CN112088535A - 用于与传感器进行无线通信的通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于与传感器(4)进行无线通信的通信设备(8)。通信设备(8)包括用于接收信号的接收器、用于放大接收到的信号的放大器、用于发送信号的发射器以及控制器。控制器能在第一模式中操作，在所述第一模式中，随时间确定信号强度值，所述信号强度值指示经放大的接收到的信号的强度；并且控制器能在第二模式中操作，在所述第二模式中，基于所确定的信号强度值控制信号发送和接收。所确定的信号强度值可以指示例如由另一近邻通信设备的发送操作引起的放大器的饱和，使得通过考虑所确定的信号强度值，由通信设备(8)执行的发送可以与近邻通信设备的对应操作同步。这可以导致减少干扰。

Description

用于与传感器进行无线通信的通信设备

技术领域

本发明涉及一种用于与传感器进行无线通信的通信设备，所述传感器诸如是要被布置在孕妇的腹部上以用于测量未出生婴儿的心脏活动的传感器。本发明还涉及包括通信设备的用于监测患者的患者监测器，并且涉及包括通信设备和传感器的感测系统。本发明还涉及一种用于操作通信设备的方法，并且涉及一种用于控制用于与传感器进行无线通信的通信设备的计算机程序。

背景技术

为了监测患者，可以在患者上布置无线传感器，所述无线传感器测量生理信号并将测量的生理信号发送到通信设备。通信设备接收生理信号，并且接收到的生理信号用于确定可以输出给用户的生理值，如心率。

如果紧密接近传感器和通信设备，即紧密接近该第一感测系统，则使用第二感测系统，其还包括用于测量生理信号的若干传感器和通信设备，第一感测系统的传感器与通信设备之间的通信会由第二感测系统的发送操作干扰并且反之亦然，即使第一和第二感测系统在频带内的不同信道处进行通信。这种干扰会降低从传感器向相应通信设备发送信号的质量，并且因此降低相应患者监测流程的质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种通信设备，如果用于与另一传感器进行无线通信的另一通信设备紧密接近于该通信设备，则该通信设备允许与传感器进行改进的无线通信。本发明的另外的目的是提供一种用于监测患者的患者监测器，其包括通信设备，以及包括通信设备和传感器的感测系统。此外，本发明的目的是提供一种用于操作通信设备的方法和用于控制该通信设备的计算机程序。

在本发明的第一方面中，提出了一种用于与传感器进行无线通信的通信设备，其中，所述通信设备包括：

-接收器，其用于接收信号，

-放大器，其用于放大接收到的信号，

-发射器，其用于发送信号，

-控制器，其用于控制所述接收器和所述发射器，其中，所述控制器能在第一模式中操作，在所述第一模式中，所述控制器控制所述接收器以随时间接收信号并且随时间确定信号强度值，其中，信号强度值指示经放大的接收到的信号的强度，并且所述控制器能在第二模式中操作，在所述第二模式中，所述控制器基于所确定的信号强度值来控制所述发射器以将信号发送到所述传感器的并且控制所述接收器以接收信号，其中，所述控制器适于确定已经随时间确定的所述信号强度值中的预定义的模式的开始的时间位置，并且基于所确定的时间位置来控制所述发射器以将信号发送到所述传感器并且控制所述接收器以从所述传感器接收信号。

如果除了可以被认为是第一通信设备的通信设备之外，另外的第二通信设备紧密接近第一通信设备，则通过第二通信设备的信号的发送可以导致例如第一通信设备的放大器的饱和、失真等，其继而在随时间确定的，即测量的信号强度值中可见。因此，通过观察指示由第一通信设备接收和放大的信号的强度的信号强度值，可以随时间提供指示，其指示第二通信设备何时发送信号。这允许第一通信设备的控制器控制其接收器，使得其在第二通信设备向分配给该第二通信设备的传感器发送信号时不接收信号，从而确保由第一通信设备对信号的接收是不受由第二通信设备对信号的发送不利影响。实际上，控制器可以控制第一通信设备的接收器和发射器，使得由第一通信设备执行的信号的发送和信号的接收与由第二通信设备执行的信号的发送和信号的接收同步，以便确保如果两个通信设备之一正在发送信号，则两个通信设备中另一个不接收信号。这允许由在第二通信设备与分配给第二通信设备的传感器之间的通信干扰在第一通信设备与分配给第一通信设备的传感器之间的通信的减小可能性，并且反之亦然。

优选地，控制器被配置为将接收到的信号强度指示符(RSSI)水平确定为信号强度值。已经发现，通过使用RSSI水平作为信号强度值，可以非常可靠地确定第二通信设备的发送时间段，从而进一步增加与第一通信设备的通信不受与第二通信设备的通信干扰的可能性，并且反之亦然。

此外，优选地，控制器和接收器被配置为使得在第一模式和第二模式中，通过使用相同频带内的相同频率信道来接收信号。因此，例如，在第一模式中不必使用第二通信设备进行通信的信道来确定第二通信设备何时具有其发送时间段。因此，可以以相对低技术努力来减少干扰的可能性。

控制器适于确定已经随时间确定的信号强度值中的预定义的模式的开始的时间位置，并且基于所确定的时间位置来控制发射器以向传感器发送信号的并且控制接收器从传感器接收信号。特别地，控制器被配置为使得对所述时间位置的所述确定包括确定何时以下条件中的至少一项被满足：a)信号强度值大于预定义的第一阈值，以及b)所述信号强度值的导数大于预定义的第二阈值。控制器可适于使用单个信号强度值或平均信号强度值来确定是否满足这些条件中的至少一个。特别地，优选使用在预定时间段内平均的平均信号强度值，因为它们对波动较不敏感。此外，控制器可以被配置为控制接收器和发射器，使得在预定义的发送时间段期间，信号从发射器发送到传感器，并且在之后的预定义的接收时间段期间，由发射器从传感器接收信号，其中，发送时间段和接收时间段是被连续重复的帧时间段的部分，其中，重复帧时间段的开始与所确定的时间位置加上该帧时间段的时间长度的倍数对准。此处假设在该通信设备(其可以被认为是第一通信设备)附近的第二通信设备具有相同的帧时间段长度，并且帧时间段内的发送时间段和接收时间段的时间位置和长度对于第二通信设备也相同。这允许通信设备(即，第一通信设备)的发送时段和接收时段与紧密接近第一通信设备的另一第二通信设备的发送时段和接收时段的进一步改进的同步。帧时间段的长度以及帧时间段内的发送时间段和接收时间段的时间位置和长度优选地在信号强度值中定义预定义的模式。

