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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Signalsuche bei einem Mehrkanalfunkempfänger in
einer Umgebung mit Störsignalen
bei dem wenigstens zwei unterschiedliche Datensignale auf wenigstens
einem physikalischen Kanal eines Funksystems an einen gemeinsamen
Empfänger übertragen
werden.
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Moderne
Funksysteme, z. B. im Kraftfahrzeug-Bereich für die Zugangskontrolle und
die Reifenluftdruckkontrolle, benutzen mehrere physikalische Kanäle zur Datenübertragung.
Ein physikalischer Kanal definiert sich dabei durch mindestens einen
unterschiedlichen Parameter z. B. durch die Frequenz, die Modulation, evtl.
auch die Datenrate oder das Protokoll-Format. Einerseits können unterschiedliche
physikalische Kanäle für verschiedene
Funktionen benutzt werden, z. B. eine Funkzentralverriegelung, auch
als Remote Keyless Entry (RKE) bekannt oder ein Reifendruck-Kontrollsystem,
auch als Tire Pressure Monitoring System (TPMS) bekannt. Andererseits
können
die Daten für
eine Funktion aus Redundanzgründen
auf mehreren physikalischen Kanälen übertragen
werden, z. B. bei einem Mehrkanalsystem, bei dem eine mehrfache Übertragung der
gleichen Daten auf verschiedenen Frequenzen stattfindet. Aus Kostengründen ist
es vorteilhaft, für
den Empfang dieser Funktionen mit mehreren physikalischen Kanälen nur
eine Empfangseinheit zu verwenden. Diese Empfangseinheit sucht,
typischerweise sequentiell, die physikalischen Kanäle nach
gültigen
Signalen ab. Diese Signalsuche tritt z. B. dann auf, wenn der Empfänger periodisch
für kurze
Zeit zur Signalsuche aktiviert wird, um Strom zu sparen, das auch
unter dem Begriff "Polling" bekannt ist. Das
Kriterium für
ein gültiges Signal,
das Signalkriterium, beruht auf der Erkennung einer oder mehrer
Signaleigenschaften, z. B. der Signalstärke, die üblicherweise durch den Radio
Signal Strength Indicator (RSSI) charakterisiert ist. Weitere Signaleigenschaften
sind die Datenrate, die Datenco dierung, z. B. Manchester Codierung,
die Datensequenzen, z. B. "Pattern" oder "alternierende Bits", die Modulationseigenschaften,
z. B. FSK-Hub und/oder die Signalmuster, z. B. Korrelation auf PN-Sequenzen
bei Spread-Spectrum-Systemen.
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Erkennt
der Empfänger
auf einem physikalischen Kanal ein gültiges Signalkriterium, so
wird die Signalsuche beendet und die Datenrahmen-Suche eingeleitet,
um auf dem relevanten physikalischen Kanal die Nutzdaten zu empfangen.
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Es
kann der Fall eintreten, dass fälschlicherweise
ein Signalkriterium erkannt wird, obwohl kein gültiges Signal vorliegt. Dieser
so genannte False-Alarm kann z. B. durch Rauschen, aber auch durch
andere Signalquellen oder Störer
hervorgerufen werden.
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Dies
sei nachfolgend anhand der 1 und 2 weiter
ausgeführt.
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Darin
zeigen schematisch:
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1 das
Empfängerverhalten
bei Störsignalen
nach dem Stand der Technik; und
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2 den
Stromverbrauch des Empfängers
bei Störsignalen
in dem bekannten Verfahren nach 1.
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1 zeigt
schematisch die Übertragungskanäle 1 und 2 mit
beispielsweise einem auf dem Übertragungskanal 1 anliegenden
Störsignal 4 und
auf dem Übertragungskanal 2 anliegenden
Nutzsignalen 5a, 5b und 5c, bestehend
aus einem Wake-Up-Block 5a, der zur Signalsuche benutzt
wird, und den Nutzdaten 5b und 5c, für die eine
Datenrahmensuche statt findet. Es wird ein Empfängerverhalten 3 dargestellt,
einerseits ohne den Einfluss von Störsignalen 6 und andererseits
mit dem Einfluss von Störsignalen 6a.
