig. 13 viser en metode for å oppnå ønsket signal dynamikk og båndbredde med den regenerative transponderen, samtidig som isolasjon mellom terminal por-ten og den regenerative kretsen er forbedret; Fig. 14 viser en metode for å realisere en enports frekvenstransponerende transponder eller forsterker ved å bruke konvensjonelle teknikker som er anvend-bare på den foreliggende oppfinnelsen, når tilstrekkelig og pålitelig energi er tilgjengelig, som i bestemte områder av strømlinjekommunikasjon; Fig. 15 viser hvordan bidireksjonal frekvenstransposisjonering og enports bidireksjonal forsterkning kan anvendes på symmetriske kommunikasjonssystemer som IEEE802.11b. Det samme prinsippet kan anvendes på asymmetrisk kommunikasjon ved å bruke forskjellig up- og downlink frekvensbånd ved ganske enkelt å innføre redundans i implementasjonen; Fig. 16 viser hvordan den foreliggende oppfinnelsen, for asymmetrisk kommunikasjon, for eksempel kabelmodem signaler, delvis eller i stor grad kan realiseres ved å bruke retningsorientert kobling og frekvenstransposisjonering. Når tilstrekkelig energi er tilgjengelig, kan stor forsterkning og retningskobling bli brukt

for å opprettholde signal-støy forholdet ved å bruke høyere bærebølge frekvenser på for eksempel tapsfulle strømlinjer og kabler; og

Fig. 17 viser hvordan utstrålte signaler og støy fra et antenneliknende oppsett kan kombineres med de direkte koblede signalene for å kansellere utstrålt signal og støyopptak i det kabelbaserte systemet.

DETALJERT BESKRIVELSE

I fig. 1 er det vist en typisk transponderenhet 18 bestående av en analog 22 og en digital 23 enhet. Den analoge delen har en antenne 1 og en radiofrekvens-transponder 24. Det er ofte designet for å inkludere en downlink mottager 25 og en oppvåkningsmottaker 26 i tillegg til en kontrollenhet 25. Når den digitale delen er inkludert i transponderenhet 18 vil den bestå av en informasjonsenhet 28, vanligvis kombinert med et interface 29. Transponderenheten 18 består også av strømforsyning, som oftest laget av et batteri 170.

Den mest viktige delen av transponderenheten 18 er transponderen 24 for uplink. Downlink informasjonsmottageren 25 er enten en selvstendig del av transponderenhet 18, eller den er delvis integrert med oppvåkningsmottaker 26. Den digitale enhet 23 informasjonsenhet 28 identifiserer transponderenhet 18 og den digitale enhet kan og inneha muligheten til å prosessere informasjon i tillegg til å utføre kontroll av funksjoner i den analoge enhet 22 gjennom et kontroll interface 27. Den digitale enhet 23 kan også innholde et fysisk interface 29 mot brukere, sensorer eller aktuatorer.

I fig. 2 er det vist et blokkdiagram av en transponder 19 utført i henhold til den foreliggende oppfinnelsen, og hvor en enkel metode for retransmisjon med

hjelp av den foreliggende oppfinnelsen er illustrert. Løsningen vist for den foreliggende oppfinnelsen kan brukes både for signal repetisjon, interrogasjon og transmisjon. Den innebærer en bidireksjonal kobling 2 mellom antenne 1 og et båndpass filter 3, og en bidireksjonal kobling 4 som leder til en oscillator 5 som innholder

separate deler, eller som er integrert i en krets, som avhenger av kravene til transponderen 19. Dette har betydning for krav til kanal båndbredde, flerkanalmulighe-ter, uønsket signalfølsomhet og stråling i eller utenfor kommunikasjonsbåndet i tillegg til valg av antenner.

Oscillatoren 5 kan i prinsippet innholde en tilfeldig type oscillatorkrets som, som igjen er identisk med en ustabil forsterker, og forbindelsespunktet 30 involverer i prinsippet ethvert punkt i oscillatoren hvor den nødvendige energikoblingen in og ut av oscillatoren oppnås mens det ivaretas minimum Q i tank-kretsen til oscillator 5. Dette gir en super regenerativ forsterkning som er tilstrekkelig for det formål transponderen er tiltenkt. En forspent krets 6 tilfører forspenning til oscillator 5 som kan innholde en bipolar- eller felteffekt transistor i transpondere fra det kort-bølgede området og hele veien opp til cm og mm bølgelengde området (mikrobøl-ger). Oscillator 5 vil som regel bare bestå av en transistor, men kan i prinsippet bestå av flere, som når spesielle resonnerende elementer skal brukes som resonnerende element (tankkrets) eller den kan innholde en integrert krets, for eksempel en MMIC (mikrowave integrated circuit). Det resonnerende elementet kan bestå av in-duktans og kapasitans i form av coil eller kondensator, eller kan bestå av et bånd-filter, eller i form av linjer, keramisk eller dielektrisk resonerende element. Dielektrisk resonator er bare anvendbar for smale frekvensbånd, men gir en god undertrykkelse av uønskede inn- og utsignal utenfor kommunikasjonskanalen. Som resonnerende element kan også en dielektrisk antenne brukes. For noen flerkanals applikasjoner eller veldig store båndbredder må resonatorer med lavere Q-verdier brukes, som for eksempel induktor eller kapasitans. Transponder 19 kan da opp-leve uønskede in- og utsignaler utenfor kommunikasjonskanalen eller båndet. En elektronisk bryter 7 som kan bestå av en diode eller transistor har to hovedposisjo-ner. En gir oscillatoren 5 oscillasjonsbetingelser, mens den andre quencher den oscillerende tilstanden. Bruken av en slik svitsj sammen med oscillator kalles

"quenching". Prinsippet transponderen virker etter er at svitsjen 7 aldri tillater oscillatoren 5 å oscillere kontinuerlig. Dette oppnås ved å la svitsjen 7 bytte eller veksle mellom forspenning til oscillatoren 5, eller ved å sette svitsj 7 til å bytte eller veksle en impedans som sees av oscillator 5 (som innebære at impedansen er kapasitivt, induktivt eller resistivt forbundet med den høyfrekvente energien. Samtidig vil

oscillatoren 5produsere en negativ resistans ved forbindelsespunktet 30 og derved produsere høy forsterkning for den fremmede frekvenskomponenten tilstede ved forbindelsespunktet 30.

I det følgende vil vi akseptere at innsignalet er en bærebølge uten modulasjon. Siden signalveien fra forbindelsespunktet 30 til antennen 1 er bidireksjonal, betyr det at signalet som går inn i antennen 1 (for eksempel en umodulert bære-bølgefrekvens 60), vil bli transmittert 61 gjennom antennen, men forsterket. Det retransmitterte signalet vil også være i eksakt samme innfase med det mottatte sig-naiet. Hvis det kontrollerende signalet 32 som kontrollerer svitsjen 7 har tilstrekkelig høy frekvens i forhold til båndbredden til filteret 3 eller til resonatoren i oscillatoren 5, vil det eneste signalet transmittert via antenne 1 være det mottatte signalet som ankom på antenne 1, men forsterket. Hvis den nevnte båndbredden er bred-ere enn frekvensen som kontrollerer svitsjen 7, vil det retransmitterte signalet på antennen 1 ha to sidebånd (sub bærebølger) med avstand fra det mottatte signalet tilsvarende frekvensen som kontrollerer svitsjen 7. Hvis kontroll signalet 32 som kontrollerer svitjsen 7, som igjen kontrollerer oscillatoren 5 er et vekslende strøm-signal med superoverlagt informasjon, vil signalet retransmittert gjennom antennen 1 inkludere to side bånd som innholder denne informasjonen.

