(54) Název užitného vzoru:

Distribuovaný systém pro tvarování vyzařovacího diagramu

Úřad průmyslového vlastnictví v zápisném řízení nezjišťuje, zda předmět užitného vzoru splňuje podmínky způsobilosti k ochraně podle § 1 zák. č. 478/1992 Sb.

CZ 23308 Ul

Distribuovaný systém pro tvarování vyzařovacího diagramu

Oblast techniky

Předkládané řešení se týká distribuovaného systému pro tvarování vyzařovacího diagramu, který poskytuje novou metodu na vytvoření virtuální vysílací antény pomocí více identických nezá5 vislých modulů. Tato virtuální vysílací anténa umožní vysílat radiový signál na větší vzdálenost než jednotlivé moduly.

Dosavadní stav techniky

Zvětšení dosahu vysílání lze v současnosti řešit pomocí několika způsobů.

Jedním z nich je zvýšení vysílacího výkonu. Pri zvýšení vysílacího výkonu dojde k rychlejšímu io vyčerpání energie u zařízení s bateriovým napájením. Pri tomto řešení může také dojít k překročení maximálního EIRP, Equivalent Isotropically Radiated Power, nebo hygienických limitů pro vysílání.

Další možností je použití antén s větším ziskem na vysílací, či přijímací straně, což se řeší buď použitím anténního zesilovače, což má stejná omezení jako v předešlém případě, nebo použitím směrových antén. Použití směrových antén vyžaduje osazení modulu speciální anténou. Navíc je potřeba tuto anténu správně nasměrovat. Toto směrování se může v průběhu času měnit.

Jiným způsobem je použití anténního pole na vysílací straně British Patent No. 130,490, což je omezeno nutností znát přesnou polohu jednotlivých antén. Výsledné zvětšení dosahuje omezeno počtem antén v anténním poli. Zvýšení počtu antén v anténním polije složité.

?.o Konečně existuje možnost použití technologie Multiple ínput Multiple Output označované MIMO US Patent No. 5,345,599 na vysílací a přijímací straně. Při použití technologie MIMO je modul osazen několika anténami. Výsledné zvětšení dosahu vysílání je limitováno počtem těchto antén.

Všechna uvedená řešení mají výrazné nedostatky zvláště při použití senzorových, rozměrově malých, modulů.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nevýhody odstraňuje distribuovaný systém pro tvarování vyzařovacího diagramu obsahující vícepásmové vysílací a přijímací antény podle předkládaného řešení. Jeho podstatou je, že sestává ze skupiny stejných, nezávislých a staticky umístěných modulů. Každý modul je tvořen blokem výpočetní logiky, která sestává z paměti a procesoru a slouží k výpočtu posunu fáze nosné vlny, která je použita k modulaci datového signálu. Jeden výstup bloku výpočetní logiky je propojen obousměrně s datovým vstupem transceiveru, druhý jeho výstup je propojen s řídicím vstupem přepínače provozního režimu a třetí výstup je spojen s jedním řídicím vstupem posouvaěe fáze. Přepínač provozního režimu je výstupem propojen s řídicím vstupem transceive35 ru, s druhým řídicím vstupem posouvaěe fáze a s řídicím vstupem synchronizátoru fáze. Systém dále obsahuje generátor nosné vlny, který vytváří nosnou vlnu a synchronizační signál s n-násobnou frekvencí. Tento generátor nosné vlny má synchronizační výstup připojen na vnitřní synchronizační vstup synchronizátoru fáze a výstup nosné vlny na vstup nosné vlny synchronizátoru fáze. Synchronizátor fáze je svým vnějším synchronizačním rozhraním obousměrně propojen s anténou a dále má propojen jeden výstup s řídicím vstupem výpočetní logiky a s řídicím vstupem transceiveru a druhý výstup má propojen se synchronizačním vstupem posouvaěe fáze. Posouvač fáze má propojen výstup se synchronizačním vstupem transceiveru, jehož výstup je obousměrně propojen s anténou. Všechny bloky jsou propojeny se zdrojem energie.

Výhodou uvedeného řešení je, že umožní distribuované tvarování vyzařovacího diagramu skupi45 ny antén. Distribuovaný systém je založen na principu sčítání radiových vln, tedy na interferenci.

-1 CZ 23308 Ul

Předkládané řešení odstraňuje potřebu znalosti přesného umístění jednotlivých antén. Dále toto řešení umožňuje libovolné rozšiřování počtu antén a odstraňuje potřebu napájení antén z jediného zdroje energie.

Objasnění výkresů

Distribuovaný systém pro tvarování vyzařovacího diagramu bude dále vysvětlen pomocí přiloženého výkresu. Na obr. 1 je znázorněna situace umístění bezdrátových modulů, vyžadující vytvoření virtuální antény pro překlenutí velké komunikační vzdálenosti. Na obr. 2 je zobrazeno schéma modulu umožňujícího vytvářet virtuální antény.

