DE60038140T2

DE60038140T2 - Mehrfrequenz-Funkübertragungsvorrichtung und zugehöriges Verfahren

Info

Publication number: DE60038140T2
Application number: DE2000638140
Authority: DE
Inventors: Pascal Saguin
Original assignee: Legrand France SA
Current assignee: Legrand France SA
Priority date: 1999-03-18
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2009-02-26
Anticipated expiration: 2020-03-17
Also published as: EP1037397B1; FR2791199B1; EP1037397A1; FR2791199A1; ES2301472T3; DE60038140D1

Description

Die Erfindung ist aus dem Bereich der Übertragung von Signalen, hinsichtlich des Übertragens von Informationen oder von Nachrichten. Sie betrifft insbesondere die als „drahtlos" bezeichneten Vorrichtungen, für die die Informationen oder Nachrichten über einen Funkkanal zum Beispiel zwischen Detektoren und einer Zentrale übertragen werden.
Die Funkverbindungs-Fernbedienungen von der Art Beleuchtung, Alarm, haustechnische Anwendungen verwenden allgemein eine einzige Träger-Frequenz, um Information zu übertragen. Die Übertragungen der Nachrichten über einen Funkkanal erfolgen dann über ein Signal mit hoher Frequenz (einziger Träger genannt), das mit einem Signal moduliert ist, das die zu übertragende Information darstellt. Der Nachteil dieser Übertragungs-Art liegt in der Tatsache, dass eine Störung auf der genannten Träger-Frequenz das Modulations-Signal verändern und es unverwertbar machen kann.
Um die Funkverbindung zuverlässiger zu machen, verwenden bekannte Übertragungs-Systeme mehrere, getrennte Träger-Frequenzen als Informations-Träger.
Der größte Nachteil von solchen Systemen ist, dass sie für eine gängige Anwendung auf der Zuordnung von einer Mehrzahl von Übertragungs-Vorrichtungen beruht, daher eine wesentliche Kostensteigerung gegenüber dem zuvor erwähnten Einzelfrequenz-System.
In den klassischen Mehrfrequenz-Vorrichtungen, wie der durch EP-A-0 526 704 beschriebenen, verbraucht die Zuordnung der Systeme beim Empfang durch gleichzeitiges Abhören einer Mehrzahl von Frequenzen sehr viel Energie. Solche Installationen arbeiten in Sicherheits-Anwendungen mit autonomer Versorgung (Zelle, Akku, Batterie ...), und die Autonomie ist ein bedeutender Punkt. Man muss also versuchen, diesen Verbrauch zu beschränken.
Die Ziele der vorliegenden Erfindung liegen darin, die vorgenannten Nachteile zu beheben und ein System mit einem reduzierten Verbrauch zu liefern, das es ermöglicht, die Qualität der Funkverbindung, insbesondere im Falle von externen Störungen, zu verbessern, und das zu geringen Kosten.
Sie schlägt dazu eine Vorrichtung zur Übertragung von Informationen über einen Funk-Kanal vor, die mindestens einen Sender enthält, der darauf ausgelegt ist, ein Signal auf mindestens zwei Frequenzen alternativ und/oder gleichzeitig zu senden, und einen Empfänger, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zur Steuerung des Empfangs von jeweils einer einzelnen der Frequenzen des Senders durch den Empfänger enthält, und um gemäß eines vorbestimmten Qualitäts-Kriteriums und/oder der Konformität des empfangenen Signals vom Empfang einer Frequenz zum Empfang einer anderen Frequenz überzugehen, wobei die genannten Mittel (28) darauf ausgelegt sind, in einem gegebenen Moment einen einzelnen Empfangskanal einer bestimmten Frequenz zu aktivieren und mit Energie zu versorgen.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgende Beschreibung eines Senders und des zugeordneten Empfängers, die in beispielhafter Weise und nicht beschränkend gegeben und schematisch in den Figuren dargestellt sind, besser verstanden werden. Es ist klar, dass diese Beschreibung in beispielhafter Weise gegeben ist und keinen beschränkenden Charakter hat. In den Figuren:
– gibt die 1 schematisch eine Alarm-Vorrichtung wieder,
– ist die 2 ein Funktions-Schema eines Senders gemäß der Erfindung,
– ist die 3 ein Funktions-Schema eines Empfängers gemäß der Erfindung,
– stellt die 4 ein Funktions-Schema eines Sender-Empfängers gemäß der Erfindung dar,
– stellt die 5 eine Sender-Variante mit zwei alternativ gesendeten Frequenzen dar,
– ist die 6 ein Funktions-Schema einer Sender-Variante mit zwei unabhängigen Oszillatoren,
– ist die 7 ein Funktions-Schema einer weiteren Sender-Variante mit drei unabhängigen Oszillatoren, die die gleichzeitige und/oder alternative Aussendung ermöglicht,
– ist die 8 ein Funktions-Schema einer Empfänger-Variante, die eine einzelne Antenne verwendet,
– ist die 9 ein Funktions-Schema einer weiteren Variante des Empfängers,
– stellen die 10A und 10B Beispiele von Antennen dar, die im Sender oder Empfänger gemäß der Erfindung einsetzbar sind.
Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung sind dafür vorgesehen, im Inneren einer Alarm-Vorrichtung mit Funkverbindung, derart, wie in der 1 dargestellt, eingesetzt zu werden. In einem solchen, an sich bekannten System erhält eine Verarbeitungs-Zentrale 1 Informationen von einer bestimmten Anzahl an Sensoren 2, die an verschiedenen Punkten des zu überwachenden Gebäudes installiert sind, zum Beispiel Sensoren für Bewegungen, Öffnung, Überschwemmung, Geräte-Defekt. Die Verarbeitungs-Zentrale 1 empfängt ebenso von einer Fernbedienung 3 oder einer gleichwertigen, zum Beispiel an einer Wand angebrachten (hier nicht wiedergegebenen) Vorrichtung ausgehende Befehle.
In Abhängigkeit dieser von den Sensoren 2 oder dieser Fernbedienung 3 erhaltenen Informationen bestimmt die Verarbeitungs-Zentrale 1 gemäß einer internen Logik die eventuelle Aktivierung einer Alarm-Sirene 4 oder eines Telefon-Übertragers 5, oder andere, der detektierten Situation angemessene Vorrichtungen.
Der Informations-Verkehr zwischen den Sensoren 2, der Fernbedienung 3 und der Verarbeitungs-Zentrale 1, ebenso wie zwischen der Verarbeitungs-Zentrale 1 und den Alarm-Sirenen 4 und/oder dem Telefon-Übertrager 5, wird in einer drahtlosen Sicherheits-Anwendung über Funkverbindungen betrieben. Jede dieser Verbindungen ist also dazu geeignet, eine Kommunikations-Vorrichtung gemäß der Erfindung anzunehmen.
Insbesondere enthalten die Sensoren 2 typischerweise jeweils einen Sender gemäß der Erfindung, während die Verarbeitungs-Zentrale 1 und die Alarm-Sirenen 4 und der Telefon-Übertrager 5 jeweils eine Sender-Empfänger-Vorrichtung gemäß der Erfindung enthalten.
Jeder Sensor 2, der lediglich mit einem Sender ausgestattet ist (aus Gründen der Kosten und des elektrischen Verbrauchs, da die Sensoren mit Batterien arbeiten) und deswegen keine Informationen oder Anfragen seitens der Verarbeitungs-Zentrale 1 erhalten kann, schickt Informationen über seinen Zustand (Batterie noch korrekt geladen, etc.) in regelmäßigen Intervallen (zum Beispiel jede Stunde), so wie bei Bedarf Informationen im Moment einer Detektion (zum Beispiel Rauch-Detektion), hinsichtlich einer angemessenen Verarbeitung durch die Verarbeitungs-Zentrale 1. Man versteht, dass in einer solchen Anordnung die Sensoren zufälligerweise ihre Nachrichten gleichzeitig senden können, trotz der Kürze dieser Nachrichten, und eine Wiederholung der Nachrichten ist also vorgesehen. Diese Einrichtungen sind von klassischer Natur und werden hier nicht weiter ausführlich dargelegt.
Das nachfolgend dargelegte Prinzip der Funk-Kommunikation auf mehreren Frequenzen verwendet zum Beispiel die Ausnutzung der Oberschwingungen einer durch einen einzigen Oszillator generierten Frequenz, um davon verschiedene, resultierende Träger-Frequenzen zu übertragen. Die verwendeten, verschiedenen Frequenzen sind Vielfache der Frequenz des verwendeten Oszillators. Für ein auf N Frequenzen arbeitendes System hängen die N erzeugten Übertragungs-Kanäle vom verwendeten Oszillator ab.
Da die so erzeugten Träger von demselben Oszillator abstammen, fügt das Verfahren der Zuverlässigkeit der Funk-Verbindung eine Senkung der Produktkosten hinzu. Der Vorteil dieses Verfahrens ist die Reduzierung der Anzahl von Oszillatoren, und folglich die Verringerung der Kosten der Vorrichtung.
SENDER
Das Funktions-Schema eines Senders 6, der dieses Prinzip verwendet, wird durch die 2 dargestellt. Es handelt sich um einen Sender von der Art mit Diversitäts-Aussendung, das heißt er sendet die selbe Nachricht auf mehr als einer Frequenz aus.
Der genannte Sender 6 enthält einen Oszillator 7, eventuell vorteilhafter Weise geregelt, zum Beispiel durch einen Resonator mit akustischer Oberflächen-Welle (SAW), eine Phasenverriegelungs-Schleife (PLL), nicht in 2 wiedergegeben. Er schwingt mit einer Frequenz f1.
Ein Modulations-Signal SM, das eine zu übertragende Information repräsentiert, wird an den Modulations-Eingang angelegt (wobei die zu übertragende Information typischerweise eine aus einer Folge von binären Daten geformte Nachricht ist). Eine Amplituden-Modulation von der Art „alles oder nichts" (auf englisch OOK für „On-Off Keying") wird in der hier beschriebenen Vorrichtung als nicht beschränkendes Beispiel verwendet.
In dieser Vorrichtung wird das aus dem Oszillator 7 ausgehende Signal eventuell vorteilhafter Weise durch einen Verstärker 8 von klassischer Art, dem Fachmann bekannt, verstärkt.
