DE10011303A1 - Türanlage, Verfahren zum Betreiben einer Türanlage sowie Verwendung des OFDM-Verfahrens beim Betreiben einer Türanlage - Google Patents

Abstract

Nach der Erfindung wird bei einer Türanlage mit einer Türstation und einer Wohnungsstation sowohl in der Wohnungsstation als auch in der Türstation jeweils eine Schnittstelle eingesetzt, wodurch Unabhängigkeit im Hinblick auf eine Signalübertragungseinrichtung zwischen der Türstation und der Wohnungsstation erreicht wird. DOLLAR A Bevorzugt arbeitet die Schnittstelle nach dem OFDM-Verfahren (Orthogonal Frequency Division Multiplexing).

Description

Die Erfindung betrifft eine Türanlage mit mindestens ei­ ner Türstation und mindestens einer Wohnungsstation.

Die Türstation und die Wohnungsstation einer Türanlage müssen mit einer Signalübertragungseinrichtung miteinander verbunden sein, damit eine Kommunikation möglich ist. Unter Kommunikation wird in diesem Zusammenhang nicht nur eine Sprechverbindung, sondern auch beispielsweise eine Video-Ver­ bindung sowie der Austausch von Steuer- u. Meldesignalen, wie etwa des Rufsignals, eines Signals zum Einschalten einer Ka­ mera oder eines Monitors und dgl. verstanden.

Bei bekannten Türanlagen werden unterschiedliche Si­ gnalübertragungseinrichtungen verwendet. So ist z. B. eine Sternverdrahtung einer Türstation mit mehreren Wohnungsstatio­ nen bekannt. Es gibt auch Systeme, bei denen von der Türsta­ tion n + 1 Leitungen abgehen, wobei "n" die Zahl der Wohnungs­ stationen darstellt. Darüber hinaus werden teilweise auch Bus- Leitungen verwendet, die alle Türstationen mit allen Wohnungs­ stationen verbinden. Bei den Bus-Leitungen kann es sich bei­ spielsweise um Zweidraht-Busse handeln. Ein weiteres Beispiel für eine Signalübertragungseinrichtung in einer Türanlage ist das Stromnetz. Bei dieser Ausgestaltung werden die der Kommu­ nikation zwischen der Türstation und der Wohnungsstation die­ nenden Signale den (ohnehin in jedem Hause vorhandenen) Strom­ netz aufmoduliert. Bei dieser Lösung ist es nicht erforder­ lich, eigens für die Türanlage Leitungen zu verlegen. Den gleichen Vorteil bietet ein weiteres Beispiel für eine Si­ gnalübertragungseinrichtung, nämlich die Übertragung der Si­ gnale mittels Funks.

Bei herkömmlichen Türanlagen sind die Türstation einer­ seits und die Wohnungsstation andererseits auf die Signalüber­ tragungseinrichtung abgestimmt. Mit anderen Worten hat bei­ spielsweise im Falle des Zweidraht-Busses als Signalübertra­ gungseinrichtung ein von der Türstation abgegebenes Signal eine ganz bestimmte Form, nämlich eine Form, die dem Übertra­ gungsmedium Zweidraht-Bus entspricht. In einer solchen, dem Zweidraht-Bus entsprechenden Form kann das Signal aber nicht beispielsweise mittels einer Funkstrecke übertragen werden. Denn beispielsweise liegen die verwendbaren Frequenzbereiche für die Übertragung mittels eines Zweidraht-Busses einerseits und mittels einer Funkstrecke andererseits in unterschiedli­ chen Bereichen. Auch werden beispielsweise bei der Übertragung mittels eines Zweidraht-Busses einerseits und einer Funk­ strecke andererseits bei bekannten Türanlagen unterschiedliche Modulationsverfahren angewendet.

Die oben beschriebene Abstimmung der Türstation sowie der Wohnungsstation auf die Signalübertragungseinrichtung resul­ tiert in geringer Flexibilität sowie in der Notwendigkeit ei­ ner umfangreichen Lagerhaltung.