Signalet som kontrollerer svitsj 7 kommer fra en modulator 17. Signalet fra modulatoren kan innholde informasjon som skal sendes (uplink) via transponderen. Modulator 17 er en egen modul eller er en integrert del som kan bestå av en prosessor. Kontrollsignalet 32 kan filtreres gjennom filterblokken 8, hvilket kan vise seg å være nødvendig for å redusere harmoniske svingninger av den grunnleggende frekvensen i modulatorsignalet 39, som kan være et eksternt tilsatt informa-sjonssignal 63 for retransmisjon.

I fig. 3 er det vist et blokkdiagram med et annet eksempel på den foreliggende oppfinnelsen, med en transponder 19 som kan brukes både for signal repetisjon, interrogasjon og retransminsjon, hvor separate moduler 87, 17 blir innført for modulasjon av informasjon 65 som henholdsvis svitsjer 31, for å forbedre kontroll med transponderens 19 båndbredde, uønsket stråling og strømforbruk. Et signal 39 eller 67 kan være et signal fra en separat oscillator, eller fra en prosessor eller tilsvarende utstyr som har evnen til å generere et høyfrekvent signal, eller det kan i mindre kritiske applikasjoner genereres ved en selvoscillasjon i oscillatoren 5 (selv quenching). Separate modulatorer for informasjon og svitsjing gjør det mulig å bruke et pulsskapende nettverk 9 sammen med frekvensen fra signalet 39 og funksjonen til modulatoren 17 kan kontrollere forskjellige egenskaper til transponderen 19. Informasjonssignalet 38 må i transponderen 19 modulere oscillatoren 5, og dette kan gjøres på forskjellige måter, her vist ved å modulere forspenningen 89. Denne modulerte frekvensen vil sannsynligvis være halvparten eller mindre av den primære quench frekvensen 32. Signalet 38 blir kilde til to sidebånd (sub bærebølger) som befinner seg nærmere bærebølgen enn sub bærebølgen forårsaket av signalet 32. Den quenchede, låste oscillatoren kan på denne måten oppnå god ytelse som en mikser/modulator, det vil si retransmisjon av data fra transponderen, primært i et homodynt system. Ved å gi den primære quenchen mye høyere frekvens enn den sekundære (modulerte) quenchen, vil de primære sidebåndene langt fra (stråling in og ut) bærebølgen bli mest svekket av et båndpass filter i input/output. Nettverket 9 kan endre egenskapene til transponderen 19 ved å modifisere symmetrien til signalet 39. Det er noen ganger ønskelig å senke strømtrekket og redusere strålingen utenfor kommunikasjonskanalen. En viktig egenskap ved transponderen 19 ved den foreliggende oppfinnelsen er muligheten ved å bruke en svitsjet frekvens 39 som er mye høyere en den høyeste informa-sjonsfrekvensen 38, typisk 10 til 100 ganger høyere. Det vil sikre at transpondere 19 har stor båndbredde, som innebærer mulighet forflere kanaler, toleranse mot temperaturdrift og andre f rekvensdrifter, og sikre at uønskede signaler generert i oscillatoren 5 vil falle utenfor båndbredden til resonatoren i oscillator 5 eller i bånd-filter 3, eller i antenne 1.

Fig. 4 viser et blokkdiagram med den tredje design versjonen av transponderen ifølge den foreliggende oppfinnelsen, hvor en detektor 11 er innført i tillegg til en forsterker 12 for å motta (downlink), hvor transponderen fremdeles kan brukes til både signal repetisjon, interrogasjon, transmisjon og mottak. Dette konstruk-sjonseksemplet inkluderer også en frekvens eller nivåselektiv forsterker 13 for oppvåkning, og konstruksjonseksempelet inkluderer også en T/R (send/motta) svitsj.

Forskjellige nivåer i oscillatoren 5 for transmisjon, mottak og oppvåkning kan kontrolleres av TR svitsj 14 for å kontrollere forsterkningen i oscillator 5 og strømtrekket til transponderen. Dette gjøres ved å endre forspenningsforholdene for oscillatoren 5, og kanskje oscillator karakteristikken for det kontrollerte signalet 39, eller det pulsskapende nettverk 9 ved å endre symmetrien på kontrollsignalet 39. Hensikten er å oppnå optimale forhold for de tre nevnte modusene i transponderen 19. Parametrene som skal kontrolleres på denne måten er retransmisjon, uønsket stråling inn og ut, mottagers følsomhet og strømtrekk for de tre nevnte modusene, og sikring at den foreliggende oppfinnelsen kan virke med en batteri-levetid som tilnærmet vil svare til lagringslevetiden til batteriet.

Det anvendte prinsippet for mottak av informasjon (downlink) er at et signal 35 som er relativt løst knyttet til signal banen 4, ledes ved hjelp av en kobler 95 til en detektor 11 (for eksempel en Schottky diode) som demodulerer det modulerte signalet mottatt på antennen 1 og forsterkes av oscillatoren 5. Kobleren 95 kan også settes inn ved andre punkter i oscillator kretsen 5 men vanligvis er det optimale punktet ved signalbane 4. Det detekterte signalet 33 vil ha relativt stor amplitude, men må fremdeles forsterkes i en forsterker 12 før det kan benyttes i en informasjonsenhet, som for eksempel en prosessor. Forsterkeren 12 kan realiseres som en mikrostrømforsterker ved bruk av kjent teknologi.

Signalet 34 må forsterkes, og kanskje filtreres I tillegg og sendes gjennom en hysteresekrets i kretsen 12 før et logisk nivå 37 er oppnådd for å vekke en informasjonsenhet.

Fig 5 viser et blokkdiagram av en fjerde design versjon for transponderen ifølge den foreliggende oppfinnelsen, her vist som en "analog enhet" 120 hvor det settes inn en mikrobølge ASIC (customer specified integrated circuit) 651 eller MMIC (microwave integrated circuit). Implementasjonen er sammensatt av enten bare radiofrekvenstransponderen 120 eller den kan i tillegg innholde en digital enhet 125 i t, en klokke oscillator 135 og input og output terminaler.

Den designede versjonen er enten en del av en ASIC eller MMIC 651, har bare to terminaler, oppfører seg som en negativ motstandsforsterker hvor forspenning og modulasjon tilføres over terminalene, eller den inkluderer en ASIC eller MMIC 651 med tre eller flere terminaler for et ønsket antall signaler, forspennings-tilførsler og kontrollsignaler. Fordi den foreliggende oppfinnelsen er basert på et enkelt mikrobølgeteknisk konsept, gjør den enkle kostnadseffektive realiseringer av mikrobølge ASIC 651 mulig, i tillegg er den enkel nok til å kunne realiseres i en MMIC 651. Antennen 1 kan være ekstern og koblet til ASIC eller MMIC 651 gjennom signalbane 2, eller antennen 101 kan integreres i ASIC651 når den lages for høye mikrobølgefrekvenser for å sikre en effektiv elektrisk lengde inne i ASIC eller MMIC 651.

