SE522377C2

SE522377C2 - Anordning för att överföra data- och styrkommandon via radioförbindelser i distribuerat styrsystem för en eller flera maskiner och/eller processer

Info

Publication number: SE522377C2
Application number: SE0001148A
Authority: SE
Inventors: Lars-Berno Fredriksson; Kent Lennartsson
Original assignee: Kvaser Consultant Ab
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2004-02-03
Also published as: SE0001148L; WO2001076148A1; SE0001148D0; EP1269688B1; EP1269688A1; US20040047473A1; US6985724B2

Description

522 377 2 I enlighet med uppfmningens idé skall de i systemet ingående radiomottagarna och radio- sändarna kunna arbeta med sändningseffekter som styrs dynamiskt efter behov samtidigt som signaltraﬁken skall kunna ändras momentant i hela eller delar av anläggningen. Det är även angeläget att man kan utnyttja den tillgängliga bandbredden effektivt och att kunna styra utsändningseffektema som funktioner av användartidsarrangemang.

Antennutbredningslopar skall kunna vara konstanta eller variera som funktion av ifråga- varande använda tider. Uppﬁnningen löser även denna problematik.

I olika sammanhang kan det för ett effektivt utnyttjande av systemet krävas att reläfunk- tioner kan utnyttjas i detsamma. Det föreligger även behov av att kunna kombinera radiokommunikationsprinciperna med de kända trådburna arrangemangen och det är här- vid väsentligt att man kan reducera felfrekvenserna till storleksordníngar som antar vär- den i förhållande till dem som uppträder i system med nämnda trådförbindelser. Uppfm- ningen löser även detta problem. Föreliggande uppfmning baseras bl.a. på utnyttjande av att trafiken och däri ingående enheter och noder skall kunna schemaläggas manuellt eller automatiskt inom systemet. Systemet skall därvid i en föredragen utföringsform kunna arbeta med såväl fasta som rörliga noder och schemaläggningen skall kunna tillmötesgå antal av noder eller enheter som varierar med tiden. Uppñnningen avser att lösa även detta problem.