在实施例中，通信设备还包括用于对传感器充电的充电单元，其中，如果充电单元对传感器充电，则控制器被配置为以第一模式操作。这允许随时间确定信号强度值，而第一通信设备非常可能不用于从传感器接收信号，因为传感器被充电。因此，可以在不使用任何预期感测时间的情况下执行随时间对信号强度值的确定。

放大器优选是低噪声放大器。此外，通信设备可以与一个传感器或若干传感器通信，即，词语“传感器”和“所述传感器”的使用不排除通信设备与若干传感器通信。特别地，通信设备优选地被配置为以星形配置与若干传感器通信。控制器优选地被配置为控制接收器和发射器，使得与传感器的通信使用时分复用(TDM)技术或时分多址(TDMA)技术。这允许传感器与通信设备之间非常可靠和鲁棒的通信。

通信设备优选地是基站，但是其也可以是任何其他通信设备。此外，也可以存在更多的通信设备，其中，这些通信设备可以自动彼此同步，使得它们同时发送和接收。例如，如果紧密接近使用两个以上的通信设备，则首先，它们之一可以在第二模式中操作，即，该通信设备可以与分配给该通信设备的传感器进行通信，而另一通信设备可以在第一模式中操作，该第一模式也可以被视为监听模式，其中，它们随时间观察其相应的接收到的信号强度值，以便检测在第二模式中操作的通信设备的发送时间段和接收时间段。然后，其他通信设备可以在第二模式中操作，其中，它们可以根据在其在第一模式中操作时随时间测量的信号强度值来发送和接收。

该通信设备可以包括开关，所述开关用于允许用户将通信设备的操作从第一模式切换到第二模式，并且反之亦然。开关可以是被用于从待机模式切换到正常操作模式的开关，其中，在这种情况下，在待机模式中，通信设备正在监听，即处于第一模式中，并且在正常操作模式中，通信设备处于第二种模式中。控制器还可以被配置为在第二模式期间随时间确定信号强度值，被配置为确定所确定的信号强度值是否大于预定义的信号强度阈值和/或被配置为确定所确定的信号强度值是否已经达到其最大值，并且被配置为根据所确定的信号强度值是否大于预定义的信号强度阈值和/或根据所确定的信号强度值是否已达到其最大值从第二模式切换到第一模式。特别地，分别地如果所确定的信号强度值大于预定义的信号强度阈值和/或如果所确定的信号强度值已经达到其最大值，则控制器被配置为自动从第二模式切换到第一模式。在实施例中，使用数字数据包传输经由射频链路来发送信号。控制器可以被配置为在第二模式中随时间确定数据包丢失，被配置为确定所确定的信号强度值是否大于预定义的信号强度阈值和/或被配置为确定所确定的信号强度值是否已经达到其最大值，被配置为确定数据包丢失是否大于预定义的数据包丢失阈值，并且配置为在以下情况下自动从第二模式切换到第一模式：a)分别地所确定的信号强度值大于预定义的信号强度阈值和/或所确定的信号强度值已达到其最大值，以及b)数据包丢失大于预定义的数据包丢失阈值。阈值可以通过校准预定。这允许通信设备确定何时其不再与紧密接近的一个或多个其他通信设备同步，其中，然后通过在第一模式中操作控制器来再次执行同步过程。

在实施例中，控制器被配置为在所述第一模式中进行操作的情况下确定指示平均信号强度值的变化的变化值，其中，相应的平均信号强度值是在所述信号强度值的具有大于预定义的斜率阈值的斜率的增加与所述信号强度值的具有带有大于所述预定义的斜率阈值的绝对值的负斜率的后续减小之间的所述信号强度值的平均，并且仅在所述变化值小于预定义的变化阈值的情况下将随时间确定的所述信号强度值用于所述第二模式中的所述控制。斜率阈值可以通过校准预定。因此，如果信号强度值中存在强波动，这可能是由在较大距离内操作的另外的通信设备引起的，则信号强度值可能不适于同步，并且因此优选未使用。

在本发明的另外的方面，提出了一种用于监测患者的患者监测器，其中，所述患者监测器包括：

-根据权利要求1所述的通信设备，其用于与传感器进行无线通信，所述传感器被配置为测量指示所述患者的生理性质的信号并且将指示所述患者的生理性质的信号发送到所述通信设备，

-处理器，其用于基于从所述传感器被发送到所述通信设备的所述信号来确定生理值，以及

-输出单元，其用于输出所确定的生理值。

在本发明的另一方面中，提出了一种感测系统，其中，所述感测系统包括用于与根据权利要求1所述的传感器进行无线通信的通信设备，以及传感器。传感器优选地被配置为测量人的生理性质。传感器可以是例如超声传感器、压力传感器、血氧传感器、心电图传感器等。例如，传感器可以是多普勒超声传感器，所述多普勒超声传感器被配置为附接到孕妇并测量未出生婴儿的心脏活动。

在本发明的另外的方面中，提出了一种用于操作用于与传感器进行无线通信的通信设备的方法，其中，所述方法包括：

-在第一模式中操作根据权利要求1所述的通信设备的控制器，其中，所述通信设备的接收器随时间接收信号并且随时间确定信号强度值，所述信号强度值指示经放大的接收到的信号的强度，

