KR20190139764A - 무선 송신 시스템의 작동 방법, 및 무선 송신 시스템의 구조 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 무선 송신기(S) 및 적어도 하나의 무선 수신기(E)가 있는 무선 송신 시스템을 작동시키는 방법으로서, 상기 무선 송신기(S)는, 적어도 하나의 송신기 타이머(ZS), 특히 클록 발생기를 포함하고, 데이터의 송신을 위하여, 패킷 및/또는 서브패킷 및/또는 복수 개의 패킷을 계속하여 송신하며, 상기 데이터의 캐리어 주파수 및 송신 시간 및/또는 상기 데이터의 캐리어 주파수 및 샘플링 레이트 및/또는 상기 데이터의 송신 시간 및 상기 샘플링 레이트는 상기 송신기 타이머(ZS), 특히 온 클록 발생기에 의존하고, 상기 무선 수신기(E)는, 송신 시간을 규정하고 및/또는 캐리어 주파수를 규정하며 및/또는 샘플링 레이트를 규정하기 위한 시간-측정 수단을 가지는 적어도 하나의 수신기 타이머(ZE), 특히 클록 발생기를 포함하며, 상기 무선 수신기(E)는, 수신된 데이터에 기초하여, 오차, 특히 캐리어 주파수 오차 및/또는 샘플링 레이트 오차 및/또는 송신 시간에서의 오차를 추정하고, 추정된 오차로부터 시간 오차를 결정하며, 보상을 위한 시간 정정 인자가 상기 시간 오차에 기초하여 규정되는, 무선 송신 시스템 작동 방법에 관한 것이다. 본 발명은 이러한 방법에 따라 동작가능한 무선 송신 시스템의 구조에 관한 것이다.
Description
본 발명은 제 1 항의 특징을 가지는 무선 송신 시스템을 작동시키는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 제 21 항에 따른 무선 송신 시스템의 구조에 관한 것이다.
소비 계량기 또는 스마트 계량기라고도 불리는 지능적 소비 계량 디바이스는, 예를 들어 열 또는 에너지, 전기, 가스 또는 물의 공급망에 내장된 소비 계량 디바이스이고, 개별 접속 사용자에게 실제 소비량을 표시하고 통신망에 통합된다. 지능형 소비 계량 디바이스는, 인력에 의한 계량기 검침이 더 이상 필요하지 않고, 제공자에 의한 단기 과금이 실제 소비량에 따라 구현될 수 있다는 장점을 제공한다. 그러면, 검침 간격이 짧아져서 말단 고객 요금들 사이의 연동이 더 정확해지고 전기의 거래 가격을 개발할 수 있다. 공급망도 실질적으로 더 효과적으로 이용될 수 있다.
지능형 소비 계량 디바이스는 일반적으로 거주 단위 또는 주거용 건물에 각각 할당된다. 각 장소에서 생성된 계량 데이터는 많은 상이한 방식으로 독출될 수 있다. 계량 데이터는, 예를 들어 데이터 패킷 또는 메시지의 형태로 모바일 무선 통신 기술을 사용하여 송신될 수 있다. 그러나, 이것은 비용이 많이 들고, 소비 계량 디바이스 상에 모바일 무선 통신 모듈이 설치되어 있어야 하며, 개별적 소비 계량 디바이스에서 전력을 많이 소모하는 단점을 가진다. 더욱이, 계량 데이터는, 예를 들어 ISM(Industrial, Scientific, Medical) 대역 주파수 범위 또는 SRD(Short Range Devices) 대역 주파수 범위 내의 무선 링크를 통하여 데이터 패킷 또는 메시지의 형태로도 송신될 수 있다. 이러한 주파수 범위는 운영자가 주파수 관리를 위한 범용 라이센스만 있으면 된다는 장점을 제공한다. 그러나, 예를 들어 차고 문 제어, 경보 시스템, WLAN, 블루투스, 연기 검출기, 등과 같이 광범위한 기술적인 디바이스에 대해서 이러한 타입의 주파수 범위에 속하는 주파수를 사용하기 때문에 간섭이 흔히 발생할 수 있다는 문제점이 존재한다. 계량 데이터는 고정식 또는 이동식 데이터 수집기 또는 기지국을 이용하여 무선 링크를 통해 수집되고, 소비 계량 디바이스의 송신기 내에 제공된 계량 데이터가 이러한 수집기 또는 기지국에 송신된다.
법적인 이유 때문에, 특정한, 매우 짧은 설정된 시간 기간(시간 편차를 포함하는, 시간 상 설정된 시간 또는 설정된 시점) 동안 데이터 수집기로 송신된 계량 데이터만이 소비량을 평가하기 위해서 소비 계량 디바이스의 송신기에 의해 사용될 수 있다. 모든 소비 계량 디바이스의 송신기는 이러한 매우 짧은 설정된 시간 기간 동안에 그들의 데이터 패킷을 데이터 수집기의 수신기로 송신한다. 설정된 시간 기간 밖에서 수신된 데이터 패킷은 거절된다. 상이한 소비 계량 디바이스의 송신기로부터의 계량 데이터의 송신이 이러한 설정된 시간 기간 동안에 서로 간섭을 일으키는 일이 매우 빈번하게 발생한다. 빌딩에 특유한 특성 때문에도, 소비 계량 디바이스로부터 기지국 또는 데이터 수집기로의 계량 데이터의 송신에 간섭이 흔히 발생할 수 있다. 모든 이러한 인자들의 결과로서, 데이터 패킷이 관련된 채널 내에서 성공적으로 송신될 적당한 확률이 존재할 뿐이다.
매우 긴 범위에 걸친 무선 통신은, 특히, 고감도 수신기 시스템을 필요로 한다. 추가적인 어려움은, 데이터 수집기와 소비 계량 디바이스 사이의 무선 송신이 있는 통신 시스템이 소비 계량 디바이스의 구역 내에 위치된 통신 모듈과 데이터 수집기의 통신 모듈 사이에 매우 정밀한 시간 동기화를 요구한다는 점이다.