Signal og kontroll linjene 710 kan kobles til pinnene 715 på ASIC 651 eller de kan direkte kobles til en kontroll enhet 125, som også kan være en informasjonsenhet.

Fig. 6 viser en implementasjon som er forholdsvis lik eksemplet vist i fig. 2, men den viser at antennen 1 er generalisert som et koblingselement av en mer generell type. Videre er det vist et spesielt type filter 3, det vil si med mulighet for forskjellige filter karakteristikker for de to signalveiene, for å oppnå en et frekvens-skiftet retransmittert signal.

For å sikre at transponder-oscillatoren opererer i stabil super regenerativ

modus og samtidig ivaretar nødvendig båndbredde og dynamisk område, kan man skape kontroll av den super regenerative driftssyklusen (den aktive delen av syklusen) i tillegg til oscillasjoner overlagt den quenchede frekvensen. I noen tilfeller, for eksempel for høyere energinivåer, kan fast eller kontrollert dempning av Q-faktoren brukes av samme hensikt. En måte å realisere dette på er å sette opp et filter for å redusere overtoner (harmoniske svingninger) av quench frekvensen innen frekvensområdet hvor følsomheten for transponderen er høyest. Filteret bør settes opp enten som en del av oscillatoren selv, eller som en del av en separat krets koblet til oscillatoren. Filteret angir at den super regenerative driftssyklusen er økt, som antyder økning av transponderens dynamiske område og båndbredde, og samtidig reduserer forstyrrelse fra det quenchede signalet i output signalet, ved å bruke høyest mulig quench frekvens.

De samme fordelene kan oppnås ved å introdusere sekundær quenching som oscillasjoner overlagt på selve det primære quench signalet. Sekundær quench settes inn på et hvilket som helst punkt som påvirker oscillasjonsforhold-ene til oscillatoren.

En videre mulighet som tilbyr samme fordelaktige funksjon er å bruke quenching fra en hvilken som helst funksjonsgenerator, inne i eller separat fra transponderen, som er i stand til å kontrollere quenchingen asymmetrisk.

Den samme type fordelaktige funksjon oppnås ved å koble to eller flere super regenerative oscillatorer eller transpondere sammen. Det krever at transponderne har felles quenching, eller at de i det minste er synkronisert med kontrollert fase skift mellom de forskjellige quench signalene. Dette muliggjør i prinsippet et hundre prosent driftssyklus for transponderen.

Fig. 7 viser et blokkdiagram i forbindelse med det andre aspektet av den foreliggende oppfinnelsen, hvor den super regenerative transponderen 510 brukes som repeater, forsterker eller booster, separat eller som del av en nettverksarkitektur eller som et tillegg til en nettverksarkitektur. Transponderen kan være tilstede i forskjellige versjoner avhengig av hvordan type nettverk eller infrastruktur den er en del av. Transponderen 510 kan være intelligent og kan motta eller sende informasjon gjennom en interfacekrets 317, som for eksempel en PC, sensor eller aktuator. For å gjøre det mulig for flere transpondere å virke sammen uten forstyrrelse, blir det quenchede signalet 311 stabilisert med intern eller ekstern synkronisering. Intern synkronisering av quench generatoren 210 kan hvis det trengs, oppnås med en intern, veldig stabil referanse 212. Quench generatoren 210 består av en funksjonsgenerator og filtrering. Funksjonsgeneratorens funksjon kan være en sekundær quenching eller modulering av signal eller bærebølge som gjør det mulig for den quenchede oscillatoren 18,19, 5, 601-606 å oppføre seg som en opp eller ned frekvenskonverterer i tillegg til den regenerative forsterkningen. Dette gjør det mulig for den regenerative funksjonen å finne sted i et frekvensbånd som er fordelaktig for å oppnå den ønskede quench frekvensavstanden og dynamiske egenskaper, mens kommunikasjonsbåndet kan være på en hvilken som helst frekvens med tilstrekkelig avstand fra oscillatorens 5 frekvensbånd. Ekstra input isolasjon er også et resultat av frekvensbånd forskjellen, input filter 3 og selektivitet fra regenerative enheter 5, 601-606. Dermed vil det opp eller ned frekvenskonverterte forsterkede signalet ut være i fase med det samme signalet på grunn av perfekt symmetri. Ekstern synkronisering av frekvenskilden oppnås ved å synkronisere med et eksternt synkroniseringssignal 31 eller ved å synkronisere til det implisitte quench signalet 32 fra en tilsvarende transponder 511 i nettverket.

Synkronisering av quench frekvensen inkluderer muligheten for å synkronisere demoduleringen med driftssyklusen til signalene fra en super regenerativ transponder. Dette kan være ønskelig eller påkrevd for noen applikasjoner, som for eksempel når informasjonsbåndbredden er stor sammenliknet med quenching frekvensen. I andre tilfeller kan båndpass filtrering i transponderen eller mottakeren/demodulatoren som mottar fra transponderen(e) ta seg av dette problemet.

Quench signalet eller svitjsesignalet 311 kan anvendes på oscillatoren 355 på en slik måte at det også bidrar til å redusere harmoniske svingninger fra quench signalet 311 på input 303, 304 av oscillatoren 355. Injeksjonen 311 kan også gjøres i forbindelse med forspenning på en definert output 305, 306 av oscillatoren 355 for å redusere effekten av forstyrrelsen ved å injisere 311 på input 303, 304. Quench linjen 311 kan kombinere quenching og synkronisering av quenchgeneratoren 210 ved hjelp av et signal mottatt fra oscillatoren 355. Det kombinerte input og output 303, 304 er forbundet til en krets200 for å mottak og sending 51 av mottatte høyfrekvente signaler 50 som kan lages eller ikke moduleres av transponderen 510.For å kunne svekke signaler i uønskede retninger, må en retningsfølsom tilknyttende enhet 223 brukes. Transponderne i fig. 7 kan være intelligente, for eksempel ved å inkludere en prosessor som nevnt i beskrivelsen av det første aspektet til den foreliggende oppfinnelsen, hvilket gjør dem i stand til å sende deres egne informasjonssignaler 33, og de kan innholde mottaksenheter med kjent teknologi uavhengig av, eller sammen med super regenerative oscillatorer, som for eksempel nevnt tidligere. En slik mottaksenhet kan utnytte den store forsterkningen tilgjengelig fra den super regenerative oscillatoren. Fig. 7 viser også hvordan forsterkning av signaler i en retning på en linje 92 kan svekkes ved å bruke en retningsvirkende kobler 223 som kan utnytte kombinasjonen av kapasi-tanser og induktanser, transmisjonslinje løsninger (mikrostrip, stripslinjer, linjer uten substrat) eller sirkulatorer.