-在第二模式中操作所述通信设备的所述控制器，其中，基于从所述传感器被发送到所述通信设备的所述信号，所述通信设备的所述发射器将信号发送到所述传感器，并且所述通信设备的所述接收器接收已经从所述传感器被发送到所述通信设备的信号，其中，基于所确定的信号强度值来控制从所述通信设备到所述传感器所述信号的所述发送以及由所述通信设备对来自所述传感器的所述信号的所述接收，其中，所述控制器确定已经随时间确定的所述信号强度值中的预定义的模式的开始的时间位置，并且基于所确定的时间位置来控制所述发射器以将信号发送到所述传感器并且控制所述接收器以从所述传感器接收信号。

在本发明的另一方面中，提出了一种用于控制用于与传感器进行无线通信的通信设备的计算机程序，其中，所述计算机程序包括程序代码模块，以用于当所述计算机程序在控制根据权利要求1所述的通信设备的计算机上运行时使所述通信设备执行根据权利要求13所述的方法的步骤。

应当理解，根据权利要求1所述的通信设备、根据权利要求8所述的患者监测器、根据权利要求10所述的感测系统、根据权利要求13所述的方法以及根据权利要求14所述的计算机程序具有相似和/或相同的优选实施例，尤其是如从属权利要求中定义的。

应当理解，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求或以上实施例与相应的独立权利要求的任何组合。

参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将显而易见并得到阐述。

附图说明

在以下附图中：

图1示意性地并且示例性地示出了感测系统，所述感测系统包括用于与超声多普勒传感器和TOCO传感器进行无线通信的通信设备以及患者监测器，

图2示意性地并且示例性地示出了感测系统的传感器，

图3示意性地并且示例性地示出了感测系统的通信设备，

图4图示了用于通信设备和传感器之间的通信的框架，

图5示意性且示例性地图示了不同感测系统的不同通信设备之间的干扰，

图6示意性且示例性地图示了两个通信设备的同步操作，

图7示意性示出了随时间的信号强度值，

图8示出了示例性地图示用于检测随时间确定的信号强度值中的预定义的模式的算法的流程图，

图9示出了示例性地图示用于检测随时间确定的信号强度值中的预定义的模式的另一算法的流程图，

图10示意性且示例性地示出了具有通信设备的患者监测器的实施例，并且

图11示出了示例性地图示用于操作用于与传感器进行无线通信的通信设备的方法的实施例的流程图。

具体实施方式

图1示意性且示例性地示出了感测系统的实施例，所述感测系统包括传感器和通信设备，所述通信设备是用于与传感器进行无线通信的基站。在该实施例中，传感器4被布置在孕妇2的腹部7上，其中，传感器4通过使用带6被保持就位。传感器4包括用于测量指示未出生婴儿的心脏活动的多普勒超声信号的多普勒超声传感器，以及用于测量指示子宫收缩的TOCO信号的TOCO传感器。测量值被发送到基站8，基站8还将接收到的信号发送到患者监测器10，患者监测器10被配置为基于接收到的信号确定指示未出生婴儿的心脏活动和子宫收缩的值，并输出所确定的值。在该实施例中，指示心脏活动的所确定的值是胎儿心率(FHR)，并且指示子宫收缩的值是TOCO值。所确定的值可以在显示器上输出。然而，它们也可以以另一方式输出。例如，可以打印它们。如果所确定的值在预定义的值范围外部，则患者监测器10还可以适于提供警报。应当注意，尽管图1还示出了两个传感器4，但是基站8也可以与超过两个的传感器4或与仅一个传感器4通信。如果使用仅一个传感器，则该传感器可以是用于测量若干生理性质(如胎儿心率、孕妇心率、子宫收缩、温度等)的多参数传感器。在这种情况下，若干对应测量元件将集成在单个传感器中。

图2示意性地并且示例性地图示了传感器4之一的一些部件。该传感器包括多普勒超声换能器11、用于将所测量的多普勒超声信号发送到基站8的发射器12、用于从基站8接收信号的接收器13、以及用于控制传感器的不同部件的控制器14。传感器4可以包括另外的部件，如放大器、处理器等，其出于清楚的原因在图2中未示出。

图3示意性且示例性地图示了基站8的部件。基站8包括用于接收信号的接收器15、用于放大接收到的信号的放大器16、用于发送信号的发射器17以及用于控制基站8的不同部件的控制器18。特别地，控制器18被配置为：在第一模式中操作，在所述第一模式中，控制器18控制接收器15以随着时间推移接收信号并随时间确定信号强度值，所述信号强度值指示经放大的接收到的信号的强度；并且在第二模式中操作，在所述第二模式中，控制器18基于所确定的信号强度值控制发射器17以将信号发送到传感器4并且控制接收器15以接收信号。在该实施例中，控制器18被配置为将RSSI水平确定为相应的信号强度值。此外，基站8被配置为使得在第一模式和第二模式中，通过使用相同频带内的相同信道来接收信号，放大器16是低噪声放大器(LNA)，并且基站8和传感器4被配置为以星形配置进行通信，其中，使用了TDMA技术。而且，基站4还可以包括出于清楚原因未在图3中示出的另外的部件。

优选地，在第二模式中，控制器18控制基站8，使得发射器17周期性地传送信标信号，所述信标信号初始用于将网络中(即感测系统1中)涉及的传感器4同步。信标信号还包含针对每个个体传感器4的时间信息，其定义访问通信信道的时间，即定义相应的传感器4何时应向基站8传送相应的测量信号，其中，这些访问时间是相对于帧(即，相对于帧时间段)定义的。以这种方式分配的时间片可以由基站8通过相应地修改相应的信标信号中的时间信息而从帧到帧动态改变。如果传感器4由于任何原因不能从基站8接收信标信号，则相应的传感器4自动停止发送。该通信协议也在图4中图示。

