-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein drahtloses Kommunikationssystem
unter Verwendung eines Streuspektrum-Kommunikationsprotokolls und
insbesondere ein drahtloses Kommunikationssystem mit einer Master-Einheit,
die Abfragesignale über
die wenigstens eine drahtlose Kommunikationsverbindung zu mehreren
Slave-Einheiten sendet, um Daten von den Slave-Einheiten abzurufen.
Die Erfindung kann mit einer drahtlosen Antworteinheit, die von
einem Benutzer in Antworteinheiten eingegebene Antwortdaten abruft,
in einem Ferndatenerfassungssystem, das zum Abrufen von Sensordaten
von fernen Sensoren dient, sowie in anderen Anwendungen nützlich sein,
in denen Daten drahtlos an einer Master-Einheit von einer Reihe
von Slave-Einheiten abgerufen werden müssen.
-
Das
Streuspektrumprotokoll ist in drahtlosen Kommunikationen nützlich.
Durch Verteilen von drahtlosen Kommunikationen über eine große Bandbreite
kann eine höhere
Sendeleistung innerhalb gesetzlicher Vorschriften verwendet werden,
ohne dass Lizenzgebühren
bezahlt werden müssen.
Eine Form von Streuspektrum ist Frequenzsprung, bei dem das Spektrum
in eine Reihe von Frequenzkanälen
unterteilt wird. Die Sendung springt zwischen den verschiedenen
Kanälen
und die Sendezeit auf allen verwendeten Kanälen ist im Wesentlichen gleich.
Damit Sender und Empfänger
auf derselben Frequenz arbeiten, wird eine Technik zum Koordinieren
ihrer Sprünge
benötigt.
Dies kann geschehen, indem pseudozufällige Frequenzsprungtabellen
in den Sende- und Empfangseinheiten zum Koordinieren der Sprünge bereitgestellt
werden.
-
Bekannte
Streuspektrum-Frequenzsprungprotokolle sind zwar für bestimmte
Anwendungen nützlich,
aber sie wurden nicht für
abfragegestützte Systeme,
besonders solche mit einer großen
Zahl von Slave-Einheiten, vorgeschlagen. Wenn eine Einheit in Betrieb
gesetzt wird, dann muss sie mit der Abfragesequenz synchronisiert
werden. Bei früheren Kommunikationssystemen,
wie z. B. schnurlosen Telefonen, erfolgte dies dadurch, dass die
Empfangseinheit auf einem bestimmten Kanal horchte, bis sie eine
Sendung empfing, und danach die Sprünge der Sendeeinheit mittels
der Frequenzsprungtabelle verfolgte. In abfragegestützten Systemen
ist jedoch das Intervall zwischen Sendungen von der Master-Einheit
eventuell so lang, dass eine ungeheure Zeit verstreichen kann, bis
eine Sendung auf einem bestimmten Kanal ankommt.
-
Die
US 4,850,036 offenbart ein
Funkkommunikationssystem unter Verwendung von synchronen Frequenzsprungsendungen
gemäß dem Oberbegriff von
Anspruch 1.
-
Die
vorliegende Erfindung stellt ein drahtloses Kommunikationssystem
bereit, das gemäß Anpruch
1 gekennzeichnet ist.
-
Die
vorliegende Erfindung stellt ein Streuspektrum-Frequenzsprungprotokoll
bereit, das besonders mit einem drahtlosen Kommunikationssystem
mit wenigstens einer Master-Einheit nützlich ist, die Abfragesignale
zu mehreren Slave-Einheiten über
wenigstens eine drahtlose Kommunikationsverbindung sendet. Die Slave-Einheiten
senden als Reaktion auf eines der Abfragesignale Daten über die drahtlose
Kommunikationsverbindung zu der wenigstens einen Master-Einheit.
-
Diese
und andere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung
werden nach dem Studium der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang
mit den Zeichnungen offensichtlich.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen drahtlosen Kommunikationssystems;
-
2 ist
ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen drahtlosen Antwortsystems;
-
3 ist
eine Frequenztabelle eines erfindungsgemäßen Streuspektrum-Frequenzsprungprotokolls;
-
4 ist
dieselbe Ansicht wie 3 in einer alternativen Ausgestaltung;
-
5 ist
eine mit der Erfindung nützliche Frequenzsprungübersicht;
-
6 ist
ein Fließschema
eines Master-Einheits-Kommunikationsprogramms;
-
7 ist
ein Fließschema
eines Slave-Einheits-Kommunikationsprogramms;
-
8 ist
ein Blockdiagramm eines Transceivers, der mit der Erfindung nützlich ist;
und
-
9 ist
dieselbe Ansicht wie 3 in einer anderen alternativen
Ausgestaltung.