이것은 수반된 디바이스의 주파수 및 타이밍의 정밀도에 있어서 특정한 요건을 부과하는 협대역 송신 채널과 연관된다. 무선 통신이 간섭에 덜 민감하게 하고, 따라서 시스템의 탄력성을 높이기 위해서, 무선 메시지는, 예를 들어 DE 10 2011 082 098 B4 내에 표시되는 바와 같은 작은 서브패킷으로 분할된다. 그러면, 이러한 서브패킷이 상이한 시간에 상이한 주파수에서 송신된다. 이러한 타입의 송신 타입은 주파수 도약 방법 또는 주파수 확산 방법의 도메인 내에 있다.
이러한 타입의무선 송신 시스템에서는, 사용되는 캐리어 주파수, 송신 시간 및 샘플링 레이트가 통상적으로 고주파수 수정 또는 고주파수 수정 발진기로부터 유도된다. 시간 이벤트는, 예를 들어 시간 수정 또는 클록 수정과 같은 발진 수정정(oscillating crystal; SQ)으로부터 유도된다. 예컨대, 예를 들어 소비 데이터 기록 시스템 또는 계량 무선 네트워크에서의 통신 중에, 따라서 사용되는 수정의 제작과 관련된 공차는 주파수 및 기지국 또는 데이터 수집기와 단말 디바이스 또는 소비 계량기 사이의 시간 내의 편차를 규정한다. 이것은 결과적으로 열화 효과, 예컨대 감소된 범위 또는, 최악의 경우에는, 통신 브레이크다운을 초래할 수 있다. 또한, 시간이 지연된 부분 패킷을 통해 서브패킷을 송신하면 송신기 및 수신기의 샘플링 레이트들 사이의 대응성의 관점에서 매우 엄격한 요건이 부과되는데, 그 이유는 시간적으로 높은 정밀도의 샘플링이 긴 시간 기간에 걸쳐서 요구되기 때문이다. 송신기 및 수신기 사이의 고속 샘플링 레이트가 다르면 유사하게 통신의 열화 또는 브레이크다운을 초래할 수 있다.
저전력 소비형 단순 수정은, 특히 자율 소비 계량 디바이스의 통신 모듈의 영역에서 주파수 레퍼런스 디바이스로서 사용된다. 이러한 타입의 수정은 제조 공차, 온도에 따른 거동 및 노화에 기인하여 10 - 100 ppm의 수정 오차를 가진다. 예를 들어, 표준 수정에서는 수정 오차가 50 ppm이면 매일 4.3 초 또는 연간 26 분의 편차가 초래된다.
선행 기술 문헌
EP 1 791 100 B1 은 송신기 주파수 안정성 및 대응하는 무선 수신 주파수 검색 과정(search run)이 보상된 무선 송신 시스템을 기술한다. 무선 송신 시스템은 적어도 하나의 무선 송신기 및 적어도 하나의 무선 수신기를 포함한다. 무선 송신기는 시간-측정 수단이 있는 타이머 및 캐리어 주파수 발생기를 더 포함하는데, 타이머에 의해 미리 규정된 시간은 캐리어 주파수 발생기의 주파수에 따라 달라진다. 무선 수신기의 무선 수신 주파수를 무선 송신기의 무선 송신 주파수에 동조시키기 위하여, 무선 수신기는 주파수 검색 과정에서 무선 수신 주파수를 감소시키면서 검색한다. 그러나, 무선 송신기는 단말 디바이스 또는 소비 계량기에 위치되고, 무선 수신기는 기지국 또는 데이터 수집기에 위치된다. 그러므로 오차 보상은 기지국에서 일어나고, 소비 계량기, 특히 에너지 자족형(self-sufficient) 소비 계량기에서는 일어나지 않는다.
본 발명의 목적은 비용 효율 및 에너지 효율을 동시에 증가시키면서 송신 품질이 향상되는 무선 송신 시스템을 작동시키기 위한 신규한 방법, 및 신규한 구조를 제공하는 것이다.
전술된 목적은 제 1 항의 전체 내용 및 제 21 항에 따른 구조에 의하여 달성된다. 본 발명의 적절한 설계 사항들이 종속항에 청구된다.
본 발명에 따르면, 무선 송신기 및 적어도 하나의 무선 수신기가 있는 무선 송신 시스템을 작동시키는 방법으로서, 상기 무선 송신기는, 적어도 하나의 송신기 타이머, 특히 클록 발생기를 포함하고, 데이터의 송신을 위하여, 패킷 및/또는 서브패킷 및/또는 복수 개의 패킷을 계속하여 송신하며, 상기 데이터의 캐리어 주파수 및 송신 시간 및 상기 데이터의 캐리어 주파수 및 샘플링 레이트 및/또는 상기 데이터의 송신 시간 및 상기 데이터의 샘플링 레이트는 상기 송신기 타이머, 특히 온 클록 발생기에 의존하고, 상기 무선 수신기는, 송신 시간을 규정하고 및/또는 캐리어 주파수를 규정하며 및/또는 샘플링 레이트를 규정하기 위한 시간-측정 수단을 가지는 적어도 하나의 수신기 타이머, 특히 클록 발생기를 포함하며, 상기 무선 수신기는, 수신된 데이터에 기초하여, 오차, 특히 캐리어 주파수 오차 및/또는 샘플링 레이트 오차 및/또는 송신 시간에서의 오차를 추정하고, 추정된 오차로부터 시간 오차를 결정하며, 보상을 위한 시간 정정 인자가 상기 시간 오차에 기초하여 규정되는, 무선 송신 시스템 작동 방법이 제공된다.