图4示意性且示例性地图示了具有帧时间段27的帧。帧时间段27由发送时间段21、切换时间段22和接收时间段28形成。在发送时间段21期间控制器18控制发射器17，使得信标信号20被发送到不同的传感器4。该信标信号20用于基站8与传感器4的同步，并且包含向个体传感器4指示何时其能够将其信号发送到基站8的时间信息。在该示例中，由框23、24、25指示三个不同传感器的对应时间片。这些时间片在接收时间段28内，并且在这些时间片期间相应的传感器将其信号发送到基站8。在这些时间片23、24、25之间是时间间隙29、30，以便允许基站8清楚地区分从不同传感器接收到的不同信号。此外，在发送时间段21和接收时间段28之间的切换时间段22用于允许基站8从发送操作切换到接收操作。在帧已经完成之后，下一帧以下一信标信号26开始。优选地，发送时间段21小于帧时间段27的百分之十，使得对于帧的更大得多部分，基站8在接收操作中。在第二种模式中执行该通信协议。

在接收时间段28期间，基站8正在等待所分配的传感器4的响应，其中，在该时间期间，如果强发射器在附近，则LNA 16易受饱和影响。因此，如果紧密接近的第二基站在可以被认为是第一基站的基站8的接收时间段28期间开始信标信号的发送，则由第一基站8从传感器4接收信号受到干扰。如果具有分配的传感器4(其可以被视为第一传感器)的第一基站8和具有分配的传感器(其可以被视为第二传感器)的第二基站使用在相同的频带内的不同的信道，则也存在该干扰。

基站8和传感器4包括如带滤波器的另外的部件，其对于无线通信领域的技术人员而言是公知的，并且因此在图2和图3中未示出。在已经由LNA 16放大了接收到的信号之后，优选地执行带滤波，使得基站8的LNA16的饱和的敏感性与接收操作的调谐无关。换句话说，即使第一基站和第二基站将相同频带中的不同信道用于与相应的分配的传感器进行通信，信号强度值是由第二基站执行的发送和接收的时间表的良好指示符。

图5示意性且示例性地图示了在第一基站8被使用并且同时另外的第二基站被使用的情况下利用频谱分析器对真实情况的记录。特别地，图5示出了针对不同频率f和不同时间t的信号强度，其中，附图标记31指示由第一基站8使用的信道，并且附图标记32指示由第二基站使用的第二信道。此外，附图标记33指示第一基站8的发送时间段，附图标记34指示无线传感器到第一基站8的发送，附图标记35指示第二基站的发送时间段，并且附图标记36指示无线传感器到第二基站的发送。符号37指示由第二基站执行的发送干扰由第一基站8执行的接收，因为第二基站在第一基站8的接收时间段期间发送信号。

因此，图5图示了两个不同网络(即两个不同基站与其分配的传感器)随时间的频带占用。在该示例中，相应的信道之间的间隔约为150kHz。区域38指示第一基站或所分配的第一传感器的发送活动，并且区域39指示第二基站或所分配的第二传感器的发送活动。在该图示中，这两个网络是自由运行的，并且发送时间针对每个网络是随机的。当来自不同患者的无线传感器在不同时间处应用时，自然是这种情况。该示例图示了不期望的状况，在这种情况下，当第一基站处于接收操作中时，第二基站恰好开始发送。只要两个网络彼此不了解，就不能够避免这种不期望的状况。

出于这种原因，控制器18适于使用随时间确定的信号强度值，即在该实施例中随时间确定的RSSI水平，以用于控制第一基站的发送和接收，以便同步第一基站和所分配的第一传感器的发送和接收与第二基站和所分配的第二传感器的发送和接收。如果两个或更多网络(每个包括基站和分配的传感器)紧密接近使用，即使得其彼此影响，则应该迫使所有基站使用同时发送和接收周期。如果所有基站使用如上面参考图4所描述的通信协议的相同通信协议，并且如果使用如上面参考第一基站8所描述的控制器18，则这可以实现。对应的同步行为如图6所图示。

在图6中，附图标记33指示第一基站8和第二基站的发送时间段，并且附图标记34指示第一基站8和第二基站的接收时间段，即在该示例中这些时间段针对这两个基站是相同的。相应地，在图6中同步指示第一基站或第一传感器的发送活动的区域38和指示第二基站或第二传感器的发送活动的区域39。将基站从发送操作切换到接收操作同时发生，使得相互干扰不再可能。

应该被同步的基站包括相同的无线电方案，即相同的通信协议。这意味着它们在第二模式中使用的相同帧时间段内包括发送时间段和接收时间段的相同分布。为了执行同步，可以基于由接收器15接收并由放大器16放大的信号来间歇地测量RSSI水平，即，确定RSSI水平。因此，可以在第一模式中使用第一基站8的对应的无线电芯片来测量和分析RSSI水平。如果LNA 16例如通过紧密接近的发送第二基站被迫使到饱和中，则在RSSI水平的改变中可观察到该饱和。如上所述，不需要将接收操作(即例如，对应的无线电芯片)调谐到干扰源的频率，即例如，调谐到由第二基站使用的信道。在特定时间内在自己的无线电信道上记录RSSI信号是足够的。由于无需对每个个体信道进行扫描，因此这大大减少及时进行饱和检测的努力。

图7示意性且示例性地图示了在时间t上采取任意单位的RSSI水平。如在该附图中可以看到的，在时间位置(α)是RSSI水平的陡峭增加，其指示紧密接近第一基站8的第二基站的发送时间段的开始。具有第二基站的发送时间段和接收时间段的帧导致RSSI水平随时间的预定义的模式，其中，该预定义的模式以第二基站的重复帧42重复，并且其中，该重复模式以指示第二基站的发送时间段的开始的RSSI水平的陡峭增加开始，此后RSSI水平相对恒定，直到在时间位置(β)处存在陡峭下降，其指示第二基站的发送时间段40的结束。在(α)处的RSSI水平的陡峭增加与在(β)处的RSSI水平的陡峭下降之间的时间长度40对应于第二基站的发送时间段。因此，可以通过确定在哪个时间RSSI水平的上升(即导数)大于预定义的阈值和/或在哪个时间RSSI水平的绝对值大于预定义的阈值来在随时间确定的RSSI水平中检测该预定义的模式的开始。RSSI水平的导数可以通过以下等式来定义：