Det som huvudsakligen kan anses vara kärmetecknande för en anordning enligt uppfm- ningen framgår av den kännetecknande delen i det efterföljande patentkravet 1. Bl.a. kan de inledningsvis Omnämnda noderna arbeta som radiosändare och/eller radiomottagare eller arbeta med dylika sändare och/eller mottagare. I en föredragen utföringsforrn innefattar den övervägande delen, företrädesvis samtliga noder både radiosändare och radiomottagare. Noderna innefattar eller är styrda av någon form av aktiveringsfunktion som i innevarande fall åstadkommes med någon form av aktiveringsorgan. Aktiverings- funktionen eller aktiveringsfunktionerna åstadkommer en eller flera aktiveringar av sändar- respektive mottagarfunktionerna. I enlighet med uppﬁnningen arbetar nodema även med tidsbestärnningsfunktion som kan utövas av någon form av tidsbestämnings- 522 377 3 organ och kan ingå i nämnda aktiveringsorgan och/eller styra desamma. Tids- bestämningsfunktionen eller tidsbestämningsfunktionerna är anordnade att med hjälp av en eller ﬂera aktiveringsfunktioner och sig tilldelade inställningar eller påverkningar bestämrna sändnings- respektive mottagningslägen för nodema i systemet. Nämnda inställningar respektive påverkningar är fastställbara medelst en eller ﬂera i eller för styrsystemet företagna schemaläggningar, i vilken respektive vilka noderna erhåller inbördes unika, eller alternativt eller i kombination, sarnordande sändnings- och mottagningstider på radioförbindelserna. Den nya anordningen kännetecknas även av att tidsbestämnings- och schemaläggningsfiirilctionerria är anordnade att arbeta inbördes separat. len utföringsform av uppﬁnningstanken kan respektive nod innefatta uppkopplingsorgan, vilket eller vilka kan ingå i närnna aktiveringsfunktion respektive aktiveringsorgan. Vid nodens inträdande eller schemalagda sändningstid respektive mottagningstid skall nämnda uppkopplingsfunktion koppla upp noden till en aktuell radioförbindelse. Nodens sändare respektive mottagare utsänder respektive mottar därvid endast för noden representativ data respektive representativt styrkommando/representativa styrkommandon som är hänförbara till ifrågavarande maskin respektive process. Således är identiﬁka- tions- och adressdata och eventuellt utsorteringsdata utelänmat, vilket kan minska sändnings- respektive mottagningstiden inom systemet och därigenom spara bandbredd. I en töredragen utföringsforrn arbetar noder som tillhör ett givet geografiskt område med en gemensam tidsbas. Systemet arbetar därmed med ett tidluckearrangemang för data respektive styrkommandoutbyten mellan noderna och varje nod är tilldelad sin tidslucka eller sina tidsluckor i systemet. Därvid kan utnyttjas första och andra tidsluckor för sändning av data respektive styrkommandon. Dessutom kan noderna i en utföringsforrn utnyttja det antal olika meddelandetyper, t.ex. en första meddelandetyp som är avsedd för intern bearbetning eller vidaresändning till och/eller mottagning från utrustning eller information tillhörande noden. En andra meddelandetyp för sändning och/eller mottagning kan utnyttjas för sändning över i systemet ingående fasta förbindelser. I en föredragen utfóringsform är en eller ﬂera av närrmda noder anordnade att effektuera styrning av utsändningseffekterna i respektive berörda nod som funktion av en vald eller i systemet etablerad tidräkning, här kallad gemensam tid eller global tid. Respektive on von 522 ;77 berörda antennlop kan därvid styras efter ett visst mönster i beroende av den gemen- samma eller globala tiden, dvs. logens utbredning och/eller riktning kan varieras efter tiden.

Schemalâggningen inom systemet kan ske frän central enhet inom systemet. Den centrala enheten kan därvid utgöras av en nod eller alternativt kan enheten ingå i noden. Sche- maläggningen kan företas initialt och vid system med varierande antal noder, fasta noder, rörliga noder, etc. kan schemaläggningen uppdateras autoamtiskt eller manuellt alltefter- som . I ett utföringsexempel distribueras inom systemet till respektive nod sändnings- och mottagningsfrekvenser som berör noden. Så Lex. kan en första nod med sändning till en inom nodens täckningsornråde befintlig andra nod sända med en signalstyrka som ger en mottagningssignal vid den andra noden som överstiger störnivån med ett förutbe- stämt värde. Ytterligare andra noder som därvid befinner sig inom den första nodens täckningsonlråde och som inte är berörda av signaleringen mellan den första noden och den förstnämnda av de andra noderna kan negligera ifrågavarande signalering eller vara desaktiverade för sändning (och eventuellt mottagning). Vid nämnda schemaläggning kan de ytterligare andra noderna som inte är inbegripna i en aktuell signalering uppmäta och registrera signalstyrkan från den första noden. Den sålunda uppmätta och registrerade signalstyrkan kan användas i tidschemaläggningen inom systemet. Noder som befinner sig inom ett ifrågavarande geografiskt täckningsornråde kan bilda tvâ eller ﬂera parallellt arbetande första och andra noder i beroende av etablerade signalstyrkor och täcknings- områden. Andra noder som därvid ligger utanför de första nodernas täckningsornráden under aktuell tidsperiod eller aktuella tidsperioder kan registrera utebliven mottagnings- signal eller mottagen signal genom störningsbruset. Även denna registrering kan ingå i schemaläggning för optimalt bandbreddsutnyttjande.