데이터의 캐리어 주파수 및 송신 시간 및/또는 데이터의 캐리어 주파수 및 샘플링 레이트 및/또는 데이터의 송신 시간 및 데이터의 샘플링이 동일한 클록 발생기에 의존한다면 특히 적합하다. 따라서, 무선 송신기와 무선 수신기 사이의 주파수 및/또는 타이밍 및/또는 샘플링 레이트의 편차가 바람직하게 보상될 수 있다. 따라서, 예를 들어 감소된 무선 범위 또는 통신 브레이크다운과 같은 열화 효과를 방지할 수 있는 가능성이 생긴다. 바람직하게는, 편차의 보상은 무선 수신기에서 수행될 수 있다.
무선 수신기가 에너지 자족형일 가능성도 적절하게 존재한다. 그러므로, 본 발명의 방법의 추가적인 장점은, 이러한 방법이 무선 수신기의 에너지 수요의 관점에서 추가적인 요구 사항을 부과하지 않고 에너지 자족형 무선 수신기에서 수행될 수 있다는 것이다.
무선 송신기는, 패킷 내에 적어도 두 개의 휴지기를 삽입함으로써 패킷을 서브패킷과 같은 단편화된 형태로 적절하게 송신할 수 있고, 휴지기는 캐리어 주파수를 생성하는 송신기 타이머와 동일한 송신기 타이머에 의해 생성된다. 그러면, 예를 들어 현존 송신 대역폭이 효과적으로 이용될 수 있다는 장점이 생긴다.
바람직하게는, 무선 수신기 및/또는 무선 송신기는, 에너지를 절약하기 위하여 패킷의 휴지기 내에서 비활성화될 수 있고, 특히 슬립 모드로 전환될 수 있으며, 웨이크-업(wake-up)은, 특히 시간 정정 인자에 의해 규정될 수 있다. 바람직하게는, 무선 수신기 및/또는 무선 송신기는, 에너지를 절약하기 위하여 상기 패킷의 두 개의 연속 패킷들 사이에서 비활성화될 수 있고, 특히 슬립 모드로 전환될 수 있으며, 다음 패킷을 위한 웨이크-업은, 특히 시간 정정 인자에 의해 규정될 수 있다. , 바람직하게는, 패킷의 휴지기 내 또는 두 개의 연속 패킷들 사이의 비활성화는, 무선 수신기 및/또는 무선 송신기의 에너지 효율이 증가될 수 있게 한다. 웨이크-업이 정확한 시간에 달성될 수 있도록 시간 정정 인자를 사용할 가능성이 존재한다. 따라서, 예를 들어 송신 시간에 생길 수 있는 오차 또는 시간 오차가 간단한 방식으로 보상될 수 있다.
바람직하게는, 무선 수신기가 무선 송신기의 캐리어 주파수에 기초하여 송신기 타이머와 수신기 타이머 사이의 차이를 계산하고, 계산된 차이로부터 적어도 하나의 정정 인자를 계산할 가능성이 존재한다. 예를 들어, 캐리어 주파수 오차를 규정하기 위하여 무선 송신기 및 무선 수신기의 캐리어 주파수들에서의 차이가 결정될 수 있다.
바람직하게는, 송신기 타이머와 수신기 타이머 사이의 차이에 기초하여 각각의 서브패킷에 대한 상이한 웨이크-업 시간이 계산될 수 있다. 각각의 패킷에 대한 상이한 웨이크-업 시간이 유사하게 송신기 타이머와 수신기 타이머 사이의 차이에 기초하여 계산되면 바람직할 수 있다. 정정 인자가 시간이 지남에 따라서 변해서, 개별적인 웨이크-업 시간이 각각의 서브패킷 또는 각각의 패킷에 대해서 바람직하게 계산될 수 있는 가능성이 존재한다.
바람직하게는, 무선 송신기의 송신기 타이머는 발진 수정 및 고주파수 수정을 포함할 수 있다. 발진 수정 및 고주파수 수정은 수정 발진기에서도 사용될 수 있다. 발진 수정은 시간 수정 또는 클록 수정으로서 바람직하게 설계될 수 있는 저주파수 수정일 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 수정 공차가 보상되게 한다. 바람직하게는, 사용되는 수정에 주파수 정밀도 및/또는 안정성에 대한 특정한 요구 사항을 부과할 필요가 없다. 결과적으로, 본 발명의 방법은 비용-효과적인 방식으로 바람직하게 구현될 수 있다.
무선 송신기에서, 발진 수정은 시간의 기초를 위하여 수정 발진기 내에서 적절하게 사용될 수 있다. 특히 시간 수정 또는 클록 수정으로서의 고주파수 수정 및 발진 수정은 발진 수정의 하나 이상의 시간 주기 내의 고주파수 수정 발진기의 발진 또는 틱(tick)의 횟수를 측정함으로써 튜닝될 수 있다. 그러므로, 공칭 주파수로부터의 편차와 공칭 시간 분해능 사이의 관계가 구축될 수 있다. 따라서, 데이터의 캐리어 주파수 및 송신 시간 및/또는 데이터의 캐리어 주파수 및 샘플링 레이트 및/또는 데이터의 송신 시간 및 데이터의 샘플링 레이트가 동일한 클록 발생기에 의존할 가능성이 존재한다. 이러한 목적을 위하여, 예를 들어 값들이 그로부터 유도될, 고주파수 수정이 사용되거나, 예를 들어 고주파수 수정 및 저주파수 수정으로 이루어진 커플링된 시스템이 사용될 가능성이 존재한다. 이러한 커플링은, 수정들 사이의 하드웨어 라인을 이용하여, 또는 예를 들어, 오프셋이 발생하면 해당 오프셋이 보상되는 수정의 상호 측정(reciprocal measurement)에 의하여 구현될 수 있다.
이러한 방법은 다음 단계를 포함하는 것이 바람직하다:
동기화 시퀀스가 무선 송신기에 의해 캐리어 주파수 상에서 송신되고,
상기 무선 수신기가 규정된 검색 윈도우에서 상기 무선 송신기의 가능한 캐리어 신호를 검색하며,
상기 무선 수신기가 상기 무선 송신기의 캐리어 신호를 찾아내고,
상기 무선 수신기가 수신된 동기화 시퀀스로부터 상기 무선 송신기의 주파수 오차 및/또는 시간 오차를 결정하는 것.