Der Empfänger ist
die meiste Zeit damit beschäftigt,
eine vergebliche Datenrahmensuche auf Kanal 1 für die Signale 6a durchzuführen. Das
Problem besteht nun darin, dass bei ständigen False-Alarm-Signalen
auf einem oder mehreren physikalischen Kanälen, z. B. auf Kanal 1 oder 2,
der Empfänger
permanent versucht, auf dem falschen Kanal durch vergebliche Datenrahmen-Suche
Nutzdaten 5b, 5c einzulesen, während die restlichen Kanäle von der Signalsuche
ausgeschlossen bleiben. Die Zeit bis zur Erkennung eines False-Alarms ist dabei
protokollabhängig,
im Allgemeinen aber größer als
die Periodendauer des Pollings. Zum einen werden also während der
Zeit bis zur Erkennung eines False-Alarms Nutzsignale 5b, 5c auf
den verbleibenden Kanälen
nicht erkannt und somit nicht eingelesen. Andererseits wird durch
die ständige
Aktivierung des Empfängers
für die
Datenrahmen-Suche ein periodisches Polling unterbunden, wodurch
der durchschnittliche Stromverbrauch signifikant steigt.
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2 zeigt
schematisch den Stromverbrauch bei einem Signalverlauf gemäß 1.
Dargestellt ist der zeitlich abhängige
Stromverbrauch 7 und der durchschnittliche Stromverbrauch 8,
abhängig
davon, ob gerade ein Signal über
die Empfangseinheit eingelesen wird oder nicht. Der Durchschnittsstrom,
den der Empfänger
aufnimmt, ist auf Grund der ständigen
Datenrahmensuche sehr hoch und grenzt an den kontinuierlichen Aktiv-Strom IRx-Run.
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Die
in 1 und 2 beschriebenen Situationen
treten in erster Linie bei Vorhandensein von Störsignalen, speziell dauerhaften
Störsignalen,
auf, die ähnliche
Signaleigenschaften besitzen wie das eigentliche Nutzsignal. Derartige
Störsignale
werden im Folgenden kritische Störer
genannt.
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Das
Problem ist im Allgemeinen unabhängig
von dem Nutzsignalpegel auf den nicht gestörten Kanälen, d. h. bereits ein Störer an der
Empfindlichkeitsgrenze kann einen kritischen Störer darstellen.
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Aus
der
EP 0 926 021 A2 ist
ein "Security System" bekannt. Zum einen
geht es um die Reduzierung der Empfängerempfindlichkeit in einem
bestimmten Kanal, zum anderen um die komplette Einstellung des Empfangs
in einem bestimmten Kanal.
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Aus
der
GB 23 38 866 A ist
ein Verfahren zur Identifizierung der nächstliegenden Basisstation
bekannt. Dabei überwacht
eine mobile Einheit die empfangenen Parametersignale einer Basisstation
und führt
nur dann eine Abtastung weiterer Basisstationen durch, wenn durch
die Parameter indiziert wird, dass die Signalstärke der vorhandenen Basisstation
nicht mehr ausreichend ist.
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Aus
der
US 2004/0132410
A1 ist ein Verfahren zur Identifizierung eines Störsenders
in einem Radiokommunikationsband bekannt. Beispielsweise werden
die Informationen von bekannten Störsendern genutzt, um schneller
den aktuellen Störsender
zu identifizieren.
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Aus
der
DE 693 30 753
T2 ist ein drahtloses System mit niedriger Leistung für Telefondienste
bekannt. Dabei wird eine Funkverbindung einer Zelle eines kleinen
Telefonsystems mit einem mobilen Telefongerät hergestellt. Dabei wird der
entsprechende Funkfrequenzkanal unter einer Vielzahl von Kanälen in Abhängigkeit von
der Position des Mobilfunkgerätes
und der Sendefeldstärke
ausgewählt.