Das eventuell verstärkte Signal wird anschließend gefiltert, durch ein Bandpass-Filter 9 auf einen ersten Kanal, und durch ein Bandpass-Filter 10 auf einen zweiten Kanal, jeweils zentriert auf Frequenzen fN und fM, Oberschwingungen der Grund-Frequenz f1 des Oszillators 7.
In dieser Vorrichtung verwendet das Funk-Kommunikations-System auf 2 Frequenzen einen einzigen Oszillator, dem man die Grund-Frequenz f1 und die zweite Oberschwingung f2 = 2 f1 entnimmt. Die gefilterten Frequenzen bestehen in diesem Fall aus der Grund-Frequenz f1 selbst und ihrer ersten Oberschwingung f2 = 2 f1.
Die Frequenzen f1 und f2 können vorteilhafter Weise einerseits zum 434 MHz-Band und andererseits zum 868 MHz-Band gehören.
Die gefilterten, aus den Bandpass-Filtern 9, 10 stammenden Signale werden durch Verstärker 11, 12 von klassischer Art verstärkt.
Die Signale mit den Frequenzen fN und fM, verstärkt durch die Verstärker 11, 12, werden an Antennen 13, 14 angelegt, die dann gleichzeitig die Frequenzen fN und fM (hier zum Beispiel f1 und 2f1) ausstrahlen.
Der Vorteil dieses Systems ist, eine Ausstrahlung auf mehreren Frequenzen mit einem einzigen Oszillator realisieren zu können; wobei die so erzeugten Übertragungs-Kanäle abhängig vom einzigen verwendeten Oszillator sind. Die Sende-Vorrichtung verwendet also im hier beschriebenen Beispiel zwei Übertragungs-Kanäle mit 434 MHz beziehungsweise 868 MHz.
EMPFÄNGER
Beim Empfang muss ein der Erfindung konformer Empfänger 15 dazu fähig sein, die beiden Frequenzen fN und fM nicht gleichzeitig zu demodulieren. Mit einem solchen Empfänger 15 wählt man die Demodulations-Frequenz (fN oder fM) des Signals alternativ, und der Verbrauch zeigt sich vorteilhaft reduziert, verglichen mit einem klassischen System mit gleichzeitigem Empfang.
Ein solcher Empfänger 15 wird, als nicht beschränkendes Beispiel, unter Bezug auf 3 beschrieben. Man stellt fest, dass der Empfänger zwei klassische Empfangs-Kanäle verknüpft, oben und unten in der 3 dargestellt, wobei nur einer der beiden Kanäle zu einem gegebenen Moment aktiviert und versorgt wird.
Die Signale, die von den Antennen 13 und 14 des Senders 6 ausgehen, werden durch zwei Antennen 16, 17 für die Frequenz f1 bzw. f2 des Empfängers 15 empfangen.
Auf jedem der Empfangs-Kanäle wird das von der Antenne 16 (beziehungsweise 17) erhaltene Signal in einem Bandpass-Filter 18 (beziehungsweise 19), zentriert auf die Frequenz f1 (beziehungsweise f2), gefiltert, dann an einen Verstärker 20 (beziehungsweise 21) angelegt, wobei vorteilhafter Weise ein klassisches Verstärker-Element, hier nicht ausführlich dargelegt, eingebunden werden kann.
Am Ausgang des Verstärkers 20 (beziehungsweise 21) tritt das Signal in einen Mischer 22 (beziehungsweise 23) ein, in dem es mit einem Signal, das von einem lokalen Oszillator 24 (beziehungsweise 25) ausgeht, der auf eine Frequenz f_α1 (f_α2) geregelt ist, kombiniert wird.
Der lokale Empfangs-Oszillator 24 für f1 oszilliert zum Beispiel mit einer Frequenz f_α1, gleich der Differenz f1 – fi₁, wobei fi₁ eine Zwischen-Frequenz für die Frequenz f1 ist. Ebenso oszilliert der lokale Empfangs-Oszillator 25 für f2 mit einer Frequenz f_α2, gleich der Differenz f1 – fi₂, wobei fi₂ eine Zwischen-Frequenz für die Frequenz f2 ist.
Am Ausgang dieses Mischers 22 (beziehungsweise 23) tritt das Signal mit der Frequenz fi₁ (fi₂) in einen Demodulator 26 (beziehungsweise 27) ein.
Diese Vorrichtung ist von klassischer Art, und ihre verschiedenen Komponenten sind dem Fachmann wohlbekannt.
Die demodulierte Ausgabe (in Form von binären Daten), die vom Demodulator 26 (beziehungsweise 27) stammt, tritt in einen Mikrocontroller 28 von klassischer Art ein. Dieser ermöglicht es unter anderem, die Versorgung der verschiedenen, aktiven Teile des Empfängers 15 zu verwalten, und folglich einen der Empfangs-Kanäle nicht mit Energie zu versorgen, während der andere alleine aktiv ist.