무선 송신기에 의해 송신된 동기화 시퀀스가, 예를 들어 주파수 스윕(sweep)을 이용하여 무선 수신기에 의해 검색된다. 주파수 스윕을 위하여, 주파수는 규정된 검색 윈도우 내의 미리 정의된 범위 내에서 주기적으로 및/또는 연속적으로 스윕될 수 있다. 무선 송신기의 가능한 캐리어 신호가 특정한 검색 대역폭 내에서 검색될 수 있다. 무선 수신기는 무선 송신기의 캐리어 신호를 찾고, 따라서 동기화 시퀀스도 수신한다. 무선 송신기의 송신된 캐리어 주파수와 무선 수신기에 의해 기대되는 캐리어 주파수 사이에 오프셋이 존재하면, 예를 들어 무선 송신기와 무선 수신기 사이의 주파수 오차가 규정될 수 있다. 따라서, 주파수 오차는 이미 본질적으로 보상될 수 있다. 무선 송신기와 무선 수신기 사이의 시간 오차는, 예를 들어 무선 송신기의 캐리어 신호가 무선 수신기에 기대된 시간에 도달하지 않는다는 점에서 결정될 수 있다.
무선 수신기의 수신기 타이머는 바람직하게 발진 수정 및 고주파수 수정을 포함할 수 있다. 발진 수정은 시간 수정 또는 클록 수정으로서 적절하게 설계될 수 있다. 이러한 방법은 주파수 정확도 및/또는 안정성에 대한 특정 요구 사항이 사용되는 수정에 부과될 필요가 없이, 수정 공차를 보상할 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 방법은 비용-효과적인 방식으로 바람직하게 구현될 수 있다.
무선 송신기와 무선 수신기 사이의 시간 편차는 두 개의 통신 파트너의 상이한 샘플링 레이트에 반영될 수 있다. 무선 수신기에서 이러한 시간 편차를 고려하기 위해서는, 2-스테이지 교정 방법이 수행되어야 할 가능성이 존재한다.
이러한 방법은 다음의 단계를 가진 제 1 교정 단계를 포함할 수 있다:
고주파수 수정이 활성화되는 동안 수신기 타이머의 발진 수정을 수신기 타이머의 고주파수 수정에 튜닝하는 것.
고주파수 수정 발진기는, 예를 들어 수신 중에 또는 수신 대기 중에만 무선 수신기 내에서 작동된다. 그러므로 제 1 교정 단계는 무선 수신기 내의 고주파수 수정 발진기의 능동 시간 동안, 예컨대, 예를 들어 무선 송신기의 동기화 시퀀스가 수신되는 동안에 수행된다. 무선 수신기의 고주파수 수정 발진기는 수신 중의 임의의 이벤트 시에 작동되는 것이 바람직하다. 결과적으로, 이러한 방법은 바람직하게도 무선 수신기의 에너지 수요에 대해서 추가적 요구 사항을 부과하지 않는다. 따라서 이러한 방법은 에너지-효율적 방식으로 수행될 수 있다. 또한, 다른 대안적 디자인에서 무선 수신기에 양-방향 통신 수단이 장착될 가능성이 존재한다. 발진 수정을 고주파수 수정에 튜닝하는 것이 송신 중에 가능해지게 하도록, 고주파수 수정 발진기는 또한 무선 수신기의 송신 중에 작동될 수 있다.
바람직하게는, 클록 수정 또는 시간 수정 및 고주파수 수정의 튜닝이 제 1 교정 스테이지에서 일어나도록, 발진 수정은 클록 수정 또는 시간 수정일 수 있다. 예를 들어, 클록 수정 또는 시간 수정의 하나의 사이클 동안 완성되는 고주파수 수정의 사이클의 횟수, 가 이러한 목적을 위하여 카운트된다. 따라서, 특히 클록 수정 또는 시간 수정으로서의 발진 수정이 타이밍에서의 대략적 시간 패턴을 미리 정의하기 위하여 사용될 가능성이 존재하는데, 그 이유는 발진 수정의 하나의 사이클에 대응하는 고주파수 수정의 사이클의 횟수가 알려져 있기 때문이다.
고주파수 수정은 시간 유닛의 미세-튜닝을 위해서 사용될 수 있는 것이 바람직하다. 따라서, 발진 수정, 특히 클록 수정 또는 시간 수정의 하나의 사이클보다 적은 시간 유닛이 미세-튜닝 중의 고주파수 수정에 의해 규정되고 설정될 수 있다. 미세-튜닝이 수신 이벤트 직전에 발생한다면, 고주파수 수정 발진기는 임의의 이벤트 시에 작동되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 제 1 교정 단계는 다음 단계를 더 포함할 수 있다:
수신기 타이머의 고주파수 수정을 활성화하는 것.
바람직하게는, 정정 인자가 적어도 두 개의 정정 인자로부터 형성되고, 적어도 하나의 정정 인자는 송신기 타이머와 수신기 타이머 사이의 차이로부터, 특히 수정 오차(crystal error)로부터 획득되며, 적어도 하나의 정정 인자는 수신기 타이머의 발진 수정과 수신기 타이머의 고주파수 수정 사이의 차이로부터 획득될 가능성이 존재한다. 예를 들어, 무선 송신기 및 무선 수신기 내의 클록 발생기들 사이의 차이로부터 초래되는 오프셋이 정정 인자로써 보상될 수 있다. 또한, 무선 송신기 및 무선 수신기 내의 클록 발생기 또는 클록 수정의 시간이 지남에 따른, 특히 오랜 시간 기간에 걸친 발산에 의해 초래된 추가적 오프셋이 발생할 수 있다. 따라서, 무선 송신기와 무선 수신기 사이의 오프셋은 시간이 지남에 따라 변할 수 있다. 추가적 정정 인자는, 예를 들어 시간이 지남에 따른 이러한 변화에 대해서 규정될 수 있다.