其中

ΔRSSI1＝RSSI@t2–RSSI@t1并且

Δt＝t2–t1

因此，导数x可以用作触发信号以开始模式检测。模式检测至少包括对随时间确定的信号强度值(即该实施例中的RSSI水平)中的预定义的模式的开始的时间位置的检测，其中，基于所确定的时间位置来控制发射器17以向传感器4发送信号并且控制接收器15以从传感器4接收信号。在实施例中，根据图8在随时间确定的信号强度值中确定预定义的模式，图8示出了下面将说明的流程图。

在步骤101中，RSSI水平被测量，并被存储在历史缓冲器中，即控制器18确定RSSI水平，并且包括历史缓冲器，在其中存储所确定的RSSI水平。在若干后续时间点连续执行RSSI水平的确定，其中，两个后续时间点之间的时间距离为Δt。此外，在步骤102中，控制器18确定导数x是否大于第一阈值。如果不是这种情况，则该方法以步骤101继续。否则，该方法以步骤103继续。因此，连续确定RSSI水平并连续计算导数x，其中，连续检查导数x是否大于第一阈值，其中，这些步骤持续，直到导数x大于第一阈值。在这种情况下，如上所述，该方法以步骤103继续。在对应于信标时间(即对应于对能够彼此干扰的所有基站已知且相同的发送时间段)的预定义的等待时间之后，预期RSSI水平的陡峭下降沿。在图7中，该陡峭下降沿由(β)指示。在该等待时间内，每Δt再次连续测量RSSI水平。在图8中，这由元素103指示。在步骤104中，控制器18确定负导数-x是否在等待时间结束时大于第二阈值，其中，如果不是这种情况，则该方法以步骤101继续。否则，该方法以步骤105继续。

由于不同网络(即可能冲突的不同基站)的信标时间(即发送时间段)始终相同，因此算法(即图8中所指示的方法)预期在时间位置(β)处RSSI水平的下降，其对应于在时间位置(α)处的RSSI水平的上升。这是另一基站(即第二基站)的无线电芯片从发送切换到接收时的时刻。因此，该时刻对应于图4所指示的切换时间段22，其中，在第二基站处的该切换时间段之后，接收时间段在第二基站处开始。在该接收时间段期间，允许被分配给第二基站的第二传感器以由第二基站预定义的顺序发送数据，即感测信号，其中，已经由第二基站通过在发送时间段期间传送信标信号向第二传感器通知了该顺序。具体而言，序列为每个传感器预定义接收时间段的哪部分可以由相应的传感器使用。这可以在帧时间段内随着从第二基站传送的每个信标信号而动态改变。由于传感器通常佩戴在身体上，因此它们不一定在相关联的基站的紧接附近。在RSSI水平的略微下降的情况下，传感器与基站之间的距离或多或少会引起注意。

在图7所示的示例中，传感器将信号发送到第二基站的时间段从时间位置(β)到达时间位置(γ)。在该示例中，时间位置(γ)和(δ)之间的时间未使用。RSSI水平因此下降到噪声水平。在与时间位置(β)具有时间距离41的时间位置(δ)处，第二基站的新帧开始于另外的信标信号的发送，即，开始于发送时间段。相应地，RSSI水平具有上升沿，使得第一基站8知道第二基站已经以新帧开始。因此，图8所图示的算法等待已知时间帧时段减去已知发送时间段，然后在步骤105中每Δt测量RSSI水平。然后，在步骤106中，再次检查导数x是否大于第一阈值，以便在第二基站处检测新帧的开始。如果导数不大于第一阈值，则该方法以步骤101继续。否则，该方法以步骤107继续。如果在RSSI水平中的预定义的模式的检测到时间位置(δ)处被分配给第一基站8的任何传感器(即任何第一传感器)准备激活，则第一基站8现在可以开始信标信号的发送，即其可以开始其发送时间段。因此，在步骤107中，控制器18确定换能器是否被激活，其中，如果是这种情况，则在步骤108中开始与传感器的通信。否则，该方法前进到步骤101。

为了确定换能器是否被激活，即传感器是否准备好与基站8通信，如果其没有对接到基站8，即，在配对和从基站8断开对接后，则可以假设传感器准备好进行通信。为了传感器是否对接到基站8的该检测，可以使用许多技术。例如，簧片开关可与磁体一起使用。此外，在传感器对接到基站时，优选地在传感器与基站之间还存在有线或无线电链路数据连接，其中，该数据连接的中断可以指示传感器未对接并因此被激活。

在步骤108中，这两个基站，即这两个网络，同时发送，从而避免了LNA的相互饱和。通过确定与第二基站的帧相对应的RSSI水平中的预定义的模式的开始的时间位置(δ)，可以确保第一基站8的重复帧时间段的开始与所确定的时间位置(δ)加上帧时间段的时间长度的倍数对准，这继而确保第一基站和第二基站的帧是同步的。

在图8中，已经图示了RSSI水平监视和模式识别的仅一种可能方式。当然也能够使用其他RSSI水平监视和模式识别技术，以使第一基站与第二基站同步以及任选地与具有相同帧时间段以及在帧时间段内的发送时间段和接收时间段的另外的基站同步。可能的备选变型如图9所图示。

在图9中，步骤201和202对应于步骤101和102。在步骤203中，等待信标时间，即发送时间段，并且每Δt测量RSSI水平，并存储RSSI水平。例如，可以存储图7所指示的时间段40内的RSSI水平的平均。该存储的RSSI水平可以称为第一RSSI水平。步骤204对应于步骤104，即，在步骤204中，在时间位置(β)处的陡峭下降沿被检测到。如果已经检测到该陡峭下降沿，则该方法以步骤205继续，其中，在步骤205中，等待帧时间段的剩余部分，即等待帧时间段减去发送时间段，并且每Δt测量RSSI水平。此外，存储在(β)与(δ)之间的时间段内的RSSI水平的平均，其中，该存储的平均RSSI水平被称为第二RSSI水平。