Eine Vorrichtung, ausgestattet mit einem Umschalter 29, der über einen vom Mikrocontroller 28 ausgegebenen Befehl C gesteuert wird, ist dazu bestimmt, den einen oder den anderen der Empfangs-Kanäle zu versorgen. Man versteht, dass der Mikrocontroller 28 folglich in der Tat eine Funktion eines Umschalters ausführt, die es ermöglicht, zwischen den beiden Empfangs-Kanälen auszuwählen, gemäß programmierbarer und bei Bedarf modifizierbarer Kriterien.
Am Ausgang des Mikrocontrollers 28 werden die empfangenen Daten in klassischer Weise behandelt.
SENDER-EMPFÄNGER
Man versteht, dass es möglich ist, auf der Basis der Beschreibungen des Senders 6 und des Empfängers 15, die vorangehen, einen Sender-Empfänger (ebenso Transceiver genannt) zu verwirklichen, der dazu fähig ist, gemäß dem nachfolgend beschriebenen Prinzip auf zwei Frequenzen zu funktionieren.
Das Funktions-Schema eines solchen Sender-Empfängers wird in der 4 gezeigt.
Man erkennt auf diesem Schema wieder den Oszillator 7 mit Frequenz f1, den Verstärker 8, die Bandpass-Filter 9 und 10, die auf Frequenzen N.f1 (fN) und M.f1 (fM) zentriert sind, gefolgt von den Verstärkern 11 und 12, die dazu angepasst sind, von nicht ausführlich dargelegten Vorrichtungen gesteuert zu werden.
Diese Verstärker 11 und 12 steuern Funktions-Umschalter 31, 32 von klassischer Art an, deren Funktion darin liegt, für die Sender-Empfänger-Vorrichtung zwischen dem Sende-Modus und dem Empfangs-Modus zu wählen. Im Sende-Modus schicken diese Umschalter die von den Verstärkern 11, 12 stammenden Signale zu den Antennen 13, 14.
Die selben Antennen 13, 14 empfangen eingehende Signale und übermitteln sie an Bandpass-Filter 18, 19, die auf f1 und f2 zentriert sind.
Die mit dem Umschalter 29 ausgestattete Vorrichtung versorgt den einen oder den anderen Empfangs-Kanal, entweder auf f1 oder auf f2 zentriert, gemäß einem Auswahl-Kriterium, das auf der Empfangs-Qualität basiert und später ausführlich dargelegt wird.
Die Empfangs-Kanäle sind also in allen Punkten identisch mit dem, was weiter oben beschrieben wurde.
Man kann so ein Funk-Kommunikations-Netzwerk von der Art realisieren, die unter dem Namen half-duplex bekannt ist und auf der Verwendung der genannten Sender-Empfänger (Transceiver) beruht.
FUNKTIONSWEISE
Das Verfahren der Übertragung einer Information I₀ (von der Gestalt eines Signals mit mindestens zwei Zuständen), die an den Eingang der Sende-Mittel geliefert wird und am Ausgang der Empfangs-Mittel nutzbar ist, besteht gemäß der Erfindung in der Nutzung der Oberschwingungen N.f1 und M.f1 des Oszillators 7 mit der Frequenz f1 (wobei M und N zwei verschiedene, ganze positive sind, jeweils größer oder gleich 1), und in der bevorzugten Ausführungsform in der Aussendung dieser beiden Frequenzen N.f1 und M.f2 gemäß einer klassischen Diversitäts-Technik, und darin, sie ebenfalls in Diversität zu empfangen.
Wie man gesehen hat, funktioniert die beispielhaft beschriebene Vorrichtung unter Verwendung einer Amplituden-Modulation von der Art „alles oder nichts" (auf englisch OOK für „On-Off Keying"): das Modulations-Signal, das eine zu übertragende Information darstellt, wird an den Modulations-Eingang angelegt (2). Die zu übertragende Information ist typischerweise eine Nachricht, die aus einer Folge von binären Daten gebildet ist.
Jeder Sender 6 sendet dann einen Datenblock, der mehrmals einen kalibrierten, dem Empfänger bekannten Teil enthält, der vorteilhafter Weise eine Identifizierung des Senders enthält, gefolgt von der eigentlichen Nachricht des Senders.
Man versteht, dass so ein Sensor 2, der einen Sender 6, wie beschrieben, enthält, zur Verarbeitungs-Zentrale 1 seine Identität in Form der kalibrierten Nachricht sendet, bevor er eine eigentliche Detektions- oder Zustands-Nachricht schickt.
Jeder Datenblock wird von einem Sensor 2 mehrfach wiederholt ausgesendet, getrennt durch Zeitintervalle, die einer vorbestimmten Logik entsprechen (zum Beispiel zwei getrennte Aussendungen, getrennt durch eine Zeit, die aus einem gegebenen Bereich zufällig gewählt wird), um nochmals die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass die Nachricht die Verarbeitungs-Zentrale 1 erreicht.
Beim Empfang werden zwei Empfangs-Kanäle, die auf die beiden gleichzeitig ausgesendeten Frequenzen zentriert sind, nicht gleichzeitig aktiviert, gemäß eines Kriteriums der Qualität und/oder der Konformität des empfangenen Signals, wobei das Kriterium in einem Speicher des Mikrocontrollers 28 gespeichert wird und vom Mikrocontroller 28 errechnet wird.