I ett utföringsexempel kan i fallet då en först nod sänder till en andra nod och en eller ﬂera ytterligare andra noder befinner sig inom den första nodens täckningsområde eller vass; täckningsoniräden den eller de ytterligare andra noderna vara anordnade att etablera |»::| kontroll av förbindelsen mellan den första noden och den eller de förstnämnda andra noderna. Vid avbrott eller störd förbindelse mellan aktuell första nod och aktuell andra 522 sv? __m nod kan en eller ﬂera av de ytterligare andra noderna fungera som en eller ﬂera relästa- tioner och därvid överta den avbrutna eller störda förbindelsen. Ett dylikt Övertagande av förbindelse mellan en berörd första nod och en berörd andra nod medelst en eller ﬂera relästationsnoder är angiven eller ingår i systemets övergripande schemaläggning. Vid två parallellt arbetande arrangemang med första respektive andra nod inom ett och samma geografiska täckningsområde kan noden i det ena arrangemanget temporärt änd- ringsrikta sitt täckningsornråde för att utbyta data respektive styrkommando med en andra nod i den andra första nodens täckningsomrâde, osv. I fallet med reläande noder vidaresänder dessa data respektive styrkommando endast med vetskap om att det vid en viss tidsperiod mottagna datat respektive styrkommandot eller meddelandet skall vidare- sändas under en viss efterföljande tidsperiod i enlighet med schemaläggning av nodens beteende.

I en föredragen utföringsform utnyttjas härmed en global tid som nollställes med jämna intervall, s.k. cirkulär tidräkning. I den föredragna utföringsformen arbetar noderna med interna klockor och en utvald nod av systemets noder kan bestämma inställningen av klockorna i övriga noder medelst i systemet utväxlade tidsynkroniseringsmeddelanden i form av digitala signaler. Klockan i respektive nod avläser respektive tidsynkronise- ringsmeddelande företrädesvis vid en förutbestämd ﬂank. Den utvalda noden påbörjar tidssändningen i systemet och bifogar sig tid, Lex. vid den bestämda ﬂanken i tidsmed- delandets början. Övriga noders klockor kan därvid ensa sin tid med den utvalda nodens tid genom att räkna fram sina avvikelser. Systemet relaterar därefter till den sålunda upp- rättade gemensamma eller globala tiden. Vid bestämningen av den gemensamma tiden från den Omnämnda utvalda noden tar övriga noder företrädesvis hänsyn till fördröj- ningen av data eller styrkommandon från den utvalda noden. Respektive nod kan jämföra efterföljande tidsmeddelande från den utvalda noden och i beroende av jämförelsen kor- rigera eller rucka sin klocka med avseende på avdrift i tiden. 11.4» I en föredragen utföringsform är systemet anordnat för positionsbestämning av rörliga noder. Respektive rörliga nod kan därvid tilldelas en plats i schemaläggningen före sitt inträde i systemet. Respektive rörliga nod signalerar till en eller ﬂera schemaöverva- kande eller schemaläggande noder antingen direkt eller via reläande noder. Vid inträdet i systemet synkroniserar den rörliga noden sin klocka till den gemensamma globala tiden, varefter den rörliga noden företrädesvis avlyssnar pågående trafik och registrerar tid- punkter för mottagning av meddelanden, signalstyrkor, etc. Den rörliga noden kan rap- portera tidpunkter och signalstyrkor till schemaläggande nod, vilken kan uppskatta respektive rörliga nods position genom att jämföra erhållna signaler och signalstyrkor med övrig schemalagd signalering i tids- och utbredningsdiagram. Noggrannhetcn i upp- skattningen av respektive rörliga nods geograﬁska läge kan ökas med ökat antal noder som den rörliga noden uppfattar och/eller med avlysningstidens längd. Det geografiska lägets uppskattning ökar därvid om schemat är förberett för rörliga noder och om ett antal fasta noder är beordrade att lyssna efter respektive rörliga nod. Den senare kan förses med rörelseavkännande enhet i kombination med berâkningsenhet som beräknar den röriga nodens relativa förﬂyttning. Grundinformationen kan även innefatta känne- dom om platsens geograﬁ.