Die geringe Flexibilität ergibt sich daraus, daß bei ei­ ner vorhandenen Türanlage die Signalübertragungseinrichtung nicht einfach ausgetauscht werden kann, ohne auch die Türsta­ tion und die Wohnungsstation auszutauschen. Ein solcher Aus­ tausch kann aber beispielsweise dann erforderlich sein, wenn sich nach Inbetriebnahme der Türanlage herausstellt, daß eine ursprünglich installierte Funkstrecke aus irgendwelchen Grün­ den nicht störungsfrei arbeitet. Die Funkstrecke kann in einem solchen Fall nämlich nicht einfach beispielsweise gegen einen Zweidraht-Bus ausgetauscht werden, weil die ursprünglich im Zusammenhang mit der Funkstrecke vorgesehene Wohnungsstation und Türstation nicht auf den Zweidraht-Bus abgestimmt sind.

Darüber hinaus müssen mehrere Sorten Türstationen und Wohnungsstationen herstellerseitig vorgehalten werden, weil je nach gewünschter Art der Signalübertragungseinrichtung jeweils darauf abgestimmte Stationen zur Verfügung gestellt werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Türanlage der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß die Fle­ xibilität erhöht ist und die notwendige Lagerhaltung minimiert ist.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch ge­ löst, daß die Türstation und die Wohnungsstation jeweils eine Schnittstelle zum Anschluss an eine der Signalübertragung zwi­ schen der Türstation und der Wohnungsstation dienenden Si­ gnalübertragungseinrichtung aufweisen, wobei die Schnittstellen zum Anschluss an zwei, drei oder mehr unterschiedliche Si­ gnalübertragungseinrichtungen ausgelegt sind.

Da die Schnittstellen es ermöglichen, die Türstation und die Wohnungsstation zusammen mit zwei, drei oder mehr unter­ schiedlichen Signalübertragungseinrichtungen zu verwenden, ist ein Austausch der Signalübertragungseinrichtung ohne einen gleichzeitigen Austausch der Stationen möglich. Die Türanlage ist mithin flexibler als eine herkömmliche Türanlage.

Darüber hinaus kann flexibel auf Kundenwünsche oder tech­ nische Erfordernisse im Hinblick auf die Signalübertragungs­ einrichtung reagiert werden, ohne gleichzeitig auch eine ent­ sprechende Anzahl unterschiedlicher Wohnungsstationen und Türstationen bevorraten zu müssen.

Wie bereits oben erläutert, sind verschiedene Arten von Signalübertragungseinrichtungen bekannt. Prinzipiell ist er­ findungsgemäß vorgesehen, daß die Schnittstellen zum Anschluss an beliebige Signalübertragungseinrichtungen ausgelegt sind. Erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist aber vorgesehen, daß die Signalübertragungseinrichtung, auf die die Schnittstellen abgestimmt sind, ausgewählt ist aus einer Gruppe, die minde­ stens umfaßt:

• - eine Signalübertragungseinrichtung unter Einbeziehung ei­ ner Funkstrecke,
• - eine Signalübertragungseinrichtung unter Einbeziehung des Stromnetzes und
• - eine Signalübertragungseinrichtung unter Einbeziehung ei­ nes Zweidraht-Busses.

Die Schnittstellen können erfindungsgemäß beliebig ausge­ staltet sein, solange sie einen Anschluss an unterschiedliche Signalübertragungseinrichtungen ermöglichen. Erfindungsgemäß bevorzugt arbeiten die Schnittstellen jedoch digital. Dadurch werden eine geringe Störanfälligkeit sowie eine hohe Übertra­ gungssicherheit und eine hohe Übertragungsqualität gewährlei­ stet.

Aus der Funkkommunikation ist das sogenannte Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) bekannt. OFDM ist ein Übertragungsverfahren, das die zu sendenden Daten auf viele (N << 10) Trägerwellen aufteilt, die zur gleichen Zeit gesen­ det werden. Die Daten werden als Wellenzüge gesendet, deren Länge (Dauer) T_N beispielsweise 1 ms betragen kann. Die Länge T_N eines Wellenzugs heißt (Nutz-)Symboldauer. Die Frequenzen der Trägerwellen sind äquidistant über die gesamte verfügbare Bandbreite verteilt. Der Abstand der Trägerwellen auf der Fre­ quenzachse entspricht dem Kehrwert der Länge T_N der Wellen­ züge. Auf diese Weise gelingt es, die verfügbare Bandbreite optimal auszunutzen.