Fig. 8 viser, i overensstemmelse med fig. 7, de forskjellige medium som transponderne/transponder systemene ifølge den foreliggende oppfinnelsen kan brukes sammen med, inkludert: åpent rom forplantning 400 i vakuum, gas, veske, eller faste stoffer, med hjelp av antenner eller prober,

transmisjonslinje 410 består av en multi-leder elektrisk kabel, eller kabel som infrastruktur,

transmisjonslinje 420 består av en åpen, elektrisk linje eller et arrangement som tilsvarer en åpen elektrisk linje, transmisjonslinje, eller et linje system som inneholder et vandrebølge antennesystem 430 bestående av en eller flere tråder og hvor transmisjonen blir referert til jord,

transmisjonslinje 440 som oppfører seg som en bølgeleder med åpen over-flate, en såkalt Lecher Wire hvor, når den har kort bølgelende, holdes fanget nær wiren og utsettes for lite svekkelse,

transmisjonslinje 450, som er en lukket bølgeleder, og transmisjonslinje 460, som er en optisk bølgeleder.

Forbindelser til linje kan realiseres som svak kobling med hjelp av induktive oppsett 141, kapasitive oppsett 142, resistive oppsett 143, eller som en kombinasjon av de tre som får en transmisjonslinje i form av mikrostrip. Koblingsarrange-ment av typene 141, 142 og 143 kan i noen tilfeller brukes alene eller i kombinasjon for å drive transponderen fra infrastrukturen den er i. I praksis vil de ikke-galv-aniske koblingene kunne være av forskjellig typer. Et eksempel på en type kapasi-tiv kobling er den kapasitive probeforbindelsen til "Elastimold" høyspenningskabel-tilslutninger i forbindelse med de høye signal forsterkningene gitt av den foreliggende oppfinnelsen. En "antenne" i et høyspenningscelle er enda et eksempel på interfacing gjort mulig med den foreliggende oppfinnelsen. En liten, selv dreven transponder plassert direkte på en høyspennings-strømkabeltilslutning er nok et eksempel som vil fasilitere ikke-galvanisk kobling til verden utenfor eller for sam-menkoblinger i infrastrukturer. Fig. 9 viser en transponder 512 i overensstemmelse med fig. 7 og 8, hvor output 305, 306 er definert i oscillator 355 som gjør port 303, 304 til en input eller både input og output, mens port 305, 306 er en output med et høyere nivå og input med lavere følsomhet. Til portene 303, 304 og 305, 306 er oppsett 221, 222 forbundet for mottak og transmisjon av signaler for retransmisjon 71, 81 av informasjon og eller mottak 72, 82 og transmisjon 71, 81 av informasjon og kanskje mottak 72, 82 av synkronisering/låsing 72, 82 og kanskje transmisjon av synkronisering/låsing 71,81. Koblingsoppsettet 221, 222 kan ha retningsfølsomhet for å for eksempel kunne oppnå nødvendig svekkelse av ekko når det kreves. Fig. 10 viser hvordan flere transponderenheter 213 i overensstemmelse med fig. 7 og 9, for å forbedre dynamiske karakteristikker av signaler i en eller flere retninger 150,151 kan kobles sammen i et oppsett 210 med hjelp av felles kobling 90 eller med hjelp av separate koblingsoppsett 210, 211, 212 og tilsvarende viser hvordan flere transpondere 214, 214, 216 er satt opp for å øke båndbredde og dynamikk og kan kobles sammen til et koblingsoppsett 210 med hjelp av felles kobling 90 eller ved hjelp av separat koblingsoppsett 210, 211, 212 og hvor transpondere 214, 215, 216 har forskjellige spesifikasjoner. Fig. 11 viser, i overensstemmelse med fig. 7 og 10, hvordan flere transponder enheter 216, 217, 218 kan kobles sammen ved hjelp av en felles kobling eller transmisjonslinje 90 som gjør det mulig for koblingsoppsett 210, 222 å sende signaler 161,162 mellom en fysisk posisjon 221, og signaler 171, 172, fra en annen fysisk posisjon 222, for eksempel fra et rom 221 til et annet rom. Fig. 12 viser et eksempel på hvordan transpondere 219 ifølge fig. 7 til 11 kan distribueres langs transmisjonslinjer eller bølgeledere 91 som gjør disse linjene egnet for å fungere som transmisjonsmedium for vesentlig høyere båndbredder og større avstand en hva som ellers hadde vært mulig. Denne strukturen vil i tillegg gjøre transpondere 219 i stand til å operere som intelligente og uintelligente noder i kommunikasjonsinfrastrukturen 121 kan forbindes til medium 91 og hvor kommunikasjon med transponder 219 kan gjøres med radiobølger med hjelp av en

radioenhet 129 med antenne 95 og et interface til verden utenfor 60 for enveis eller toveis kommunikasjon eller interrogasjonshensikt.

Den super regenerative oscillatoren i den foreliggende oppfinnelsen virker på en slik måte at uten signal, under en quench syklus, når den ikke fullstendige oscillasjonsforhold. Det regenerative området avgjøres hovedsakelig avforspen-ningsforholdene og quench funksjonen. Den viktigste egenskapen til quench funksjonen er quenchfrekvensen. Ved 0 frekvens (0 Hz), er regenerasjon moderat og har dårlig selvstabilisasjon. Ved veldig høy quench frekvens vil forsterkningen for-ringes mens stabiliteten forblir god, men båndbredde egenskapene er kanskje ikke brukbare. Den foreliggende oppfinnelsen vil bidra med en optimal kombinasjon av disse faktorene.

Den har derfor ingen CW-selvoscillasjoner, men kan ha diffuse (bred bånd) oscillasjoner som ikke nødvendigvis ikke reduserer SG-forsterkningene. Delen av quench syklusen hvor forsterkningen oppnås skal gjøres så høyt opptil 50 prosent av quench syklusen som mulig. Driftssyklusen til den foreliggende oppfinnelsen kan økes utover dette ved hjelp av formen på quench signal funksjonen eller med andre oppsett. Dette, sett sammen med at det ikke er noen CW-selvoscillasjon som gir ringing eller kompresjon, gjør at SG-oscillatoren som "transponder" i oppfinnelsen viser overlegne forsterkningsegenskaper. Det kan lages for å gi neglisjerbar eller ingen forstyrrelsesproblemer med CW-selvoscillasjon. Avhengig av hvordan SG-oscillasjon oppnås i den foreliggende oppfinnelsen, kan frekvensspektrumet til SG-oscillatoren være symmetrisk eller asymmetrisk og kan ha signi-fikante eller ingen lobber. Avhengig av de egenskapene som er viktigst å oppnå, vil den foreliggende oppfinnelsen vanligvis få de beste transponder egenskapene når f rekvensspektrumet består av hvit støy med symmetrisk kurve tilsvarende en Gausisk fordeling. For eksempel kan dette oppnås ved å bruke et båndpass filter. Transfer funksjonen til SG-oscillatoren/forsterkeren i den foreliggende oppfinnelsen er uavhengig av frekvens eller faselåsing av høyfrekvent CW-bærebølge og muliggjør stor informasjonsbåndbredde.