Dieses Verfahren ermöglicht es, die abgehörte Empfangs-Frequenz auszuwählen, N.f1 oder M.f1, wobei der Empfänger 15 dazu fähig ist, die Frequenzen N.f1 und M.f1 nicht gleichzeitig zu demodulieren.
Auf diese Weise ist es möglich, wenn einer der Übertragungs-Kanäle (fN, fM) gestört ist, das Signal, das die Information I₀ enthält, vom zweiten, nicht gestörten Kanal zu erlangen, durch Umschalten der Umschalter-Vorrichtung 29 des Empfängers 15, so dass der zweite Empfangs-Kanal, der auf den nicht gestörten Kanal zentriert ist, für den Empfang versorgt wird.
In der bevorzugten Funktionsweise befindet sich der Empfänger 15 (zum Beispiel der der Verarbeitungs-Zentrale 1) normalerweise im Modus „aus", um ein Minimum an Energie zu verbrauchen, und geht in regelmäßigen Intervallen für kurze Zeit-Perioden zum normalen Empfangs-Modus über.
Bei jedem dieser Erwachen hört der Empfänger nur eine einzige der beiden Frequenzen ab (zum Beispiel f1). Wenn kein Signal auf dieser Frequenz ankommt (gemäß eines Mess-Kriteriums der empfangenen Leistung auf der abgehörten Frequenz, geringer als eine vorgegebene Leistungs-Schwelle), „schläft" der Empfänger 15 sehr schnell wieder ein.
Man merkt an, dass der genannte Empfänger in sehr nahen Intervallen erwacht (von geringerer Länge als die Dauer eines Datenblocks), bezüglich der Wahrscheinlichkeit, dass der genannte Empfänger im Moment einer Aussendung durch einen beliebigen der Sender wach ist.
Wenn jedoch ein Signal auf der Frequenz f1 ankommt, hält der Empfänger 15 das Abhören über eine ausreichende Zeit aufrecht, um zu sichern, dass mindestens ein kalibrierter Teil (wobei die erforderliche Anzahl an korrekten Empfängen einstellbar ist und im Mikrocontroller 28 gespeichert ist) im Empfänger ankommt.
In diesem Moment, wenn der Empfänger 15 einen kalibrierten Teil erkennt (der einen Sensor identifiziert, dessen Identität zuvor gespeichert wurde), hält er seinen Empfang auf dieser Frequenz aufrecht, um das Signal demodulieren zu können und die Nachricht zu empfangen, die vom genannten, identifizierten Sensor 2 ausgesendet wurde.
Das Erkennungs-Kriterium des kalibrierten Teils enthält einen Vergleich des empfangenen Signals mit einer Reihe von Identifikationen der Sensoren 2, die im Mikrocontroller 28 gespeichert sind. Eine Berechung der Fehlerquote für diese identifizierte, kalibrierte Nachricht ist dann realisierbar, und das Unterschreiten eines vorbestimmten Schwellwertes (Anzahl der richtigen/fehlerhaften Bits) zieht einen Wechsel des abgehörten Kanals mit sich.
In dem Fall, in dem der Empfänger 15 den kalibrierten Teil nicht erkennt, wobei das Signal von schlechter Qualität ist, zum Beispiel aufgrund von Störungen, geht der Empfänger 15 auf das Abhören der anderen Frequenz über (anlässlich des Befehls des Mikrocontrollers 28, der eine Zustands-Änderung des Steuersignals C bewirkt).
Mehrere Situationen können sich dann ergeben:

– wenn der Empfänger 15 auf dieser zweiten Frequenz (f2) kein Signal empfängt (Messung der empfangenen Leistung auf der abgehörten Frequenz -unterhalb einer vorbestimmten Schwelle), geht er zurück in den „Aus"-Modus, da das auf der ersten Frequenz empfangene Signal wahrscheinlich von anderen, unabhängigen Geräten stammt. In diesem Fall ermöglicht es die zweite Frequenz, einen Fehl-Alarm zu vermeiden.
– wenn der Empfänger 15 mindestens ein Mal (wobei die erforderliche Anzahl an korrekten Empfängen einstellbar ist und im Mikrocontroller 28 gespeichert ist) einen kalibrierten Teil erkennt, der einer Identifikation eines bekannten Senders entspricht, verfolgt er die Abhörung der durch den genannten Sensor ausgesendeten Nachricht und behandelt die empfangene Information in klassischer Weise. In diesem Fall ermöglicht es die Verwendung einer zweiten Frequenz, eine Nachricht klar zu empfangen, obwohl die erste Frequenz allein es nicht ermöglicht hätte, die Nachricht zu empfangen.
– wenn der Empfänger im Signal, das über die zweite, abgehörte Frequenz empfangen wurde, keinen kalibrierten Teil erkennt, der einen seiner Sender identifiziert, wird ein spezifischer Alarm oder eine Fernüberwachungs-Nachricht ausgelöst, da eine gleichzeitige Störung der beiden, abgehörten Frequenzen beobachtet wird, trotz eines spektralen Abstands der beiden Frequenzen (da es sich um Oberschwingungen der selben Frequenz handelt).

Es ist klar, dass man hier ein Qualitäts-Kriterium für das empfangene Signal geschaffen hat, nach dem das Abhören auf der einen oder auf der anderen ausgesendeten Frequenz stattfindet, aber nicht auf beiden gleichzeitig.
