JP2016513928A - 搬送電流による低データ転送速度通信のためのシステムおよび方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、1つまたは複数の通信送信器(6、8)と、通信受信器(10)と、共有の送信チャネルを形成するワイヤバス(12)とを有する、変調された直流搬送電流による低データ転送速度通信のためのシステムに関するものである。各通信送信器(6、8)は、第2の拡散送信フレームによって第1の未加工の送信フレームを形成するように構成されており、前記送信フレームは、基本的なチップ符号化系列を用いる。すべての通信送信器(4、6)によって用いられる、シンボルを拡散するための基本的な符号化系列は同一であり、各送信器(6、8)によって生成された第2の拡散フレームの初期送信の時間は、各送信器(6、8)によって、送信器(6、8)の外部の同期信号を考慮に入れることなく、自律的かつ自由に求められる。

Description

本発明は、複数の通信送信器から平均周波数で非同期的に発せられたペイロード・メッセージを、送信器と同一の通信受信器とを互いに直列に接続し、直流搬送電流を用いるワイヤバスによって同受信器に伝えるように設計されている、変調された直流搬送電流による低データ転送速度通信のためのシステムに関し、また、対応する通信方法にも関するものである。
本発明による、直流搬送電流による低データ転送速度通信のためのシステムは、たとえば遠隔パネルの測定値を送信する必要がある太陽光発電ネットワークまたは中央ステーション用の太陽光発電組立体を形成する太陽電池モジュールに適用可能である。
実際、太陽電池モジュールに組み込まれた監視デバイスの特徴の1つには、たとえば同モジュールの温度および電圧といった、エネルギー生成および環境パラメータを一定の間隔で確実に通信する能力がある。
追加コストおよび複雑さの点で、そのようなシステムの取付けを簡単にするために、さらなるケーブルを省くための努力がなされている。
解決策の第1の群は、ワイヤレス通信システムを実施するもの、すなわち電波を用いるものであり、解決策の第2の群は、既存の電力ケーブルを通信信号の伝搬媒体として用いてDC(直流)の搬送電流を伴う通信バスを形成することを提案するものである。
現在までに開発されている第1の群の解決策の多くは、システムが太陽電池モジュールの構造の金属反射体に起因する深刻なマルチパス干渉にさらされたとき、または、中央ステーションが、近くに配置された光起電力パネルによってマスクされたとき、性能が著しく低下するものである。さらに、これらの解決策は、太陽電池モジュールの数が変化したとき、用いられている通信プロトコルに左右されて、能力の融通性が得られないことがある。
したがって、外部からの干渉の問題または渋滞に起因する輻輳の問題に対する耐性の点で強靭であって、しかも、利用不可能な追加の周波数リソースを必要としない通信プロトコルの実施を可能にする解決策が求められている。
第2の群の多くの解決策は、DC電力バス上の直流搬送電流による通信に基づいて上記の難点を埋め合わせるものである。現在までに開発され、既成で販売されているものは、FSK(周波数偏移変調)、ASK(振幅偏移変調)および/またはPSK(位相偏移変調)のタイプの従来の変調を用いる市販の電子送信器および/または受信器の通信モジュールを使用する。たとえばSTMicro Electronics社による、FSKタイプ変調に基づく、参照記号ST 7540という素子が広く使用されている。
しかしながら、後者の解決策には、一方では複雑でコストがかかるという難点があり、他方では信頼性に関連する難点がある。実際、動作温度範囲がたった85℃に制限されているにもかかわらず、動作中、太陽電池モジュールの平均温度は30℃と50℃の間で変化する可能性があり、太陽電池モジュールが換気されなければ最高温度が95℃に達することがある。
したがって、できるだけ簡単に実施されて100℃までの高温に耐えることを可能にする解決策が求められている。
技術的課題は、直流搬送電流による低データ転送速度通信のためのシステムを提案することであり、このシステムは、複数の通信送信器から平均周波数において非同期で送信されるペイロード・メッセージを同一の受信器に確実に伝えるものであり、実施するのが容易で、しかも、システムの装置が耐えなければならない高い動作温度および干渉に耐える能力による強靭な通信プロトコルを用いるものである。
そのために、本発明は、ペイロード・メッセージを伝えるように設計されている、変調された直流搬送電流による低データ転送速度通信のためのシステムに関するものであり、ペイロード・メッセージは、送信器と受信器を互いに直列に接続する、直流搬送電流を用いるワイヤバスにより、1つまたは少なくとも2つの複数の通信送信器から同一の受信器に、平均周波数において非同期で送信され、このシステムは、1つまたは少なくとも2つの複数の通信送信器と通信受信器と、共有の送信チャンネルを形成し、変調された直流搬送電流を伴い、複数の通信送信器からの通信送信器と通信受信器とを接続するワイヤバスとを備え、各通信送信器が、0と1から選択される2つの状態によって符号化された第1の定数Ntの2進の未加工データの第1の系列の形態で、第1の未加工の送信フレームを形成するように構成されており、2進の未加工データの系列によって形成されている第1のフレームが、送信器と、ペイロードと、ペイロードおよび通信送信器の物理アドレスから求められた第1のフレーム上のエラー検出コードとを特徴付ける固有で異なる物理アドレスに細分されており、このシステムは、各通信送信器が、第1の未加工の送信フレームを第2の拡散送信フレーム内で、送信スペクトルの点から、周波数において所定の拡散係数SFだけ拡散し、チップの第2の系列の形態を想定している第2の拡散送信フレームが、最初に第1の未加工の送信フレームの2進の未加工データを、第2の所定数Nsの長さを有する2進の未加工データのすべての系列の組と、2のNs(シンボルの長さ)乗の組との間の全単射の対応規則に従って、第2の所定数Nsの長さを有するシンボルへと連続的に符号化し、次いで、0と1から選択された2つの状態によって符号化されている2進のチップで形成された別個の拡散する基本符号化系列のそれぞれの取得されたシンボルを含むことによって取得され、拡散するための別個の基本符号化系列が、シンボルに依存し、拡散係数SFとして定義されたチップの第3の所定の整数の長さを有し、送信された通信信号の第2の拡散フレームのチップを、ワイヤバスによって、所定の変調に従って変調して送信し、それぞれの基本拡散系列が、チップ期間以上の期間を有する相関シフトを有する第2のレベルの相関積よりも明らかに高い第1のレベルを有する中央自己相関ピークを有する平衡符号を形成するように、拡散係数SFを長さとして有する可能なチップ系列の中から選択されること、すべての送信器によって用いられるシンボルを拡散するための基本符号化系列が同一であること、および各送信器によって作成される第2の拡散フレームの初期送信の時間が、各送信器によって、送信器の外部の同期信号を考慮に入れることなく自律的かつ自由に決定できるものである。
特定の実施形態によれば、上記で定義されたような直流搬送電流による低データ転送速度通信のためのシステムは、
−各送信器が、別々の送信器から来る第2の拡散フレームを分離する可変長の時間間隔を生成して前記受信した第2の拡散フレームを非同期化するために、ゼロ以上のチップ期間の有理数によってランダムまたは疑似ランダムに分散されかつ分離された、第2の拡散フレームの初期送信の時間を生成するための固有で異なる関連するモジュールを備えること、
−基本の系列の数に等しいシンボルの数が整数2、4、8の組に含まれ、
拡散係数が4以上であって好ましくは16であること、
−基本符号化系列の組が、基本的な基本符号化系列の第1の組と、それぞれが同一の基数を有する基本符号化系列の第2の組とからなり、
基本符号化系列の第2の組のそれぞれが、第1の組に相当する基本的な基本符号化系列の相補的な符号化系列であること、
−通信送信器によって実施されるチップの変調がオンオフ変調(OOK)タイプの変調であり、この変調によれば、チップの0状態がバス上の第1の電圧レベルに対応し、チップの1状態が、バス上の第1の電圧レベルとは異なる第2の電圧レベルに対応すること、
−各通信送信器が、バス上のチップを変調するためのパルス発生器を備え、
パルス発生器が、電流制御発生器、電圧制御発生器、およびインピーダンス制御変調器であるように選択され得ること、
−受信器が、受信した通信信号を、通信送信器が発して通信受信器の入力に伝わった通信信号の総体として、フィルタリングして増幅するステップと、直流成分が除去された受信信号を、チップの送信周波数の少なくとも2倍の周波数でサンプリングするステップであって、サンプリング時間が、チップの持続期間で周期的に繰り返す、それぞれが1と第4の所定数Nphiの間に含まれる相ランクによって識別される相の2つ以上のNphiだけ次々に続くステップと、各サンプリング時間の後、サンプリング時間のものと同一の相ランクを有する第1のサンプルの以前の数(拡散スペクトルSFとフレームの2進データの総数Ntの積をシンボルの長さNsで割ったものに等しい)から、スライディングフレームウィンドウの相関ユニットおよび基本系列の組を用いて第3の未加工の受信フレームを求めるステップと、次いで第3のフレームから、第3の求められたフレームのエラー検出コードが第3の異常なフレームを検出しているかどうか確認して、エラー検出コードによって誤りが検出されなければ、送信器のアドレスを抽出して、送信器の所定のリストと比較するステップとを実行するように構成されていること、