Når SG-oscillatoren brukes som en transponder i den foreliggende oppfinnelsen, virker den både som en veldig effektiv mikser/modulator og som en forsterker (repeater). Mikser egenskapene kan utnyttes når transponderen skal moduleres med informasjon fra transponderen eller fra et interface koblet til transponderen. Denne vil se applikasjoner både i radiosystemer og i trådbaserte sys-terner. De signalrepeterende egenskapene til den foreliggende oppfinnelsen kan utnyttes.

Deler av oppsettene for den foreliggende oppfinnelsen er nyttige sammen med quenchede oscillatorer generelt og for låste oscillatorer. Dette gjelder system-løsninger og detaljløsninger som båndpass filtrering, quenching prinsipper, system som bruker mer en ett sidebånd, retningsfølsomhet og så videre.

Med kjent teknologi er det mulig å lage transpondere som f rekvenstran-sponderer eller frekvensskifter signalet for å unngå implementasjonsproblemer med retningsbetinget svekkelse. Teknologier med halvledere gjør så store frem-skritt at det er overskuelige muligheter til å lage tilstrekkelig billige og lavenergi transpondere i ASIC teknologi som inkluderer deler av den foreliggende oppfinnelsen.

Den foreliggende oppfinnelsen anvendes lett til billige, lavstrøms- og effektive transpondere i posisjoneringssystem for kort- og middels avstand hvor det anbefales å unngå faseberegning (klokke regenerasjon) for et transmittert signal. Dette gjelder også for avstandsmåling. Det omfatter både enheter som skal posisjoneres og til infrastrukturen til posisjoneringssystemet, for eksempel for å forbedre geometri eller for å realisere fjernstyrte basislinjer eller tilsvarende i systemet. Den foreliggende oppfinnelsen er også godt egnet som billige transpondere som kan bæres av personer eller objekter som må posisjoneres eller finnes.

Posisjoneringssystemer virker etter et eller to hovedprinsipper, enten ved å måle tid (fase) eller Doppler skifte. Det er også et tredje prinsipp som bruker mål-søking ved hjelp av egenskapene til antenner. Tidsmålestasjoner har enten en enkelt antenne (endimensjonal posisjonering - radar og distanse måling) eller to eller flere antenner med et gitt geometrisk forhold (grunnlinje, aperture - to - tre dimen-sjonal posisjonering. Doppler målestasjoner måler enten ved hjelp av hastighet til objektet eller ved hjelp av syntetisk produsert bevegelse av antennene på måle-stasjonen. Objektet som skal posisjoneres kan i noen tilfeller måles ved hjelp av en passiv reflektor. Ved å bruke en transponder i objektet som skal posisjoneres, vil maksimum avstand og måleevnen forbedres og det er mulig å oppnå kjent, kali-brert frekvens og faseforhold for signalet som transmitteres fra objektet. Dette både forenkler og forbedrer systemer for både tid og Doppler skift målinger sam-menlignet med tilfeller der objektet kun har en transmitter (beacon). I motsetning til en løsning som bruker beacon, vil ukjente fasevariable unngås og målinger i begge signalretninger er mulige. Dette resulterer i forbedrede eller høyere oppdat-eringsrater, presisjon og beregning av uklarhet i tid- og fasemålinger. Transponderen 19, 219 er en ny og kostnadseffektiv måte å realisere dette på med hjelp av dens forsterkningsegenskaper og transmisjon som modulator/mikser. Oppfinnelsen tillater den posisjonerende interrogatoren å bli realisert som et homodynt system. Dette er en fordel med hensyn til fasekoherens.

I tillegg er det to hovedområder hvor den foreliggende oppfinnelsen introdu-serer unike hittil ukjente muligheter for å løse posisjoneringsproblemer. En er forbedringen og/eller fasilitering av geometri for målestasjoner, spesielt de mobile eller bevegelige. Et annet er lokal dekning for et område som er i en skyggesone for et posisjoneringssystem. Ved å sende signaler til transpondere, som er plassert med optimal geometri for å oppnå dekning og nøyaktighet, kan man ved hjelp av den foreliggende oppfinnelsen med transpondere 19, 219, gjøre objekter som skal posisjoneres, i stand til å oppfatte transponderen som det grunnleggende system eller aperture. Systemet må kalibreres med hensyn til de forskjellige tidsfor-sinkelsene og geografiske posisjonene til den faste geometrien.

Ethvert posisjoneringssystem kan inverteres. Et invertert system kan være for eksempel at målinger og beregninger er gjort ut i fra objektet som skal posisjoneres. Her vil den foreliggende oppfinnelsen være minst like interessant. Den foreliggende oppfinnelsen kan for eksempel fasilitere geometriske grunnlinjer forutsatt som "sovende" i form av transpondere 19, 219, ifølge den foreliggende oppfinnelsen i bestemte områder for posisjoneringstjenester. Objektet som skal posisjoneres kan så aktivere transponderne 19, 219 realisert etter den foreliggende oppfinnelsen, transmittere et målesignal til dem og med hjelp av for eksempel fase målinger og på selvbestemt eller assistert basis beregne sin egen posisjon, en-, to-, eller tre-dimensjonalt.

En tilsvarende applikasjon med transponderne 19, 219 ifølge den foreliggende oppfinnelsen er når et område som befinner seg i skyggen av et posisjoneringssystem, for eksempel som ved satellitt navigasjon med GPS (Global Posisjonering System), dekkes med transpondere som simultant kan se satellitter i bane og objekter som skal posisjoneres. Som med DGPS vil en kalibreringsstasjon kunne transmittere data til GPS mottakeren til objektet som skal posisjoneres, for å få korreksjoner for uregelmessig geometri. Det blir dermed mulig å bruke standard GPS mottakere som beregner posisjonen ved å bruke PRN kode eller GPS signal fasen i tillegg. Mottakeren må ha mulighet for ekstern kalibrering eller dedikert software og oppslagtabeller. Transpondere er ifølge den foreliggende oppfinnelsen egnet for denne applikasjonen på grunn av bruken av spread spectrum i

GPS.

Den foreliggende oppfinnelsen fasiliterer en angivelig ny mulighet som involverer kommunikasjon og posisjonering. Det berører elektronisk forsvar (ECM, Electronic Counter Measures). På grunn av transpondernes høye ytelse er det mulig å spre transpondere 19, 219, ifølge den foreliggende oppfinnelsen, som lager "kopier" av radio- og radarsignaler og kompliserer fiendens jobb med å posisjonere det originale signalet.

Den foreliggende oppfinnelsen som bruker SG-oscillator er godt tilpasset som forsterker for moderne modulasjonsformer og overføringsprotokoller siden de hovedsakelig ble designet for å sameksistere med andre signaler og støy. Det brukes lett spread spectrum for å spre informasjonsenergien over frekvens- og tids-områder. Faseresponsen til den foreliggende oppfinnelsen som bruker SG-oscillator viser en lineær faserespons over et bredt frekvensområde.

