DE19927845A1

DE19927845A1 - Verfahren zur Funkübertragung von Daten und Endgerät hierzu

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Publication number: DE19927845A1
Application number: DE1999127845
Authority: DE
Original assignee: SICAN GmbH
Current assignee: Sci Worx GmbH
Priority date: 1999-06-18
Filing date: 1999-06-18
Publication date: 2001-01-04

Abstract

Es ist ein Verfahren zur Funkübertragung von Daten (2) mehrerer Endgeräte (1) an eine Basisstation im Zeitschlitzverfahren beschrieben, wobei die Endgeräte (1) nacheinander in festgelegten Zeitintervallen Daten (2) auf einen gemeinsamen Funkkanal zur Basisstation übertragen, bei dem DOLLAR A a) Verzögerungszeiten für jedes Endgerät (1) festgelegt werden, DOLLAR A b) Synchronisationsimpulse von der Basisstation an die Endgeräte (1) gesendet werden, DOLLAR A c) die Endgeräte (1) nach dem Synchronisationsimpuls unverzögert um die jeweilige Verzögerungszeit Daten (2) übertragen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funkübertragung von Daten mehrerer Endgeräte an eine Basisstation im Zeitschlitzver fahren, wobei die Endgeräte nacheinander in festgelegten Zeit intervallen Daten auf einem gemeinsamen Funkkanal zur Basissta tion übertragen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Endgerät zur Funkübertragung von Daten an eine Basisstation im Zeit schlitzverfahren mit einem Empfangsbaustein und einem Sendebau stein.

Zur Einsparung langer Kabelwege und zum kostengünstigen Aufbau eines Datennetzes ist es bekannt, Daten von mehreren entfernt und verteilt angeordneten Endgeräten an eine Zentrale per Funk zu übertragen. Die Daten können z. B. Meßdaten, Steuerungsdaten oder Überwachungsdaten sein, die an einem Meßort aufgenommen und in einer Zentrale ausgewertet werden. Andwendungsgebiete sind beispielsweise Wasser- und Abwassernetze, Energieversorgungsnet ze, Beobachtungsstationen für Umweltdaten und Überwachungsanla gen. Es ist allgemein bekannt, die Daten auf einer gemeinsamen Betriebsfrequenz zu übertragen, wobei jedem Endgerät Zeitschlit ze zur Datenübertragung zur Verfügung gestellt werden. Die Endgeräte können somit intervallweise in festgelegten Abständen Datenpakete an die Zentrale übermitteln.

Bei dem Zeitschlitzverfahren, auch Zeitmultiplexverfahren ge nannt, ist es erforderlich, daß die Endgeräte synchronisiert werden, um den jeweiligen Zeitschlitz exakt festzulegen.

Es sind Datenfunkgeräte bekannt, die nach dem Zeitschlitzver fahren arbeiten und über das amtliche Zeitnormal synchronisiert werden, das von dem Sender der physikalisch technischen Bundes anstalt Braunschweig (DCF 77) ausgestrahlt wird. Hierzu ist nachteilig ein Funkempfänger für dieses amtliche Zeitnormal er forderlich. Zudem ist der Energiebedarf relativ groß.

Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Funküber tragung von Daten mehrerer Endgeräte an eine Basisstation im Zeitschlitzverfahren anzugeben, das kostengünstig, zuverlässig und energiesparend ausgeführt werden kann.

Das Verfahren wird gemäß Patentanspruch 1 dadurch gelöst, daß Verzögerungszeiten für jedes Endgerät festgelegt werden, Synchronisationsimpulse von der Basisstation an die Endgeräte gesendet werden, die Endgeräte nach Empfang eines Synchronisa tionsimpulses und einer Verzögerung um die jeweilige Verzöge rungszeit Daten an die Basisstation übertragen.

Es wird somit im Unterschied zu herkömmlichen Verfahren vorge schlagen, die Endgeräte auf ein Synchronisationssignal zu syn chronisieren, das von der Basisstation an die Endgeräte übertra gen wird. Dies hat den Vorteil, daß die Endgeräte optimal ge steuert werden können, indem z. B. die Zeitfenster an die Anzahl der Endgeräte angepaßt werden.