Man versteht, dass die Vorrichtung gemäß der Erfindung gleichzeitig sowohl den Vorteil bietet, eine Redundanz in der Aussendung des Signals durch gleichzeitige Aussendung auf zwei entfernten Frequenzen zu liefern, und andererseits eine exzessive Steigerung des Energie-Verbrauchs vermeidet, insofern, als die zweite Frequenz nur abgehört wird, wenn die erste zu sehr gestört ist, und die „aktiven" Elemente des zweiten Empfangskanals nur während des Abhörens der genannten, zweiten Frequenz versorgt werden.
VARIANTEN
In einer ersten Sender-Variante 6', durch die 5 dargestellt, die sich dann mit der 2 vergleichen lässt, wird ein Umschalter 30 am Ausgang der Verstärker 11, 12 hinzugefügt. Dieser Umschalter 30 wird durch einen Befehl E gesteuert. Am Ausgang ist der Umschalter 30 mit einer Sende-Antenne 13' verbunden.
In dieser Variante sichert der Befehl E die Aussendung einer Nachricht auf der ersten Frequenz f1 und dann die nochmalige Aussendung der selben Nachricht auf der zweiten Frequenz f2. Der Befehl des Umschalters 30 kann ein Signal sein, das von einem Mikrocontroller (nicht dargestellt) stammt, der den Umschalter 30 für die Zeit einer Nachricht in einer Position hält, dann für die Zeit einer zweiten Nachricht in einer zweiten Position, usw.
Dieser Sender 6' ermöglicht es, die Aussendung eines Datenblocks (oder einer Menge, zusammengesetzt aus mehreren Datenblöcken) alternativ auf den beiden verwendeten Frequenzen durchzuführen, wobei diese Frequenzen hier wieder Oberschwingungen sind, die mit einem einzigen Oszillator erhalten werden, von dem man vorteilhafter Weise die Grund-Frequenz f1 und die Oberschwingung zwei: f2 = 2 × f1 verwendet.
In einer zweiten Sender-Variante 6, dargestellt durch die 6, ist der einzige Oszillator 7 durch zwei Oszillatoren 7A, 7B ersetzt, gefolgt von Verstärkern 8A, 8B, wobei der Rest des Senders 6 im Wesentlichen unverändert ist. Die Modulation ist zum Beispiel von der Art OOK. Es ist klar, dass die Vorrichtung sehr einfach auf mehr als zwei Frequenzen ausgeweitet werden kann.
Es ist hier möglich, entweder bei gleichzeitiger Aussendung auf den beiden Frequenzen die beiden Sende-Kanäle gleichzeitig zu versorgen, oder wahlweise nur eine der beiden Sende-Kanäle im gegebenen Moment zu versorgen, im Falle der Aussendung auf einer Frequenz, dann der Wiederholung der Nachricht auf der anderen Frequenz.
Die 7 stellt ferner eine weitere Sender-Variante 6' dar, in der 3 Sende-Kanäle vorgesehen sind; Man erkennt in jedem Sende-Kanal einen Oszillator 7A, 76, 7C, einen Verstärker 8A, 8B, 8C und einen Bandpass-Filter 9A, 96, 9C. Ein Umschalter 30, gesteuert durch einen Befehl E, ermöglicht die Sendung von entweder den Signalen, die von den beiden ersten Sende-Kanälen (7A, 8A, 9A, 76, 8B, 9B) ausgehen, oder des dritten Sende-Kanals (7C, 8C, 9C) zur Antenne 13.
Diese Vorrichtung realisiert dann eine Aussendung eines Signals erst auf zwei ersten Frequenzen, dann eine Wiederholung der Nachricht auf einer dritten Frequenz. Diese Frequenzen können natürlich Oberschwingungen von der selben Grund-Frequenz sein.
In einer Empfänger-Variante 15', dargestellt durch die 8, ist eine einzige Empfangs-Antenne 16' dargestellt. Ihr folgt ein Umschalter 31 (ebenso durch den Mikrocontroller 28 gesteuert). Dieser Umschalter 31 schickt das empfangene Signal entweder auf einen ersten Empfangs-Kanal, der auf eine erste Frequenz f1 zentriert ist, oder auf einen zweiten Empfangs-Kanal, der auf eine zweite Frequenz f2 zentriert ist.
Gemäß einer weiteren Variante der Realisierung der vorliegenden Erfindung, ebenso auf 8 dargestellt, enthält die Empfangs-Vorrichtung einen lokalen Empfangs-Oszillator 24 mit einer Grundfrequenz f_ol1 und einen lokalen Empfangs-Oszillator 25 mit einer Grundfrequenz f_ol2, wobei diese Frequenzen derart gewählt sind, dass die Zwischenfrequenz f₁ identisch ist für den Empfang eines Signals mit f1 und den eines Signals mit f2. Der Vorteil ist hier mit der Verwendung eines einzigen Demodulators verbunden.