En schemaläggande nod kan arbeta med ett utbredníngsdiagram för en bestämd ornrå- deslokal där noden ifråga företrädesvis är centralt placerad. Noden kan därvid påbörja sändning av en högsta effekt enligt ett valt protokoll. Övriga i området befintliga fasta noder intar lyssningslägen och den schemaläggande noden sänder ett antal tidsstärnplade meddelanden med nämnda högsta effekt så att de övriga noderna synkroniserar sig till dess klocka i syfte att upprätta en gemensam global tid. Därefter kan den schema- läggande noden utsända ett sändnings- och/eller mottagningsschema till övriga noder inom det geograﬁska området. Den schemaläggande noden upprepar därefter sitt bete- ende vid en lägre effekt, osv.

Vid schemaläggning av rörlig nod kan denna erhålla ett mätningsschema som tillåter den att sända kontinuerligt under viss tid. En exakt position för startpunkten etableras och positionen år beräkningsbar med hjälp av gyrodata eller motsvarande data. Den rörliga ﬂs»»> nodens klocka synkroniseras vid startpunkten till den gemensamma tiden eller globala :ru-n tiden. Flera fixeringspunkter utnyttjas inom området och meddelandet i den rörliga noden anger uteffekt, tidpunkt och position. Alla fasta noder i systemet lyssnar och regi- a|vaø :»|»« 522 577 _: strerar meddelanden som berör angiven position och den rörliga nodens signalstyrka upp- skattas genom sarmnanställning av resultatet. Den rörliga noden tar emot pågående tra- fik, registrerar mottagna meddelandens tidpunkter och signalstyrkor samt sin egen posi- tion. Den rörliga noden kan genom att sammanställa resultatet uppskatta med vilken sig- nalstyrka de olika noderna är mottagningsbara. Genom att schemaläggningen bygger på ett förutbestämt signalmönster kan de fasta nodernas kända positioner och de rörliga nodernas beräknade positioner arbeta med meddelanden som saknar informationer om sändarnas identitet och eventuellt information om meddelandenas innehåll. Detta möjlig- gör att normal trafik behöver utnyttja endast värden tack vara att all övrig information är på förhand känd.

Genom det i ovanstående föreslagna kan man på förhand schemalägga alla förbindelser inom ett system i tiden och till varje nod i systemet distribuera de delar av schemalägg- ningen som berör respektive nod. I de distribuerade delarna kan även ingå uppgift som inte direkt berör respektive nod, men som är väsentlig pä systemnivå för att säkerställa systemets integritet och funktion. En gemensam, virtuell eller verklig klocka kan utnytt- jas i systemet. Varje nod kan förses med en lokal klockfunktion som antigen kan justeras till att gå synkront med den gemensamma klockan. Alternativt kan den lokala tiden om- räknas till och från den gemensamma tiden. I enlighet med föreliggande uppfmning kan klock- och tidsfunktionerna utgöras av i och för sig kända lösningar, vilket är fördelak- tigt från uppbyggnadssynpunkt. Genom det i ovan föreslagna kan radioapparater som är anpassade för de fria ISM-banden, t.ex. 2,45 GHz- eller 5,8 GHz-banden utnyttjas.