-
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNG
-
Nun
speziell mit Bezug auf die Zeichnungen und die darin gezeigten illustrativen
Ausgestaltungen, ein drahtloses Kommunikationssystem 1 enthält wenigstens
eine Master-Einheit 2 und mehrere Slave-Einheiten 4,
die mit der Master-Einheit 2 über wenigstens eine drahtlose
Kommunikationsverbindung 6 kommunizieren (1).
Die wenigstens eine Master-Einheit 2 sendet Abfragesignale über die
drahtlose Kommunikationsverbindung 6 zu den Slave-Einheiten 4.
Slave-Einheiten 4 senden als Reaktion auf eines der Abfragesignale
Daten über
die drahtlose Kommunikationsverbindung 6 zur Master-Einheit 2. Die
Master-Einheit 2 und die Slave-Einheiten 4 kommunizieren mit
einem Streuspektrum-Frequenzsprungprotokoll, wie nachfolgend ausführlicher
beschrieben wird.
-
In
einer illustrativen Ausgestaltung kann das drahtlose Kommunikationssystem
1 ein
drahtloses Antwortsystem
2 (
2) des Typs
sein, der in den US-Patentanmeldungs-Publikationen Nr. US 2003-0153347A1;
US 2003-0153321A1 und US 2003-0153263A1 offenbart ist. Es ist zu
verstehen, dass das drahtlose Kommunikationssystem
1 zwar mit
Bezug auf ein drahtloses Antwortsystem ausführlich dargestellt ist, aber
es kann auch in anderen Systemen ausgestaltet werden, wie z. B.
in einem Datenabrufsystem von einer Reihe von Sensoreinheiten, dem
Abruf von Daten von digitalen Datenrecordern oder dergleichen. Das
drahtlose Antwortsystem
10 ist ausführlich in den oben erwähnten Patentanmeldungen
offenbart und wird hierin nicht ausführlich beschrieben. Es sei
lediglich angemerkt, dass das drahtlose Antwortsystem
10 eine
oder mehrere Basiseinheiten
12 und eine Mehrzahl von Antworteinheiten
oder Tastaturen oder Handgeräte
14 beinhaltet,
die mit der/den Basiseinheit(en) über eine oder mehrere drahtlose
Kommunikationsverbindungen
16 kommunizieren. Die Basiseinheit(en)
sendet/senden Abfragesignale über
die drahtlose Kommunikationsverbindung
16 und die Antworteinheiten
senden als Reaktion auf die Abfragesignale Antwortdaten über die
drahtlose(n) Kommunikationsverbindung(en) zur Basiseinheit. Die
Antwortdaten werden von einem Benutzer in die jeweilige Antworteinheit
eingegeben. Eine Illustration des Protokolls der Kommunikation zwischen
der Basiseinheit
12 und der Antworteinheit kann allgemein
wie ausführlich
in den gemeinschaftlich zugewiesenen
US-Patenten
Nr. Re. 35,449 für ein
REMOTE TWO-WAY TRANSMISSION AUDIENCE POLLING AND RESPONSE SYSTEM;
5,727,357 für ein REMOTE
RESPONSE SYSTEM AND DATA TRANSFER PROTOCOL und
6,021,119 für ein MULTIPLE SITE INTERACTIVE
RESPONSE SYSTEM offenbart sein. Jede Antworteinheit
14 kann Benutzereingabegeräte wie z.
B. eine Tastatur
18, eine Reihe von Softtasten
20 oder
dergleichen beinhalten. Jede Antworteinheit
14 kann zudem
ein Display
22 aufweisen, um dem Benutzer Informationen und
Benutzerselektionen anzuzeigen. Die Basiseinheit
12 kann
mit einem Befehlscomputer
24 verbunden werden, um das drahtlose
Antwortsystem
10 auf höchster
Ebene zu steuern und um Softwareanwendungen zum Analysieren von
von dem drahtlosen Antwortsystem erzeugten Daten abzuarbeiten.
-
Die
illustrative Ausgestaltung enthält
zwei Basiseinheiten 12, jeweils mit einem Paar synchronisierten
Transceiver 26. Es ist jedoch zu verstehen, dass für bestimmte
Anwendungen nur eine Basiseinheit 12 oder mehr als zwei
Basiseinheiten 12 verwendet werden kann/können und
dass die Basiseinheit 12 nur einen Transceiver 26 oder
auch mehr als zwei Transceiver 26 verwenden kann. Jede
Antworteinheit 14 beinhaltet einen Transceiver 28 für die drahtlose Kommunikation
mit dem/den Basistransceiver(n) 26 über die drahtlose(n) Kommunikationsverbindung(en) 16.