在步骤206中，确定a)导数x是否大于第一阈值，b)第二RSSI水平是否大于第一RSSI水平减去常数A，以及c)第二RSSI水平是否小于第一RSSI水平加上常数B。如果满足所有这些条件，则该方法以步骤207继续。否则，该方法以步骤201继续。常数A和B是预定义的，并且例如通过校准确定的。步骤207和208对应于步骤107和108。

由于基站不是移动的并且固定到定义的位置，因此两个连续信标的值不应有显着不同。连续峰或平均值的强波动能够是较远离进行操作的网络的指示符，这实际上不容易适合同步。因此，在实施例中，控制器可以适于如果在第一监听模式中操作，则确定指示在不同帧时段中平均信号强度值的变化的变化值，其中，在相应的帧时段中，平均信号强度值是信号强度值的陡峭增加和陡峭下降之间的信号强度值的平均。换句话说，在图7中，计算位置(α)和(β)之间的信号强度值的平均，以便确定该帧的信号强度值平均，其中，针对若干帧确定这些平均值。并且然后确定这些平均值的变化，如统计方差。可以由控制器使用所得的变化值来确定当前随时间测量的信号强度值是否适于同步。例如，控制器可以确定变化值是否小于预定义的变化阈值，其中，如果是这种情况，则控制器可以确定当前随时间测量的信号强度值适合于同步，其中，仅然后控制器可以使用随时间测量的信号强度值来控制第二模式中的发送和接收。可以通过校准来预定变化阈值。

此外，在实施例中通信设备，即在上述实施例中基站，不具有：a)固定帧时间段和/或b)固定发送时间段和/或c)固定接收时间段，但是这些时间段中的至少一个可根据在第一模式中随时间确定的信号强度值来调整。例如，在第二模式中，可以基于在第一模式中随时间确定的信号强度值来确定帧时间段和/或帧时间段内的发送时间段，其中，通信设备的发射器和接收器可以根据所确定的帧时间段和所确定的发送时间段来操作。

包括基站8和传感器4的感测系统优选地是包括两个或更多个传感器的心分娩力描记(CTG)系统。然而，感测系统也可以被配置为测量其他生理信号或甚至非生理信号。

如果在有限空间内将许多类似的无线网络组合在一起，那么强发射器与另一接收器的接近可能导致放大器(例如LNA)的饱和。这种饱和能够导致系统不稳定或一个或多个无线网络系统的整体崩溃。上述感测系统提供了通过同步其在小空间内使用若干医学网络而没有中断的可能性。

感测系统的传感器是无线传感器，其可以测量各种参数，尤其是在患者监测领域内。传感器优选地是小型自主设备，其可个体放置在患者的身体上的最佳位置处。无线传感器经由无线网络与控制传感器的无线电通信的感测系统的基站相关联。为了方便的目的，基站可以部分或完全集成到患者监测器中。在图10中示例性地且示意性地图示了这种患者监测器。

在图10中，患者监测器301包括用于与传感器4无线通信的基站8，以及用于基于从传感器4发送到基站8的信号来确定生理值的处理器302。患者监测器301还包括输出单元303，如显示器、声学输出单元、打印机等，以用于输出所确定的生理值。患者监测器301可以适于负责显示、警报和/或记录通过使用传感器4监测的参数，即生理值。

无线传感器的益处在产科领域尤其重要。在这种情况下，可以在孕妇的身体上的不同位置处无创测量母亲和未出生婴儿的许多不同参数。对于良好的、大大降低疼痛的生育过程，无线传感器是最佳的，因为它们允许女性显著更多移动自由。例如，以上参考图1描述的传感器网络可以在阵痛和分娩期间使用。在图1中，两个传感器4以弹性带6保持就位，其中，这些传感器4可以被配置为测量各种参数，如上述胎儿心率和子宫活动，而且测量另外的参数，如母亲心率。

在实施例中，传感器是防水的，使得其可以在水下使用，例如在浴缸或淋浴下使用。因此，感测系统可以被配置为使用水中无线电发送的衰减相对低的频率。特别地，感测系统优选地不被配置为使用由ZigBee、蓝牙、WiFi IEEE 802等使用的2.4GHz ISM频带。代替地，感测系统优选地被配置为使用SUB-GHz范围频带。在实施例中，感测系统被配置为使用欧洲和其他一些地区的433MHz处的ISM频带或美国的608MHz处的WMTS频带或日本的920MHz处的T108频带。

如上所述，传感器可以被配置为用于产科，其中，传感器优选地包括超声多普勒传感器，其被配置为例如监测未出生婴儿的心脏活动。该传感器是无创的，易于使用，并且在搜索最佳放置位置时提供直接声学反馈。由于在测量开始时不一定知道胎儿心脏的确切位置，因此必须通过将传感器移到妇女的腹部上来对心脏进行定位。对于该搜索，优选几乎立即且无延迟具有声学反馈。如ZigBee、Bluetooth等的2.4GHz频段中的标准通信协议不满足该要求。特别地，这些标准通信协议允许具有许多参与者的无线电网络的简单构造，但是由于丢失数据包的未定义的延迟时间和重复机制，它们不适于如音频声音的实时数据的发送。因此，以上特别参考图1描述的感测系统不使用标准通信协议，而是使用具有包括如上所述的发送时间段(信标信号时段)、切换时间段和接收时间段的帧的通信协议。该协议优选使用TDMA方法来确保超声多普勒信号的安全和时间可预测的发送。为了保持传感器小巧轻便，将包括发射器和接收器的无线电芯片集成在传感器中，其中，可以将这些无线电芯片编程到不同的射频。优选地，将不同的无线电信道分配给不同的感测系统，以便减少相互干扰的可能性。无线电信道的这种分配可以在安装期间以固定设置完成，或者可以由相应的基站动态地自组织。此外，传感器优选地被配置为与覆盖相同信道的任何基站一起使用。传感器和基站可以被配置为使得传感器可以对接至基站，其中，如果传感器对接至基站，则基站将用于与该基站进行通信的通信信息分布给传感器，其中，对应的数据连接可以是无线电链路或有线数据连接。例如，基站可以相对于所使用的信道通知对接的传感器。还可以将关于帧时间段的信息提供给对接的传感器。由于在相应的网络中涉及的(即在相应的感测系统中涉及的)传感器与基站之间的通信是双向的，因此传感器和基站之间的信息交换是随时可能的，即还在传感器未对接至基站的情况下，并且可以例如用于如果无线电链路状况恶化则在运行时间期间动态更改信道，即传感器和基站可以被配置用于使用“智能跳频”。

