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Verfahren und Empfänger zur
Frequenzerfassung in einem Frequenzsprungverfahren
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Technischer Bereich
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren und einen Empfänger für Frequenzerfassung in einem
Frequenzsprungverfahren.
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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich insbesondere aber nicht ausschließlich auf ein Frequenzsprungsystem,
das in den ISM-Bändern
arbeitet, in denen strikte Regeln gelten, einschließlich einer
Regel, dass ein Sender ständig
Frequenzsprünge
macht. Obschon ein Empfänger
die Sprungsequenz von N Frequenzen speichern wird, wobei N größer ist
als 2, beispielsweise 50 oder 75, wird er, wenn er eingeschaltet
wird, nicht im Voraus wissen, welche der Sprungfrequenzen zu dem
betreffenden Zeitpunkt übertragen
wird. Wenn er einmal eine Sprungfrequenz in der Sequenz detektiert
hat, kann der Empfänger
zu der Phase der Sequenz synchronisieren und wird imstande sein
der Sequenz der Sprungfrequenzen zu folgen, und zwar unter Verwendung
eines Frequenzsynthesizers.
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Es sind im Stand der Technik viele
Techniken bekannt für
einen Empfänger
Synchronisation zu schaffen. Bei einer bestimmten Technik stimmt
der Empfänger
auf eine der N Frequenzen ab und bleibt auf dieser Frequenz, bis
die Sprungfrequenz erforderlich ist oder N Sprungperioden vergangen
sind. In dem späteren
Fall versucht der Empfänger
eine andere Frequenz der N Frequenzen. Diese Technik kann zu langen
Erfassungszeiten führen,
wenn die gewählte
Frequenz Interferenz aufweist.
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Die US Patentanmeldung 5.471.503
beschreibt ein Frequenzsprungsystem mit N Frequenzkanälen oder
Sprüngen
und setzt Fehlerkorrekturtechniken voraus, die es ermöglichen,
dass eine Übertragung
wiederhergestellt wird, wenn nicht mehr als e Segmente von den N
Segmenten fehlerhaft sind. Bei der Implementierung der Empfängererfassung
tastet der Empfänger
ständig
die ersten p Kanäle
(wobei 1 ≤ p ≤ e + 1) ab
und testet jeden Kanal auf das Vorhandensein einer Übertragung.
Eine Abtastzeit für
jede Frequenz den p Kanäle
ist folglich kürzer als
die Zeit zum Empfangen eines Segmentes. Wenn eine Übertragung
detektiert wird synchronisiert ein Empfänger sich selbst mit der übertragenen
Sequenz. Das genannte Verfahren erfordert, dass der Empfänger imstande
ist, die p Kanäle mit
einer höheren
Rate als die Frequenzsprungrate abzutasten, was in Kommunikationsapparatur
nicht immer erwünscht
ist.
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Die US Patentschrift 5.339.331 beschreibt einen
Frequenzsprungempfänger,
der mit einem Sender dadurch synchronisiert, dass er in zu der Sendersprungrichtung
umgekehrter Richtung durch die Sprungsequenz stöbert. Eine derartige Suchstrategie
kann mehr als eine Sprungsequenzlänge dauern, bevor der Sender
und der Empfänger
auf dieselbe Frequenz abgestimmt sind.
US 5.339.331 beschleunigt die Suche
dadurch, dass der Empfänger mit
einer Rate springt, die schneller ist als die Sendersprungrate,
aber eine schnelle Sprungrate kann bei Kommunikationsapparatur Nachteile
verursachen.
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Beschreibung der Erfindung
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Es ist nun u. a. eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung Frequenzerfassung mit der Frequenzsprungrate
zu erreichen.