-
In
einer illustrierten Ausgestaltung arbeiten das drahtlose Kommunikationssystem 1 und
das drahtlose Antwortsystem 10 mit einem in 3 illustrierten
Streuspektrum-Frequenzsprungprotokoll 30. Das Protokoll 30 setzt
sich aus mehreren getrennten Frequenzkanälen oder -sprüngen 32 zusammen, nachfolgend
mit der Bezugsziffer 34 bezeichnet. Jeder Frequenzsprung
oder -kanal hat ein eindeutiges Frequenzband 36. Die Master-Einheit 2 sendet
ein Abfragesignal 38. Als Reaktion auf das Abfragesignal 38 senden
alle Slave-Transceiver 4 Daten während einer Datenübertragungsperiode 40 zur
Master-Einheit (2). Das Abfragesignal 38 setzt
sich aus einer Anfangs- oder Ausgangssendung 42 und einer
Master-Sendung 44 zusammen. Anfangssendungen 42 liegen
alle auf demselben Frequenzband 36, designiert als Ausgangsfrequenz 46.
Die Master-Sendung 44 und die Antwort 40 der Slave-Einheit
erfolgen für jede
Folge von Abfragesignal und Slave-Einheits-Antwort auf einem anderen
Frequenzband. Die Master-Sende- und Slave-Antwort-Einheiten können auf
zwei oder mehr unterschiedliche Frequenzbänder aufgeteilt werden, wie
nachfolgend ausführlicher erläutert wird.
Mit diesen Frequenzsprüngen
wird ein Streuspektrumprotokoll ausgeführt. In der in 3 illustrierten
Ausgestaltung sind die Anfangssendungen 42 und die Master-Sendungen 44 für jedes
Abfragesignal 38 jeweils dupliziert. Dies erfolgt mit einer Master-Einheit
mit zwei Transceiver 26, die synchronisiert werden, um
Abfragesignale 38 zu senden, die zeitlich separat voneinander
sind. Ebenso können Master-Sendungen 44 von
mehreren Master-Transceiver mit zeitlicher Trennung zwischen den
Master-Sendungen gesendet werden. Es ist jedoch zu verstehen, dass
das Protokoll 30 auch mit einem einzigen Master-Transceiver 26 ausgeführt werden kann,
der eine einzige Anfangssendung und einzelne Master-Sendungen sendet.
-
Die
Anfangssendung
42 hat in der in
3 illustrierten
Ausgestaltung eine Dauer von 1,3 ms, was erheblich kürzer ist
als die mit
65 ms angegebene Dauer der Master-Sendung
44.
Die Master-Sendung
44 hat eine Dauer von einem Frequenzsprung
47. Die
Anfangssendung
42 überträgt einen
Sprungcode
34 für
die Master-Sendung
44 und die Slave-Einheits-Antworten
40,
die folgen sollen. So kann die Anfangssendung
42 eine kurze
Dauer haben. In der illustrativen Ausgestaltung sendet die Master-Sendung
44 Daten
zu den Slave-Einheiten, wie im
US-Patent
5,724,357 für
ein REMOTE RESPONSE SYSTEM AND DATA TRANSFER PROTOCOL beschrieben
ist. Beispiele für
Daten, die mit der Master-Sendung
44 gesendet werden könnten, sind
Quittungsdaten zum Quittieren des Empfangs von gültigen Datensendungen von den
Slave-Einheiten, Software-Code zum Aktualisieren der auf den Slave-Einheiten
laufenden Software, Befehlsnachrichten zur Anzeige auf Displays
22 und
dergleichen. Slave-Einheiten
4 senden auf eine bestimmte
Weise während einer
Slave-Einheits-Antwortperiode
40.
In der illustrativen Ausgestaltung antworten die Slave-Einheiten mit
Zeitmultiplexierung in der im Patent '357 offenbarten Weise. Die Slave-Einheiten
senden Daten über (eine)
drahtlose Kommunikationsverbindung(en) zu der/den Master-Einheit(en). Diese
Daten beinhalten beispielsweise Daten, die von einem Benutzer in
der Tastatur
18 und mit Softtasten
20 eingegeben
wurden, von einem Sensor an der Slave-Einheit akkumulierte Daten oder dergleichen.
Die Daten können
zur Master-Einheit über
ein oder mehrere Frequenzbänder
zurückgeführt werden,
die sich von dem von der Master-Sendung verwendeten unterscheiden.