Es ist vorteilhaft, die Endgeräte nach der Datenübertragung in einen Wartemodus, d. h. einen Stand-by-Betrieb, zu bringen und sie wieder in den vollständigen Betriebszustand zu versetzen, nachdem ein Synchronisationsimpuls empfangen wurde.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Endgeräte jeweils eine Identifikationsnummer und einen Sicherheitscode zur Datensich erung zusammen mit dem Datenpaket an die Basisstation senden. Damit kann das Datenpaket in der Basisstation zuverlässig dem Endgerät zugeordnet werden. Mit dem Sicherheitscode kann z. B. die Vollständigkeit des Datenpakets und mögliche Fehler bei der Datenübertragung erkannt werden. Weiterhin können die Datenpa kete verschlüsselt übertragen werden, wobei der Sicherheitscode zur Entschlüsselung verwendet wird.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn jedem Endgerät mindestens zwei Sendefrequenzen zugeordnet werden. Dann kann mit einem Sen deimpuls von der Basisstation ein Umschalten zwischen den Sende frequenzen erfolgen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn bestimmte Frequenzkanäle gestört sind. Die Endgeräte sollten hierbei auf einer festen Empfangsfrequenz arbeiten. Dann können die Endgeräte in Gruppen aufgeteilt werden, wobei sich eine Gruppe jeweils eine Sendefrequenz im Zeitschlitzverfahren teilt. Die einzelnen Gruppen können jeweils durch Sendeimpulse von der Basisstation getrennt angesteuert werden, indem die Basisstation für jede Gruppe den Synchronisationsimpuls auf der entsprechen den Empfangsfrequenz des Endgeräts aussendet.

Das Umschalten zwischen den mehreren Sendefrequenzen der Endge räte kann z. B. durch einen doppelten Synchronisationsimpuls er folgen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung war es, ein Endgerät zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen. Das Endgerät ist gemäß Patentanspruch 9 gekennzeichnet durch eine Verzögerung zum ver zögerten Aktivieren des Sendebausteins, um Daten in einem Zeit schlitz zu übertragen, der durch den Synchronisationsimpuls und eine Verzögerungszeit bestimmt ist.

Erfindungsgemäß wird somit das Endgerät durch den Synchronisa tionsimpuls synchronisiert und der Zeitschlitz durch die Verzö gerungseinrichtung gesteuert, in der für jedes Endgerät eine bestimmte Verzögerungszeit festgelegt ist. Durch unterschied liche Verzögerungszeiten können die Endgeräte somit nacheinander in ihren Zeitschlitzen senden, wobei die Intervalle durch den Synchronisationsimpuls festgelegt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnun gen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Blockdiagramm eines Endgeräts zur Funkübertragung von Daten;

Fig. 2 Zeitdiagramm für den Synchronisationsimpuls und mit Zeitschlitzen für die Endgeräte.

Die Fig. 1 läßt ein Blockschaltbild eines Endgerätes 1 zur Funkübertragung von Daten 2 an eine Basisstation erkennen. Das Endgerät 1 hat einen Empfangsbaustein 3 mit einem Schwingkreis aus einer Empfangsinduktivität 4 und einem Empfangskondensator 5. Das Endgerät 1 ist vorzugsweise als integrierter Baustein ausgeführt, wobei die Induktivität in den Leadframe für den Chip integriert ist. Hierzu sind in dem Leadframe spulenförmige Lei terbahnen ausgebildet. Der Kondensator 5 ist vorzugsweise pro grammierbar, wobei mehrere Kondensatoren wahlweise parallel ge schaltet werden können, um somit die Kapazität zu verändern.

Die Fig. 1 läßt erkennen, daß das Endgerät 1 eine Steuereinheit 6 hat, die durch einen Synchronisationsimpuls geschaltet wird, der von der Basisstation ausgesendet und von dem Empfangsbau stein 3 empfangen wird. Der Synchronisationsimpuls sollte ein relativ starker Impuls sein, damit er in einem Empfänger mit niedriger Empfindlichkeit und niedrigerm Stromverbrauch emfpan gen werden kann. Der Impuls wird so kurz gesendet, daß seine mittlere Energie sehr niedrig bleibt, um fremde Systeme nicht zu stören. Die Steuereinheit 6 ist mit den restlichen Schaltungselementen des Endgerätes 1 verbunden, um diese einzu schalten, sobald der Synchronisationsimpuls empfangen wurde.