如果未使用上面参考例如图1所描述的感测系统，则用于频率规划，建立若干基站和定义两个或更多感测系统之间，尤其是两个或更多基站之间的距离的详细指令可以由例如制造商提供，以便避免互调和LNA饱和。然而，在日常实践中，可能不总是跟随对应的指南，这是由于忽视用于安装的指令，缺少培训，安装前的不足规划和准备，时间压力，由于结构状况造成的空间限制等。如果不跟随这些指南，并且如果然后例如两个不同的感测系统(即，两个不同的网络)的两个基站之间的间隔距离小于指示的，则基站之一的放大器，即输入放大器在其被操作用于接收并且附近的另一基站正在同时发送的情况下可以达到其饱和水平，其中，放大器的饱和意味着受干扰的基站能够不再从分配给它的传感器接收无线电信号。这是由于以下事实：接收器的输入滤波器必须覆盖整个频带，并且不能抑制相邻信道。作为结果，无线电网络将部分或完全崩溃。放大器的这种饱和是无线电接收器的原理所固有的，并且在不损害相应的网络的整体性能的情况下不能受到诸如带通滤波器或衰减器的硬件措施影响。出于这些原因，上面参考例如图1描述的感测系统允许避免放大器的饱和状况，以便确保若干感测系统在紧密接近的小空间中共存，其中，该避免是通过基于随时间确定的信号强度值同步不同基站的发送和接收而达到的。

无线传感器优选地通过使用可充电电池来供电，其中，如果相应的传感器已经对接到基站，则传感器和基站适于使得基站对相应的电池进行充电。基站可以包括充电单元19的对应的对接位置9，其在图3中示意性地且示例性地图示。控制器18可以被配置为以第一模式操作，即，随时间确定信号强度值，以如果充电单元19对传感器进行充电，则提供触发信号以使基站8的发送和接收操作与近邻基站的发送和接收操作同步。这能够是有益的，因为在充电操作期间，通常传感器不测量要传送到基站的生理信号。因此，通过在第一模式中操作控制器18不减少测量时间。

传感器可以配置为在其被对接的情况下关闭无线电传输，而与它们是否被充电无关，以便减少功耗和无线业务量。

在下文中，将参考图11所示的流程图示例性地描述用于操作用于与传感器进行无线通信的基站的方法的实施例。

在步骤401中，基站8的控制器18以第一模式操作，其中，基站8的接收器15随时间接收信号并随时间确定信号强度值，其中，信号强度值指示经放大的接收到的信号的强度。在步骤402中，基站8的控制器18以第二模式操作，其中，基于从传感器4发送到基站8的信号，基站8的发射器17向传感器4发送信号，并且基站8的接收器15接收已经从传感器4发送到基站8的信号。基于随时间确定的信号强度值来控制从基站8到传感器4的信号的该发送，以及由基站8对来自传感器4的信号的接收。

为了避免近邻感测系统之间的干扰，基站不使用任何更高水平的控制实例，即，紧密间隔的个体网络的同步不使用任何更高水平的控制实例。通过使用指纹，即通过使用随时间确定的信号强度值中的仅适用于该类别的网络的模式，在空中识别相同类别的网络，即感测系统。不需要具有任何高级硬件或处理单元，在相同类别的个体网络之间具有单独的通信连接。特别是对于医学网络，与不同的传输技术(例如ZigBee、蓝牙、WiFi等)发生冲突的可能性相对低，因为上面参考例如图1所描述的感测系统可以使用其他保留的频带。出于这种原因，我们仅必须考虑由自己类别的网络(在相同频带内使用不同的信道)产生的干扰。提供了一种自组织方法，其不需要任何高级协调器模块或单独的通信或触发线。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。

在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。

单个单元或设备可以实现权利要求中记载的若干项的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。

由一个或若干单元或设备执行的如对接收器和发射器的控制、随时间的信号强度值的确定等流程也可以由任何其他数量的单元或设备执行。根据用于操作基站的方法的这些流程和/或基站的控制可以被实施为计算机程序的程序代码模块和/或被实现为专用硬件。

计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分提供的光学存储介质或固态介质，但计算机程序也可以以其他形式来分布，例如经由因特网或者其他有线或无线电信系统分布。

权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

本发明涉及一种用于与传感器进行无线通信的通信设备。该通信设备包括：用于接收信号的接收器、用于放大接收到的信号的放大器、用于发送信号的发射器以及控制器。控制器：能在第一模式中操作，在所述第一模式中，随时间确定信号强度值，所述信号强度值指示经放大的接收到的信号的强度；并且能在第二模式中操作，在所述第二模式中，基于所确定的信号强度值控制信号的发送和接收。所确定的信号强度值可以指示例如由另一近邻通信设备的发送操作引起的放大器的饱和，使得通过考虑所确定的信号强度值，由通信设备执行的发送可以与近邻通信设备的对应的操作同步。这可以导致减少干扰。