Die Trägerwellen können an Bergen oder großen Gebäuden reflektiert werden. Diese Echowellen überlagern sich kohärent mit der direkt übertragenen Trägerwelle. Dieser Effekt führt zu Empfangsstörungen, die Intersymbolinterferenz (Interferenz einander folgender Wellenzüge) genannt werden. Um diese Stö­ rung zu eliminieren, wird beim OFDM-Verfahren dem Wellenzug, der die zu empfangenden Signale überträgt, ein sogenanntes Guard-Intervall T_G vorangestellt. Ein typischer Wert für das Guard-Intervall ist 1/4 der Nutzsymboldauer T_N. Echosignale mit einer Umweglänge, welche das Produkt aus dem Guard-Inter­ vall T_G und der Lichtgeschwindigkeit c unterschreiten, würden innerhalb dieser Zeitspanne abklingen. Während des Guard-In­ tervalls wird nur redundante Information gesendet, d. h. es wird eine periodische Fortsetzung desjenigen Wellenzuges übertragen, welchem die Nutzdaten aufmoduliert werden. Der Empfän­ ger wertet nur das Nutzintervall aus. Eine korrekte Demodula­ tion ist nur möglich, wenn die Echo-Laufzeit kleiner als das Guard-Intervall ist. Offenkundig verringert das Guard-Inter­ vall die maximale Nutzdatenrate. Dies wird jedoch durch die gute spektrale Ausnutzung der verfügbaren Bandbreite durch das OFDM-Verfahren kompensiert. Prinzipiell könnte man während ei­ nes Guard-Intervalls eine Austastlücke einfügen. Im Hinblick auf die beträchtliche Abstrahlungsleistung eines Rundfunksen­ ders sind solche Signalsprünge aber nicht praktikabel.

Die Überlagerung der unterschiedlich verzögerten Übertra­ gungspfade eines Wellenzuges führt zu frequenzselektivem Ka­ nalverhalten. Die Zerlegung der verfügbaren Bandbreite in N Trägerwellen ermöglicht es, jeden Frequenzanteil mit einem Korrekturfaktor zu multiplizieren, der einer konstruktiven oder destruktiven Überlagerung eines Wellenzuges mit seinem eigenen Echo Rechnung trägt. Mit anderen Worten, OFDM ist so­ wohl gegen Intersymbolinterferenz als auch gegen frequenzse­ lektives Fading (Ausblenden) unempfindlich. Es werden Pilotsi­ gnale mitgesendet, nach deren Auswertung der Empfänger die Korrekturfaktoren berechnen kann. Im Falle einer Punkt-zu- Punkt-Datenübertragung könnte der Sender aufgrund der Rückmel­ dung des Empfängers bei Bedarf einige Trägerfrequenzen aus­ blenden. Bei DVB-T ist dies hingegen nicht möglich. Jeder Wel­ lenzug endlicher Länge T besitzt stets eine endliche spektrale Bandbreite. Sie ist, von einem Vorfaktor der Größenordnung 1 abgesehen, der Kehrwert des Zeitintervalls T. Das Frequenz­ spektrum der Trägerwellen ist also keineswegs scharf, wie es bei kontinuierlicher Abstrahlung zu erwarten wäre. Folglich überlappen die Frequenzspektren der N Trägerwellen einander. Um der Bedingung der Orthogonalität zu genügen, müssen die Spektralfunktionen genau an den Nullstellen ihrer Nachbarfunk­ tionen ihre Maxima annehmen. Auf diese Weise wird sicherge­ stellt, daß sich die Trägerwellen nicht gegenseitig beeinflussen. Zwei zeitabhängige Funktionen f(t) und g(t) nennt man or­ thogonal im Zeitintervall [0, T], wenn ihr Produkt, aufinte­ griert von 0 bis T, verschwindet.