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Nach einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zur Frequenzerfassung in einem Frequenzsprungsystem
geschaffen, wobei ein Sender ständig
durch eine vorbestimmte Sequenz von N Frequenzen springt, wobei
N eine ganze Zahl größer als
2 ist, und wobei ein abstimmbarer Empfänger die vorbestimmte Sequenz
von N Frequenzen speichert, wobei das Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte
umfasst:
- (a) das Abstimmen des Empfängers auf
eine der genannten N Frequenzen mit einem Index i der Sprungfrequenz
und das Überwachen
der selektierten Frequenz während
der genannten Sprungperiode,
- (b) das Überprüfen, ob
während
der Sprungperiode eine gültige Übertragung
detektiert wird, und wenn ja, das Voraussetzen, dass der Empfänger Frequenzerfassung
aufweist und das Beenden der Suche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Verfahren weiterhin Folgendes umfasst:
- (c) das Hinzufügen
des Indexes i der selektierten Frequenz zu einer Liste, wenn während der Sprungperiode
nicht eine gültige Übertragung
detektiert wird,
- (d) das um einen MOD(N) Erhöhen
der Indexwerte in der Liste zum Auferlegen neuer Begrenzungen,
- (e) das Abstimmen des Empfängers
auf eine der Frequenzen in der vorbestimmten Sequenz, deren Index
nicht in der Liste steht.
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Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Empfänger
geschaffen zur Verwendung in einem Frequenzsprungsystem, wobei ein
Sender ständig durch
eine vorbestimmte Sequenz von N Frequenzen springt, wobei N eine
ganze Zahl größer als
2 ist, wobei dieser Empfänger
die nachfolgenden Elemente umfasst:
- (a) Mittel
zum Speichern der vorbestimmten Sequenz von N Frequenzen,
- (b) Mittel zum Abstimmen des Empfängers auf eine Frequenz der
genannten N Frequenzen bei einem Index i der Sprungsequenz und Mittel
zum Überwachen
der selektierten Frequenz während der
Sprungperiode,
- (c) Mittel zum Überprüfen, ob
während
der Sprungperiode eine gültige Übertragung
detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger weiterhin
Folgendes umfasst:
- (d) Mittel zum Hinzufügen
des Indexes i der selektierten Frequenz zu einer Liste, wenn während der Sprungperiode
nicht eine gültige Übertragung
detektiert wird,
- (e) Mittel zum um einen MOD(N) Erhöhen der Indexwerte in der Liste
zum Auferlegen neuer Begrenzungen,
- (f) Mittel zum Abstimmen des Empfängers auf eine der Frequenzen
in der vorbestimmten Sequenz, deren Index nicht in der Liste steht.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Erkenntnis zugrunde, dass, wenn ein Empfänger eine Frequenz selektiert
um Erfassung zu versuchen und zu erreichen, wenn eine erste Frequenz
einer Frequenz in der Sprungsequenz, die zu dem betreffenden Zeitpunkt übertragen
wird, nicht entspricht, es keinen Sinn hat, sie als eine zweite
oder nachfolgende Frequenz zu selektieren, die der ersten Frequenz
in der betreffenden Phase der Sprungsequenz folgt. Dadurch kann
dadurch, dass die Selektion der Frequenzen begrenzt wird um Phasen
der Sprungsequenz zu vermeiden, von denen im Voraus bekannt ist,
dass sie nicht übereinstimmen,
eine schnellere Erfassung erzielt werden.
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Die Selektion der Frequenzen kann
auf beliebiger Basis oder auf Basis von Messungen der Stärke von
empfangenen Signalen gemacht werden.
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Wenn die eine oder die zuerst selektierte Frequenz
einen Frequenzwert f(i) hat, dann gilt bei Selektion der zweiten
Frequenz f(j) die Begrenzung j ≠ i
+ 1. Die selektion einer dritten Frequenz f(k) unterliegt der Begrenzung
k ≠ i + 2
und k ≠ j
+ 1. Wenn beispielsweise die Frequenzsprungsequenz f(1), f(2), f(3)
... f(N – 1),
f(N) ist, und der Sender ist dabei beispielsweise f(6) zu übertragen,
und der Empfänger selektiert
(i) = 2 und hört
zu, dann wird keine Übertragung
während
der Sprungperiode detektiert. Wenn also f(j) gewählt wird, vermeidet die oben
genannte Begrenzung (j) = 3, weil bekannt ist, dass f(2) in der ersten
Sprungperiode nicht übereinstimmte,
wird f(3) nicht in der zweiten Sprungperiode übereinstimmen. Eine ähnliche
Erwägung
gilt für
die Selektion anderer Sequenzen, wodurch es eine progressive Elimierung der
Phasen der Frequenzsprungsequenz gibt, die nicht wirken.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnung
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden Fall
näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild eines Frequenzsprung-Kommunikationssystems,
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2 das
Blockschaltbild einer sekundären Station,
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3 ein
Zeitdiagramm mit einem Sender, der ständig springt,
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4A, 4B und 4C wichtige Phasen der Sprungsequenz,
assoziiert mit der Empfangsstation, wobei verschiedene Frequenzen
in aufeinander folgenden Sprungperioden selektiert werden um Erfassung
zu versuchen und zu erreichen, und
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5 ein
Flussdiagramm des Erfassungsprozesses.