−受信器の、スライディングフレームウィンドウの相関ユニットが、各サンプリング時間の後、拡散係数SFと等しい、サンプリング時間のものと同一の相ランクを有する第1のサンプルの以前の数から、1組の変換された相関レプリカと、それぞれの変換された相関レプリカの可能なシフト構成の組とに対して、可能な相関積を並列計算し、変換された相関レプリカが、拡散符号化系列の組のレベル0、1を、レベル−1、1へとそれぞれ変換することによって取得されるか、あるいは、基本送信系列が、基本的な基本符号化系列の第1の組と、基本的な基本符号化系列の第1の組に対して相補的な基本符号化系列の第2の組とからなるとき、基本的な基本送信符号化系列の両半分であって、両者の間に相補性のない両半分のレベル0、1をレベル−1、1に変換することによって取得され、受信したシンボルを、符号化基本系列の組の基数と変換された相関レプリカの組の基数が等しいときには、最大のレベルを有する計算された相関積の変換された相関レプリカに関連する基本符号化系列、または、符号化基本系列の組の基数が、変換された相関レプリカの組の基数の2倍であるときには、最大のプラスレベルを有する計算された相関積の変換された相関レプリカに関連する基本符号化系列、または、基本的な基本系列の組の基数が、変換された相関レプリカの組の基数の2倍であるときには、計算された最大のマイナスレベルを有する相関積の変換された相関レプリカに関連する基本的な基本符号化系列の相補的な基本符号化系列のいずれかに対応するシンボルとして検出し、次いで、Nsの対応するビットの系列のシンボルを復号化して、この2進データを、第3のフレームの長さNtを有するシフトレジスタに入力するように構成されていること、
− 所定の送信器のリストが、受信器が組み込まれるときに受信器に与えられて求められたリスト、または、エラー検出コードによって誤りが検出されていない第3のフレームから抽出された送信器アドレスに対して実施された統計的フィルタリングから構築された送信器のリストである、といった特徴のうち1つまたは複数を含む。
本発明は、ペイロード・メッセージを伝えるように設計された、上記で定義されたような通信システムによって実施される、変調された直流搬送電流による低データ転送速度通信のための方法にも関するものであり、ペイロード・メッセージが、通信送信器と通信受信器を互いに直列に接続する、直流搬送電流を用いるワイヤバスにより、1つまたは少なくとも2つの複数の通信送信器から同一の通信受信器に、平均周波数において非同期で送信され、各通信送信器が、0と1から選択される2つの状態によって符号化された第1の定数Ntの2進の未加工データの第1の系列の形態で、第1の未加工の送信フレームを形成し、2進の未加工データの系列によって形成されている第1のフレームが、送信器と、ペイロードと、ペイロードおよび送信器のアドレスから求められた第1のフレーム上のエラー検出コードとを特徴付ける固有で異なるアドレスに細分されるステップと各送信器が、第1の未加工の送信フレームを第2の拡散送信フレーム内で、送信スペクトルの点から、周波数において所定の拡散係数SFだけ拡散し、チップの第2の系列の形態を想定している第2の拡散送信フレームが、最初に第1の未加工の送信フレームの2進の未加工データを、第2の所定数Nsの長さを有する2進の未加工データのすべての系列の組と、2のNs(シンボルの長さ)乗の組との間の全単射の対応規則に従って、第2の所定数Nsの長さを有するシンボルへと連続的に符号化し、次いで、0と1から選択された2つの状態によって符号化されている2進のチップで形成された別個の拡散する基本符号化系列のそれぞれの取得されたシンボルを含むことによって取得され、拡散するための別個の基本符号化系列が、シンボルに依存し、拡散係数SFとして定義されたチップの第3の所定の整数の長さを有するステップと、次いで、各送信器が、送信器信号の第2の拡散フレームのチップを、ワイヤバスによって、所定の変調に従って変調して送信するステップとをさらに有し、それぞれの基本送信系列が、チップ期間以上の期間を有する相関シフトを有する第2のレベルの相関積よりも明らかに高い第1のレベルを有する中央自己相関ピークを有する平衡符号を形成するように、拡散係数SFを長さとして有する可能なチップ系列の中から選択され、すべての通信送信器によって用いられるシンボルを拡散するための基本符号化系列が、通信送信器から独立したものであり、各通信送信器によって作成される第2の拡散フレームの初期送信の時間が、各通信送信器によって、通信送信器の外部の同期信号を考慮に入れることなく自律的かつ自由に求められるものである。
特定の実施形態によれば、この通信方法は、通信受信器が、受信した通信信号を、送信器が発して受信器の入力に伝わった通信信号の総体として、フィルタリングして増幅するステップと、通信受信器が、直流成分が除去された受信通信信号を、チップの送信周波数の少なくとも2倍の周波数でサンプリングし、サンプリング時間が、チップの持続期間で周期的に繰り返す、それぞれが1と第4の所定数Nphiの間に含まれる相ランクによって識別される相の2つ以上のNphiだけ次々に続くステップと、各サンプリング時間の後、サンプリング時間のものと同一の相ランクを有する第1のサンプルの以前の数(拡散スペクトルSFとフレームの2進データの総数Ntの積をシンボルの長さNsで割ったものに等しい)から、受信器が、スライディングフレームウィンドウの相関ユニットおよび基本系列の組を用いて第3の未加工の受信フレームを求めるステップと、次いで受信器が、第3のフレームから、第3の求められたフレームのエラー検出コードが第3の異常なフレームを検出しているかどうか確認して、エラー検出コードによって誤りが検出されていなければ、受信器が、送信器のアドレスを抽出して、送信器の所定のリストと比較するステップとのうち1つまたは複数を含む。
本発明は、対応する低レート通信送信器にも関するものであり、この低レート通信送信器は、0と1から選択される2つの状態によって符号化された第1の定数Ntの2進の未加工データの第1の系列の形態で、第1の未加工の送信フレームを形成し、2進の未加工データの系列によって形成されている第1のフレームが、送信器と、ペイロードと、ペイロードおよび送信器のアドレスから求められた第1のフレーム上のエラー検出コードとを特徴付ける固有で異なるアドレスに細分される第1のモジュールと、第1の未加工の送信フレームを第2の拡散送信フレーム内で、送信スペクトルの点から、周波数において所定の拡散係数SFだけ拡散するように構成され、チップの第2の系列の形態を想定している第2の拡散送信フレームが、最初に第1の未加工の送信フレームの2進の未加工データを、第2の所定数Nsの長さを有する2進の未加工データのすべての系列の組と、2のNs(シンボルの長さ)乗の組との間の全単射の対応規則に従って、第2の所定数Nsの長さを有するシンボルへと連続的に符号化し、次いで、0と1から選択された2つの状態によって符号化されている2進のチップで形成された別個の拡散する基本符号化系列のそれぞれの取得されたシンボルを含むことによって取得され、拡散するための別個の基本符号化系列が、シンボルに依存し、拡散係数SFとして定義されたチップの第3の所定の整数の長さを有する第2のモジュールと、送信された通信信号の第2の拡散フレームのチップを、ワイヤバスによって、所定の変調に従って変調して送信するためのパルス発生器とを備え、それぞれの基本送信系列が、チップ期間を上回る期間を有する相関シフトを有する第2のレベルの相関積よりも明らかに高い第1のレベルを有する中央自己相関ピークを有する平衡符号を形成するように、拡散係数SFを長さとして有する可能なチップ系列の中から選択され、送信器によって作成される2つのフレームの初期送信の時間が、各送信器によって、送信器の外部の同期信号を考慮に入れることなく自律的かつ自由に求められるものである。
本発明は、上記で定義されたようなシステムに組み込まれるように設計された対応する低レート通信受信器にも関するものであり、この低レート通信受信器は、受信した通信信号を、通信送信器が発して受信器の入力に伝わった通信信号の総体として、フィルタリングして増幅するためのアナログヘッドと、アナログヘッドによって直流成分が除去された受信信号を、チップの送信周波数の少なくとも2倍と実質的に等しいナイキスト周波数でサンプリングし、サンプリング時間が、チップの持続期間で周期的に繰り返す、それぞれが1と第4の所定数Nphiの間に含まれる相ランクによって識別される相の2つ以上のNphiだけ次々に続くユニットと、各サンプリング時間の後、サンプリング時間のものと同一の相ランクを有する第1サンプルの以前の数(拡散スペクトルSFとフレームの2進データの総数Nの積をシンボルの長さNsで割ったものに等しい)から、スライディングフレームウィンドウの相関ユニットおよび基本系列の組を用いて第3の未加工の受信フレームを求め、次いで第3のフレームから、第3の求められたフレームのエラー検出コードが第3の異常なフレームを検出しているかどうか確認して、エラー検出コードによって誤りが検出されていなければ、送信器のアドレスを抽出して、送信器の所定のリストと比較するように構成された処理ユニットとを備える。
本発明は、コンピュータプログラム製品にも関するものであり、これには、上記で定義されたような通信システムの1つまたは複数のデジタルコンピュータ上で動作するとき、上記で定義されたような通信方法のステップを実施するプログラムコード命令が含まれる。
単なる例として提供される本発明のいくつかの実施形態の以下の説明を、添付図面を参照しながら読み取ると、本発明がよりよく理解され、また、その他の利点がより明らかになるであろう。