이러한 방법은 다음의 단계를 가진 제 2 교정 단계를 포함할 수 있다:
무선 송신기의 캐리어 주파수의 편차를 규정함으로써 무선 송신기의 샘플링 레이트 오차를 규정하는 것;
무선 송신기와 무선 수신기 사이의 상이한 샘플링 레이트의 보상을 위하여, 샘플링 레이트 오차에 기초하여 시간 정정 인자를 계산하는 것.
무선 송신기의 고주파수 수정의 결정 주파수는 캐리어 주파수의 편차로부터 추론될 수 있다. 무선 송신기의 샘플링 레이트 오차는 무선 송신기의 고주파수 수정의 수정 주파수에 의해서 더욱 규정될 수 있다. 이것은, 시간, 주파수 및 샘플링 레이트가 무선 송신기 내에서 동일한 타이머 또는 클록 발생기로부터 유도되기 때문에 가능하다. 추가하여, 패킷들 사이의 휴지기 및 패킷 내의 휴지기는 동일한 타이머 또는 클록 발생기로부터 유도될 수 있다. 무선 송신기의 캐리어 주파수의 편차는 동기화 시퀀스의 수신을 통해 무선 수신기에 이미 알려져 있을 수 있다.
무선 송신기의 샘플링 레이트 오차에 대한 정보가 있으면, 시간 정정 인자가 무선 수신기 내에서 계산될 가능성이 존재한다. 이러한 시간 정정 인자는, 무선 송신기 및 무선 수신기의 상이한 샘플링 레이트가 무선 수신기 내에서 보상될 수 있도록, 수신 윈도우의 시간 천이를 미리 규정한다.
바람직하게는, 무선 송신 시스템은 협대역 시스템일 수 있다. 협대역 송신 채널은 주파수의 정확도 및 타이밍의 정확도에 대해서 특정한 요구 사항을 부여한다. 따라서, 본 발명의 방법은 주파수 오차 및/또는 시간 오차 및/또는 샘플링 레이트 오차를 결정하고 보상할 가능성을 제공할 수 있고, 결과적으로 협대역 시스템의 요구 사항이 만족될 수 있다.
무선 송신 시스템이 주파수 도약 방법을 채용한 시스템이라면 특히 바람직하다. 예를 들어, 주파수 도약 확산 스펙트럼(Frequency Hopping Spread Spectrum; FHSS)은 무선 데이터 송신을 위해 가능한 주파수 도약 방법 또는 주파수 확산 방법을 나타낸다. 주파수 도약 방법에서, 제 2 교정 단계에서 규정된 시간 정정 인자가 도약마다의 수신 윈도우의 시간 천이를 제공한다.
하나의 가능한 디자인에서, 본 발명의 방법은 분할 방법을 채용한 무선 송신 시스템에서 사용될 수 있다. 하나의 가능한 분할 방법이 DE 10 2011 082 098 B4 에 기술된다.
바람직하게는, 무선 송신기는 기지국 및 소비 계량기가 있는 무선 수신기일 수 있다. 또한, 무선 송신기가 데이터 수집기로서 설계되는 가능성이 존재한다. 소비 계량기는 더욱 에너지 자족형이 된다. 에너지 자족형 소비 계량기를 구현하기 위하여, 이것은 배터리로 작동될 수 있다. 그러므로, 바람직하게는 소비 계량기에서 캐리어 주파수 오차 및/또는 샘플링 레이트 오차 및/또는 송신 시간에서의 오차 또는 시간 오차의 보상을 수행할 가능성이 생긴다.
더 나아가, 본 발명은 두 번째로 무선 송신기 및 적어도 하나의 무선 수신기를 포함하는 무선 송신 시스템의 구조를 청구하는데, 무선 송신기는 송신 시간을 규정하고 및/또는 캐리어 주파수를 규정하며 및/또는 샘플링 레이트를 규정하기 위한 시간-측정 수단을 가지는 적어도 하나의 송신기 타이머를 포함하고, 무선 수신기는 송신 시간을 규정하고 및/또는 캐리어 주파수를 규정하며 및/또는 샘플링 레이트를 규정하기 위한 시간-측정 수단을 가지는 적어도 하나의 수신기 타이머를 포함하며, 이러한 구조는 앞선 방법항들 중 하나에 따라서 작동될 수 있다.
본 발명의 적절한 디자인들이 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명된다:
도 1 은 일반적인 무선 송신 시스템의 실질적으로 단순화된 개략도를 도시한다;
도 2 는 동기화 시퀀스의 송신의 실질적으로 단순화된 개략도를 도시한다;
도 3 은 발진 수정 및 고주파수 수정의 튜닝의 실질적으로 단순화된 개략도를 도시한다;
도 4 는 샘플링 레이트 오차의 정의의 실질적으로 단순화된 개략도를 도시한다.
도 1 은 일반적인 무선 송신 시스템의 실질적으로 단순화된 개략도를 도시한다;
도 2 는 동기화 시퀀스의 송신의 실질적으로 단순화된 개략도를 도시한다;
도 3 은 발진 수정 및 고주파수 수정의 튜닝의 실질적으로 단순화된 개략도를 도시한다;
도 4 는 샘플링 레이트 오차의 정의의 실질적으로 단순화된 개략도를 도시한다.
도 1 은 일반적인 무선 송신 시스템의 단순화된 개략도를 도시한다. 무선 송신 시스템은 무선 송신기 또는 기지국(B) 및 무선 수신기 또는 소비 계량기(V)를 포함한다.