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In der Zeichnung sind zum Bezeichnen
gleicher Elemente dieselben Bezugs zeichen verwendet worden.
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Betriebsarten
zum Durchführen
der vorliegenden Erfindung
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Das Frequenzsprung-Kommunikationssystem,
das ein schnurloses Telephonsystem oder ein Zweiwegsteuersystem
für den
Heimgebrauch sein kann, umfasst eine Hauptstation 10, die
der Bequemlichkeit halber als eine im Allgemeinen ortsfeste Station
betrachtet wird, und wenigstens eine Nebenstation 12, die
der Bequemlichkeit halber als eine mobile oder tragbare Station
betrachtet wird. Je nach der Netzwerkarchitektur kann es mehrere
Hauptstationen 10 geben, die durch eine Leitungs- oder
Funkkopplung mit einem (nicht dargestellten) Systemcontroller gekoppelt
sind oder die Hauptstationen werden derart programmiert, dass die
kollektiv als ein virtueller Systemcontroller funktionieren. Jeder
Typ einer Station umfasst einen Transceiver 14, dessen Wirkung
durch einen Controller 16 gesteuert wird. Kommunikation
zwischen den Stationen 10, 12 erfolgt über ein
Frequenzsprungschema, wobei ein Frequenzband in eine Anzahl von
N Frequenzkanälen
aufgeteilt ist, wobei sagen wir N = 50 oder 75 Kanäle ist und
eine Sprungsequenz f(1), f(2) ... f(N – 1), f(N) auf Basis eines
geeigneten pseudobeliebigen Algorithmus aufgeteilt ist. Damit eine
der Stationen imstande ist, Übertragungen
von der anderen der Stationen zu empfangen, soll die empfangende
Station, welche die Einzelheiten der Frequenzsprungsequenz speichert, Frequenzerfassung
erzielen, d. h. ihre Sprungphase mit derjenigen der sendenden Station synchronisieren.
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2 ist
ein Blockschaltbild einer Nebenstation 12. Eine Antenne 18 ist
mit einem Verzweiger 19 gekoppelt, der einerseits mit einem
Empfänger 20 und
andererseits mit einem Sender 22 verbunden ist. Ein Decoder 24 ist
zwischen einem Ausgang des Empfängers 20 und
dem Eingang zu einem Controller (CON) 16 vorgesehen, der
die Wirkung der Nebenstation 12 entsprechend einem vorgespeicherten Programm
in einem PROM 26 steuert. Ein Frequenzsynthesizer 28 ist
mit dem Empfänger 20 und
dem Sender 22 gekoppelt und die Frequenz ist entsprechend
Daten schaltbar, die von dem Controller 16 geliefert werden.
Die Daten, die in einem Gebiet 30 des PROMs 26 gespeichert
sind, können
jede beliebige geeignete Form haben, beispielsweise Frequenzen oder
Daten in Bezug auf die jeweiligen Verteilerverhältnisse, die es ermöglichen,
dass der Frequenzsynthesizer durch die Frequenzen entweder in der
erforderlichen Sequenz, wenn einmal Erfassung erreicht worden ist,
oder entsprechend einem zu beschreibenden Algorithmus springt, damit
die Nebenbstation imstande ist, zu der Phase der übertragenen Sprungsequenz
zu synchronisieren, wie diese über die
Antenne 18 empfangen worden ist. Der Algorithmus kann ein
nominal beliebiger Algorithmus sein, ein Algorithmus auf Basis der
gemessenen Stärke
eines empfangenen Signals (RSSI), der in einem Speicher 32 gespeichert
ist oder ein auf Basis anderer Information, wie Kanalqualität, beispielsweise
Fehlerrate-Information.