太陽光発電システムに組み込まれる、本発明による通信システムの一般的なアーキテクチャの図である。 図1の通信システムの通信送信器の一般的なアーキテクチャの図である。 図2の通信送信器のデジタルモジュールの詳細なアーキテクチャの図である。 図2および図3の通信送信器によって実施される符号化デジタルフレームに関するプロトコルの第1の実施形態の全体図である。 図4の第1の実施形態による符号化プロトコルの詳細図である。 図4および図5の符号化プロトコルの第1の実施形態で用いられる2つの基本符号化系列の相関特性の図である。 図4および図5の符号化プロトコルの第1の実施形態で用いられる2つの基本符号化系列の相関特性の図である。 図2および図3の通信送信器によって実施される符号化デジタルフレームに関するプロトコルの第2の実施形態の全体図である。 図4の第2の実施形態による符号化プロトコルの詳細図である。 図2および図3で説明された送信器のパルス発生器の第1の実施形態の図である。 図2および図3で説明された送信器のパルス発生器の第2の実施形態の図である。 図2および図3で説明された送信器のパルス発生器の第3の実施形態の図である。 図2および図3で説明された送信器のパルス発生器の第4の実施形態の図である。 通信送信器の出力におけるOOK変調されたチップの系列の図である。 図4および図5の符号化プロトコルの第1の実施形態に対応する、図1の通信システムの第1の実施形態による通信受信器のアーキテクチャの図である。 図15の受信器の一部分である、相関積の並列計算のためのユニットのアーキテクチャの図である。 図8および図9の符号化プロトコルの第2の実施形態に対応する、図1の通信システムの第2の実施形態による通信受信器のアーキテクチャの図である。 図1の通信システムを実現するための方法のフローチャートである。
図1によれば、搬送電流による低データ転送速度通信のためのシステム2は、複数の通信送信器4であって、参照符号6および8で指定された2つのみが図1に示されている通信送信器4と、通信受信器10と、通信送信器6、8と受信器10を直列に接続する、DC搬送電流を伴う通信ワイヤバス12とを備える。
ここで、複数の通信送信器4のうちの通信送信器6、8は、それぞれ太陽電池モジュール14、16に関連付けられており、太陽電池モジュールの出力が、通信ワイヤバス12によって直列に接続されることにより、光起電力電源20を形成する。
光起電力電源20は、充電ネットワーク24に給電する電力コンバータ22に結合されている。
したがって、DC電流を伴う通信ワイヤバス12は、ここでは、太陽電池モジュールに対するDC電流出力バスと、送信器6、8および通信受信器10に対するDC搬送電流を伴う変調された通信ワイヤバスとの両方を構成する。
各通信送信器6、8がそれぞれ組み込まれている固有で異なる監視モジュール26、28は、関連する太陽電池モジュール14、16向けに、遠隔測定された精密な監視データを供給するように構成されている。サンプリングされたデータメッセージが各太陽電池モジュール向けに送信されるたびに、遠隔測定データは、送信する時点における太陽電池モジュールの電圧(ボルト)および送信器の温度に関連しており、たとえば2バイトを占めるペイロードの形態が想定される。
通信システム2は、複数の通信送信器から平均周波数において非同期で送信された遠隔測定ペイロード・メッセージを、通信バス12上で通信送信器4、6から矢印32によって表された搬送電流の方向の下流において通信送信器4、6とインバータ22の間に直列に接続されている遠隔の測定受信器10に伝えるように構成されている。
ここで、監視モジュール26、28が順守する要件は、太陽電池モジュールのそれぞれに対して、データを、時間を通じて予想できない間隔で、すなわちランダムに、それにもかかわらず少なくとも毎分1回送信しなければならないというものである。
図2によれば、光起電力電源20の太陽電池モジュール14、16の監視モジュール26、28の中から考えられる任意の監視モジュールを表す一般的な監視モジュール102は、複数の太陽電池モジュール4のうち任意のものを表す、参照符号112で指定された一般的な太陽電池モジュールの第1の出力端子108および第2の出力端子110にそれぞれ接続された、バス12の第1の入力端子104および第2の出力端子106を備える。第2の出力端子110の出力電流が、矢印114で示された方向にバスを出る。
監視モジュール102は、通信送信器120と、太陽電池モジュール112の出力電圧を測定するためのユニット122とを備える。
通信送信器120は、バスの第1の入力端子104に接続された第1の入力端子124と、バスの第2の出力端子106に接続された第2の出力端子126とを備える。
通信送信器120は、図2には示されていない温度センサからの温度測定値を受信するための遠隔測定用の第3の入力端子128、および電圧測定ユニット122による一般的な太陽電池モジュール112の電圧測定値を受信するための遠隔測定用の第4の入力端子130も備える。
電圧測定ユニット122は、バス12の第2の出力端子106に接続されて測定値を取得する第1の端子132と、通信送信器120の遠隔測定のための第4の入力端子130に接続された第2の測定値供給端子134とを備える。
図3によれば、図2の一般的な通信送信器120は、各通信送信器6、8を代表するものであり、図2のものと同一の外部インターフェース端子、すなわち第1の入力端子124、第2の出力端子126、遠隔測定用の第3の入力端子128および遠隔測定用の第4の入力端子130を含む。
通信送信器120は、デジタルコンピュータ142およびパルス発生器144を備える。
ここのデジタルコンピュータ142は、従来のアーキテクチャを有するマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラであって、広い温度範囲に適するものであり、100℃を超過する温度で動作することができる。
第3の遠隔測定入力端子128および第4の遠隔測定入力端子130に接続されたデジタルコンピュータ142は、パルス発生器144の変調入力端子148に接続された出力端子146と、通信送信器に固有の内部基準クロック150とを含む。
デジタルコンピュータ142は、第3の入力端子128および第4の入力端子130に供給されるサンプリングされたデジタル遠隔測定データを、サンプリングしてデジタル化された遠隔測定情報を含有している変調通信メッセージに変換するためのデジタル処理を実施するように構成されている。
このデジタル処理は、逐次に実行されるソフトウェアモジュールの形態で実施されるものである。
第1のフレームを形成するための第1のモジュール152は、0と1から選択される2つの状態によって符号化された第1の定数Ntの2進の未加工のデータまたはビットの第1の系列の形態で、第1の未加工の送信フレームを形成するように構成されている。第1のフレームを形成する2進の未加工データの系列が、送信器と、ペイロードと、ペイロードから求められた第1のフレームのためのエラー検出コードとを特徴付ける、送信器のアドレスにおける固有で異なる物理アドレスに細分される。ペイロードは、モジュールの温度および出力電圧であるサンプリングされた遠隔測定データを含有しており、送信器の物理アドレスは、現地での組込みの間にロードされたアドレス、またはあらかじめ工場でロードされたアドレスである。エラー検出コードは、多項式タイプの所定の代数的アルゴリズムに基づいて計算されるものである。
第2の周波数拡散モジュール154は、第1の未加工の送信フレームを、送信スペクトルの点から拡散された第2の拡散送信フレームへと、所定の拡散係数SFを用いて拡散するように構成されている。第2の拡散送信フレームは、チップの第2の系列の形態を想定したものである。第2の拡散送信フレームは、最初に、シンボルと称される、第2の所定数Nsのビット長を有する、ワードで連続的に取得された第1の未加工の送信フレームの2進の未加工データを、長さNsを有する2進の未加工データまたはワードのすべての可能な系列の組と、2のNs(シンボルの長さ)乗の組との間の全単射の対応規則に従って符号化し、次いで、0と1から選択された2つの状態によって符号化されている2進のチップの系列で形成された、送信および拡散の別個の基本符号化系列のそれぞれの取得されたシンボルを符号化することによって作成される。したがって、基本符号化系列は、シンボルに依存し、拡散係数SFとして定義されたチップの、同じ第3の所定の整数の長さを有する。求められるそれぞれの基本拡散符号化系列は、送信器および通信システムの事前の設計上の選択に由来するものである。第2のモジュールおよび第2の通信システムの設計する段階の間に、それぞれの基本拡散符号化系列は、相関シフトの絶対値がチップの持続期間以上である自己相関積の第2のレベルのどれよりも明らかに高い第1のレベルを有する中央自己相関ピークを有する平衡符号を形成するように、拡散係数SFを長さとして有するチップの可能な系列の中から選択される。第2のレベルのうち任意のものの第1のレベルに対する比は、0.3以下にとどまる。
すべての送信器によって用いられるシンボルの基本拡散符号化系列は同一であり、すなわち一般的であって通信送信器から独立したものである。通信送信器を特徴付け、識別することを可能にするのは、物理アドレスのみである。
したがって、物理アドレスによって識別される所与の送信器によって作成される拡散された第2のフレームの送信時間は、送信器によって、送信器の外部の同期信号を考慮に入れることなく、自律的かつ自由に決定される。このようにして取得された通信プロトコルは、通信送信器の間および/または通信送信器と通信受信器の間で交換される信号がないので、より簡単かつ強靭である。
具体的には、監視モジュールが、太陽電池モジュールのそれぞれに対して、データを、時間を通じて予想できない間隔で、すなわちランダムに、少なくとも毎分1回送信する場合でさえ、取得された通信プロトコルにより、中央ステーションによる同期ビーコンの送信が不要になり得る。
ここで、第2のフレームの初期送信の時間のホップを生成するための第3のモジュール156は、通信送信器の物理アドレスに依拠する固有で異なる系列に従って、連続したチップの2つの拡散された第2のフレームを分離する可変長の時間間隔を生成するように、ランダムに、または疑似ランダムに分布した第2の拡散フレームの初期送信の時間を生成するように構成されている。
第3のモジュール156によって決定される可変長の時間間隔は、たとえば所定のアルゴリズムに従って擬似乱数生成器によって生成される。
乱数を生成するために容易に実施することができる有効なアルゴリズムには、たとえばG.Marsagliaによって開発されたMWC(キャリー付き乗算)アルゴリズムがあり、このアルゴリズムは、生成する系列のための入力パラメータと見なされる通信送信器の物理アドレスに基づいて、非常に長周期のランダム系列を極めて多く生成することができる。