Forskjellige former for PSK brukes også i spread spectrum kommunikasjon som for eksempel DSSS og FHSS og den foreliggende oppfinnelsen er godt egnet for dette også. For flertone, flerbærebølge modulasjonsformer som med OFDM, vil den foreliggende oppfinnelsen og passe bra inn så lenge det tas hensyn til spesielle krav til dynamisk område som for OFDM.

Synkronisering av quench frekvensen involverer muligheten for å synkronisere demoduleringen med driftssyklusen til signalene fra den super regenerative

transponderen. For noen tilfeller vil dette vise seg å være nødvendig eller ønsket, for eksempel nå informasjonsbåndbredden er stor sammenliknet med quenchfrekvensen. I andre tilfeller vil båndpass filtrering i transponderen eller i recieveren/de-modulatoren som mottar signalet fra transponderen(e) imøtekomme kravene.

Kontroll over den super regenerative driftssyklusen og oscillasjonene overlagt på quench frekvensen er tiltak som kan sikre at oscillatoren opererer i stabil, super regenerativ modus mens båndbredden og dynamiske krav møtes.

Faktorer for stor båndbredde for den foreliggende oppfinnelsen kan imple-menteres ved å bruke parallell kobling av flere super regenerative oscillatorer med overlappende eller tilstøtende frekvensområde.

Fig. 13 viser et eksempel på en annen anvendelse av den foreliggende oppfinnelsen i forbindelse med fig. 7 hvor et sekundært quench signal oppnådde en i-fase, bidireksjonal heterodyn funksjon. Den viste implementasjonen av transponderen tilbyr ekstra input isolasjon på bekostning av noe økt kompleksitet. Ønskede dynamiske egenskaper kan bare oppnås hvis den bidireksjonale frekvenskonverteren 750 er satt opp til å gi lik eller motsatt faseskift mellom port 751 for henholdsvis innkommende og utgående signal og den regenerative enhet 18, 19, 5, 601-606. Den enkleste måten å oppnå dette er ved å bruke en enkelt diode mikser, for eksempel en schottky diode. Tilstrekkelig filtrering kan oppnås ved å bruke båndpass, høypass eller lavpass filtrering 753. Frekvens- og fasedrift i den bidireksjonale frekvenskonverteren 750 vil automatisk kompensert når den bidireksjonale symmetrien blir riktig opprettholdt som med en simpel, enkelt diodemikser. Fig. 14 viser en anvendelse av den foreliggende oppfinnelsen som er en mer kostbar og strømkonsumerende implementasjon med en funksjon prinsipielt identisk til den f rekvenstransponerende regenerativ transponder. Den består av input filtrering 871, frekvenskonverter 752, output filtrering 872 og en forsterker 860. Output er knyttet til input for å realisere en frekvenstransponerende enports forsterker på terminalene 825. Anvendelsen av dette kan være i strømkabler eller trådbaserte, så vel som i trådløse systemer for å øke støytoleransen, tilpasningen til forskjellige kabeltyper, lengder og tap ved å bruke enports forsterkning med inkludert frekvensskift. Den er godt egnet for å opprettholde signal-støyforholdet på en transmisjonslinje som for eksempel en strømkabel, uten å overskride kritiske strålingsnivåer. Fig. 15 viser hvordan bidireksjonal frekvenstransponering 830-832 og enports bidireksjonal forsterkning 840-842 kan anvendes på symmetriske kommunikasjonssignaler 801, 802, 803, 804 som for eksempel IEEE802.11b. Transmisjonsmediumet 810 kan være en strømlinjekable med stort tap koblet til andre media gjennom 821, 822 for eksempel andre kabler. Den foreliggende oppfinnelsen forklarer muligheten ved å bruke enports frekvenskonvertere 830-832. Frekvenskonvertere 830-832 kan også være flerportsfrekvenstransponerende enheter så lenge transmisjonsmediumet 810 kan avbrytes. Lange signalbaner med svekkelse, eller signalbaner med stor svekkelse kan kompenseres med et hvilket som helst antall mellomliggende enheter 831, 841. Det samme prinsippet kan anvendes for asymmetrisk kommunikasjon ved å bruke forskjellig up- eller downlink frekvensbånd ved ganske enkelt å legge til redundans under implementasjonen. Anvendelsen både for asymmetriske og symmetriske kommunikasjonssystemer kan være strømkabler eller trådbaserte så vel som trådløse systemer for å øke støytol-eransen, tilpasning til forskjellige kabel typer, lengde og tap ved bruk av enports forsterkning som inkluderer frekvensskift. Den er godt egnet for å opprettholde signal-støyforhold på en transmisjonslinje som for eksempel en strømkabel, uten å overskride kritiske strålingsnivåer.

Fig. 16 viser hvordan den foreliggende oppfinnelsen kan, for asymmetrisk kommunikasjon som for eksempel kabel modem signaler, delvis eller helt, realiseres 1010 ved å brukes retningsbetinget kobling 950, 951 og selektive frekvenstran-spondering 910,920 i forskjellige frekvensbånd. Når tilstrekkelig kraft er tilgjengelig, lavkostnads, stor forsterkning og retningsbetinget kobling brukes for å opprettholde signal-støyforhold ved å bruke høyere bærebølge frekvenser på for eksempel kraftlinjer 810 og kabler 810 med stort tap. Denne anvendelsen av oppfinnelsen vil, på grunn av forskjellige mulige koblingsoppsett 1011-1014, på en billig måte, overkomme problemer ved tidligere forsøk i industrien på å oppnå stor båndbredde over store avstander. Ved å bruke høye bærebølge frekvenser kan effektiv kobling og isolering oppnås med alle de forskjellige koblingsoppsettene 1011-1014 ettersom den tillatte høynivåforsterkningen kompenserer for det høye tapet ved bærebølge frekvensen. Frekvensbånd kan velges for det gjeldende tapsfulle transmisjonsmediumet, for eksempel strømkabler, og for å gjøre det mulig for signaler i begge retninger å operere uforstyrret og unna lavfrekvent støy. I det

første koblingsoppsettet 1011 gjør kombinert svekkelse fra retningsbetingede kob-linger 935, 936 og båndpass, lavpass og høypass filtrering i 1010 at de felles portene 935, 936 til koblingene 935, 936 knyttes sammen og oppnår anvendbar for-stekninger mens ubetinget stabilitet oppnås. Isolasjonsportene 945-946, 955-956 er knyttet til inputs og outputs 930-931, 940-941 på 1010. Medium 915 kan være en tapsfull strømkabel. Koblingsskjema 11012 viser en tilsvarende implementasjon hvor transmisjonsmediumet tillater avbrudd. Koblingsoppsett 1013 bruker ingen galvanisk kobling 975, 976, 985, 986 mot transmisjonsmediumet, som kan være en eller flere kraftlinje kabler. Koblingene 975, 976, 985, 986 kan typisk være av den kapasitive typen 142, for eksempel den kapasitive testkoblingen i "Elastimold" kraftlinje stasjoner eller spredningskapasitiv kobling eller "antenne" - arrangement innen en høyspenningskoplingscelle. Koblingsoppsett 1014 utnytter en kombina-

sjon av skjemaene 1011-1013. Dette er spesielt anvendelig for transmisjon av toveis signal mellom høyspenningsstrømkabler og lavspenningsstrømkabler. I dette tilfellet, forbindelsene 985, 986, for eksempel på høyspenningssiden, bidrar til isolasjon ved å ikke være knyttet sammen, mens forbindelse 965 kan rutes til en eller flere 220 volts strømkabler ved å bruke sammenbindende koaksial kabler.