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Der Vollständigkeit halber umfasst die
Nebenstation 12 weiterhin eine LCD-Platte 34 mit einer Treiberstufe 36,
einem Lautsprecher 38, einem Mikrophon 40, einem
Tastenfeld 42 und einem Nachrichtenspeicher oder RAM 44,
alle mit dem CON 16 verbunden.
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In 3 umfasst
die zwischen den nach unten zeigenden Pfeilen dargestellte Senderfrequenzsprungsequenz
Frequenzen, identifiziert als f(1), f(2) ... f(N – 1), f(N).
Wenn arbeitend mit einer ISM Frequenz, ist es eine Regel, dass die
Sprungsequenz ständig übertragen
wird. Die Zuordnung wirklicher Frequenzen zu der numerischen Sequenz
erfolgt entsprechend einem geeigneten pseudobeliebigen Algorithmus,
von denen in dem Stand der Technik viele Beispiele bekannt sind
und die folglich an dieser Stelle nicht näher beschrieben werden, da
dies zum Verständnis
der vorliegenden Erfindung nicht von Bedeutung ist.
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Ein Empfänger braucht beim Einschalten oder
beim Wiederherstellen aus einer Schwundsituation Synchronisation
mit der sendenden Station. Wie oben bereits er wähnt, ist bei dem Empfänger die Sprungsequenz
in dem Speicher 30 eingebettet, aber er soll sich seine
Phase mit der Phase der gesendeten Sprungsequenz synchronisieren.
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4A bis 4C erläutern die Prinzipien hinter dem
Verfahren nach der vorliegenden Erfindung, die, beeinflusst durch
Interferenz in den betreffenden Frequenzkanälen, antizipiert werden zum
Erzielen von Erfassung innerhalb maximal N Sprungperioden, aber
typischerweise wird geschätzt,
dass es innerhalb von N/2 Sprungperioden erfolgen wird. Das Verfahren
basiert auf der Tatsache, dass die Phase der übertragenen Sprungsequenz mit
der Frequenz f(1) beginnt und dass die Frequenz f(2) folgt usw.
bis an die Frequenz f(N), wenn der Empfänger auf diese Weise sagen
wird die Frequenz f(3) für
die erste Sprungperiode selektiert, wird es keine Übereinstimmung
geben, weil die Phase der betreffenden Sequenz f(3) ... f(N), f(1),
f(2) sein würde
statt diejenige, die in 3 dargestellt
ist. Sie ist folglich außer
Phase. Wenn der Empfänger
die nächste
folgende Frequenz selektiert, wenn er f(4) während der zweiten Sprungperiode
selektiert, würde
er die vorhergehende betreffende Phase duplizieren, wovon der Empfänger bereits
gelernt hatte, dass sie unakzeptierbar ist. Deswegen soll die Wahl
f(4) untersagt werden. Ähnliche
Erwägungen
gelten jeder anderen selektierten Frequenz, die keine Erfassung
schafft. Dies dürfte
aus dem nachfolgenden Zahlenbeispiel hervorgehen.
- 1.
In 4A wählt der
Empfänger
eine Frequenz f(i) = 3, auf die er während einer einzigen Sprungperiode
hört. Die
Wahl der Frequenz kann beliebig sein, oder sie kann durch Messungen
der Stärke empfangener
Signale oder durch andere Information beeinflusst werden. Dadurch,
dass f(i) = 3 gewählt
wird, ist die imaginäre
Phase f(3) ... f(N), f(1), f(2).
- 2. Der Empfänger
hört den
Sender auf dieser Frequenz nicht, so dass er zu einer anderen Frequenz
f(j) = 6 springt. Diese Frequenz kann wie in der vorhergehenden
Stufe gewählt
werden, aber hier gilt die Beschränkung, dass j ≠ i + 1 ist.
Dies enthält
deswegen die Kenntnis, dass eine Phase der Sprungsequenz bereits
erfolglos versucht worden ist. Dadurch, dass f(j) = 6 gewählt wird,
ist die imaginäre
Phase f(5) ... f(N) .... F(4).