したがって、それぞれの通信送信器の内部に、第3のモジュール156のランダム系列のために第2のフレームの初期送信時間が固有で異なる第3のモジュール156が存在することにより、2つの異なる送信器によって送信された2つのフレームが一致するように受信において重なる事象、すなわち、その間、少なくとも2つのシンボルが同期して重なり、2つのフレーム間の衝突を解決するのが不可能になる事象の頻度が低減する。
あるいは、それぞれの通信送信器のデジタルコンピュータは第3のモジュールを有しない。この構成は、送信能力の低下をもたらすが、通信システムの信頼性は保たれる。
図4および第1の実施形態によれば、ここでは第1の未加工のフレーム202は64ビットの系列204であり、すなわち第1の整数Ntは64である。
第1のフレーム202を形成するビットの系列204は、送信器を他と区別して特徴付ける32ビットの物理アドレス206と、太陽電池モジュールの出力電圧を遠隔測定するための8ビットおよび太陽電池モジュールの環境の温度を遠隔測定するための8ビットを含有している16ビットのペイロード208と、物理アドレスの誤り検出およびブラインド分離のための16ビットの誤り補正コード210とに分配される。
各送信器を一意的に異なって特徴付ける物理アドレス206の各ビットは、デジタルコンピュータのフラッシュメモリに保存される。
頭字語CRC(巡回冗長検査)を用いて指定されたエラー検出コード210は、ANSIによって正規化された長さ16ビットの符号であり、生成多項式としてX16+X15+X+1を有するものである。
第1の送信フレーム202は、一連の2ビットのワード212に分割され、各ワードは、ワード00が対応するシンボルS0を有し、ワード01が対応するシンボルS1を有し、ワード10が対応するシンボルS2を有し、ワード11が対応するシンボルS3を有する、といった全単射の対応規則によって管理された対応するシンボルに符号化される。
図5によれば、各シンボルは、16個の2進のチップから構成されている異なる基本チップ符号化系列によって符号化され、各チップが、可能な状態0および1から選択された状態を有する。
ここで、シンボルS0は、第1の符号化と、C0で示された16個のチップ222のベース系列とによって符号化され、2バイトにわたる16進法で8C5Dと表現される。
シンボルS1は、第2の符号化と、C1で示された16個のチップ224のベース系列とによって符号化され、2バイトにわたる16進法でCD25と表現される。
シンボルS2は、第3の符号化と、C2で示された16個のチップ226のベース系列とによって符号化され、ベースC0を有する第1の符号化系列222のブール加算の方向に関しての逆系列である。
シンボルS2は、第3の符号化と、C3で示された16個のチップ228のベース系列とによって符号化され、ベースC1を有する第1の符号化系列224のブール加算の方向に関しての逆系列である。
したがって、シンボルのビットの逐次的符号化および基本チップ符号化系列のシンボルによって、第1の未加工のフレームが512のチップ長さを有する第2のフレームに変換される。
基本符号化系列222、224、226、228は、以下の要件を満たすように選択される。
基本符号化系列222、224、226、228が平衡を保ち、すなわち、それぞれが有する0と1が同数であって、復号化がより容易になる。
基本符号化系列C0、C1、C2、C3における符号化されたシンボルS0、S1、S2、S3のランダム系列として構成された第2のフレームと無関係に、同一の状態、すなわち0または1の連続したチップの数は3つ以下であり、このことによって、送信信号の直流成分および低周波数成分が除去され、入力におけるアナログ受信ヘッドの製作がより容易になる。
それぞれの基本符号化系列222、224、226、228の自己相関特性は、受信器の相関器の出力について予期される性能の点で優れたものであり、すなわち相関シフトがない状態で信号の振幅が大きく、相関シフトがあるとサイドローブの振幅が非常に小さい。
最初の2つの基本的な符号化系列222と224の間の相互相関特性は、相関シフトとは無関係に相関レベルが低いという点で優れたものであり、このことにより、受信器の相関器の出力において、高い信号対雑音比が得られる。
図6によれば、第1の基本的な系列222の自己相関積の変遷曲線の第1の軌跡252は、X軸254上のチップ期間の数で表現された相関遅延の関数として符号化シンボルS0に対応するものであり、狭い中央自己相関ピーク256を明らかに示している。
1以上で15以下の代数的遅延の絶対値に関して取得された自己相関積の値は、0.3以下にとどまる。
図6によれば、符号化シンボルS1に対応する第2の基本的な系列224の、符号化シンボルS0に対応する第1の基本的な系列222による相互相関積の変遷曲線の第2の軌跡262は、X軸254上のチップ期間の数で表現された代数的相関遅延の関数として、代数的遅延のあらゆる値に関して、相互相関積が0.3以下にとどまることを示す。
図7によれば、第2の基本的な系列224の自己相関積の変遷曲線の第1の軌跡282は、X軸284上のチップ期間の数で表現された相関シフトの関数として符号化シンボルS1に対応するものであり、狭い中央自己相関ピーク286を明らかに示している。
1以上で15以下の代数的遅延の絶対値に関して取得された自己相関積の値は、0.3以下にとどまる。
図7によれば、符号化シンボルS0に対応する第1の基本的な系列222の、符号化シンボルS1に対応する第2の基本的な系列224による相互相関積の変遷曲線の第2の軌跡292は、X軸284上のチップ期間の数で表現された代数的相関遅延の関数として、代数的遅延のあらゆる値に関して、相互相関積が0.25以下にとどまることを示す。
第1の基本的な符号化系列222の第3の相補的な符号化系列226に対する相互相関特性と、第2の基本的な符号化系列224の第4の相補的な符号化系列228に対する相互相関特性とのそれぞれが、高振幅を有するマイナスの中央ピークをもたらす一方で、非ゼロの相関シフトに対応する相関積の振幅は小さいことに留意されたい。
図8および送信プロトコルの第2の実施形態によれば、第1の未加工の送信フレームは、図4で説明した第1の実施形態で説明された第1の送信フレーム202と同一の構造を有し、すなわち64ビットの系列204であって、送信器の物理アドレス206の中に配分されており、ペイロード208は、遠隔測定データおよびエラー検出コードCRC210を含有している。
ここで、シンボルおよびビットの概念が結合され、2つのシンボルが区別され得、第1のシンボルSB0が状態0のビットに対応し、第2のシンボルSB1が状態1のビットに対応する。
図9によれば、各シンボルは、16個の2進のチップから構成されている異なる基本拡散系列によって符号化され、各チップが、可能な状態0および1から選択された状態を有する。
ここで、シンボルSB0は、第1の符号化と、図5の参照符号222で説明された、2バイトにわたる16進法で8C5Dと表現される16個のチップ322のベース系列とによって符号化される。
シンボルSB1は、16個のチップ326の第2の符号化系列によって符号化され、これは、第1の符号化系列322のブール加算の方向に関して逆系列であり、図5で説明された第3の符号化系列226と同一である。
したがって、第1の未加工のフレーム322は、ビットまたはシンボルの逐次的符号化と、対応するチップの基本符号化系列におけるビットの逐次的符号化とによって、チップ長さが1024の第2のフレームに変換される。
基本符号化系列322、326は、次いで、基本符号化系列222、224、226、228と同様に、以下の要件を満たすように選択される。
基本符号化系列322、326が平衡を保ち、すなわち、それぞれが有する0と1が同数であって、復号化がより容易になる。
符号化シンボルSB0、SB1のランダム系列として構成された第2のフレームと無関係に、同一の状態、すなわち0または1の連続したチップの数は3つ以下であり、このことによって、送信信号の直流成分および低周波数成分が除去され、入力におけるアナログ受信ヘッドの製作がより容易になる。
それぞれの基本符号化系列322、326の自己相関特性は、受信器の相関器の出力について予期される性能の点で優れたものであり、すなわち相関シフトがない状態で信号の振幅が大きく、相関シフトがあるとサイドローブの振幅が非常に小さい。第1の基本符号化系列322の自己相関特性は、図6の軌跡で示されたものと同一である。
第1の基本的な符号化系列322と第2の相補的な符号化系列326の相互相関特性が、高振幅を有するマイナスの中央ピークをもたらす一方で、非ゼロの相関シフトに対応する相関積の振幅は小さいことに留意されたい。
図10、図11、図12および図13によれば、図3のパルス発生器144は、値V1を有する電圧発生器402の第1の実施形態と、値I1を有する電流発生器404と、値Z1を有するインピーダンス変調器406と、デジタルコンピュータからの制御信号によって制御される2つの状態を有する値V1の電圧発生器408の第2の実施形態とによってそれぞれ作製される。
値I1、V1、Z1は、太陽電池モジュール112および太陽電池チェーンの動作条件に適合して、一定または可変であり得る。
パルス発生器によって生成されたIPGで表される電流は、太陽電池モジュール122によって吸収される、IPG1で表された第1の電流と、太陽電池チェーン、すなわち搬送電流を伴うバス12を渡る第2の電流とに分割される。第2の電流IPG2は、全体の送信チェーン、具体的には受信器10およびインバータのZinvで表された入力インピーダンスを渡る。
給電チェーンのモジュールおよび関連する通信送信器ならびに第2の対応する電流IPG2(j)の識別インデックスを示すのにjを用いることにより、第2の電流は、次式の関係を確認し、
Figure 2016513928
この式で、nは太陽電池モジュールの数または通信システムの送信器の数を示し、Zmod(j)はパルス発生器が取り付けられている、インデックスjを有するモジュールのインピーダンスを示す。