Das Endgerät 1 hat weiterhin einen Sendebaustein 7 mit einer Sendeinduktivität 8 und einem Sendekondensator 9. Es ist eine Verzögerungseinrichtung 10 vorgesehen, die den Sendebaustein 7 aktiviert und die Funkdatenübertragung einleitet, nachdem der Sychronisationsimpuls empfangen wurde und eine für das Endgerät 1 definierte Verzögerungszeit abgelaufen ist. Die Daten 2 werden in dem Zeitschlitz, der durch den Synchronisationsimpuls und die Verzögerungszeit festgelegt ist sowie eine definierte Länge auf weist, von dem Sendebaustein 7 an die Basisstation übertragen. Zur Festlegung der Sendefrequenz FS ist der Sendekondensator 9 ebenfalls als Kondensatorarray programmierbar ausgeführt und kann bedarfsweise gesteuert werden. Hierdurch kann die Sendefre quenz FS z. B. bei Empfang eines doppelten Synchronisationsimpul ses auf eine andere definierte Sendefrequenz FS umgeschaltet werden.

Der dargestellte Schwingkreis des Empfangsbausteins 3, der aus der Empfangsinduktivität 4 und dem Empfangskondensator 5 be steht, kann im Sendebetrieb als Ausgangsantennenkreis verwendet werden.

Das Endgerät 1 ist programmierbar, wobei die Empfangsfrequenzen FE z. B. auf 10 Frequenzen mit Hilfe der programmierbaren Empfangskondensatoren 5 eingestellt werden können. Pro Empfangs frequenz FE können vorzugsweise 2 Sendefrequenzen festgelegt werden, zwischen denen umgeschaltet werden kann. Hierdurch kön nen die Endgeräte 1 in 10 Gruppen aufgeteilt werden, die sich jeweils eine Empfangsfrequenz FE und eine Sendefrequenz FS tei len. Die Basisstation ist dadurch in der Lage, jede Gruppe durch die bestimmte Empfangsfrequenz FE einzeln anzusteuern und zu synchronisieren. Die Gruppen der Endgeräte 1 können nebeneinan der parallel betrieben werden, ohne, daß sie sich gegenseitig stören.

Das Endgerät 1 wird durch einen Quarz 11 getaktet. Es ist eine Temperatursteuerung 12 vorgesehen, um den Quarz thermisch zu kompensieren.

Das Verfahren zur Funkübertragung wird anhand der Fig. 2 näher erläutert, die ein Zeitdiagramm für die Synchronisationsimpulse und die Zeitschlitze erkennen läßt. Die Basisstation sendet auf einer Empfangsfrequenz FE des Endgerätes 1 intervallweise einen Synchronisationsimpuls, wodurch ein Übertragungsfenster für die Zeit T₀ bis T_N festgelegt wird. Für einen ersten Sender ist eine erste Sendefrequenz SF1 definiert, die nach einer Verzögerungs zeit T₀ ausgehend von dem Beginn des Synchronisationsimpulses Daten überträgt. Der Zeitschlitz für das erste Endgerät hat eine Dauer von Delta T1-T0. Für ein zweites Endgerät 1 ist eine Ver zögerungszeit von T1 festgelegt. Es beginnt in dem Zeitschlitz T1 bis T2 zu senden. Auf diese Weise ist eine definierte Über tragungszeit in einer Anzahl von Fenstern aufgeteilt, so daß sich die Endgeräte 1 einen Funkkanal aufteilen können.

Die Fig. 2 läßt weiterhin erkennen, daß zusätzlich zu der er sten Sendefrequenz FS1 eine zweite Sendefrequenz SF2 definiert ist. Sobald ein doppelter Synchronisationsimpuls empfangen wur de, der in dem Diagramm als gestrichelte Linie dargestellt ist, erfolgt ein Wechsel der Sendefrequenzen und die Endgeräte 1 sen den auf der zweiten Frequenz FS2. Dies ist ebenfalls durch die gestrichelte Linie skizziert. Ein doppelter Synchronisationsim puls kann von der Basisstation z. B. dann gesendet werden, wenn Fehler durch Störer oder durch defekte Sendebausteine 7 erkannt wurden.