- 3. Wenn der Empfänger
wieder den Sender nicht hört
innerhalb einer Sprungperiode, springt der Empfänger zu einer anderen neuen
Frequenz f(k) = 6. Dieses Mal gelben für die Wahl der Frequenz zwei
Beschränkungen:
k ≠ i + 2
und k ≠ j
+ 1. Dies enthält
die Kenntnis, dass zwei Phasen der Sprungsequenz nun erfolglos versucht
worden sind. Dadurch, dass f (k) = 6 gewählt wird, ist die imaginäre Phase
f(4) ... f(N) ... f(3).
- 4. Die Schritte setzen sich fort, bis entweder die erwünschte Nachricht
von dem Sender gehört wird,
oder wenn nur eine Frequenz verfügbar
ist, die gewählt
werden kann. Dies passiert, wenn N – 1 Phasen der Sprungsequenz
versucht worden ist. Beim Fehlen von Interferenz ist die maximale Erfassungszeit
N Sprungperioden, da jede der N Phasen der Sprungsequenz nur einmal
versucht wird.
- 5. Wenn durch Interferenz nach N Sprungperioden Synchronisation
nicht erreicht worden ist, wird der ganze Prozess wiederholt.
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Wenn einige der Sprungfrequenzen
Interferenz aufweisen, sollte dieser Algorithmus schneller Erfassung
erzielen als die Prozedur, bei der es erforderlich ist, dass der
Empfänger
auf bestimmten Frequenzen bleibt. Dies ist weil dieser Algorithmus
es ermöglicht,
dass die Erfassungsprozedur viele verschiedene Frequenzen benutzt.
Diese größere Frequenzverschiedenheit
vermeidet das Problem der Zeitverschwendung um nach Frequenzen zu
hören, auf
denen zu viel Interferenz vorhanden ist, damit der Sender gehört werden
kann.
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5 zeigt
ein Flussdiagramm der Sequenz von Vorgängen, durchgeführt unter
Ansteuerung des Controllers 16 (2).
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Block 50 bezeichnet das
Auslösen
des Startes der Suche. Block 52 bezieht sich auf das Löschen eines
Speicherinhaltes einer "versuchten" Liste von Frequenzen
aus einem vorhergehenden Phasenerfassungsvorgang. Block 54 bezeichnet
den Schritt der Abstimmung des Empfängers auf eine Frequenz f(i),
die nicht in der "versuchten" Liste steht. Block 56 bezieht
sich auf das Überprüfen ob während der Sprungperiode
eine gültige Übertragung
detektiert worden ist. Sollte die Antwort Ja sein (Y), dann wird in
dem Block 58 die Suche beendet, weil Phasenerfassung erreicht
worden ist. Wenn die Anwort Nein ist (N) wird in dem Block 60 die
Frequenz f(i) zu der "versuchten" Liste hinzugefügt. In dem
Block 62 werden alle Werte in der "versuchten" Liste um MOD (In erhöht um die
neuen Beschränkungswerte
aufzuerlegen. In dem Block 64 wird überprüft, ob alle N Phasen versucht
worden sind. Sollte die Anwort Nein (N) sein, so wird die Suchroutine
in den Blöcken 54, 56, 60, 62 wiederholt.
Sollte die Antwort Ja (Y) sein, so wird die Suche beendet oder vom
Block 52 an wiederholt.
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In der vorliegenden Beschreibung
und in den Patentansprüchen
soll das Wort "ein" vor einem Element
das Vorhandensein einer Anzahl derartiger Elemente nicht ausschließen. Weiterhin
schließt
die Verwendung des Wortes "enthalten" oder "umfassen" das Vorhandensein
anderer Elemente oder Schritte als diejenigen, die aufgelistet worden
sind, nicht aus.
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Aus der Lektüre der vorliegenden Beschreibung
dürften
dem Fachmann andere Abwandlungen einfallen. Solche Abwandlungen
können
andere Merkmale betreffen, die im Bereich der Frequenzsprungsysteme
und Empfänger
dazu bereits bekannt und statt der oder zusätzlich zu den hier bereits
beschriebenen Merkmalen verwendbar sind.
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Industrielle
Anwendung
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Frequenzerfassung bei Frequenzsprungsystemen,
insbesondere bei denjenigen Systemen, die in den ISM Bändern arbeiten.