-
In
der Ausgestaltung von 3 hat jeder Frequenzsprung eine
Dauer, die sich aus der Dauer des Abfragesignals 38, das
gleich einem Streuspektrumzyklus 48 ist, dividert durch
die Anzahl der Frequenzbänder 36 zusammensetzt.
In der illustrativen Ausgestaltung beträgt eine Frequenzdauer etwa
132 ms für
das Abfragesignal. Die kumulative Dauer der Anfangssendungen 42 ist, über einen
gesamten Streuspektrumzyklus kombiniert, gleich oder kürzer als
ein Frequenzsprung 47. Daher erfüllen sie das Streuspektrumprotokoll-Äquivalent
von einem Frequenzsprung 47. So können die übrigen Frequenzsprünge für die Master-Sendungen
verwendet werden. Es ist zu verstehen, dass für jeden Sender Streuspektrumregeln
gelten. Daher erfolgt die Arbeitszyklusmittelung der Anfangssendung
nur mit Bezug auf die Länge
der Übertragungen
von der Master-Einheit. Durch Verwenden einer Ausgangsfrequenz 40 für die Anfangssendung
horcht jede Slave-Einheit auf diese Frequenz, um einen Sprungfrequenzcode
zu empfangen, bei dem die Master-Sendung 44 empfangen wird.
So kann jede Slave-Einheit die nächste
Master-Sendung empfangen, sobald diese Slave-Einheit in Betrieb gesetzt wird. Dies
ergibt eine rasche Synchronisierung der Slave-Einheit auf die Master-Einheit. Jede
Slave-Einheits-Sendung trifft auf das Streuspektrumprotokoll, weil
sie über
die verschiedenen Sprungfrequenzen verteilt wird.
-
Die
Master-Einheit 2 der in 3 illustrierten Ausgestaltung
kann ein Master-Einheits-Kommunikationsprogramm 50 (6)
enthalten. Das Programm 50 beginnt bei 52 mit dem Senden
der Anfangssendung auf dem Ausgangskanal. Die Anfangssendung enthält einen
Sprungkanalcode 34. Die Master-Einheit sendet dann bei 54 eine
Master-Sendung,
die in der illustrativen Ausgestaltung ein Basispaket ist, mit der
mit 52 bezeichneten Sprungkanal-ID. Die Master-Einheit
empfängt
dann bei 56 die Slave-Einheits-Antworten
auf dem mit 52 bezeichneten Sprungkanal. Am Ende der Slave-Einheits-Antwortperiode
inkrementiert das Programm 50 den Sprungkanal bei 58 anhand
einer Frequenzsprungübersicht
wie z. B. der in 5 gezeigten Sprungübersicht 60.
Dann wird bei 62 bestimmt, ob der Sprungkanal auf den letzten
Sprungkanal in der Frequenzdauer inkrementiert wurde. Wenn ja, dann wird
die Sprungkanal-ID bei 64 auf 1 inkrementiert. Das Master-Einheits-Kommunikationsprogramm
wiederholt sich dann beginnend mit einer neuen Anfangssendung auf
dem Ausgangskanal (52).
-
Ein
Slave-Einheits-Kommunikationsprogramm 66 (7)
für die
Ausgestaltung von 3 beginnt dann damit, dass sich
die Slave-Einheit auf die Ausgangsfrequenz 46 einstellt
oder darauf horcht, um eine Anfangssendung von der Master-Einheit
bei 68 zu empfangen. Nach dem Empfang der Anfangssendung
wird bei 70 der Sprungkanalidentifikationscode extrahiert
und der Empfänger
des Slave-Transceivers 28 wird bei 72 auf den
Sprungkanal eingestellt. Die Master-Sendung 44 wird bei 74 auf
dem Sprungkanal empfangen. Der Sendeteil des Slave-Transceivers
wird bei 76 auf einen Sprungkanal eingestellt und die Antwort
der Slave-Einheit wird zur Master-Einheit gesendet. Dann wird das
Programm wiederholt.
-
8 zeigt
Details eines als Master-Transceiver 26 und als Slave-Transceiver 28 nützlichen Transceivers.
Der Transceiver 26, 28 ist ein Halbduplexmodul,
das drahtlose Daten entweder sendet oder empfängt. Es wird in Verbindung
mit einem Mikrocomputer 78 verwendet, der das Slave-Einheits-Kommunikationsprogramm 66 oder
das Master-Einheits-Kommunikationsprogramm 50 abarbeitet.