Claims (14)

1.一种用于与传感器进行无线通信的通信设备，所述通信设备(8)包括：

-接收器(15)，其用于接收信号，

-放大器(16)，其用于放大接收到的信号，

-发射器(17)，其用于发送信号，

-控制器(18)，其用于控制所述接收器(15)和所述发射器(17)，其中，所述控制器(18)能在第一模式中操作，在所述第一模式中，所述控制器(18)控制所述接收器(15)以随时间接收信号并且随时间确定信号强度值，其中，信号强度值指示经放大的接收到的信号的强度，并且所述控制器能在第二模式中操作，在所述第二模式中，所述控制器(18)基于所确定的信号强度值来控制所述发射器(17)以将信号发送到所述传感器(4)并且控制所述接收器(15)以接收信号，其中，所述控制器(18)适于确定已经随时间确定的所述信号强度值中的预定义的模式的开始的时间位置，并且基于所确定的时间位置来控制所述发射器(17)以将信号发送到所述传感器(4)并且控制所述接收器(15)以从所述传感器(4)接收信号。

2.根据权利要求1所述的通信设备，其中，所述控制器(18)被配置为将接收到的信号强度指示符(RSSI)水平确定为所述信号强度值。

3.根据权利要求1所述的通信设备，其中，所述控制器(18)和所述接收器(15)被配置为使得在所述第一模式和所述第二模式中通过使用相同频带内的相同频率信道来接收所述信号。

4.根据权利要求1所述的通信设备，其中，所述控制器(18)被配置为使得对所述时间位置的所述确定包括确定何时以下条件中的至少一项被满足：a)信号强度值大于预定义的第一阈值，以及b)所述信号强度值的导数大于预定义的第二阈值。

5.根据权利要求1所述的通信设备，其中，所述控制器(18)被配置为控制所述接收器(15)和所述发射器(17)，使得在预定义的发送时间段(21)期间信号从所述发射器(17)被发送到所述传感器(4)，并且在之后的预定义的接收时间段(28)期间由所述发射器(17)接收来自所述传感器(4)的信号，其中，所述发送时间段(21)和所述接收时间段(28)是被连续重复的帧时间段(27)的部分，其中，重复帧时间段(27)的开始与所确定的时间位置加上所述帧时间段(27)的时间长度的倍数对准。

6.根据权利要求1所述的通信设备，其中，所述通信设备还包括用于对传感器进行充电的充电单元(19)，其中，所述控制器(18)被配置为在所述充电单元对传感器进行充电的情况下在所述第一模式中进行操作。

7.根据权利要求1所述的通信设备，其中，所述控制器(18)被配置为控制所述接收器(15)和所述发射器(17)，使得与所述传感器(4)的所述通信使用时分复用技术或时分多址技术。

8.根据权利要求1所述的通信设备，其中，所述控制器(18)：被配置为在所述第二模式期间随时间确定所述信号强度值；被配置为确定所确定的信号强度值是否大于预定义的信号强度阈值和/或被配置为确定所确定的信号强度值是否已经达到其最大值；并且被配置为根据所确定的信号强度值是否大于所述预定义的信号强度阈值和/或根据所确定的信号强度值是否已经达到其最大值来从所述第二模式切换到所述第一模式。

9.根据权利要求1所述的通信设备，其中，所述控制器(18)被配置为在所述第一模式中进行操作的情况下确定指示平均信号强度值的变化的变化值，其中，相应的平均信号强度值是在所述信号强度值的具有大于预定义的斜率阈值的斜率的增加与所述信号强度值的具有带有大于所述预定义的斜率阈值的绝对值的负斜率的后续减小之间的所述信号强度值的平均，并且仅在所述变化值小于预定义的变化阈值的情况下将随时间确定的所述信号强度值用于所述第二模式中的所述控制。

10.一种用于监测患者的患者监测器，其中，所述患者监测器(301)包括：

-根据权利要求1所述的通信设备(8)，其用于与传感器(4)进行无线通信，所述传感器被配置为测量指示所述患者的生理性质的信号并且将指示所述患者的生理性质的信号发送到所述通信设备，

-处理器(302)，其用于基于从所述传感器(4)被发送到所述通信设备的所述信号来确定生理值，以及

-输出单元(303)，其用于输出所确定的生理值。

11.一种感测系统，包括：

-根据权利要求1所述的用于与传感器(4)进行无线通信的通信设备，以及

-所述传感器(4)。

12.根据权利要求11所述的感测系统，其中，所述传感器(4)被配置为测量人的生理性质。

13.一种用于操作用于与传感器进行无线通信的通信设备的方法，所述方法包括：

-在第一模式中操作根据权利要求1所述的通信设备(8)的控制器(18)，其中，所述通信设备的接收器(15)随时间接收信号并且随时间确定信号强度值，所述信号强度值指示经放大的接收到的信号的强度，

-在第二模式中操作所述通信设备的所述控制器(18)，其中，基于从所述传感器(4)被发送到所述通信设备的所述信号，所述通信设备的所述发射器(17)将信号发送到所述传感器(4)，并且所述通信设备的所述接收器(15)接收已经从所述传感器(4)被发送到所述通信设备的信号，其中，基于所确定的信号强度值来控制从所述通信设备到所述传感器(4)所述信号的所述发送以及由所述通信设备对来自所述传感器(4)的所述信号的所述接收，

其中，所述控制器(18)确定已经随时间确定的所述信号强度值中的预定义的模式的开始的时间位置，并且基于所确定的时间位置来控制所述发射器(17)以将信号发送到所述传感器(4)并且控制所述接收器(15)以从所述传感器(4)接收信号。

14.一种用于控制用于与传感器进行无线通信的通信设备的计算机程序，所述计算机程序包括程序代码模块，所述程序代码模块用于当所述计算机程序在控制根据权利要求1所述的通信设备的计算机上运行时使所述通信设备执行根据权利要求13所述的方法的步骤。

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