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Nachteilig
ist hierbei, dass diese Lösungsansätze unvollständig sind,
weil nur die Aktivierung einer Gegenmaßnahme beschrieben wird, aber
kein Mechanismus genannt wird, mit dem ein Empfang auf den entsprechenden
Kanälen
wieder ermöglicht
wird.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum sicheren Datenempfang von Funksignalen vorzuschlagen, mit dem
im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte Unterscheidung von
Störsignalen
und Nutzsignalen erreicht werden kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte
Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinan der
eingesetzt werden können,
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beschreibt ein Verfahren, mit dem die False-Alarm-Signale von
kritischen Störern
umgangen oder zumindest signifikant reduziert werden und damit die
Zuverlässigkeit
und Verfügbarkeit
der Datenübertragung
bei Vorhandensein von kritischen Störern stark gesteigert wird,
sowie ein erhöhter
Empfänger-Stromverbrauch
unterbunden wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
umfasst folgende Schritte:
- – Es wird die Signalsuche auf
einem bestimmten Kanal betrachtet, die typischerweise Bestandteil
einer sequentiellen Suche auf mehreren Kanälen ist;
- – Es
wird nach einem Signalkriterium gesucht und der RSSI-Wert für den Kanal
x gemessen;
- – bei
der Erkennung eines Signalkriteriums wird der gemessene RSSI-Wert
mit dem aktuellen RSSI-Schwellwert
verglichen;
bei Nicht-Erkennung eines Signalkriteriums
wird mit der Signalsuche fortgefahren; - – bei einer Überschreitung
des RSSI-Schwellwerts erkennt das System, dass ein Nutzsignal vorliegt;
- – der
Empfänger
wechselt von der Signalsuche zur Datenrahmensuche;
- – bei
Unterschreitung des RSSI-Schwellwerts erkennt das System, dass ein
Störsignal
vorliegt;
- – nach
der Identifizierung eines Störsignals
wird der RSSI-Schwellwert an die Störquelle angepasst und die Signalsuche
fortgesetzt;
- – bei
erfolgreicher Datenrahmen-Suche werden die Nutzdaten eingelesen
und
- – bei
nicht erfolgreicher Datenrahmen-Suche wird eine Störquelle
identifiziert und der RSSI-Schwellwert an die Amplitude der Störquelle
angepasst.
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Die
aus der Erfindung resultierenden Vorteile ergeben sich durch eine
adaptive Auslegung des Schwellwerts in Bezug auf das Störsignal.
Dadurch ergibt sich eine schnelle Regelung, eine kurze Ansprechzeit,
sowie weiterhin eine Verfügbarkeit
des Kanals für
ein Nutzsignal > Störsignal.
Ein weiterer Vorteil ist der geringe Stromverbrauch im gestörten Umfeld,
da bei Vorhandensein eines Störers
durch die Schwellwertregelung keine unnötige Nutzsignalsuche stattfindet.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen erläutert.
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Darin
zeigen schematisch:
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3 ein
Ablaufdiagramm bei Durchführung
eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
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4 das
erfindungsgemäße Verfahren
anhand eines Zweikanalsystems mit angepasstem RSSI-Schwellwert;
und
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5 den
Stromverbrauch bei einem Zweikanalsystem; und
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6 das
erfindungsgemäße Verfahren
anhand eines Zweikanalsystems nach 4 mit angepasstem
RSSI-Schwellwertbereich.
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Bei
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
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3 zeigt
schematisch das Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Datenübertragung
mit Funksystemen, mit folgenden Schritten:
Es wird die Signalsuche
auf einem bestimmten Kanal x betrachtet, die typischerweise Bestandteil
einer sequentiellen Suche auf mehreren Kanälen ist. Zum Beispiel könnte x der
erste Kanal bei einer sequentiellen Suche von 2 Kanälen sein.
Es wird nach einem Signalkriterium gesucht, z. B. nach einem Bit-Pattern
mit alternierenden Bits. Gleichzeitig wird der RSSI-Wert für den Kanal
x ermittelt.
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Wurde
ein Signalkriterium erkannt, wird der gemessene RSSI-Wert gegen einen
aktuellen RSSI-Schwellwert im Kanal x verglichen.
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Wurde
kein Signalkriterium erkannt, wird mit der Signalsuche fortgefahren
(z. B. im nächsten
Kanal x + 1), nachdem der Schwellwert für den Kanal x gemäß eines
Regel-Algorithmus aktualisiert wurde. Bei Nicht-Erkennung eines
Signal-Kriteriums würde
der Schwellwert typischerweise reduziert werden, z. B. durch sofortiges
Löschen
oder schrittweises Zurücknehmen
des Schwellwerts. Der genaue Regel-Algorithmus kann von mehreren
Randbedingungen abhängen,
z. B. von der Protokoll-Struktur.
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Wurde
beim Vergleich von gemessenem RSSI-Wert und aktuellem RSSI-Schwellwert
die Schwelle überschritten,
wird davon ausgegangen, dass tatsächlich ein gültiges Signal
vorliegt und der Empfänger
wechselt von der Signalsuche zur Datenrahmensuche auf Kanal x.