Der Mikrocomputer 78 kann auch andere Aufgaben ausführen, wie
die Fachperson verstehen wird. Der Transceiver 26, 28 kann
sowohl empfangen als auch senden. Er ist zwar als einheitliches
Modul illustriert, aber es ist zu verstehen, dass der Transceiver 26, 28 auch
als separate Sende- und Empfangsmodule ausgeführt werden könnte.
-
Der
Empfangsteil des Transceivers 26, 28 konvertiert
ein eingehendes FSK(Frequenzumtastungs)-moduliertes Signal in einen
synchronisierten Bitstrom. Der Empfänger hat ein SAW-Filter 80 zum Eliminieren
von Außerbandstörungen und
einen Empfangs-/Sende-Schalter 82 zum Erzielen einer ausreichenden
Isolation zwischen den Empfänger- und
Senderfunktionen. Ein zweistufiger regelbarer Verstärker 84 versucht,
in Anwesenheit starker RF-Signale Linearität zu gewährleisten. Ein Funkfrequenz-Lokaloszillator (RF
LO) 86, der dieselbe Frequenz hat wie die RF-Trägerfrequenz,
wird kombiniert, um zwei gleichphasige und Quadratur-Lokaloszillatoren
für einen
Quadratur-Abwärtsmischer 88 bereitzustellen.
Ausgänge
vom Mischer 88 werden an Verstärker und aktive Tiefpassfilter
angelegt, bevor sie in Begrenzerverstärker eingegeben werden. Ein Bitsynchronizer 90 transformiert
den Datenausgang in das richtige Protokoll für einen Eingangsmikrocomputer 78.
-
Der
Sendeteil empfängt
einen Datenstrom vom Mikrocomputer 78 und einen optionalen EPROM-Speicher 92 und
beinhaltet einen Synthesizer 94, der FSK-Modulation des RF-Trägers vom Frequenzsynthesizer 86 ausführt. Ein
harmonisches Sperrfilter 96 und ein SAW-Bandpassfilter 98 haben die
Aufgabe, harmonische und unerwünschte
Signalpegel innerhalb vorgeschriebener Grenzwerte zu halten. In
der illustrativen Ausgestaltung ist ein Teil der Transceiver 26 und 28 in
ein handelsübliches
RF-Modul 100 eingebaut, das von Semics unter Module XE1202
vermarktet wird. Die hiervon ausgeführten Funktionen können jedoch
durch alleinstehende Komponenten ausgeführt oder mit anderen Modulen kombiniert
werden, um die von Transceivern 26, 28 ausgeführten Funktionen
auszuführen.
Die vorangegangene Beschreibung der Transceiver-Module 26, 28 dient
zwar lediglich zur Illustration, aber es ist zu verstehen, dass
die Erfindung die Anwendung herkömmlicher
Transceiver-Technik in Kombination mit einem Mikrocomputer 78,
mit dem Programm 50 oder 66 programmiert, erleichtert, so
dass ein kostenarmes Transceivermodul entsteht, das ein Streuspektrumprotokoll
ausführen
kann. Dies steht im Gegensatz zu bekannten Chipsets, die Streuspektrumkommunikationen
ermöglichen
und oft teure Spezialentwicklungen sind.
-
In
einer in 4 illustrierten alternativen Ausgestaltung
verwendet ein Protokoll 30' eine
Anfangssendung 42',
die von einem von zwei Transceiver 26 gesendet wird, die
auf derselben Ausgangsfrequenz 46 arbeiten. Die Anfangssendung
enthält
den Sprungcode für
beide Transceiver 26 der Master-Einheit, die Master-Sendungen 44 auf
der Sprungfrequenz erzeugen. Im nächsten Frequenzzyklus 47 sendet
der andere Master-Transceiver 26 eine
Anfangssendung 42',
auf die die Master-Sendungen 44 für beide Master-Transceiver 26 folgen.
Ein Vorteil des Protokolls 30' ist, dass die Anfangssendung auf der
Ausgangsfrequenz in der illustrativen Ausgestaltung auf 1,3 ms anstatt
die kombinierten 2,6 ms der beiden Anfangssendungen 42 in 3 begrenzt
ist. So kann die Master-Sendung 42' für jeden Sender in der illustrativen
Ausgestaltung auf 32,5 ms begrenzt werden. Dies ist derselbe Anteil
an der Länge
der Anfangssendung 42' wie
die Zahl der Frequenzsprünge. So
ist ersichtlich, dass das Protokoll 30' eine Abfragesignaldauer 38' erleichtert,
die etwa die Hälfte
der Abfragesignaldauer 38 im Protokoll 30 ist,
die 65 ms beträgt.