インバータの入力インピーダンスが通信周波数帯域では非常に低く、モジュールのインピーダンスの合計に対して無視できるので、式(1)は、次のように簡単にすることができる。
Figure 2016513928
各通信信号IPG2(j)が通信受信器を渡り、電流/電圧変換の後、取得された電圧信号が処理される。
図14によれば、通信送信器のパルス発生器によって変調されて送信された信号の電圧の、時間を通じての変遷412の一例が示されている。
各通信送信器の電流パルス発生器によって実施されるモジュールは、オンオフ変調(OOK)タイプの変調である。
電流パルス発生器は、コンピュータが送信するチップ信号よって制御される電圧OOK変調器と見なすことができ、太陽電池モジュールに対して直列に可変電圧降下を挿入する。
バスを通って変調された出力電圧は、2つの異なる電圧レベルを伴って取得され、パルスの2つのレベルを分離する振幅は5ボルト±10%に等しいものと理解されており、ここで、伝送速度は、1kbps(キロビット/秒)に等しいものと理解されている。
パルスの立上りエッジの立上り時間およびパルスの立下りエッジの立下り時間は、送信スペクトルの外側の寄生周波数を低減するように調節され、したがって電磁環境両立性(EMC)の要件を順守するものである。
各通信信号IPG2(j)が通信受信器を渡り、電流/電圧変換の後、取得された電圧信号が処理される。
図15および第1の実施形態によれば、図4で説明された第1の符号化の実施形態によって処理された通信信号を受信するのに適している受信器502は、DC電流バス12によってさらに下流の通信送信器に接続された第1の上流の端子504と、搬送電流を伴うバスによって電力インバータに接続された第2の下流の端子506と、関係する通信送信器の物理アドレスを伴う遠隔測定データを高い信頼度で供給するための第3の出力端子508とを備える。
通信受信器502は、アナログヘッド514、アナログ・デジタル・コンバータ516、およびデジタルコンピュータ518を含む。
アナログヘッド514は、受信された通信信号を、通信送信器が送信して搬送電流バスに伝えられた通信信号の総体として引き出し、増幅してフィルタリングするように構成されている。
アナログヘッド514は、図15には要素が示されておらず、電流/電圧コンバータと、その後段の能動的高域通過フィルタとを含み、同フィルタにより、低周波数成分が低レベルであって情報を伝えない受信通信信号が分離され、出力端子520には、増幅してフィルタリングされた受信通信信号が供給される。電流/電圧コンバータ516は、たとえば、第1の上流の端子504と第2の下流の端子506の間に接続された電圧引出しの1MΩの分流抵抗器と、この引出し抵抗器によって入力が分流されている演算増幅器とを含む。
アナログ・デジタル・コンバータ516は、アナログヘッド514からの直流成分が除去されている受信信号を、チップの送信周波数の少なくとも2倍のサンプリング周波数で、受信信号のサンプルへとサンプリングするように構成されており、サンプリング時間は、チップの持続期間で周期的に繰り返す、それぞれが1と第4の所定数Nphiの間に含まれる相ランクによって識別される相の2つ以上のNphiだけ次々に続くものである。
アナログ・デジタル・コンバータ516は、アナログヘッド514の出力端子520に接続された入力端子522を含み、ここでは、一例として、それぞれ異なる相ランクφ(1)、φ(2)に対応する第1のデジタル出力端子532および第2のデジタル出力端子534を備える。
デジタルコンピュータ518は、従来のアーキテクチャを有するマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラであり、広い温度範囲に適するものである。
あるいは、デジタルコンピュータはアナログ・デジタル・コンバータを内蔵する。
コンピュータ518は、それぞれアナログ・デジタル・コンバータ516の第1のデジタル出力端子532および第2のデジタル出力端子534に接続された第1の入力端子542および第2の入力端子544と、通信受信器の出力端子508と、内部クロック546とを含む。
デジタルコンピュータ508は、入力端子542、544に供給されるサンプリングされたデジタルデータを、太陽電池モジュールに関する高信頼のデジタルデータに変換するデジタル処理を実施するように構成されている。
このデジタル処理は、逐次に実行されるソフトウェアモジュールの形態で実施されるものである。
第1のモジュール552および第2のモジュール554は、それぞれ第1の相ランクφ(1)および第2の相ランクφ(2)に関連付けられている。
第1のモジュール552および第2のモジュール554は、それぞれ、各相について、各サンプリング時間の後、サンプリング時間のものと同一の相ランクを有する第1のサンプルの以前の数(拡散係数SFとフレームの2進データの総数Ntの積をシンボルの長さNsで割ったものに等しい)から、第1のモジュール552は第1の相ランクφ(1)において、第2のモジュール554は第2の相ランクφ(2)において、それぞれ、スライディングフレームウィンドウの相関ユニット556、558および基本的な基本符号化系列の組を用いて、関連する第3の未加工の受信フレームを求めるように構成されている。
第3のフレームを求めるために、厳密に言えば電力コンバータの2次高調波を除去するために、第1および第2のモジュール552、554の内部で、関連する除去ユニット560、562によってデジタルフィルタリングが実施されることに留意されたい。
第3のモジュール564および第4のモジュール566は、それぞれ第1のモジュール552および第2のモジュール554に関連付けられている。
第3のモジュール564および第4のモジュール566は、それぞれの第3のフレームから、エラー検出コードが異常な第3のフレームを検出したかどうか確認して、エラー検出コードによって誤りが検出されていなければ、送信されたアドレスを抽出して送信器568の所定のリストと比較するように構成されている。
送信器568の所定のリストは、受信器の組込み中に受信器で求められて供給されたリスト、またはエラー検出コードによって誤りが検出されていない第3のフレームから抽出された送信器アドレスに対して実施された統計的フィルタリングから構築された送信器のリストである。
抽出されたアドレスがリスト568に出現すると、ペイロードの遠隔測定データおよび関連する通信送信器の物理アドレスが配信ユニット570によって出力に配信される。
図15によれば、第1のモジュール552に関連するスライディングフレームウィンドウの相関ユニット556のアーキテクチャのみが示されており、これで処理されるのはランクφ(2)を有するサンプルのみである。
第2のモジュール554に関連するスライディングフレームウィンドウの相関ユニット558の図15には示されていないアーキテクチャは、第1のモジュール552の相関ユニット556のものと同一であって、異なるのは、第2のランクφ(1)を有するサンプルだけが処理される点のみである。
第1のスライディングフレームウィンドウの相関ユニット556は、1組の変換された相関レプリカと、それぞれの変換された相関レプリカの可能なシフト構成の組とに対する可能な相関積を並列で計算するように構成されている。この並列計算は、各サンプリング時間の後、拡散係数SFと等しい、サンプリング時間のものと同一の相φ(1)を有する第1のランクを有する第1のサンプルの以前の数から行われる。変換された相関レプリカは、互いに一致しない基本的な基本符号化系列の半分の、レベル0、1を、レベル−1、1に変換することによって取得される。ここで、理解されているように、符号化シンボルS0およびS1は、基本的な基本系列の第1の組と、符号化シンボルS2およびS3に関連する系列から構成されている、第1の組に対して相補的な基本系列の第2の組とに対応するものである。ここで、たとえば、変換された相関レプリカは、関連する基本送信符号化系列S0、S1のレベル0、1を変換することによって取得される。この並列計算は、符号化シンボルC0の第1の変換されたレプリカR0に関連付けられた第1の並列計算ユニット572と、符号化シンボルC1の第2の変換されたレプリカR1に関連付けられた第2の並列計算ユニット574とによって実施される。第1の並列計算ユニット572および第2の並列計算ユニット574は、ランクφ(1)を有するサンプルの長さSFを有するバッファメモリ576と、関連する記憶装置578、580に記憶されている変換されたレプリカR0、R1とによって駆動される。
あるいは、すべての基本符号化系列が不一致であると、すなわち、すべて基本的な符号化系列であると、基本符号化系列の組のレベル0、1をレベル−1、1にそれぞれ変換することによって、変換された相関レプリカが取得される。
検出ユニット582によって、第1のスライディングフレームウィンドウの相関ユニット556は、受信されたシンボルを、可能な相関積から検出されたシンボルとして検出するように構成されている。
基本符号化系列の組の基数が基本的な基本符号化系列の組の基数の2倍であるとき、検出されたシンボルは、
− 基本符号化系列の組の基数が基本的な基本符号化系列の組の基数の2倍であるときには、最大のプラスレベルを有する計算された相関積の変換された相関レプリカに関連する基本符号化系列、
− または、最大の計算されたマイナスレベルを有する計算された相関積の変換された相関レプリカに関連する基本符号化系列の相補的な基本系列のいずれかに対応するものである。
あるいは、基本符号化系列の組の基数と、変換された相関レプリカの組の基数が等しいとき、検出されたシンボルは、最大のレベルを有する計算された相関積の変換された相関レプリカに関連する基本符号化系列に対応するものである。
シンボル/ビットの復号化/シリアライゼーションのユニット584によって、第1のスライディングフレームウィンドウの相関ユニット556は、検出ユニット582が検出したシンボルをNsの対応するビットの系列に復号化して、この2進データを、第3のフレームの長さNtの長さを有するシフトレジスタに入力するように構成されている。