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Wurde
beim Vergleich von gemessenem RSSI-Wert und aktuellem RSSI-Schwellwert
die Schwelle nicht überschritten,
so wird davon ausgegangen, dass ein "kritischer Störer" vorliegt und es wird – nach Aktualisierung
der RSSI-Schwelle – mit
der Signalsuche fortgefahren. Wesentlich ist, dass in diesem Fall
der Schwellwert so aktualisiert wird, dass er an den Pegel des "kritischen Störers" adaptiert ist. Typischerweise wird
die Schwelle gleich dem gemessenen RSSI-Wert plus einen Puffer,
z. B. 6 dB, gewählt.
Der Puffer orientiert sich vorteilhafterweise an dem notwendigen
S/N-Verhältnis
für den
Empfang.
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Bei
erfolgreicher Datenrahmen-Suche werden die Nutzdaten eingelesen.
Nach Beendigung des Datenrahmen-Empfangs kann wieder eine Aktualisierung
der Schwelle stattfinden.
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Bleibt
die Datenrahmen-Suche erfolglos, so muss wieder von einem kritischen
Störer
ausgegangen werden und die Schwellwert-Regelung findet analog zur
bereits erwähnten
Aktualisierung der RSSI-Schwelle statt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
benutzt mindestens eines der folgenden Merkmale:
- – Deaktivierung
des gestörten
Kanals, bzw. Ignorieren der Signale in diesem Kanal
- – Ändern der
Suchreihenfolge, um nicht gestörten
Kanälen
Vorrang zu geben
- – Generelles
Durchsuchen aller Kanäle
mit anschließender
Klassifizierung der Güte
der Signalerkennung auf den verschiedenen Kanälen und Entscheidung für den Kanal
mit der besten Signalgüte.
- – Reduzierung
der Empfindlichkeit des Empfängers,
wobei der Wert der Reduzierung fix sein kann oder einem Algorithmus
folgt.
- – Setzen
eines RSSI-Schwellwerts, der entweder fix sein kann oder einem Algorithmus
folgt.
- – Setzen
eines "intelligenten" RSSI-Schwellwerts,
der sich adaptiv am Störpegel
orientiert. Insbesondere führt
dieses Merkmal zu einem besonders vorteilhaften Mechanismus gegen
kritische Störer.
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4 zeigt,
analog zum Signalverlauf gemäß 1,
schematisch ein Polling mit Signalsuche für 2 Kanäle 1 und 2,
wobei auf Kanal 1 ein kritischer Störer 4 auftritt, währenddessen
auf Kanal 2 ein Nutzsignal 5b, 5c empfangen
werden soll. Man erkennt, dass durch die auf den Störer 4 angepasste
Schwellwert-Regelung ein "Hängenbleiben" auf Kanal 1 verhindert
wird und das Nutzsignal 5b, 5c auf Kanal 2 erfolgreich
empfangen werden kann. Weiterhin ist der aktuelle RSSI-Schwellwert 9 und
der gemessene RSSI-Wert 10 dargestellt.
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Des
Weiteren ist ein beispielhafter zeitlicher Ablauf zur Signalerkennung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
dargestellt:
| t1–t2: | Signalsuche
Kanal 1 und RSSI-Messung => kein Signalkriterium erkannt. |
| t2–t3: | Signalsuche
Kanal 2 und RSSI-Messung => kein Signalkriterium erkannt. |
| t7–t8: | Signalsuche
Kanal 1 und RSSI-Messung. |
| t8: | Signalkriterium
erkannt und gemessener RSSI-Wert 10 größer als der RSSI-Schwellwert 9 => Datenrahmensuche. |
| t8–t9: | Datenrahmensuche. |
| t9: | Kein
Datenrahmen gefunden => RSSI-Schwellwert 9 auf
den gemessenen RSSI-Wert 10 des Störsignals 4 anpassen,
ggf. unter Maßgabe
eines Algorithmus. |
| t10–t11: | Signalsuche
Kanal 1 und RSSI-Messung. |
| t11: | Signalkriterium
erkannt, jedoch ist gemessener RSSI-Pegel 10 kleiner als
RSSI-Schwellwert 9 => sofortige
Fortsetzung der Signalsuche auf Kanal 2 und keine Datenrahmensuche
auf Kanal 1. |
| t11–t12: | Signalsuche
auf Kanal 2 und RSSI-Messung. |
| t12: | Signalkriterium
erkannt und gemessener RSSI-Wert 10 größer als der RSSI-Schwellwert 9 => Datenrahmensuche. |
| t13: | Datenrahmen
gefunden => Einlesen
der Nutzdaten 5b, 5c. |
| t13–t14: | Einlesen
der Nutzdaten 5b, 5c. |
| t15–t16: | Signalsuche
Kanal 1 und RSSI-Messung => kein Signalkriterium erkannt => RSSI-Schwellwert 9 für Kanal 1 anpassen. |
| t16–t17: | Signalsuche
Kanal 2 und RSSI-Messung. |
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5 zeigt
den Stromverbrauch für
das Ablaufdiagramm gemäß 4.