Bevor die digitale Datenfolge gesendet werden kann, teilt sie ein Multiplexer in N Datenfolgen D_k(t) mit wesentlich kleinerer Taktrate auf. Über der Zeit aufgetragen sind diese Folgen "Rechtecksignale". Im Empfänger geschieht dies in umge­ kehrter Richtung. Da die Frequenzen der Trägerwellen äquidi­ stant sind, können beispielsweise die erprobten Algorithmen für die inverse schnelle Fourier-Transformation (IFFT) für die Frequenz-zu-Zeit-Konversion und die schnelle Fourier-Transfor­ mation (FFT) für die umgekehrte Richtung verwendet werden. Die erste Umwandlung (IFFT) geschieht im Sender, die zweite (FFT) im Empfänger.

Das Ausgangssignal des Senders y(t) hängt von allen N di­ gitalen Datenströmen D_k(t) ab:

Die Frequenzen der N Trägerwellen werden mit f_k bezeich­ net.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß das eigentlich zur Unterdrückung von Echo-Interferenzen entwickelte OFDM-Ver­ fahren die zwischen einer Wohnungsstation und einer Türstation auszutauschenden Signale in eine Form bringen kann, die eine Übertragung über ein nahezu beliebiges Medium erlaubt. Erfin­ dungsgemäß ist es daher bevorzugt, daß die Schnittstellen jeweils eine Einrichtung zum Ausführen eines OFDM-Übertragungs­ verfahrens aufweisen.

Neben der oben beschriebenen Türanlage betrifft die Er­ findung auch ein Verfahren zum Betreiben einer Türanlage mit mindestens einer Türstation, mindestens einer Wohnungsstation und mindestens einer Signalübertragungseinrichtung zum Über­ tragen von Signalen zwischen der Türstation und der Wohnungs­ station.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Signale vor der Übertragung einer Modulation nach dem OFDM-Verfahren und nach der Übertragung einer Demodulation nach dem OFDM-Verfahren un­ terzogen werden.

Wie bereits oben erläutert, wird dadurch erreicht, daß die Signale jeweils in einer Form an die Signalübertragungs­ einrichtung gegeben werden, die universell zum Übertragen ge­ eignet ist, so daß keine Abstimmung mehr auf die Signalüber­ tragungseinrichtung erforderlich ist.

Schließlich liegt im Rahmen der Erfindung die Verwendung des OFDM-Verfahrens zum Modulieren und Demodulieren von Signa­ len vor bzw. nach dem Übertragen über eine Signalübertragungs­ einrichtung zwischen einer Türstation und einer Wohnungssta­ tion einer Türanlage.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Sendezweiges ei­ ner Türanlage nach einem Ausführungsbei­ spiel der Erfindung und

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Empfangszweiges der genannten Türanlage.

Gemäß Fig. 1 sind in einer Türstation 10 ein Mikrofon 12, eine Kamera 14 sowie eine Schnittstelle 16 vorgesehen. Zu der Schnittstelle 16 gehören ein AD-Wandler 18, ein digitaler Si­ gnalprozessor (DSP) 20, ein DA-Wandler 22, ein Bandpass 24 so­ wie ein Verstärker 26. Zu dem digitalen Signalprozessor 20 zählen ein H320 Coder 28, der u. a. der Signalkompression dient, ein Seriell-Parallel-Umsetzer 30 sowie eine Einrichtung zur Durchführung der inversen diskreten Fourier-Transformation (IDFT) 32.

Die Schnittstelle 16 ist gemäß Fig. 1 an drei verschie­ dene Signalübertragungseinrichtungen angeschlossen, womit an­ gedeutet werden soll, daß die von der Schnittstelle 16 abgege­ benen Signale von unterschiedlichen Signalübertragungseinrich­ tungen weiterverarbeitet, d. h. an eine Wohnungsstation über­ tragen werden können. In der Praxis wird jedoch nur eine der drei Signalübertragungseinrichtungen verwendet werden, wenn­ gleich es theoretisch auch möglich ist, zwei oder mehr Si­ gnalübertragungseinrichtungen parallel zu betreiben.