図16および詳細なアーキテクチャによれば、第1の並列計算ユニット572は、SFの基本相関器のバッテリー592および相関積選択ユニット594を含む。
ここで、図16では、16個の基本相関器のうち602、604、606、608で表された4つだけが示されており、ここでは0、1、14および15である符号化系列C0に関連する変換された基本レプリカR0の異なるシフト・ランクに対応している。
16個の基本相関器602、604、606、608は並列に配置されており、それぞれが、バッファメモリの出力に接続された別々の第1の入力612、614、616、618と、ランク0を有し、0から15の整数の系列から選択された異なるシフト・ランクによって循環してシフトされた、関連する変換された基本レプリカR0の第2の別々の入力622、624、626、628とにおいて駆動される。
それぞれの基本相関器602、604、606、608は、同一の第1のランクφ(1)を有する受信されたサンプルに対して、同一のスライディングウィンドウの相関積として相関積を計算するように構成されており、ここでは、窓には、ランク0を有し、異なるシフト・ランクによって循環してシフトされた関連する変換された基本レプリカR0からの固有で異なる構成632、634、636、638を有する第1のランクの16個の連続したサンプルが含有されている。
相関ユニット用の選択ユニット594は、基本相関器602、604、606、608によって並列で計算されて供給される16個の相関積の中から、絶対値が最大の相関積を、符号を変更することなく選択するように構成されている。
図17と、符号化プロトコルの第2の実施形態に適する受信器642の第2の実施形態とによれば、受信器642は、図15の受信器と同様に、同一のアナログヘッド514および同一のアナログ・デジタル・コンバータ516を備える。
図15の受信器と同様に、受信器は、サンプリングされた受信信号を、2つの相φ(1)、φ(2)および16に等しい拡散係数の信号に処理するように構成されている。
図15の受信器と異なり、検出されるシンボルは2ビットのワードではない。ここで、ビットおよびシンボルの概念が結合される。
ここで、受信器642は、図15の受信器のコンピュータと同一のハードウェア・アーキテクチャおよび同一のインターフェース図を有するコンピュータ644を含む。
デジタルコンピュータ644のソフトウェア構成は、図15の受信器のコンピュータのものとは異なるものである。
コンピュータによってソフトウェアモジュールの形態で逐次に実行されるデジタル処理に含まれる第1のモジュール652および第2のモジュール654は、それぞれ、相φ(1)を有する第1のランクおよび相φ(2)を有する第2のランクと、図15で説明されたものと同一の第3のモジュール564および第4のモジュール566とに関連付けられている。
第1のモジュール652および第2のモジュール654は、各相について、各サンプリング時間の後、サンプリング時間のものと同一の相ランクを有する第1のサンプルの以前の数(ここでは拡散係数SFとフレームの2進データの総数Ntの積に等しい)から、それぞれに関連付けられたスライディングフレームウィンドウの相関ユニット656、658および基本的な基本符号化系列の組を用いて、それぞれ第1の相ランクφ(1)に関連する第3の未加工の受信フレームおよび第2の相ランクφ(2)に関連する第4の未加工の受信フレームを求めるようにそれぞれ構成されている。
第3のフレームおよび第4のフレームを求める前に、厳密に言えば、第1および第2のモジュールの内部で、同一の関連する除去ユニット560、562によって、図15で説明されたのと同じ電力コンバータの2次高調波を除去するための同じデジタルフィルタリングが実施されることに留意されたい。
図17によれば、第1のモジュール652に関連するスライディングフレームウィンドウの相関ユニット656のアーキテクチャのみが詳細に示されており、これで処理されるのはランクφ(1)を有するサンプルのみである。
第2のモジュール654に関連するスライディングフレームウィンドウの相関ユニット658の図17には示されていないアーキテクチャは、第1のモジュールの相関ユニット656のものと同一であって、異なるのは、第2のランクφ(2)のサンプルだけが処理される点のみである。
第1のスライディングフレームウィンドウの相関ユニット656は、1組の変換された相関レプリカと、それぞれの変換された相関レプリカの可能なシフト構成の組とに対する可能な相関積を並列で計算するように構成されている。この並列計算は、各サンプリング時間の後、拡散係数SFと等しい、サンプリング時間のものと同一の第1の相ランクφ(1)を有する第1のサンプルの以前の数から行われる。変換された相関レプリカは、その間に一致がない基本送信系列の半分の、レベル0、1を、レベル−1、1に変換することによって取得される。ここで、図7に見られるように、符号化シンボルすなわち符号化ビットSB0は、基本的な基本符号化系列の第1の単集合の組に対応し、基本的な基本符号化系列の第1の単集合の組に対して相補的な基本符号化系列の第2の単集合の組は、符号化シンボルSB1、すなわち符号化ビット1に関連する系列から構成されている。ここで、たとえば、単一の変換された相関レプリカR0は、シンボルSB0に関連する基本的な基本符号化系列C0のレベル0、1を変換することによって取得される。
この並列計算は、ランクφ(1)を有するサンプルの長さSFを有する同一のバッファメモリ576と、メモリ578に記憶されている変換されたレプリカとによって供給される符号化ビットS0の第1の変換されたレプリカに関連する、第1の並列計算ユニット572と同一の単一の並列計算ユニットによって実施される。
検出ユニット682によって、第1のスライディングフレームウィンドウの相関ユニット656は、受信されたビットを、可能な相関積から検出されたビットとして検出するように構成されている。
基本符号化系列の組の基数が、この場合の基本レプリカの組の基数の2倍であるとき、検出されたビットは、
− 計算された相関積がプラスの符号を有して絶対値のレベルが最大の変換された相関レプリカに関連する基本符号化系列、
− または、マイナスの符号を有して絶対値のレベルが最大の計算された相関積の変換された相関レプリカに関連する基本符号化系列の相補的な基本符号化系列のいずれかに対応するものである。
あるいは、基数において、基本符号化系列の組と、変換された相関レプリカの組とが等しいとき、検出されたビットは、最大のレベルを有する計算された相関積の変換された相関レプリカに関連する基本符号化系列に対応するものである。
ビット・シリアライジング・ユニット684によって、第1のスライディングフレームウィンドウの相関ユニット656は、この2進データを、検出されたビットの形で、第3のフレームの長さNtの長さを有するシフトレジスタに入力するように構成されている。
あるいは、図4、図15、図17で説明されたデジタルコンピュータおよびそれらのソフトウェアモジュールは、たとえば1つまたは複数のFPGA回路といった事実上の高集積度レベルの専用のASIC回路を有する布線された電子ロジック回路の形態で製作され得る。
図18によれば、変調された直流搬送電流による低データ転送速度通信702のための方法は、前述の通信システムを実施するものである。
通信方法702はペイロード・メッセージを伝えるように設計されており、このペイロード・メッセージは、送信器と受信器を互いに直列に接続するワイヤバスにより、直流搬送電流の電力を用いて、少なくとも2つの通信送信器のうちの1または複数から、同一の受信器の方へ、平均周波数において非同期で送信されるものである。
この通信方法は、1組のステップ704、706、708、710、712、714、716、718を含む。
第1のステップ704では、各送信器が、0と1から選択される2つの状態によって符号化された第1の定数Ntの2進の未加工データの第1の系列の形態で、第1の未加工の送信フレームを形成し、第1のフレームを形成する2進の未加工データの系列が、送信器と、ペイロードと、ペイロードおよび送信器のアドレスから求められた第1のフレームのためのエラー検出コードとを特徴付ける固有で異なるアドレスに細分される。
第2のステップ706で、各送信器が、第1の未加工の送信フレームを第2の拡散送信フレーム内で、送信スペクトルの点から、周波数において所定の拡散係数SFだけ拡散し、チップの第2の系列の形態を想定している第2の拡散送信フレームが、最初に第1の未加工の送信フレームの2進の未加工データを、第2の所定数Nsの長さを有する2進の未加工データのすべての系列の組と、2のNs(シンボルの長さ)乗の組との間の全単射の対応規則に従って、第2の所定数Nsの長さを有するシンボルへと符号化し、次いで、0と1から選択された2つの状態によって符号化されている2進のチップで形成された別個の拡散する基本符号化系列のそれぞれの取得されたシンボルを符号化することによって取得され、別個の基本符号化送信系列が、シンボルに依存し、拡散係数SFとして定義されたチップの第3の所定の整数の長さを有する。
第3のステップ708で、各送信器が、送信器信号の第2の拡散フレームのチップを、ワイヤバスによって、たとえばOOK変調といった所定の変調に従って変調して送信する。それぞれの基本符号化系列は、拡散係数SFの長さを有する可能なチップ系列の中から、
− それぞれの基本系列が形成する平衡符号が、第1のレベルを有する中央自己相関ピークと、第1のレベルよりも0.3倍以下と著しく低い第2のレベルを有する2次自己相関ピークとを有すること、
− 基本符号化系列の少なくとも半分の互いの相互相関レベルが、第1の自己相関レベルよりもかなり低いこと、
− すべての送信器によって用いられるシンボルの拡散および送信のための基本符号化系列が、送信器から独立したものであること、といった要件を満たすように選択される。
それぞれの送信器によって作成される第1の未加工フレームの送信時間は、送信器の外部のいかなる同期信号も考慮に入れることなく、それぞれの送信器によって自律的かつ自由に求められる。