기지국(B)은 고주파수 수정(high-frequency crystal HFQ), 저주파수 수정(low-frequency crystal; LFQ) 및 마이크로콘트롤러(12)를 포함하는 송신기 타이머(ZS)를 포함한다. 고주파수 수정(HFQ)은 예를 들어 40 MHz의 주파수에서 발진기로써 작동되는데, 저주파수 수정(LFQ)은, 예를 들어 32 kHz의 주파수에서 발진기로써 작동된다. 저주파수 수정(LFQ)은 클록 수정 또는 시간 수정으로서 사용될 수 있다. 고주파수 수정(HFQ) 및 저주파수 수정(LFQ)은 마이크로콘트롤러(12)를 통해 커플링된다. 각각의 다른 수정은, 예를 들어 수정을 서로에 맞게 튜닝하기 위해서 측정될 수 있다. 저주파수 수정(LFQ)은, 예를 들어 고주파수 수정(HFQ)을 측정하고 존재할 수 있는 오프셋, 특히 시간 오프셋을 보상할 수 있다. 기지국(B)은 통신 모듈(11) 및 무선 데이터 송신을 위한 안테나(10)를 더 포함한다.
소비 계량기(V)는 고주파수 수정(HFQ), 저주파수 수정(LFQ) 및 마이크로콘트롤러(12)를 포함하는 수신기 타이머(ZE)를 포함한다. 고주파수 수정(HFQ)은 예를 들어 40 MHz의 주파수에서 발진기로써 작동되는데, 저주파수 수정(LFQ)은, 예를 들어 32 kHz의 주파수에서 발진기로써 작동된다. 저주파수 수정(LFQ)은 클록 수정 또는 시간 수정으로서 사용될 수 있다. 고주파수 수정(HFQ) 및 저주파수 수정(LFQ)은 마이크로콘트롤러(12)를 통해 커플링된다. 각각의 다른 수정은, 예를 들어 수정을 서로에 맞게 튜닝하기 위해서 측정될 수 있다. 저주파수 수정(LFQ)은, 예를 들어 고주파수 수정(HFQ)을 측정하고, 예를 들어 소비 계량기(V)로부터 기지국(B)으로의 업링크에 존재할 수 있는 오프셋, 특히 시간 오프셋을 보상할 수 있다. 소비 계량기(V)는 통신 모듈(11) 및 무선 데이터 송신을 수신하기 위한 안테나(10) 더 포함한다. 무선 수신기(E)와 같이, 소비 계량기(V)도 에너지 자족형이다.
도 1 은 기지국(B)으로부터 동기화 시퀀스(20)가 캐리어 주파수(21)에 실려 송신되는 것을 더 보여준다. 소비 계량기(V)는 규정된 검색 윈도우에서 기지국(B)의 캐리어 주파수(21)에 있을 수 있는 캐리어 신호를 검색한다. 소비 계량기(V)는 캐리어 주파수(21) 상에서 캐리어 신호를 찾는다. 주파수 오차가 기지국(B)과 소비 계량기(V) 사이에서 발생하면, 기지국(B)에 의해 송신된 캐리어 주파수(21)가 소비 계량기(V)에 의해 기대되는 캐리어 주파수(22)와 매칭되지 않는다. 도 1 의 무선 송신 시스템은 또한 협대역 시스템일 수 있다.
도 2 는 동기화 시퀀스(20)의 송신의 단순화된 개략도를 보여준다. 동기화 시퀀스(20)는 우선 기지국(B)에 의하여 캐리어 주파수(21)에 실려서 송신된다. 그러면, 소비 계량기(V)는 규정된 검색 윈도우에서 기지국(B)의 가능한 캐리어 신호를 검색한다. 소비 계량기(V)가 기지국(B)의 캐리어 주파수(21)에서 캐리어 신호를 찾은 후에, 소비 계량기(V)는 수신된 캐리어 주파수(21)를 기대된 캐리어 주파수(22)와 비교한다. 이를 통하여, 소비 계량기(V)는 수신된 캐리어 주파수(21)와 기대된 캐리어 주파수(22) 사이의 주파수 오프셋 또는 주파수 오차 Δf를 결정할 수 있다. 따라서 기지국(B)과 소비 계량기(V) 사이의 주파수 오차 Δf를 본질적으로 소비 계량기(V) 내에서 보상할 가능성이 존재한다.
기지국(B)의 송신 시간이 소비 계량기(V) 내에서 알려져 있으면, 소비 계량기(V)와 관련된 기지국(B)의 시간 오차는 특정한 캐리어 주파수(21) 상에서의 동기화 시퀀스(20)의 수신 시간을 이용하여 소비 계량기(V) 내에서 규정될 수 있다.
도 3 은 발진 수정(SQ) 및 고주파수 수정(HFQ)의 튜닝의 실질적으로 단순화된 개략도를 도시한다. 바람직하게는, 발진 수정(SQ)은 저주파수 수정(LFQ)일 수 있다. 제 1 교정 단계에서, 수신기 타이머(ZE)의, 특히 이러한 설계에서는 클록 수정 또는 시간 수정과 같은 발진 수정(SQ)은 수신기 타이머(ZE)의 고주파수 수정(HFQ)에 대해 튜닝된다. 튜닝을 위하여 고주파수 수정 발진기(HFQ)가 작동된다. 고주파수 수정 발진기(HFQ)는 튜닝 시에 임의의 경우에 작동될 수 있는데, 그 이유는 이것이 수신 중에 또는 수신 대기 중에 작동되기 때문이다. 튜닝을 위하여 고주파수 수정 발진기(HFQ)를 작동시킬 가능성이 역시 존재한다. 발진 수정(SQ)의 발진 사이클은 고주파수 수정(HFQ)의 발진 사이클보다 길다. 발진 수정(SQ)의 하나의 사이클 중에 고주파수 수정(HFQ)의 완료된 사이클의 횟수가 튜닝을 위하여, 특히 이러한 디자인에서는 클록 수정 또는 시간 수정으로서 카운트된다. 따라서, 타이밍 내의 대략적 시간 패턴(25)이 발진 수정(SQ)에 의하여 특정될 수 있다. 미세 시간 패턴(26)의 분할을 위해서 고주파수 수정(HFQ)을 사용할 가능성이 존재한다. 따라서, 발진 수정(SQ)의 하나의 사이클보다 작은 시간 유닛이 미세-튜닝으로 분할될 수 있다. 발진 수정(SQ)의 시간 레퍼런스 및 고주파수 수정(HFQ)의 고주파수 레퍼런스가 서로에 대해 교정될 수 있다.