Auf die skizzierte Weise können mehrere hundert Funksender auf wenige Basisstationen asynchron Daten sehr sicher übertragen. Dabei ist die Übertragung von kurzen Informationen innerhalb von wenigen Millisekunden dadurch gewährleistet, daß der Synchroni sationsimpuls sehr schnell hintereinander gesendet werden kann. Dies bereitet bei der Verwendung des amtlichen Zeitnormals Schwierigkeiten, da hier der Synchronisationsimpuls nicht zu häufig erfolgt.

Claims

1. Verfahren zur Funkübertragung von Daten (2) mehrerer Endge räte (1) an eine Basisstation im Zeitschlitzverfahren, wo bei die Endgeräte (1) nacheinander in festgelegten Zeitin tervallen Daten (2) auf einem gemeinsamen Funkkanal zur Basisstation übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß

a) Verzögerungszeiten für jedes Endgerät (1) festgelegt werden,
b) Synchronisationsimpulse von der Basisstation an die Endgeräte (1) gesendet werden,
c) die Endgeräte (1) nach Empfang eines Synchronisations impulses und einer Verzögerung um die jeweilige Ver zögerungszeit Daten (2) an die Basisstation übertra gen.

2. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Endgeräte (1) nach der Datenübertragung in einen Wartemodus gebracht werden und durch den Synchronisationsimpuls be triebsbereit eingeschaltet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Endgeräte (1) in ihrem Zeitschlitz jeweils eine Identifikationsnummer an die Basisstation senden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Endgeräte (1) einen Sicherheitscode zur Datensicherung an die Basisstation übertragen.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Endgerät (1) eine Empfangsfre quenz für den Synchronisationsimpuls und mindestens zwei Sendefrequenzen für gemeinsam genutzte Funkkanäle zugeord net sind und die genutzte Sendefrequenz der Endgeräte (1) durch einen Sendeimpuls von der Basisstation umschaltbar ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschalten durch einen doppelten Sendeimpuls erfolgt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Basisstationen über jeweilige in der Frequenz unterschiedliche Sendeimpulse entsprechend zugeordnete Gruppen von Endgeräten (1) steuern und eine Gruppe von Endgeräten (1) jeweils eine eigene Empfangsfre quenz und eine eigene Sendefrequenz zugeordnet ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisstation zusätzlich zu den Syn chronisationsimpulsen Steuersignale überträgt.

9. Endgerät (1) zur Funkübertragung von Daten (2) an eine Ba sisstation im Zeitschlitzverfahren mit einem Empfangsbau stein (3) und einem Sendebaustein (7), gekennzeichnet durch eine Verzögerungseinrichtung (10) zum verzögerten Aktivie ren des Sendebausteins (7), um Daten (2) in einem Zeit schlitz zu übertragen, der durch den Synchronisationsimpuls und eine Verzögerungszeit bestimmt ist.

10. Endgerät (1) nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (6) zum Überführen des Endgerätes (1) in ei nen Wartemodus nach Ablauf des zugeordneten Zeitschlitzes und zum Einschalten der Betriebsfunktionen des Endgerätes (1), wenn ein Synchronisationsimpuls empfangen wurde.

11. Endgerät (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich net, daß das Endgerät (1) zur Speicherung und Übertragung einer Identifikationsnummer ausgebildet ist.

12. Endgerät (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Endgerät (1) zur Generierung und Übertragung eines Sicherheitscodes zur Datensicherung aus gebildet ist.

13. Endgerät (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendebaustein (7) wahlweise auf mindestens zwei Sendefrequenzen betrieben werden kann und eine Steuereinheit (6) zum Umschalten der Sendefrequenzen vorgesehen ist, wobei die Steuereinheit (6) mit einem Sen deimpuls von der Basisstation geschaltet wird.

14. Endgerät (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit durch einen doppelten Synchronisations impuls geschaltet wird.