第4のステップ710で、通信受信器は、受信した通信信号を、通信送信器が発して受信器の入力に伝わった通信信号の総体として捕獲し、増幅してフィルタリングする。
第5のステップ712で、通信受信器が、直流成分が除去された通信信号を、チップの送信周波数よりも高い周波数でサンプリングし、サンプリング時間は、チップの持続期間で周期的に繰り返す、それぞれが1とNphiの間に含まれる相ランクによって識別される相の2つ以上の第4の所定の整数Nphiだけ次々に続くものである。
第6のステップ714で、各サンプリング時間の後、サンプリング時間のものと同一の相ランクを有する以前の第1のサンプルの第5の数(拡散係数SFとフレームの2進データの総数Ntの積をシンボルの長さNsで割ったものに等しい)から、通信受信器は、スライディングフレームウィンドウの相関ユニットおよび基本系列の組から第3の未加工の受信フレームを求める。
次いで、第7のステップ716で、同一の相ランクに関連する各サンプリング時間の後、第3の未加工のフレームが、直前のサンプリング時間および同一の相ランクに関連するサンプリング時間のうち1つをNphiから減じたものに関連付けられたとき、通信受信器が、第3のフレームから、求められた第3のフレームのエラー検出コードが異常な第3のフレームを検出しているかどうか確認して、エラー検出コードによって誤りが検出されていなければ、受信器が、送信器のアドレスを抽出して、送信器の所定のリストと比較する。
Nsが4でSFが16という状況で、16ビットのペイロードと16ビットのCRCとの32ビットのアドレスを用いるシステムの例によって、送信の強靭性を利用することが可能である。ランダム・フレームにおいて16ビットの有効なCRCを有する可能性は2−16であることが示され得る。前フレームが0.5msごとに復号化されるので、有効なCRCを有する候補フレームは、平均で33秒ごとにもたらされる。さらに、232の可能な物理アドレスがあり、太陽電池チェーンに用いられているのはせいぜい24であるため、実アドレスの誤り検出の可能性は、24×2−32、すなわち5.5×10−9である。したがって、1日当り12時間の動作を想定して、この事象が生じるのは、平均すると400年に1回ということになる。
あるいは、前述の通信システムは単一の通信送信器を含む。
この通信システムの適用分野は、光起電力用途に限定されることなく、搬送電流を伴う通信バスが有効な他の用途にも幅広く適用できる。

Claims (14)

  1. 少なくとも2つの通信送信器のうちの1つまたは複数から平均周波数で非同期的に送信されたペイロード・メッセージを、前記送信器と同一の通信受信器とを互いに直列に接続し直流搬送電流を用いるワイヤバスによって、前記受信器に伝えるように設計された、変調された直流搬送電流による低データ転送速度通信のためのシステムであって、
    1つまたは少なくとも2つの複数(4)の通信送信器(6、8)と、
    通信受信器(10)と、
    共有の送信チャンネルを形成し、変調された直流搬送電流を伴い、前記複数の通信送信器(4)からの前記通信送信器(6、8)と前記通信受信器(10)とを接続するワイヤバス(12)とを備え、
    各通信送信器(6、8)が、0と1から選択される2つの状態によって符号化された第1の定数Ntの2進の未加工データの第1の系列の形態で、第1の未加工の送信フレーム(202)を形成するように構成されており、前記2進の未加工データの系列によって形成されている第1のフレーム(202)が、前記送信器と、ペイロード(208)と、該ペイロード(208)および前記通信送信器(6、8)の物理アドレス(206)から求められた前記第1のフレーム(202)上のエラー検出コード(210)とを特徴付ける固有で異なる前記物理アドレス(206)に細分されており、
    各通信送信器(6、8)は、
    前記第1の未加工の送信フレーム(202)を第2の拡散送信フレーム(212)内で、送信スペクトルの点から、周波数において所定の拡散係数SFだけ拡散し、チップの第2の系列の形態を想定している前記第2の拡散送信フレーム(212)が、最初に前記第1の未加工の送信フレームの前記2進の未加工データを、第2の所定数Nsの長さを有する2進の未加工データのすべての系列の組と、2のNs(シンボルの長さ)乗の組との間の全単射の対応規則に従って、第2の所定数Nsの長さを有するシンボルへと連続的に符号化し、次いで、0と1から選択された2つの状態によって符号化されている2進のチップで形成された別個の拡散する基本符号化系列(222、224、226、228)のそれぞれの取得されたシンボルを符号化することによって取得され、拡散するための前記別個の基本符号化系列(222、224、226、228)が、前記シンボルに依存し、前記拡散係数SFとして定義されたチップの第3の所定の整数の長さを有し、
    送信された通信信号の前記第2の拡散フレーム(212)の前記チップを、前記ワイヤバス(12)によって、所定の変調に従って変調して送信し、
    それぞれの基本拡散系列が、チップ期間以上の期間を有する相関シフトを有する第2のレベルの相関積よりも明らかに高い第1のレベルを有する中央自己相関ピークを有する平衡符号を形成するように、拡散係数SFを長さとして有する可能なチップ系列の中から選択され、
    すべての前記送信器(4、6)によって用いられる前記シンボルを拡散するための前記基本符号化系列が同一であり、
    各送信器(6、8)によって作成される前記第2の拡散フレーム(212)の初期送信の時間が、各送信器(6、8)によって、前記送信器(6、8)の外部の同期信号を考慮に入れることなく自律的かつ自由に決定できるシステム。
  2. 各送信器(6、8)が、異なる送信器(6、8)から来る前記第2の拡散フレームを分離する可変長の時間間隔を生成し、受信した前記第2の拡散フレームを非同期化するために、ゼロ以上のチップ期間の有理数によってランダムまたは疑似ランダムに分散されかつ分離された、前記第2の拡散フレームの前記初期送信の時間を生成するための固有で異なる関連するモジュール(156)を備える請求項1に記載の搬送電流による低データ転送速度通信のためのシステム。
  3. 基本系列の数に等しいシンボルの数が整数2、4、8の組に含まれ、前記拡散係数が4以上であって好ましくは16である請求項1または請求項2に記載の搬送電流による低データ転送速度通信のためのシステム。
  4. 前記基本符号化系列の組が、基本的な基本符号化系列の第1の組と、それぞれが同一の基数を有する基本符号化系列の第2の組とを備えて構成され、
    前記基本符号化系列の前記第2の組のそれぞれが、前記第1の組に相当する基本的な基本符号化系列の相補的な符号化系列である請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の搬送電流による低データ転送速度通信のためのシステム。
  5. 前記通信送信器(6、8)によって実施される前記チップの前記変調がオンオフ変調(OOK)タイプの変調であり、該変調によれば、チップの0状態が前記バス(12)上の第1の電圧レベルに対応し、前記チップの1状態が、前記第1の電圧レベルとは異なる第2の電圧レベルに対応する請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の搬送電流による低データ転送速度通信のためのシステム。
  6. 各通信送信器(6、8)が、前記バス(12)上の前記チップを変調するためのパルス発生器(402、404、406、408)を備え、
    該パルス発生器(402、404、406、408)が、電流制御発生器(404)、電圧制御発生器(402、408)、およびインピーダンス制御変調器(406)であるように選択され得る請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の搬送電流による低データ転送速度通信のためのシステム。
  7. 前記受信器(10)が、
    前記通信送信器(6、8)が発して前記通信受信器(10)の入力に伝わった通信信号の総体として、受信した通信信号をフィルタリングして増幅し、
    直流成分が除去された前記受信信号を、前記チップの前記送信周波数の少なくとも2倍の周波数でサンプリングし、サンプリング時間が、前記チップの持続期間で周期的に繰り返す、それぞれが1と第4の所定数Nphiの間に含まれる相ランクによって識別される相の2つ以上のNphiだけ次々に続き、
    各サンプリング時間の後、該サンプリング時間のものと同一の相ランクを有する第1のサンプルの以前の数(前記拡散スペクトルSFとフレームの2進データの総数Ntの積をシンボルの長さNsで割ったものに等しい)から、スライディングフレームウィンドウの相関ユニット(556、558)および基本系列の組を用いて第3の未加工の受信フレームを求め、次いで
    前記第3のフレームから、該第3の求められたフレームのエラー検出コードが該第3の異常なフレームを検出しているかどうか確認して、前記エラー検出コードによって誤りが検出されていなければ、前記送信器のアドレスを抽出して送信器の所定のリスト(568)と比較するように構成されている請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の搬送電流による低データ転送速度通信のためのシステム。
  8. 前記受信器(10)のスライディングフレームウィンドウの相関ユニット(556)が、
    各サンプリング時間の後、前記拡散係数SFと等しい、前記サンプリング時間のものと同一の相ランクを有する第1のサンプルの以前の数から、1組の変換された相関レプリカと、それぞれの変換された相関レプリカの可能なシフト構成の組とに対して、可能な相関積を並列計算し、前記変換された相関レプリカが、前記拡散符号化系列の組のレベル0、1を、レベル−1、1へとそれぞれ変換することによって取得されるか、あるいは、前記基本送信系列が、基本的な基本符号化系列の第1の組と、該基本的な基本符号化系列の第1の組に対して相補的な基本符号化系列の第2の組とからなるとき、前記基本的な基本送信符号化系列の両半分であって、両者の間に一致性のない両半分のレベル0、1をレベル−1、1に変換することによって取得され、