Bei den Signalübertragungseinrichtungen handelt es sich zum einen um einen Funksignale aussendenden Sender 34. Zu dem Sender 34 gehören ein sich aus einem Trägerfrequenzgenerator 36 und einem Mischer 38 zusammensetzenden Up-Converter, ein Bandpass 40, ein Verstärker 42 sowie ein weiterer Bandpass 44, von dem aus das Signal an eine Antenne 46 geht.

Bei der zweiten Signalübertragungseinrichtung 48 wird Ge­ brauch gemacht von einem Stromnetz 50, in das das von der Schnittstelle 16 abgegebene Signal eingekoppelt wird. Die Ein­ koppelung erfolgt dabei beispielsweise durch einen Induktions- Koppler 52.

Als drittes Beispiel für eine Signalübertragungseinrich­ tung ist in Fig. 1 ein Zweidraht-Bus 54 gezeigt, in den das von der Schnittstelle 16 abgegebene Signal mittels eines Kopp­ lers 56 symmetrisch eingekoppelt wird. Der Zweidraht-Bus dient gleichzeitig auch zur Versorgung der Türanlage mit Gleichspan­ nung zur Energieversorgung.

Gemäß Fig. 2 ist eine Wohnungsstation 58 mit einem Moni­ tor 60, einem Lautsprecher 62 sowie einer Schnittstelle 64 versehen. Zu der Schnittstelle gehören ein DA-Wandler 66, ein digitaler Signalprozessor 68 sowie ein AD-Wandler 70. Der di­ gitale Signalprozessor 68 beinhaltet dabei einen H320 Decoder 72, der u. a. der Signal-Dekompression dient, eine Einrichtung 74 zum Ausführen der diskreten Fourier-Transformation sowie einen Seriell-Parallel-Umsetzer 76.

Die Schnittstelle 64 ist gemäß Fig. 2 an drei Signalüber­ tragungseinrichtungen 78, 80 u. 82 angeschlossen, die den Si­ gnalübertragungseinrichtungen 34, 48 bzw. 54 nach Fig. 1 ent­ sprechen, wobei in Fig. 1 jeweils der Sendeteil und in Fig. 2 jeweils der Empfangsteil gezeigt sind.

Die Baugruppe 78 beinhaltet eine Antenne 84, zwei Band­ pässe 86 u. 88 sowie einen Verstärker 90. Ein Trägerfrequenz­ generator 92 sowie ein Mischer 94 dienen als Down-Converter.

In der Baugruppe 80 in Fig. 2 ist wieder das Stromnetz 50 zu erkennen. Ferner gehört zu der Baugruppe 80 ein Induktions- Auskoppler 96 sowie ein Bandpassfilter 98.

Zu der Baugruppe 82 gehört ein symmetrischer Auskoppler 100 sowie ein weiterer Bandpassfilter 102.

Die Funktionsweise der in der Zeichnung dargestellten Türanlage ist wie folgt:

Ein von dem Mikrofon 12 oder der Kamera 14 erzeugtes Si­ gnal wird nach Analog-Digital-Wandlung dem digitalen Signal­ prozessor 20 zugeführt, wo nach der Kompression eine OFDM-Ver­ arbeitung stattfindet. Das aus der OFDM-Verarbeitung resultie­ rende Signal wird nach Digital-Analog-Umsetzung, Filterung und Verstärkung einer Signalübertragungseinrichtung zugeführt: Durch die OFDM-Verarbeitung hat es eine Form, mit der es wahl­ weise oder parallel über eine Funkstrecke, das Stromnetz oder einen Zweidraht-Bus an die Wohnungsstation 58 übertragen wer­ den kann. Dort wird es von der Schnittstelle 64 empfangen. Das empfangene Signal wird einer Analog-Digital-Umsetzung unterzo­ gen und danach von dem digitalen Signalprozessor 68 verarbei­ tet. Die Verarbeitung des digitalen Signalprozessors 68 stellt die der Modulation in dem digitalen Signalprozessor 20 komple­ mentäre Demodulation dar. Nach nachfolgender Digital-Analog- Wandlung wird das empfangene Signal dann in der Wohnungssta­ tion 58 dem Monitor 60 bzw. dem Lautsprecher 62 zugeführt.