도 4 는 샘플링 레이트 오차의 정의의 단순화된 개략도를 보여준다. 기지국(B)의 캐리어 주파수(21)의 소비 계량기(V)에 의해 기대된 캐리어 주파수(22)로부터의 편차가 제 2 교정 단계에서 규정된다. 그러면 소비 계량기(V)는 기지국(B)의 고주파수 수정(HFQ)의 수정 주파수를 캐리어 주파수(21)의 편차로부터 추론할 수 있다. 고주파수 수정(HFQ)의 수정 주파수가 소비 계량기(V) 내에 존재하면, 기지국(B)의 샘플링 레이트 오차가 그로부터 소비 계량기(V) 내에서 규정될 수 있다. 도 4 의 그래프는 주파수 도약 방법을 채용한 무선 송신 시스템에 대해서 도시된다. 캐리어 주파수(21)는 여기에서, 개별 도약으로 표시되는 것과 같은 이산 주파수 변화를 겪는다. 주파수 변화의 시퀀스는, 예를 들어 의사무작위 숫자에 의해 규정된다. 유용한 데이터는, 특정한 주파수로 업컨버팅될 수 있도록 우선 협대역 변조를 겪을 수 있다. 확산을 반전시키고 종래에는 복조하는 주파수 합성기가 수신기 측에 있는 수신 변조기의 업스트림에 연결된다. 기지국(B)의 샘플링 레이트(30)가 소비 계량기(V)의 샘플링 레이트(31)와 매칭되지 않으면, 샘플링 레이트 오차 Δt가 발생한다. 오차는 샘플링 레이트 오차 Δt 에 기인하여 신호 처리 중에 생길 수 있다. 예를 들어, 기지국(B)의 캐리어 신호 내의 하나의 도약 내의 심볼이 소비 계량기(V) 내에서 정확하게 샘플링될 수 없을 가능성이 존재한다. 소비 계량기(V)에서의 샘플링은, 예를 들어 주파수 도약 상에서 시간적으로 너무 빨리 발생할 수 있고, 그 결과 이러한 주파수 또는 이러한 주파수 도약에 실려서 마지막 송신된 심볼이 더 이상 샘플링될 수 없을 수 있다. 샘플링이 시간적으로 너무 늦게 발생하여 주파수의 시작에 있는 심볼이 샘플링되지 않는 경우에도 마찬가지이다. 이러한 결함있는 샘플링을 정정 또는 보상하기 위하여 시간 정정 인자가 소비 계량기(V) 내에서 계산된다. 기지국(B)의 샘플링 레이트(30) 및 소비 계량기(V)의 샘플링 레이트(31) 사이의 샘플링 레이트 오차 Δt가 계산을 위해 사용된다. 시간 정정 인자를 이용함으로써, 소비 계량기(V)와 기지국(B)의 주파수 도약의 샘플링의 시작과 끝이 서로 일치하게 되도록 보장된다. 결과적으로, 무선 수신기(E)도 역시, 무선 송신기(S)에 의해 송신된 패킷과 정밀하게 일치하도록 자신의 주파수가 천이된 채로 웨이크업할 수 있다.
참조 번호 목록
B
기지국
V
소비 계량기
S
무선 송신기
E
무선 수신기
ZS
송신기 타이머
ZE
수신기 타이머
SQ
발진 수정
LFQ
저주파수 수정
HFQ
고주파수 수정
10
안테나
11
통신 모듈
12
마이크로콘트롤러
20
동기 시퀀스
21
무선 송신기에 의해 송신된 캐리어 주파수
22
무선 수신기에 의해 기대되는 캐리어 주파수
23
시간 정정 인자가 있는 캐리어 주파수
Δf
주파수 오차
25
대략적 시간 패턴
26
미세 시간 패턴
30
무선 송신기의 샘플링 레이트
31
무선 수신기의 샘플링 레이트
Δt
샘플링 레이트 오차
Claims (21)
- 무선 송신기(S) 및 적어도 하나의 무선 수신기(E)가 있는 무선 송신 시스템을 작동시키는 방법으로서,
상기 무선 송신기(S)는,
적어도 하나의 송신기 타이머(ZS), 특히 클록 발생기를 포함하고,
데이터의 송신을 위하여, 패킷 및/또는 서브패킷 및/또는 복수 개의 패킷을 계속하여 송신하며,
상기 데이터의 캐리어 주파수 및 송신 시간 및/또는 상기 데이터의 캐리어 주파수 및 샘플링 레이트 및/또는 상기 데이터의 송신 시간 및 상기 샘플링 레이트는 상기 송신기 타이머(ZS), 특히 온 클록 발생기에 의존하고,
상기 무선 수신기(E)는,
송신 시간을 규정하고 및/또는 캐리어 주파수를 규정하며 및/또는 샘플링 레이트를 규정하기 위한 시간-측정 수단을 가지는 적어도 하나의 수신기 타이머(ZE), 특히 클록 발생기를 포함하며,
상기 무선 수신기(E)는, 수신된 데이터에 기초하여, 오차, 특히 캐리어 주파수 오차 및/또는 샘플링 레이트 오차 및/또는 송신 시간에서의 오차를 추정하고, 추정된 오차로부터 시간 오차를 결정하며,
보상을 위한 시간 정정 인자가 상기 시간 오차에 기초하여 규정되는, 무선 송신 시스템 작동 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 무선 수신기(E)는 에너지 자족형(self-sufficient)인, 무선 송신 시스템 작동 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 무선 송신기(S)는, 패킷 내에 적어도 두 개의 휴지기(pause)를 삽입함으로써 상기 패킷을 서브패킷과 같은 단편화된 형태로 송신하고,
상기 휴지기는 상기 캐리어 주파수를 생성하는 송신기 타이머와 동일한 송신기 타이머(ZS)에 의해 생성되는, 무선 송신 시스템 작동 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 무선 수신기(E) 및/또는 상기 무선 송신기(S)는, 에너지를 절약하기 위하여 상기 패킷의 휴지기 내에서 비활성화되고, 특히 슬립(sleep) 모드로 전환되며,
웨이크-업(wake-up)은, 특히 상기 시간 정정 인자에 의해 규정되는, 무선 송신 시스템 작동 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 무선 수신기(E) 및/또는 상기 무선 송신기(S)는, 에너지를 절약하기 위하여 두 개의 연속 패킷들 사이에서 비활성화되고, 특히 슬립 모드로 전환되며,