    前記受信したシンボルを、
    前記符号化基本系列の組の基数と前記変換された相関レプリカの組の基数が等しいときには、最大のレベルを有する前記計算された相関積の前記変換された相関レプリカに関連する前記基本符号化系列、
    または、符号化基本系列の組の前記基数が、前記変換された相関レプリカの組の前記基数の2倍であるときには、最大のプラスレベルを有する前記計算された相関積の前記変換された相関レプリカに関連する前記基本符号化系列、
    または、前記基本符号化系列の組の前記基数が、前記変換された相関レプリカの組の前記基数の2倍であるときには、計算された最大のマイナスレベルを有する前記相関積の前記変換された相関レプリカに関連する前記基本的な基本符号化系列の前記相補的な基本符号化系列のいずれかに対応するシンボルとして検出し、
    次いで、Nsの対応するビットの前記系列の前記シンボルを復号化して、この2進データを、第3のフレームの前記長さNtを有するシフトレジスタに入力するように構成されている請求項7に記載のシステム。
  9. 所定の送信器の前記リスト(568)が、前記受信器が組み込まれるときに該受信器に与えられて求められたリスト、または、前記エラー検出コードによって誤りが検出されていない前記第3のフレームから抽出された前記送信器アドレスに対して実施された統計的フィルタリングから構築された送信器のリストである請求項7または請求項8に記載の通信システム。
  10. 前記送信器(6、8)と前記受信器(10)を互いに直列に接続する、直流搬送電流を用いるワイヤバス(12)により、1つまたは少なくとも2つの複数(4)の通信送信器(6、8)から、同一の受信器に、平均周波数において非同期で送信されるペイロード・メッセージを伝えるように設計された、請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の通信システムによって実施される方法であって、
    各通信送信器が、0と1から選択される2つの状態によって符号化された第1の定数Ntの2進の未加工データの第1の系列の形態で、第1の未加工の送信フレームを形成し、前記2進の未加工データの系列によって形成されている第1のフレームが、前記送信器と、ペイロードと、該ペイロードおよび前記送信器の前記アドレスから求められた前記第1のフレーム上のエラー検出コードとを特徴付ける固有で異なるアドレスに細分されるステップ(704)と、
    各送信器が、前記第1の未加工の送信フレームを第2の拡散送信フレーム内で、送信スペクトルの点から、周波数において所定の拡散係数SFだけ拡散し、チップの第2の系列の形態を想定している第2の拡散送信フレームが、最初に前記第1の未加工の送信フレームの前記2進の未加工データを、第2の所定数Nsの長さを有する2進の未加工データのすべての系列の組と、2のNs(シンボルの長さ)乗の組との間の全単射の対応規則に従って、前記第2の所定数Nsの長さを有するシンボルへと連続的に符号化し、次いで、0と1から選択された2つの状態によって符号化されている2進のチップで形成された別個の拡散する基本符号化系列のそれぞれの取得されたシンボルを含むことによって取得され、拡散するための前記別個の基本符号化系列が、前記シンボルに依存し、前記拡散係数SFとして定義されたチップの第3の所定の整数の長さを有するステップ(706)と、次いで、
    各送信器が、送信器信号の前記第2の拡散フレームの前記チップを、前記ワイヤバスによって、所定の変調に従って変調して送信するステップ(708)とをさらに有し、
    それぞれの基本送信系列が、チップ期間以上の期間を有する相関シフトを有する第2のレベルの相関積よりも明らかに高い第1のレベルを有する中央自己相関ピークを有する平衡符号を形成するように、拡散係数SFを長さとして有する前記可能なチップ系列の中から選択され、
    すべての前記通信送信器によって用いられる前記シンボルを拡散するための前記基本符号化系列が、前記通信送信器から独立したものであり、
    各通信送信器によって作成される前記第2の拡散フレームの前記初期送信の時間が、各通信送信器によって、該通信送信器の外部の同期信号を考慮に入れることなく自律的かつ自由に求められるものである変調された直流搬送電流による低データ転送速度通信のための方法。
  11. 前記通信受信器(10)が、受信した通信信号を、前記送信器(6、8)が発して前記受信器(10)の入力に伝わった前記通信信号の総体として、フィルタリングして増幅するステップと、
    前記通信受信器(10)が、直流成分が除去された前記受信通信信号を、前記チップの前記送信周波数の少なくとも2倍の周波数でサンプリングするステップであって、サンプリング時間が、前記チップの持続期間で周期的に繰り返す、それぞれが1と第4の所定数Nphiの間に含まれる相ランクによって識別される相の2つ以上のNphiだけ次々に続くものであるステップと、
    各サンプリング時間の後、該サンプリング時間のものと同一の相ランクを有する第1のサンプルの以前の数(前記拡散スペクトルSFとフレームの2進データの総数Ntの積をシンボルの長さNsで割ったものに等しい)から、前記受信器が、スライドするフレーム窓の相関ユニットおよび前記基本系列の組を用いて第3の未加工の受信フレームを求めるステップ(714)と、次いで、
    前記受信器が、前記第3のフレームから、該第3の求められたフレームの前記第3の異常なフレームが前記エラー検出コードによって検出されているかどうか確認して、前記エラー検出コードによって誤りが検出されていなければ、前記受信器が、前記送信器のアドレスを抽出して送信器の所定のリストと比較するステップ(716)とを有する請求項10に記載の搬送電流による低データ転送速度通信のための方法。
  12. 請求項1から請求項9のいずれか一項で定義されたシステムに組み込むように設計された通信送信器であって、
    0と1から選択される2つの状態によって符号化された第1の定数Ntの2進の未加工データの第1の系列の形態で、第1の未加工の送信フレームを形成し、前記2進の未加工データの系列によって形成されている第1のフレームが、前記送信器と、ペイロードと、該ペイロードおよび前記送信器の前記アドレスから求められた前記第1のフレーム上のエラー検出コードとを特徴付ける固有で異なるアドレスに細分される第1のモジュール(152)と、
    前記第1の未加工の送信フレームを第2の拡散送信フレーム内で、送信スペクトルの点から、周波数において所定の拡散係数SFだけ拡散するように構成され、チップの第2の系列の形態を想定している前記第2の拡散送信フレームが、最初に前記第1の未加工の送信フレームの2進の未加工データを、第2の所定数Nsの長さを有する2進の未加工データのすべての系列の組と、2のNs(シンボルの長さ)乗の組との間の全単射の対応規則に従って、前記第2の所定数Nsの長さを有するシンボルへと連続的に符号化し、次いで、0と1から選択された2つの状態によって符号化されている2進のチップで形成された別個の拡散する基本符号化系列のそれぞれの取得されたシンボルを含むことによって取得され、拡散するための前記別個の基本符号化系列が、前記シンボルに依存し、前記拡散係数SFとして定義されたチップの第3の所定の整数の長さを有する第2のモジュールと、
    送信された通信信号の前記第2の拡散フレームの前記チップを、前記ワイヤバスによって、所定の変調に従って変調して送信するためのパルス発生器(144)とを備え、
    それぞれの基本送信系列が、チップ期間を上回る期間を有する相関シフトを有する第2のレベルの相関積よりも明らかに高い第1のレベルを有する中央自己相関ピークを有する平衡符号を形成するように、拡散係数SFを長さとして有する可能なチップ系列の中から選択され、
    前記送信器によって作成される2つのフレームの前記初期送信の前記時間が、各送信器によって、前記送信器の外部の同期信号を考慮に入れることなく自律的かつ自由に求められる通信送信器。
  13. 請求項1から請求項9のいずれか一項で定義されたシステムに組み込むように設計された通信受信器であって、
    受信した通信信号を、通信送信器が発して前記受信器の入力に伝わった通信信号の総体として、フィルタリングして増幅するためのアナログヘッド(514)と、
    前記アナログヘッド(516)によって直流成分が除去された前記受信信号を、前記チップの前記送信周波数の少なくとも2倍と実質的に等しいナイキスト周波数でサンプリングし、サンプリング時間が、前記チップの持続期間で周期的に繰り返す、それぞれが1と第4の所定数Nphiの間に含まれる相ランクによって識別される相の2つ以上のNphiだけ次々に続くユニット(516)と、
    各サンプリング時間の後、前記サンプリング時間のものと同一の相ランクを有する第1サンプルの以前の数(前記拡散スペクトルSFとフレームの2進データの総数Nの積をシンボルの長さNsで割ったものに等しい)から、スライドするフレーム窓の相関ユニット(556、558)および前記基本系列の組を用いて第3の未加工の受信フレームを求め、次いで、前記第3のフレームから、該第3の求められたフレームのエラー検出コードが該第3の異常なフレームを検出しているかどうか確認して、前記エラー検出コードによって誤りが検出されなければ、前記送信器のアドレスを抽出して、送信器の所定のリストと比較するように構成された処理ユニット(518)と
    を備える通信受信器。
  14. 請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の通信システムの1つまたは複数のデジタルコンピュータ上で動作したとき請求項10または11に記載の通信方法のステップを実施するためのプログラムコード命令を含むコンピュータプログラム製品。
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