Dies wird erzielt, indem zwei Transceiver vorgesehen werden, die
synchronisiert sind, um die Abfragesignale zeitlich voneinander
versetzt zu senden, wobei nur ein Transceiver die Anfangssendung für einen
bestimmten Frequenzsprung erzeugt. Dies kann zwar die Zuverlässigkeit
des Systems etwas mindern, weil nur einer der redundanten Transceiver die
Anfangssendung sendet, aber die Anfangssendung enthält minimale
Daten und wird daher mit höherer
Wahrscheinlichkeit von allen Slave-Einheiten gültig empfangen.
-
Die
Systeme 1, 10 können mit mehreren Master-Transceiver
ausgeführt
werden, die auf separaten Kanälen
arbeiten. Ein Beispiel für
ein solches System ist in den US-Patentanmeldungspublikationen
Nr. US 2003-0153347A1; US 2003-0153321A1 und US 2003-0153263A1 offenbart.
Ein Vorteil der Verwendung von mehreren auf separaten Kanälen arbeitenden
Master-Transceiver ist, dass die Zahl der Slave-Einheiten proportional
erhöht
werden kann.
-
Die
Frequenzsprungübersicht 60 für ein solches
System mit mehreren Transceiver zeigt mehrere Ausgangsfrequenzen 46,
die jeweils eine andere Sprungfrequenz 32 haben (5).
Jede der mit 1–15 bezeichneten
Ausgangsfrequenzen 46 wird für einen Master-Transceiver 26 oder
ein Paar Master-Transceiver 26 verwendet. So horcht eine
Gruppe von Slave-Transceivern, die mit (einem) bestimmten Master-Transceiver(n) kommuniziert,
auf die Anfangssendung 42 auf der bestimmten Ausgangsfrequenz für diese(n)
Master-Transceiver. Ein anderer Satz von Slave-Transceivern horcht auf die Ausgangsfrequenz
für den/die
Master-Transceiver für
diesen besonderen Satz von Slave-Transceivern. Die Sprungfrequenzen
sind in der Frequenzsprungübersicht 60 angeordnet,
um die Vorschriften in Bezug auf eine pseudozufällige Anordnung zu erfüllen. Ebenso
sollten unter normalen Betriebsbedingungen keine zwei Transceiver
gleichzeitig auf derselben Frequenz senden.
-
So
ist ersichtlich, dass die Erfindung in einer Basiseinheit ausgestaltet
ist, die der Master des Systems ist, und in Antworteinheiten, die
als Slaves arbeiten. Die als Master-Einheit agierende Basiseinheit initialisiert
(seeds) die Sprungsequenz für
sich selbst und für
alle Slave-Einheiten. Die eingehaltene Sprungsequenz ist in Firmware
in der Basiseinheit enthalten. Muster für die pseudozufälligen Sprungsequenzen
sind in der Übersicht
in 5 illustriert.
-
Die
Basiseinheit dient als Master, indem sie 51 Frequenzen
verwendet. Eine der 51 Frequenzen wird als Ausgangsfrequenz zugewiesen.
Alle Slave-Einheiten beginnen nach dem Einschalten mit dem Empfang
von Sendungen auf ihrer Ausgangsfrequenz. Eine sehr kurze Sendung
auf dieser Frequenz ergibt ein Datenpaket zu den Slave-Einheiten, das die
Identität
der Sprungfrequenz mitteilt, die für das Hauptbasispaket verwendet
wird. Die gleichen Sendungen auf allen Frequenzen werden aufgrund der
Tatsache bereitgestellt, dass die Ausgangssendungen von sehr kurzer
Dauer sind, so dass ihre Summe für
jeden Basissender gleich der Dauer jedes Sprungs auf den anderen
Frequenzen ist. In der Übersicht
in 4 ist dies als 25 × 1,3 ms oder insgesamt 32,5
ms für
den ersten Sender auf der Ausgangsfrequenz angegeben, wo jeder der
50 anderen Kanäle
32,5 ms ist. Jeder der Sender in der Basis (für Diversity-/Versorgungsvorteile
werden zwei verwendet) verbringt 32,5 ms auf jeder der 51 Frequenzen – 32,5 ms
auf der Ausgangsfrequenz und 32,5 ms auf jeder der 50 anderen Sprungfrequenzen.
So werden die Sendungen gleichförmig über das
Band verteilt und sind zeitlich von gleicher Dauer. Die Übersicht
in 5 zeigt typische Kombinationen von Ausgangs- und
Pseudozufallssprüngen,
die von der Basis verwendet werden, um zu garantieren, dass alle
Frequenzen zeitlich gleich verwendet werden.