Fig. 17 viser hvordan utstrålte signaler 1050 og støy 1051 fra et antenne-lignende oppsett kan kobles via en kombinator 1130 med de direkte koblede signalene og støyen 1105 for å kansellere utstrålte signaler og oppfanget støy i kabel 1101 baserte system etter koblingsoppsett 1110, som kan være av typene 1011 - 1014. Kombinatoren 1130 gjør det mulig å justere 1135 fase og amplitude forhold for minimum utstråling av systemets signalnivå og minimum system støy på enhver signalbane med uttak 1140.

Claims

1. Infrastruktursystem basert på analog signalforsterkning og med transpondere, repeatere og koplerinnretninger, for en telekommunikasjonsplattform av toveis eller enveis type, og omfattende av et kommunikasjonsmedium med inkonsistente egenskaper, karakterisert ved at - kommunikasjonsmediet er omfattende og universalt kondisjonert til å utgjøre en infrastruktur som oppfører seg på liknende måte som et transmisjonslinje-basert system, ved at det ved infrastruktursystemets ulike grensesnitt er tilveiebrakt frekvensbånd-begrensede overføringsegenskaper som er stabile samt støyegenskaper som kan sammenliknes med transmisjonslinjer som transmisjonskabler av koaksial-type eller transmisjonslinjer av tvinnet par-type eller direkte sikt trådløs overføring som overføring uten skyggesoner med båndpassfiltrering, ved at infrastruktursystemets ulike grensesnitt omfatter minst en aktiv transponder eller aktiv repeater som gir analog forsterkning for tilveiebringelse av frekvensbånd filtrerte overføringskarakteristikker som er stabile og konsistente - hvilket muliggjør at det fysiske laget for minst en av hvilken som helst telekommunikasjonsplattform kan tilpasses til eller innbefattes i infrastruktursystemets ulike grensesnitt.

2. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at angjeldende systems grensesnitt kan tilpasses det fysiske laget som PHY grensesnitt tilhørende kabel modem teknologi.

3. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet anvender hvilken som helst av ulike innretninger for å tilveiebringe transmisjonslinje lignende egenskaper og hvor nevnte innretninger er avhengig av de ulike signalforvrengingsegenskapene som må korrigeres, utlignes eller kanselleres mens dynamisk balanse kontrolleres for å opprettholde et minimum signal støyforhold og tilstrekkelig signal dynamikk.

4. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet bruker aktive, strømforsynte enheter ved alle eller nesten alle naturlige fysiske punkter mellom strekninger f or å muliggjøre kondisjonering av mediumet slik at dette kan opptre tilsvarende et transmisjonslinje basert system.

5. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet bruker aktive, strømforsynte enheter plassert inn ved passende fysiske punkter på strekninger for å muliggjøre kondisjonering av mediumet slik at dette kan opptre tilsvarende et transmisjonslinje basert system.

6. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet har aktive enheter som er tilgjengelige gjennom analoge grensesnitt som når de er tilkoplet en telekommunikasjonsplattform som det fysiske laget med D/A og A/D benevnt PHY.

7. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet når det er nødvendig for samme frekvens eller ulik frekvensforsterkning, bruker superregenerativ eller svitsjet regenerative forsterkning på en egnet mellomfrekvens gjennom bidireksjonal filtrering og bidireksjonal super heterodyne blanding.

8. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet når det er nødvendig for samme frekvens eller ulik frekvensforsterkning bruker superregenerativ eller svitsjet regenerativ forsterkning på en egnet mellomfrekvens og koplet til mediumet gjennom separate porter gjennom en eller flere frekvensblandere og gjennom separate inngangs og utgangsforsterkere og filter og koplet til mediumet som en port eller som en flerport for å utnytte eksisterende dempning som port isolasjon ved høye frekvenser.

9. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet når det er nødvendig for samme frekvens eller ulike frekvensforsterkning bruker superregenerativ eller svitsjet forsterkning på en høy mellomfrekvens gjennom bidireksjonal filtrering og bidireksjonal super heterodyne blanding for å muliggjøre svært høye båndbredder.

10. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet når det er nødvendig for samme eller ulike frekvensforsterkning bruker super regenerative forsterkning på en høy mellomfrekvens og koplet til mediet gjennom separate porter gjennom en eller flere frekvensblandere og gjennom separate inngangs og utgangsforsterkere.

11. Infrastruktursystem i henhold til kravl, karakterisert ved at systemet når det er nødvendig for samme frekvensforsterkning bruker super heterodyne forsterkning på en egnet mellomfrekvens gjennom minst to frekvensblandere og gjennom frekvensfiltrering og koplet til mediumet gjennom separate porter for å utnytte eksisterende dempning som portisolasjon og for derigjennom å oppnå stabilitet.

12. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, 7, 8, 9,10,11, karakterisert ved at systemet bruker aktive enheter som kan tilpasses til strenge krav for frekvens, fase og amplitude linearitet typiske for modulasjonstyper i vanlig bruk.

13. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet er innrettet for å tilnærmet opprettholde system informasjon båndbredde.

14. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet tilveiebringer bruk av vesentlig høyere frekvensbånd og bærefrekvenser enn mediet ellers tillater.

15. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved systemet tillater et stort utvalg av modulasjonstyper inkludert modulasjonstyper som krever god linearitet.

16. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet tillater modulasjonstyper som kan inkludere en eller flere av minst modulasjonstypene QPSK, QAM, OFDM, CDMA and DSSS.

17. Infrastruktursystem i henhold til krav 16, karakterisert ved at systemet er egnet for det kommunikasjonsnettverkets fysiske lag som PHY til et stort utvalg av plattformer for telekommunikasjon som kan omfatte en eller flere av standardene Ethernet, DOCSIS, EURODOCSIS, 802.11x, Wimax GSM såvel som fysiske lag som PHY tilhørende proprietære plattformer for telekommunikasjon.

18. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet kan tilpasses opp og ned f rekvensblanding mellom infrastruktursystemets grensesnitt og PHY til den anvendte telekommunikasjon plattform.

19. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet kan anvende implisitt dempning mediets tapsgivende kabler og tapsgivende sammenkoplinger og tapsgivende mistilpasninger for å forbedre infrastruktursystemet gjennom en universal, det vil si global anvendelse av aktive og passive kompensasjonsinnretninger.

20. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet kan anvende implisitt dempning medietstapsgivende kabler og tapsgivende sammenkoplinger og tapsgivende mistilpasninger for å forbedre stabilitet og støyforhold med super regenerative eller super heterodyne repeatere innrettet som to port forsterkere som er innrettet for å klare seg med slik implisitt dempning.

21. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet kan anvende en eller flere av hvilket som helst type strømforsyningsnett som systemets medium eller infrastruktur.

22. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet kan anvende en eller flere av hvilken som helst type proprietær telekommunikasjon plattform som kan omfatte PHY til en PLC Power Line Communication plattform.

23. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet inkluderer praktisk talt alle sammenkoplingspunkter som fordelingspaneler, sikringspaneler, forgreninger, koplingsskap, fordelingsskap og trafoer, gjerne kalt nettstasjoner langs signalenes gangveier som ulike typer vert og strømkilder for signal repeater, transpondere og kopler innretninger for å tilveiebringe en universal tilpasning, det vil si kondisjonering av ledningsnett for anvendelse som infrastruktur tilsvarende transmisjonslinjesystem.

24. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet kan inkludere bruk av hvilke som helst av ledere av hvilken som helst av kabler som nedgravde kabler, luftmonterte kabler og luftmonterte ledere, gjerne uisolerte ledere i transmisjonslinjemodus som differensiell modus gjennom bruk av minst to ledere som ett ledningspar.

25. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet kan inkludere bruk av wirer som luftmonterte ledere slik som minst en leder av hvilken som helst av ledere i lavspent strømforsyningsnett og ledere I mellomspenningskraftoverføring og ledere i høyspenning kraftoverføring i Lecher eller entråds bølgelederlignende modus og med bruk av relativt høye bærefrekvenser og gjennom at den elektromagnetiske bølgen holdes fanget langs en metallisk leder.

26. Infrastruktursystem i henhold til krav 25, karakterisert ved at transpondere eller repeatere i systemet på wirer som luftmonterte ledere kan bruke retningsantenner som peker i motsatte retninger for å oppnå retningskopling på wiren.

27. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet bruker aktive, strømforsynte enheter med forsterkning i alle eller nesten alle punkter i strømforsyningsnettet for å muliggjøre kondisjonering av nettet slik at det tilsynelatende virker som et system basert på transmisjonslinjer.

28. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet bruker implisitt dempning i sammenkoplingspunkter for kabler eller tråder som gjensidig isolasjon for å oppnå funksjonen til en flerport for derved å forbedre stabilitet og støyforhold for super regenerative så vel som super heterodyne repeatere og hvor derved en form for retningskopling oppnås.

29. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet kan anvende kopiere til høyspenning eller mellomspenning hvor kopleren er innrettet som en induktiv antenne for derved å oppnå induktiv ikke galvanisk og differensiell inn- og utkopling til minst 2 strømledere med høyspenning eller med mellomspenning slik som inne i en høyspentcelle.

30. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet kan anvende et koplerprinsipp for signal inn- og utkopling til høy- og mellomspenning med skjermede kabler som for eksempel Elastimold som er innrettet for å bruke skjermen som spredningskapasitiv, ikke galvanisk inn- og utkopling av signaler.

31. Infrastruktursystem i henhold til krav 30, karakterisert ved at systemet kan anvende en slik koplingsinnretning på to slike kabler for derved å oppnå transmisjonslinjetilpasset og differensiell inn- og utkopling av signaler.

32. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet kan bruke en koplerinnretning som anvender den kapasitive måleproben til et Elastimold eller lignende kabelsystem for høy- eller mellomspenning for inn- og utkopling av signaler.

33. Infrastruktursystem i henhold til krav 32, karakterisert ved at systemet bruker to slike koplerinnretninger for å oppnå transmisjonslinjetilpasset og differensiell inn- og utkopling av signaler.

34. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet muliggjør flere tjenester som kan innbefatte toveiskommunikasjon for strømforsyningsnett benevnt 2VK.

35. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet i omfattende grad kan anvende standard kabelmodem systemteknologi for sammenkopling av ulike strøm- og kraftforsyningsnett.

36. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet i omfattende grad kan anvende høyspenningsnett og mellomspenningsnett og kabelmodemteknologien for sammenkopling av ulike strøm- og kraftforsyningsnett.

37. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet muliggjør mastere som headend, D/A og A/D PHY installert i ett hvert punkt i infrastrukturen.

38. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet muliggjør dets grensesnitt plassert hvor det er optimalt i hjem og bygninger for å redusere utstråling, forstyrrelser, ekko, refleksjoner gjennom å utnytte innebygget dempning i de ulike elektriske ledningsnett og gjennom aktiv kompensasjon og gjennom den resulterende retningskoplede dempning.

39. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet i strømnett kan anvende innretninger i koplingspunkter generelt hvor nevnte innretning bruker repeatere eller transpondere for å forbinde signaler mellom kopler på inngående forsyningskabel med kopiere på utgående kabler for å redusere effekter fra ekko, svekkelse og refleksjoner og derved utnytte den implisitte svekkelsen i koplingspunktet hvorved resultatet blir en retningskopling eventuelt i flere retninger.

40. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet med strømnett kan nyttiggjøre seg signaloverføring mellom transformatorenheter som nettstasjoner over mellomspenning.

41. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet med strømnett kan nyttiggjøre seg signaloverføring mellom høyspenningssiden og mellomspenningssiden gjennom hvilken som helst av kopiere, transpondere, repeatere og ulike kabeltyper innbefattet koaksialkabler.

42. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet med strømnett kan nyttiggjøre seg signaloverføring mellom mellomspenningssiden og lavspenningssiden gjennom hvilken som helst av kopiere, transpondere, repeatere og ulike kabler innbefattet koaksialkabler.

43. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved systemet kan omfatte en trådløs system node (120) ved et hvilket som helst punkt (201) i et system med en antenna (95) og sammenkoplet gjennom grensesnitt med en repeater eller transponder (19) som en node i et infrastruktursystem.

44. Infrastruktursystem i henhold til krav 43, karakterisert ved at nevnte node i infrastruktursystemet er en utgangsnode som for eksempel "point to multipoint".

45. Infrastruktursystem i henhold til krav 43, karakterisert ved at nevnte node i infrastruktursystemet er en inngangsnode som for eksempel master eller "headend".

46. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet kan tilpasses f rekvensskifting av signalene i ett hvert ønsket sammenkoplingspunkt for å optimalisere systemets egenskaper i forhold til varierende egenskaper hos medium slik som kabelegenskaper.

47. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet kan nyttiggjøre seg innkopling av repeatere eller transpondere med galvanisk eller ikke galvanisk innkopling i fysiske posisjoner på lange kabelstrekk.

48. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet kan nyttiggjøre seg i ulike fysiske posisjoner å bruke aktiv kansellering av "common mode" støy fra hvilken som helst av nærfelt kilder og fjernfelt kilder ved hjelp av en eller flere samplingsantenner eller en eller flere samplingsproberfor "common mode" energien for å muliggjøre identifisering, karakterisering og kansellering av "common mode" interferens.

49. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet tillater et passende antall "Master" enheter som headend installert på ulike lokasjoner i infrastruktur.

50. Infrastruktursystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at systemet for toveis som downlink og uplink eller downstream og upstream kan nyttiggjøre seg separate transpondere eller repeatere for de ulike retningene for å oppnå et globalt, transmisjonslinje lignende infrastruktursystem for mer enn en signalretning.