Eine weitere Empfänger-Variante 15 wird von der 9 dargestellt. Der erste Teil des Empfängers 15 ist identisch mit dem Empfänger 15', der von 8 dargestellt wird. Das Signal wird durch die Antenne 16' empfangen, dann auf einen der beiden Kanäle gelenkt: der erste Kanal selektiert die Frequenz 1 über einen Filter 18, der mit einem Verstärker 20 verknüpft ist, und der zweite die Frequenz f2 über einen Filter 19 und einen Verstärker 21.
Allerdings tritt das Signal am Ausgang des Verstärkers 20 (21) in einen einzigen Mischer 22' ein, in dem es mit einem Signal mit entweder der Frequenz f1 oder f2 kombiniert wird, das von einem Signal mit der Frequenz f1 stammt, das von einem einzigen Oszillator 32 generiert wird, wobei man vorteilhafter Weise ein klassisches Verstärker-Element integrieren kann, das hier nicht ausführlich dargestellt wird.
Das vom Oszillator 32 ausgehende Signal richtet sich auf zwei Kanäle. Der erste Kanal selektiert die Frequenz f1 über einen Filter 33, der mit einem Verstärker 35 verknüpft ist, und der zweite die Frequenz f2 über einen Filter 34, der mit einem Verstärker 36 verknüpft ist.
Ein Umschalter 37, zum Beispiel ein Halbleiter, wählt die Empfangs-Frequenz f1 oder f2, die in den Mischer 22' eintritt.
In dieser Variante kann man zum Beispiel einen synchronen Empfang realisieren, wobei die Frequenz des lokalen Empfangs-Oszillators identisch mit der empfangenen Träger-Frequenz ist, gekennzeichnet durch ein Signal von niedriger Frequenz am Ausgang des Mischers 22', wobei ein System zur Wieder-In-Form-Bringung 26 anschließt, gefolgt vom Mikrocontroller 28, der gemäß dem oben beschriebenen Kanal-Auswahlkriterium die Befehle (C und sein Inverses) der Versorgung der verschiedenen Empfangs-Elemente und die Umschalter 31 und 37 steuert.
Es ist offensichtlich, dass Kombinationen der Varianten des Senders und des Empfängers möglich sind.
Es ist ebenso offensichtlich, dass die Anzahl an Frequenzen nicht auf zwei begrenzt ist, sondern dass es möglich ist, Vorrichtungen mit drei oder mehr Frequenzen zu realisieren.
In diesem Fall wählt der Empfänger 15 eine Empfangs-Frequenz aus der Menge der verwendeten Frequenzen. Auf diese Weise ist es möglich, wenn sich einer der Übertragungs-Kanale als gestört erweist, das Signal, das die Information enthält, ausgehend von einem anderen, nicht gestörten Kanal zu erlangen, durch Ausrichtung des Empfängers auf Abhören dieses anderen, nicht gestörten Kanals. Im Falle von drei Frequenzen wechselt der Empfänger auf die dritte Frequenz, wenn die zweite ebenfalls gestört ist.
Die gewählten Frequenzen können beliebige Oberschwingungen von der selben Frequenz f1 sein.
Außerdem kann die Modulations-Art des Signals beliebig sein, zum Beispiel Modulation der Amplitude, der Frequenz, usw.
In einer Variante des Auswahl-Kriteriums für den Kanal, während ein kalibrierter Teil durch den Empfänger 15 in diesem Moment auf der abgehörten Frequenz erkannt wird, geht der genannte Empfänger für eine kurze Zeit ebenso auf das Abhören der anderen Frequenz über und vergleicht die Qualität des auf diesen beiden Frequenzen empfangenen Signals, wobei er dann zum Abhören die Frequenz wählt, die das bessere Signal-Niveau liefert.
In einer weiteren Variante des Kriteriums der Qualität und der Konformität des empfangenen Signals wird bei der Installations-Phase der Vorrichtung eine Messung des Rauschens auf jeder abgehörten Frequenz realisiert und im Empfänger 15 gespeichert.
Dann wird bei jeder Empfangs-Phase des Empfängers 15, wenn ein Signal (Messung der empfangenen Leistung oberhalb einer vorbestimmten Schwelle) auf der abgehörten Frequenz empfangen wird, eine Berechnung des Verhältnisses Signal/Rauschen (unter Verwendung der Rausch-Messung, die bei der Installations-Phase der Vorrichtung durchgeführt wurde) durchgeführt, und wenn das Ergebnis kleiner ist als eine zweite, vorbestimmte Schwelle, wird das Abhören auf die zweite Frequenz umgeschaltet. Im umgekehrten Fall verfolgt man das Abhören auf der ersten Frequenz.
In einer durch die 10A dargestellten Ausführungsform ist die Sende- und/oder Empfangs-Antenne eventuell vorteilhafter Weise aus zwei Abschnitten von identischer Länge geformt (Viertel der Wellenlänge der Frequenz 2f1), getrennt durch einen Schaltkreis L, wobei C sowohl äquivalent zu einem Leerlauf für 2f1 ist und zu einem Kurzschluss für die Frequenz f1.
In dieser Ausführung ist, wenn ein Signal mit der Frequenz 2f1 an der Antenne anliegt, nur der erste Abschnitt der Antenne aktiv, wohingegen beide Abschnitte der Antenne aktiv sind, wenn ein Signal mit der Frequenz f1 gesendet wird.