-
Die
Slave-Einheiten verwenden Streuspektrumsprünge wie folgt. Nach dem Aktivieren
geht eine Einheit in einen Empfangsmodus auf der Ausgangsfrequenz,
um nach einer Anfangssendung zu suchen. Wenn eine gültige Anfangssendung
empfangen wird, dann springt der Empfänger auf die in der Anfangssendung
bezeichnete Frequenz. Er empfängt
dann die Master-Sendung mit ihrem Inhalt auf diesem Kanal. Er geht
dann in einen Zeitmultiplexiermodus, in dem er auf die Ankunft seines
zugewiesenen Zeitfensters auf der Basis einer Slave-Einheitsadresse
wartet (jedes Zeitfenster hat eine zugewiesene Adresse), um seinen
Sender zu aktivieren und seine Daten zur Basis zurückzubringen.
So sendet die Slave-Einheit immer auf einer Frequenz zur Basis zurück, die
von in der letzten empfangenen Anfangssendung enthaltenen Informationen
abgeleitet wird. Da die Basis durch die 50 Sprungfrequenzen rotiert, bevor
sie wiederholt werden, werden alle 50 Frequenzen gleichermaßen benutzt.
-
In
einer zusätzlichen
alternativen Ausgestaltung wird ein Streuspektrumprotokoll 130 vorgesehen
(9). Im Protokoll 130 sendet die Basiseinheit eine
Reihe von Ausgangssendungen 142 auf unterschiedlichen Sprungfrequenzen
aus. In der illustrativen Ausgestaltung sendet die Basiseinheit
auf jeder der Sprungfrequenzen gemäß der pseudozufälligen Übersicht 60.
Jeder der Sender in der Basiseinheit verteilt seine Sendungen gleichförmig über das
Band und verbringt eine im Wesentlichen gleiche Zeit auf jeder Sprungfrequenz.
Dies erfüllt
die Anforderung der Einhaltung von Gleichheit unter den Sprungfrequenzen,
repräsentiert
durch die pseudozufällige Übersicht.
Wenn eine Gruppe von Antworteinheiten, z. B. die Einheiten KP1-KP100,
eine Ausgangssendung auf ihren jeweiligen Ausgangsfrequenzen empfangen,
dann werden Informationen zu den Antworteinheiten gesendet, um auf
dieser Frequenz auf die Master-Sendung 144 zu horchen.
Die Master-Sendung 144 wird von jedem der Basiseinheits-Transceiver
wiederholt und ist der Master-Sendung 44 ähnlich.
Die Basissendung beinhaltet ein Seed-Paket, das von den Antworteinheiten
zum Berechnen einer Antwortfrequenz benutzt wird. Von diesem Seed-Paket
empfängt
jede Antworteinheit eine Teilmenge der Pseudozufallssprungtabelle.
Auf der Basis der Adresse der Antworteinheit und dieser Tabelle
berechnet eine Antworteinheit, welche Sprungfrequenz sie benutzt,
wenn sie senden muss. In der illustrativen Ausgestaltung werden
die Antworteinheiten KP1-KP100 so initialisiert, dass sie in drei
getrennten Sprungfrequenzen antworten. Tastaturen KP1-KP33 antworten
auf der Sprungfrequenz 140a, Antworteinheiten KP34-KP66
auf der Sprungfrequenz 140b und Antworteinheiten KP67-KP100
auf der Sprungfrequenz 140c. Die Sprungfrequenzen 140a und 140b werden
durch ein Setup-Intervall 151 und das Intervall 140b durch
ein Setup-Intervall 151 von 140c getrennt. Setup-Intervalle 151 geben
ein kurzes Intervall für
die Einheiten für
eine Frequenzverschiebung.
-
Wenn
die Einheiten in den Intervallen 140a, 140b und 140c geantwortet
haben, dann sendet die Basiseinheit wiederum Ausgangssendungen 142 auf allen
Sprungfrequenzen gemäß der pseudozufälligen Übersicht.
Die Gruppe von Tastaturen antwortet, wenn ihre jeweilige Ausgangsfrequenz
gesendet wird, indem sie auf die in dieser Sendung enthaltene Sprungfrequenz
horchen. Die Basiseinheits-Transceiver senden auf dieser Sprungfrequenz
das Seed-Paket zu den Antworteinheiten, die wie zuvor beschrieben
in den Intervallen 140a, 140b und 140c auf
Sprungfrequenzen antworten (9 zeigt
nur Intervall 140a). Auf diese Weise arbeiten sich die
Antworteinheiten mit einem Satz von Zeigern durch die pseudozufällige Sprungfrequenzübersicht.