Příklad uskutečnění technického řešení io Pro tvarování vyzařovacího diagramu skupiny antén je nutné mít k dispozici modul, který umožní posouvat táze vysílaného datového signálu oproti vysílaným signálům ostatních modulů. Zároveň je nutné, aby vysílané datové signály všech modulů používaly stejnou nosnou frekvenci. Uvedené řešení využívá vysílání synchronizačního signálu s n-násobnou frekvencí oproti frekvenci nosné vlny, kde n je větší než 1. Tento synchronizační signál vysílá jeden z modulů.

Ostatní moduly si ze synchronizačního signálu odvodí nosnou frekvenci a stanoví si nulový posun fáze v daném místě. Všechny moduly potom mohou posouvat fázi vysílaného datového signálu pro dosažení optimálního vyzařovacího diagramu skupiny antén.

Distribuovaný systém pro tvarování vyzařovacího diagramu podle předkládaného řešení obsahuje vícepásmové vysílací a přijímací antény. Systém podle Obr. 1 sestává ze skupiny 2 stejných, nezávislých a staticky umístěných modulů I a vzdáleného přijímače 3, který má stejnou konstrukcí jako ostatní moduly 1. Každý tento modul I, Obr. 2, je tvořen blokem 12 výpočetní logiky, která sestává z paměti a procesoru pro výpočet posunu fáze nosné vlny a slouží k výpočtu posunu fáze nosné vlny, která je použita k modulaci datového signálu. Jeden výstup bloku 12 výpočetní logiky je propojen obousměrně s datovým vstupem transceiveru 14, druhýjeho výstup je propojen s řídicím vstupem přepínače 17 provozního režimu a třetí výstup je spojen s jedním řídicím vstupem posouvače 16 fáze. Přepínač 17 provozního režimu je výstupem propojen s řídicím vstupem transceiveru 14, s druhým řídicím vstupem posouvače 16 fáze a s řídicím vstupem synchronizátoru 15 fáze. Dále je zde zapojen generátor 13 nosné vlny, který vytváří nosnou vlnu a synchronizační signál s n-násobnou frekvencí. Synchronizační výstup generátoru 13 nosné vlny je připojen na vnitřní synchronizační vstup synchronizátoru 15 fáze a jeho výstup nosné vlny na vstup nosné vlny synchronizátoni 15 fáze. Synchronizátor 15 fáze je svým vnějším synchronizačním rozhraním obousměrně propojen s anténou 18 a dále má propojen jeden výstup s řídicím vstupem výpočetní 12 logiky a s řídicím vstupem transceiveru 14 a druhý výstup má propojen se synchronizačním vstupem posouvače 16 fáze. PosouvaČ 16 fáze má propojen výstup se synchro35 nizačním vstupem transceiveru 14, jehož výstup je obousměrně propojen s anténou 18. Všechny uvedené bloky jsou propojeny se zdrojem 11 energie, což bývá nejčastěji baterie.

Jak bylo uvedeno, blok 12 výpočetní logiky obsahuje paměť a procesor. Úkolem tohoto blokuje vypočítat posun fáze nosné vlny, která je využita k modulaci vysílaného datového signálu. Dále blok 12 výpočetní logiky zajišťuje uložení přijímaných, nebo vysílaných dat do paměti a také volí provozní režim modulu, tedy komunikaci uvnitř skupiny nebo společné vysílaní mimo skupinu.

Generátor 13 nosné vlny vytváří dva sinusové signály pomocí děliče frekvence ze společného krystalu. Sinusový signál s nižší frekvencí se používá k modulaci datového signálu, sinusový signál s vyšší frekvencí slouží k synchronizaci modulů pri vysílání na velkou vzdálenost, nebo k zablokování vysílání pri příjmu signálu od vzdáleného modulu. Oba vytvořené signály jsou synchronní.

Transceiver L4 zajišťuje modulaci/demodulaci datového signálu.

-2CZ 23308 Ul

Synchronizátor 15 fáze v závislosti na provozním režimu předává synchronizační signál získaný od generátoru J_3 nosné vlny do antény 18. Dále v závislosti na provozním režimu předává nosnou vlnu získanou od generátoru 13 nosné vlny, nebo vytvořenou pomocí synchronizačního signálu získaného od antény 18 do posouvače 16 fáze. Dále v závislosti na provozním režimu a příjmu synchronizačního signálu od antény J_8 vysílá blokovací signál bloku 12 výpočetní logiky a transceiveru 14.

Posouvač 16 fáze se využívá v režimu vysílání mimo skupinu a slouží k posouvání fáze vysílaného datového signálu oproti přijímanému synchronizačnímu signálu.

Přepínač 17 provozního režimu zajistí přepínání mezi režimy komunikace.

Modul I může fungovat v několika režimech. První režim je režim přijímací s příjmem od blízkého modulu, kdy vysílací stanice nevyužila tvarování vyzařovacího diagramu skupiny antén 18. Do tohoto režimu je modul 1 přepnut na základě žádosti bloku 12 výpočetní logiky pomocí přepínače 17 provozního režimu. V tomto režimu je transceíver 14 přepnut na příjem dat a moduly posouvače 1_6 fáze a synchronizátoru 15 fáze jsou odpojeny pomocí přepínače 17 provozního režimu.