Die 10B stellt ein analoges Prinzip dar für den Fall von drei Frequenzen mit drei Abschnitten mit entsprechenden Längen L₁/2, L₁/2 und L₁, die so eine Antenne definieren, die an die Frequenzen 4f1, 2f1 und f1 angepasst ist.
Die Verwendung einer solchen Antenne in der Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht es unter anderem, auf den gedruckten Schaltkreisen den Platzbedarf, der mit den Antennen verbunden ist, zu verringern.
Die Reichweite der vorliegenden Erfindung beschränkt sich nicht auf die Details der Ausführungsformen, die oben in beispielhafter Weise betrachtet werden, sondern bezieht sich im Gegenteil auf Modifikationen in der Reichweite eines Fachmanns. Sie bezieht sich zum Beispiel auf alle Arten von Funk-Empfängern, die mit internem Oszillator ausgestattet sind oder nicht.

Claims

Vorrichtung zur Übertragung von Informationen über Funk, enthaltend mindestens einen Sender (6), der dazu angepasst ist, ein Signal auf mindestens zwei Frequenzen (fN, fM) alternativ und/oder gleichzeitig auszusenden, und einen Empfänger (15), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel (28) enthält zur Steuerung des Abhörens jeweils nur einer der Frequenzen des Senders (6) durch den Empfänger (15) und um gemäß eines vorbestimmten Kriteriums der Qualität und/oder der Konformität des empfangenen Signals vom Abhören einer Frequenz zum Abhören einer anderen Frequenz überzugehen, wobei die genannten Mittel (28) dazu angepasst sind, zu einem gegebenen Moment nur einen Empfangs-Kanal einer bestimmten Frequenz zu aktivieren und mit Energie zu versorgen.
Vorrichtung zur Übertragung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel enthält, um in regelmäßigen Intervallen mit einer Länge, die geringer ist, als die Dauer eines Datenblocks, in den normalen Abhör-Modus einer Frequenz überzugehen, um einen Pegel der Leistung zu messen, die auf der abgehörten Frequenz empfangen wird, um diesen Messwert mit einer vorbestimmten Leistungs-Schwelle zu vergleichen, und um in einen „ausgeschalteten" Modus überzugehen, wenn der Pegel geringer ist als die Leistungs-Schwelle.
Vorrichtung zur Übertragung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kriterium für den Wechsel der durch den Empfänger (15) abgehörten Frequenz ein Kriterium des Verhältnisses Signal/Rauschen zwischen dem empfangenen Signal und einem zuvor gespeicherten Rausch-Pegel enthält, das geringer ist, als eine vorbestimmte Schwelle.
Vorrichtung zur Übertragung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kriterium für den Wechsel der durch den Empfänger (15) abgehörten Frequenz ein Kriterium der (Anzahl der korrekten Bits/Anzahl der falschen Bits) beim Empfang eines vorbestimmten, kalibrierten Teils des Signals, das durch die Sender (6) auf der abgehörten Frequenz ausgesendet wird, enthält, das geringer ist als eine vorbestimmte Schwelle.
Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (6) auf mehreren Frequenzen (fN, fM) aussendet, die ausgehend von einem einzigen Oszillator (7) erzeugt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende-Frequenzen (fN, fM) der Sender (6) die Grund-Frequenz (f1) des Oszillators (7) und die erste Oberschwingung (f2) dieses Oszillators sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Frequenz aus dem 434 MHz-Band gewählt ist und die zweite Frequenz aus dem 868 MHz-Band.
Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sender (6) von der Art der Aussendung mit Frequenz-Diversity ist.
Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sender (6) und ein Empfänger (15) in einem einzigen Gerät zusammengefasst sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie Funktions-Umschalter (31, 32) enthält, die dazu angepasst sind, die Auswahl des Sende- oder Empfangs-Modus der Vorrichtung zu ermöglichen.
Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der verwendeten Frequenzen größer oder gleich drei ist.
Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sender (6) oder ein Empfänger (15) eine Antenne enthält, die aus mehreren, durch Tiefpass-Filter getrennten Abschnitten geformt ist.
Alarm-System, mindestens einen Detektor (2) enthaltend, der Nachrichten über ein Funk-Medium an eine Verarbeitungs-Zentrale (1) aussendet, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 10 enthält.
Verfahren zur Übertragung von Informationen über Funk zwischen mindestens einem Sender (6), der/die dazu angepasst ist/sind, ein Signal auf mindestens zwei Frequenzen (fN, fM), die den verschiedenen Sendern gemeinsam sind, alternativ oder gleichzeitig auszusenden, und einem Empfänger (15), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren enthält: a) die Aussendung eines Signals durch den Sender (6) auf mindestens zwei Frequenzen (fN, fM) alternativ und/oder gleichzeitig, b) das Abhören jeweils nur einer der Frequenzen des Senders (6) durch den Empfänger (15), c) und den Übergang vom Abhören einer Frequenz zum Abhören einer anderen Frequenz gemäß eines vorbestimmten Kriteriums der Qualität und/oder der Konformität des empfangenen Signals, wobei jeweils nur ein Empfangs-Kanal einer genannten Frequenz aktiviert und versorgt wird.