Genom att tilldela varje meddelande en bestämd tidslucka när det skall sändas och motta- gas bortfaller krav pâ adresser. Den sändande enheten sänder ett värde vid tidpunkt enligt schemat och den mottagande enheten lyssnar efter värdet vid samma tidpunkt. I en utfö- ringsform kan alla noder sända och ta emot meddelande från varandra. På systemnivå tilldelas då varje variabel unika tidsluckor för utsändning. Utsändningstillfällena väljes efter systemets realtidskrav. När schemat för hela systemet är gjort programmeras varje nod så att noden sändnings- respektive mottagningstidpunkter överensstämmer med systemschemat. Så t.ex. kan ett fastlagt schema distribueras. För att säkerställa systemets funktion kan en mer avancerad schemaläggning tillämpas. Därvid kan en nod i systemet urin» 1-1.; n o .. fo: 522 8577 tilldelas en systemövervakande funktion och det föreligger möjligheter att utsända nya scheman till de olika noderna via systemmeddelandena. Från en punkt i systemet kan respektive schema förändras så att nya noder kan tillföras eller tas bort. Signalvägar kan förändras vid störningar eller felfunktioner. Vidare kan sândningseffekter styras dyna- miskt efter behov och schemat kan anpassas efter behov. Systemet kan på så sätt utnyttjas optimalt vid olika driftsförhållanden, även exceptionella sådana som kan förutses, t.ex. brand i delar av anläggningen, rörbrott, tryckförlust, etc. Varje nod kan ha ﬂera sche- man lagrade och signaltrafiken kan ändars momentant i hela eller delar av anlägg- ningen/systemet med hjälp av ett systemkommando. Genom att uppfinningen möjliggör styrning av täckningsområdet för varje nod uppkommer många möjligheter till att effek- tivt utnyttja tillgänglig bandbredd. Det blir således möjligt att upprätta en gemensam tidsbas och tid för alla noder inom ett givet geografiskt område. Varje nod kan tilldelas tidsluckor för signalering. Varje nod kan tilldelas tidsluckor för mottagning av medde- landen. Olika meddelandetyper kan upprättas, t.ex. meddelandetyp för intern bearbet- ning, meddelandetyp för återutsändning via radio, meddelanden för återutsåndning via tråd, etc. Utsändningseffekterna kan styras i nodernas funktion av den gemensamma tiden. Nodernas antennutbredningslopar kan styras konstant eller som funktion av den gemensamma tiden. Sändnings- och mottagningsschema för alla noder i systemet kan upprättas och de delar av schemat som berör respektive nod kan distribueras.

FIGURFÖRTECKNING En för närvarande föreslagen utföringsform av en anordning som uppvisar de för uppﬁn- ningen signiﬁkativa kännetecknen skall beskrivas i nedanstående under samtidig hänvis- ning till bifogade ritningar där figur l anger ett schema för olika noders sändnings- och mottagningstider, figur 2 i principschemaform anger täckningsområden för olika noder, Iain; min: figur 3 ﬁgur 4 figur 5 figur 6 figur 7 ﬁgur 8 figur 9 522 ;77 i principschemaform visar principiellt ett antal noder och täckningsområdet för en av dessa noder, principiellt anger hur noder med olika täckningsområden kan etableras inom ett och samma geografiska område, principiellt anger noder med olika täckningsområden åstadkomma med bl.a. riktningsantenner, i principschemaform visar ett ytterligare utföringsexempel på nodernas täckningsomrâden, " i diagramform anger lägena för ett antal noder inom ett och samma geo- grafiska område, i tabellform visar schemaläggning av noderna enligt figuren 6, visar i principschemaform system med maskiner och processer som är för- sedda med noder som samverkar i systemet via radioförbindelser, figur l0i principschemaform visar nod med antennenheter och som är styrbar medelst centralt styrd klocka via trådförbindelser, figur 11 i principschemaform visar nodens gränssnitt mot maskin och/eller process, figur12 i principschemaform visar slottilldelning i systemet för involverade noder, figur13 i principschemaform visar uppbyggnaden av en nod som arbetar med olika typer av meddelanden, -uiøs 2 2 lä 7 7 - -LÉ ' -.IÉ figur 14i principschemaform visar antennlopsutbredningar för antennerna på noden, figur15 i principschemaform visar hur noder kan aktiveras via trâdbundna förbin- delser och kommunicera med varandra via radioförbindelser, figur 16 i principschemaform visar nodernas relationer till frekvensspektrat vid s.k. hoppande frekvenser, figur 17i principschemaform visar ett system med fast noder och där rörlig nod står i begrepp att äntra det geografiska omrâdet för de fasta noderna, samt schemaläggning i anslutning härtill, figur 18 i principschemaform visar en rörlig nod ingående delar, figur 191 principschemaform visar ett system med fasta och rörliga noder samt schernaläggningsfunktioner i anslutning härtill, figur 20 i principschemaform visar i mera detalj uppbyggnaden av en nod, figur 21 visar ett konkret utföringsexempel som utnyttjar system med noder i lokalt nät och mobil en het som är försett med ett CAN-bussystem, figur 22 i blockschemaform visar en radiomodul med två riktantenner ansluten till en ledningsbunden kommunikationsledning, i figur 23 i blockschemaform visar övergripande delar ingående i radiodelen, figur 24i blockschemaform och principiellt visar två radioenheter med delar väsentliga för funktionen, ::::::::::::.' "77 :":-°.'..'::::'::.:'.:: figur 25 i principschemaform visar ytterligare exempel på utseendet på överförda digitala signaler (bitar) och dessas utseende vid sändare och mottagare samt deras tidsrelation, figur 26 i blockschemaform visar en radiomoduls uppbyggnad, och figur 27 i principschemaform visar utsändande och mottagande del i anslutning till föreliggande radioenergi.