Druhý režim je režim přijímací s příjmem od vzdáleného modulu, kdy vysílací stanice využila tvarování vyzařovacího diagramu skupiny antén 18. Do tohoto režimu je modul 1 přepnut na základě žádosti bloku 12 výpočetní logiky pomocí přepínače 17 provozního režimu, který tuto skutečnost zjistí pomocí adresy vysílací stanice, případně pomocí informace obsažené v přijímaných datech. V tomto režimu je transceíver 14 přepnut na příjem dat a modul posouvače 16 fáze je odpojen pomocí přepínače 17 provozního režimu. Pomocí přepínače 17 provozního režimu synchronizátor 1 fáze začne vysílat synchronizační signál získaný od generátoru 13 nosné vlny do antény 18. Tento synchronizační signál upozorní ostatní blízké moduly 1, že dochází k příjmu datového signálu od vzdáleného modulu.

Třetí režim slouží pro vysílání na krátkou vzdálenost, jedná se o vysílání uvnitř skupiny modulů, kdy není nutné vytvořit skupinu antén s upraveným vyzařovacím diagramem. Do tohoto režimu je modul 1 přepnut přepínačem 17 provozního režimu na žádost bloku 12 výpočetní logiky. V tomto režimu blok 12 výpočetní logiky předá data určená k vysílání transceiveru 14. Transceíver 14 pomocí nosné vlny vytvořené generátorem 13 nosné vlny vytvoří vysílaný datový signál a pošle jej na anténu 18. Pomocí signálu z přepínače 17 provozního režimu je posouvač 16 fáze nastaven na nulový fázový posun a synchronizátor 15 fáze předává nosnou vlnu získanou z generátoru 13 nosné vlny prostřednictvím posouvače 16 fáze do transceiveru 14. Vysílání uvnitř skupiny modulů i je méně důležité než vysílání s využitím vytvoření skupiny antén 18. Pokud synchronizátor 15 fáze začne přijímat synchronizační signál, upozorní blok 12 výpočetní logiky a vynutí okamžité ukončení vysílání na transceiveru 14 díky přímému propojení. Přímé propojení mezi synchronizátorem 15 fáze a transceiverem 14 umožní lepší využití přenosového pásma. Blok 12 výpočetní logiky naplánuje vysílání na jinou dobu.

Čtvrtý režim umožňuje řízení vysílání na velkou vzdálenost, tedy vysílání mimo skupinu modulů 1. Do tohoto režimu je modul I přepnut přepínačem 17 provozního režimu na žádost bloku 12 výpočetní logiky. V tomto režimu blok 12 výpočetní logiky předá data určená k vysílání transceiveru 14 a pomocí režimu vysílání na krátkou vzdálenost tato data předá ostatním modulům 1, které budou spolupracovat na tvarování vyzařovacího diagramu skupiny antén. Po odeslání dat ostatním modulům 1 transceíver 14 pomocí nosné vlny vytvořené generátorem 13 nosné vlny vytvoří vysílaný datový signál a pošle jej na anténu 18. Pomocí signálu z přepínače 17 provozního režimu je posouvač 16 fáze nastaven na nulový fázový posun a synchronizátor 15 fáze předává nosnou vlnu získanou z generátoru 13 nosné vlny prostřednictvím posouvače 16 fáze do transceiveru 14. Na požadavek přepínače 17 provozního režimu synchronizátor 15 fáze posílá na anténu j_8 synchronizační signál získaný od generátoru L3 nosné vlny.

Pátý režim umožňuje podporu vysílám na velkou vzdálenost, tedy vysílání mimo skupinu modulů 1. Do tohoto režimu je modul 1 přepnut přepínačem 17 provozního režimu na žádost bloku 12

-3CZ 23308 Ul výpočetní logiky. V tomto režimu blok 12 výpočetní logiky předá data určená k vysílání transceiveru _14. Tato data získá od řídicího modulu 1 pomocí přijímacího režimu s příjmem od blízkého modulu. Na žádost přepínače 17 provozního režimu synchronizátor 15 fáze vytvoří nosnou vlnu pomocí synchronizačního signálu přijatého anténou 18 a předá ji prostřednictvím posouvače 16 fáze do transceiveru 14 a ten pomocí ní vytvoří datový signál, který předá do antény 18. Pomocí signálu z přepínače 17 provozního režimu je posouvač J_6 fáze nastaven na nenulový fázový posun. Hodnota fázového posunuje získána od bloku 12 výpočetní logiky. Průmyslová využitelnost

Řešení je využitelné v široké oblasti radiové komunikace, kde požadovaný výkon na přenesení datového signálu převyšuje vysílaný výkon jednotlivé stanice. Typickým použitím jsou senzorové radiové sítě a radiové sítě s moduly s omezeným energetickým zdrojem. Řešení je použitelné při budování sítí v oblastech zasažených živelnou pohromou, armádních aplikacích, ve zdravotnictví a dalších aplikacích.