다음 패킷을 위한 웨이크-업은, 특히 상기 시간 정정 인자에 의해 규정되는, 무선 송신 시스템 작동 방법. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 무선 수신기(E)는, 상기 무선 송신기(S)의 캐리어 주파수에 기초하여 상기 송신기 타이머(ZS)와 상기 수신기 타이머(ZE) 사이의 차이를 계산하고, 계산된 차이로부터 적어도 하나의 정정 인자를 계산하는, 무선 송신 시스템 작동 방법. - 제 4 항 또는 제 6 항에 있어서,
상이한 웨이크-업 시간이, 상기 송신기 타이머(ZS)와 상기 수신기 타이머(ZE) 사이의 차이에 기초하여 각각의 서브패킷에 대하여 계산되는, 무선 송신 시스템 작동 방법. - 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상이한 웨이크-업 시간이, 상기 송신기 타이머(ZS)와 상기 수신기 타이머(ZE) 사이의 차이에 기초하여 각각의 서브패킷에 대하여 계산되는, 무선 송신 시스템 작동 방법. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 송신기 타이머(ZS)는 발진 수정(oscillating crystal; SQ) 및 고주파수 수정(high-frequency crystal; HFQ)을 포함하는, 무선 송신 시스템 작동 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 발진 수정(SQ)은 상기 고주파수 수정(HFQ)으로부터 유도되는, 무선 송신 시스템 작동 방법. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
동기화 시퀀스(20)가 무선 송신기(S)에 의해 캐리어 주파수(21) 상에서 송신되고,
상기 무선 수신기(E)가 규정된 검색 윈도우에서 상기 무선 송신기(S)의 가능한 캐리어 신호를 검색하며,
상기 무선 수신기(E)가 상기 무선 송신기(S)의 캐리어 신호를 찾아내고,
상기 무선 수신기(E)가, 수신된 동기화 시퀀스(20)로부터 상기 무선 송신기(S)의 주파수 오차 및/또는 시간 오차를 결정하는, 무선 송신 시스템 작동 방법. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수신기 타이머(ZE)는 발진 수정(oscillating crystal; SQ) 및 고주파수 수정(high-frequency crystal; HFQ)을 포함하는, 무선 송신 시스템 작동 방법. - 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
제 1 교정 단계는,
상기 고주파수 수정(HFQ)이 활성화되는 동안에 상기 수신기 타이머(ZE)의 발진 수정(SQ)을 상기 수신기 타이머(ZE)의 고주파수 수정(HFQ)에 맞게 튜닝하는 단계를 포함하는, 무선 송신 시스템 작동 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 고주파수 수정(HFQ)은 시간 유닛의 미세-튜닝을 위하여 사용되는, 무선 송신 시스템 작동 방법. - 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
상기 제 1 교정 단계는,
상기 수신기 타이머(ZE)의 고주파수 수정(HFQ)을 활성화시키는 단계를 더 포함하는, 무선 송신 시스템 작동 방법. - 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 정정 인자는 적어도 두 개의 정정 인자로부터 형성되고,
적어도 하나의 정정 인자는 상기 송신기 타이머(ZS)와 상기 수신기 타이머(ZE) 사이의 차이로부터, 특히 수정 오차(crystal error)로부터 획득되며,
적어도 하나의 정정 인자는 상기 수신기 타이머(ZE)의 발진 수정(SQ)과 상기 수신기 타이머(ZE)의 고주파수 수정(HFQ) 사이의 차이로부터 획득되는, 무선 송신 시스템 작동 방법. - 제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 2 교정 단계는,
상기 무선 송신기(S)의 캐리어 주파수(21)의 편차를 규정함으로써 상기 무선 송신기(S)의 샘플링 레이트 오차를 규정하는 단계;
상기 무선 송신기(S)와 상기 무선 수신기(E) 사이의 상이한 샘플링 레이트의 보상을 위하여, 상기 샘플링 레이트 오차에 기초하여 시간 정정 인자를 계산하는 단계를 포함하는, 무선 송신 시스템 작동 방법. - 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 무선 송신 시스템은 협대역 시스템인, 무선 송신 시스템 작동 방법. - 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 무선 송신 시스템은 주파수 도약 방법을 채용한 시스템인, 무선 송신 시스템 작동 방법. - 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 무선 송신기(S)는 기지국(B)이고, 상기 무선 수신기(E)는 소비 계량기(V)인, 무선 송신 시스템 작동 방법. - 무선 송신기(S) 및 적어도 하나의 무선 수신기(E)를 포함하는 무선 송신 시스템의 구조로서,
상기 무선 송신기(S)는 적어도 하나의 송신기 타이머(ZS), 특히 클록 발생기를 포함하고,
상기 무선 수신기(E)는 송신 시간을 규정하고 및/또는 캐리어 주파수를 규정하며 및/또는 샘플링 레이트를 규정하기 위한 시간-측정 수단을 가지는 적어도 하나의 수신기 타이머(ZE)를 포함하며,
상기 구조는 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 따라 동작가능한, 무선 송신 시스템의 구조.
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