I figuren 1 anges tre noder A, B och C i den vänstra kolumnen. I föreliggande fall har noden A till uppgift att möta en, och endast en, temperatur. Temperaturen kan vara underkastad en systemvariabel och således kan temperaturen avse en inloppstemperatur i en värmeväxlare. I enlighet med föreliggande uppfinning är noden A tilldelade sänd- ningstider i s.k. tidslottar, varvid i föreliggande fall noden A har tilldelats sändnings- l5 tiderna i tidslottarna O, 20, 40, »60 och 80. Noden A skall inte ta emot några data eller kommandon i föreliggande fall och har således inte tilldelats någon eller nâgra mottag- ningstider. Noden B skall ta emot ifrågavarande inloppstemperatur från noden A. Noden B har därför tilldelats mottagningstider som motsvarar sändningstiderna för noden A, dvs. tidslottar 0, 20, 40, 60 och 80. Noden B har inga sändningstider. Noden C skall sända en temperatur, som kan utgöras av en systemvariabel i form av en utloppstempe- ratur i värmeväxlaren. Noden C har tilldelats sändningstiderna eller sändningslottarna 1, 21, 41, 61, 81 för ifrågavarande temperatur. Noden C skall inte ta emot någon informa- tion och har därför inga mottagningstider. Noden B skall däremot kunna registrera även utloppstemperaturen från noden C och har härför tilldelats lottarna 1, 21, 41, 61, 81 för mottagning av denna temperatur. Sistnämnda slottar mosvarar sändningstiderna eller såndningslottarna för noden C. Det är således tillräckligt för noden A att deﬁniera endast variabeln ”temperatur”. l systemet är denna temperatur ”inloppstemperatur i värrneväx- laren”. Den mottagande noden i detta exempel behöver för sina beräkningar variablerna »nous ”inloppstemperatur” och ”utloppstemperatur”. Den globala klockan eller tiden är cirku- annan lär och löper från 0 till 99 tidsenheter per varv. 522 377 12 Som framgår av ovanstående exempel och figuren 2 behöver således noden B inte veta varifrån ett meddelande kommer och meddelande behöver heller inte innehålla informa- tion om vilken variabel som avses. Denna information finns i det i nedanstående beskrivna schemat. Inloppstemperaturen är det värde som kommer vid tidpunkten O och den tillhörande utloppstemperaturen kommer vid tidpunkten 1 och därefter kan beräk- ningsarbetet påbörjas i noden B. Vid tidpunkten 20 kommer nästa inloppstemperatur och vid tidpunkten 21 motsvarande utloppstemperatur. Noden B måste kunna höra noderna A och C men A och C behöver inte kunna höra varandra. Detta innebär att noden A kan arbeta med ett tåckningsområde A' och noden C kan arbeta med ett tåckningsområde C', lO vilka tåckningsområden täcker noden B som således ligger inom det gemensamma täck- ningsomrâdet B”.