Gleichzeitig arbeitet sich die Basiseinheit mit ihrem eigenen Satz
von Zeigern durch die Sprungfrequenzübersicht. In allen Fällen werden
jedoch die Informationen zum Arbeiten durch die pseudozufällige Übersicht von
der Basiseinheit zu den Antworteinheiten gesendet.
-
Wieder
zurück
zu 5, dort ist ersichtlich, dass es aufgrund der
Fähigkeit,
mehrere Ausgangsfrequenzen bereitzustellen, von denen in 5 15 dargestellt
sind, möglich
ist, dass eine gleiche Anzahl unterschiedlicher Systeme im selben
Raum arbeitet, ohne sich gegenseitig zu stören. Dies wird dadurch erzielt,
dass jedes System eine separate Ausgangsfrequenz hat, die von den
Ausgangsfrequenzen der anderen Systeme getrennt sind. In der illustrativen Ausgestaltung
kann die Ausgangssendung 42 eine Kennung auf dem diese
Frequenz sendenden Kanal beinhalten, wie ausführlich in der US-Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. US 2003-0236891 A1 beschrieben ist. Diese Kanalkennung gewährleistet, dass
die Antworteinheit die korrekte Ausgangsfrequenzsendung empfangen
hat. Bei 15 separaten Systemen zyklieren alle 15 Basiseinheiten
durch die Anfangssendungscodes in einer pseudozufälligen Weise,
ohne miteinander in Konflikt zu kommen.
-
Was
die Antworteinheiten betrifft, diese senden wiederholt auf unterschiedlichen
Frequenzen. Daher wiederholt die Antworteinheit, falls eine Sendung
auf einer bestimmten Frequenz von der Basiseinheit unzureichend
empfangen wird, die Sendung ihres Datenpakets weiter auf die in
dem oben erwähnten
Patent '357 beschriebene
Weise. Es kann eine weitere Erweiterung wünschenswert sein, bei der zugelassen
wird, dass die Basiseinheit auch auf anderen Ausgangsfrequenzen
sendet, um dadurch die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass eine Sendung von
der Antworteinheit empfangen wird. In der in den 5 und 9 illustrierten
Ausgestaltung kann diese weitere Erweiterung erzielt werden, indem
bewirkt wird, dass Antworteinheiten auf andere Anfangssendungen
antworten können
als auf ihrer definierten Ausgangsfrequenz. Wenn z. B. eine Tastatur
innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode keine Anfangssendung 142 empfangen
kann, dann könnte
sie so programmiert werden, dass sie auf eine andere Ausgangsfrequenz
auf einem anderen Kanal horcht. Aufgrund der in den Ausgangssendungen enthaltenen
eindeutigen Kennungen könnte
sich die Einheit auf eine andere Ausgangsfrequenz synchronisieren.
So kann ein System vorteilhafterweise robuster werden, weil es die
Wahrscheinlichkeit weiter verringert, dass eine Antworteinheit die
Anfangssendung von der Basiseinheit nicht empfängt.
-
Mit
dem hierin offenbarten Kommunikationssystem sind höhere Sendeleistungen
möglich,
während
die Vorschriften weiter erfüllt
werden. Dies ist mit dem Sender der Master-Einheit besonders nützlich.
Dies ermöglicht
größere Entfernungen
zwischen der Master-Einheit und den Slave-Einheiten, während die
Zuverlässigkeit
des Signalempfangs erhöht wird.
-
Ferner
lässt es
das Kommunikationssystem zu, dass die Antworteinheiten schnell auf
die Sendungen der Basiseinheit synchronisiert werden. Dies wird
durch eine Reihe von kurzen Anfangssendungen auf einer Ausgangsfrequenz
erzielt, die die Antworteinheiten synchronisiert. Darauf folgt eine
längere
Sendung von der Basiseinheit, die die Nutzlast trägt. Dadurch
erübrigt
sich die Notwendigkeit für mehrere
lange Sendungen, bevor die Einheiten synchronisiert sind.
-
Die
oben beschriebenen Ausgestaltungen beziehen sich zwar auf ein drahtloses
Kommunikationssystem, das mit einem Frequenzsprung-Streuspektrumprotokoll
ausgeführt
wird, aber man wird verstehen, dass die Erfindung auch mit anderen Streuspektrumprotokollvariationen
einschließlich Frequenzsprung
implementiert werden kann. So kann die Erfindung beispielsweise
mit einer Hybrid-Kombination eines Direktsequenz- und Frequenzsprungprotokolls
implementiert werden.