Man erkennt, dass durch die auf den Störer 4 angepasste Schwellwert-Regelung
ein permanentes "Hängenbleiben" auf Kanal 1 verhindert wird
und somit die Stromaufnahme 8, unter Vernachlässigung
einer initialen Erkennung des kritischen Störers 4, im Vergleich
zum ungestörten
Fall praktisch nicht steigt.
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6 zeigt
analog zur 4 schematisch ein Polling mit
Signalsuche für
2 Kanäle 1 und 2,
wobei auf Kanal 1 ein kritischer Störer 4 auftritt, währenddessen
auf Kanal 2 das Nutzsignal 5b, 5c empfangen
werden soll. Man erkennt, dass durch die auf den Störer 4 angepasste
Schwellwert-Regelung ein "Hängenbleiben" auf Kanal 1 verhindert
wird und das Nutzsignal auf Kanal 2 erfolgreich empfangen
werden kann. Weiterhin ist der aktuelle RSSI-Schwellwert 9 und
der gemessene RSSI-Wert 10 dargestellt.
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Des
Weiteren ist ein beispielhafter zeitlicher Ablauf zur Signalerkennung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
dargestellt:
| t1'–t2': | Signalsuche
Kanal 1 und RSSI-Messung => kein Signalkriterium erkannt. |
| t2'–t3': | Signalsuche
Kanal 2 und RSSI-Messung => kein Signalkriterium erkannt. |
| t4'–t5': | Signalsuche
Kanal 1 und RSSI-Messung. |
| t5': | Signalkriterium
erkannt und gemessener RSSI-Wert 10 größer als der RSSI-Schwellwert 9 => Datenrahmensuche. |
| t5'–t6': | Datenrahmensuche. |
| t6': | Kein
Datenrahmen gefunden => RSSI-Schwellwert 9 auf
den gemessenen RSSI-Wert 10 des Störsignals anpassen, ggf. unter
Maßgabe
eines Algorithmus. |
| t7'–t8': | Signalsuche
Kanal 1 und RSSI-Messung. |
| t8': | Signalkriterium
erkannt, gemessener RSSI-Pegel 10 liegt innerhalb des RSSI-Schwellwert-Fensters 9a, 9b => sofortige Fortsetzung
der Signalsuche auf Kanal 2 und keine Datenrahmensuche
auf Kanal 1. |
| t8'–t9': | Signalsuche
auf Kanal 2 und RSSI-Messung => kein Signalkriterium erkannt. |
| t10'–t11': | Signalsuche
auf Kanal 1 und RSSI-Messung. |
| t11': | Signalkriterium
erkannt und gemessener RSSI-Wert 10 liegt außerhalb
des RSSI-Schwellwert-Fensters 9a, 9b => Datenrahmensuche. |
| t12': | Datenrahmen
gefunden => Einlesen
der Nutzdaten 5b, 5c. |
| t12'–t13': | Einlesender
Nutzdaten 5b, 5c. |
| t14'–t15': | Signalsuche
Kanal 1 und RSSI-Messung. |
| t15': | Signalkriterium
erkannt, gemessener RSSI-Pegel 10 liegt innerhalb des RSSI-Schwellwert-Fensters 9a, 9b für Kanal 1 anpassen. |
| t16'–t17': | Signalsuche
Kanal 2 und RSSI-Messung => kein Signalkriterium erkannt. |
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Die
vorliegende Erfindung eignet sich besonders für Funkübertragungssysteme in Kraftfahrzeugen
zur Realisierung der RKE- und
TPMS-Funktionen, und für
Mehrkanalübertragungen,
wie sie auch bei Remote-Metering und Remote-Control-Systemen zu
finden sind.