Wie aus der obigen Beschreibung deutlich wird, kann dank der in den beiden digitalen Signalprozessoren 20 bzw. 68 durchgeführten Modulation/Demodulation an die Schnittstellen 16 bzw. 64 eine nahezu beliebige Signalübertragungseinrichtung angeschlossen werden, ohne daß es weiterer Anpassungen be­ dürfte. Dadurch sind die Türstation 10 und die Wohnungsstation 58 dazu in der Lage, mit nahezu jeder beliebigen Signalüber­ tragungseinrichtung zusammenzuarbeiten. Die Signalübertra­ gungseinrichtung wird austauschbar.

Schließlich sei der Vollständigkeit halber noch auf fol­ gendes hingewiesen. Die obigen Erläuterungen beziehen sich le­ diglich auf den Fall der Übertragung von Audio- u. Videosigna­ len von der Türstation 10 zur Wohnungsstation 58. Selbstver­ ständlich sind aber auf gleiche Weise auch andere Signale, wie beispielsweise ein Rufsignal von der Türstation 10 zu der Woh­ nungsstation 58 übertragbar.

Wenngleich dies in der Zeichnung nicht dargestellt ist, können selbstverständlich auch Signale in der anderen Richtung übertragen werden, d. h. von der Wohnungsstation 58 zu der Türstation 10. Wiederum kann es sich auch bei diesen Signalen nicht nur um Audio- u. Videosignale, sondern auch um Steuer- und/oder Meldesignale handeln.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen so­ wie der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Ver­ wirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungs­ formen wesentlich sein.

Claims (6)

1. Türanlage mit
mindestens einer Türstation (10) und
mindestens einer Wohnungsstation (58),
dadurch gekennzeichnet, daß
die Türstation (10) und die Wohnungsstation (58) jeweils eine Schnittstelle (16, 64) zum Anschluss an eine der Si­ gnalübertragung zwischen der Türstation (10) und der Wohnungs­ staion (58) dienenden Signalübertragungseinrichtung (34, 48, 54, 78, 80, 82) aufweisen, wobei
die Schnittstellen (16, 64) zum Anschluss an zwei, drei oder mehr unterschiedliche Signalübertragungseinrichtungen (34, 48, 54, 78, 80, 82) ausgelegt sind.

2. Türanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalübertragungseinrichtungen (34, 48, 54, 78, 80, 82) ausgewählt sind aus einer Gruppe, die mindestens umfaßt:

• - eine Signalübertragungseinrichtung (34, 78) unter Einbe­ ziehung einer Funkstrecke,
• - eine Signalübertragungseinrichtung (48, 80) unter Einbe­ ziehung des Stromnetzes (50) und
• - eine Signalübertragungseinrichtung (54, 82) unter Einbe­ ziehung eines Zweidraht-Busses.

3. Türanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstellen (16, 64) digital arbeiten.

4. Türanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstellen (16, 64) jeweils eine Einrichtung (20, 68) zum Ausführen eines OFDM-Übertragungsver­ fahrens aufweisen.

5. Verfahren zum Betreiben einer Türanlage mit
mindestens einer Türstation (10),
mindestens einer Wohnungsstation (58) und
mindestens einer Signalübertragungseinrichtung (34, 48, 54, 78, 80, 82) zum Übertragen von Signalen zwischen der Türstation (10) und der Wohnungsstation (58),
dadurch gekennzeichnet, daß
die Signale vor der Übertragung einer Modulation nach dem OFDM-Verfahren und nach der Übertragung einer Demodulation nach dem OFDM-Verfahren unterzogen werden.

6. Verwendung des OFDM-Verfahrens zum Modulieren und Demodu­ lieren von Signalen vor bzw. nach dem Übertragen über eine Si­ gnalübertragungseinrichtung (34, 48, 54, 78, 80, 82) zwischen einer Türstation (10) und einer Wohnungsstation (58) einer Türanlage.