I utföringsexemplet enligt ﬁguren 3 visas ett antal noder som år betecknade med a, b, - k. Noden a skall vid en given tidpunkt överföra ett meddelande a” till noden b. Noden a anpassar sin uteffekt så att noden b kan motta radiosignalen a' från a. Täckningsområdet för noden a är angiven med a". Som tumregel gäller i en föredragen utföringsform att den mottagna signalen skall ligga minst 10 dM över störningsnivân. Cirkeln a" anger således nodens a räckvidd. Noden b erhåller meddelandet vilket också noderna c och d gör. Noderna c och d år under nodens a sändning tysta för att inte störa dennas sändning.

Eftersom innehållet i meddelandet inte berör dem år signaleringen av intet intresse för noderna d och b, men signalstyrkan i meddelandet kan vara av intresse för den i nedan angivna schemaläggningen av hela systemet. Därför kan noderna c och d vara instruerade att uppmäta och nedråkna signalstyrkan för att senare meddela denna till en enhet i .systemet som har till uppgift att planera och övervaka schemaläggning av trafiken i systemet. Övriga noder, dvs. noderna e-k, hör inte meddelandet från noden a och därför skulle traﬁk mellan dem kunna åga rum parallellt. annu» nyss» Figuren 4 visar hur en nod k sänder ett meddelande till en nod h samtidigt som noden a sänder till noden b. Noderna i och j uppfattar också meddelandet från noden k på samma % m :ß sätt som noderna d och b uppfattar meddelandet från noden a, medan noderna d, e och f inte hör någon trafik. Ur schemaläggnings- och övervakningssynpunkt är informationen att noderna d, e och f inte uppfattar meddelandet också av vikt. Genom att på så sätt ge samtliga noder som ej sänder uppgift att mäta signalstyrkan vid en och samma tidpunkt och senare rapportera denna, kan schemaläggaren eller schemaläggningsenheten optimera bandbreddsutnyttjandet.

Antennloben hos en nod kan ges olika utformningar. Ett sätt är att utforma antennen som en riktantenn. I figuren 5 visas hur noderna c och g samt noderna e och j försetts med riktantenner. Nu kan noderna c och g samt noderna e och j utbyta meddelanden med var- andra parallellt. Noderna a och d kan höra noden g och noderna i och h kan höra både noderna e och j. Noderna b och f kan inte höra någon av de signalerande noderna, osv.

Om t.ex. noderna b och c inte varit schemalagda skulle dessa kunna förledas till att tro att bandbredden vore tillgänglig för dem och kunna påbörja signalering, vilket lett till att pågående signalering blivit störd. Genom en övergripande schemaläggning enligt nedan- stående av systemet förhindras dylika störningar. Då noderna i och h hör kommunika- tionen från både noderna e och j kan de användas för att kontrollera att kommunikationen mellan dem fungerar. Om av någon anledning noderna e eller j inte vid ett givet tillfälle skulle täcka varandra på grund av en tillfällig reduktion av råckvidden, skulle noderna i eller h kunna användas som relästation för att lösa problemet lokalt. Ett sådant reservför- i farande måste då vara förberett i systemets schemaläggning.

I figuren 6 visas noden g genom skifte av antenn vid ett annat tillfälle skickar ut ett med- delande till noden f parallellt med pågående kommunikation mellan noderna e och j.

Genom ett system med klientbaserade noder kan dessas storlek dynamiskt optimeras efter behov. Beroende pá den längsta överföringstiden som kan tillåtas för respektive medde- lande kan olika strukturer användas. Krävs en kort överföringstid måste sändande och »vasa mottagande noder vara belägna inom samma tåckningsområden. Kan en lägre överfö- lift: ringstid accepteras kan meddelande relåas mellan noder. Reläande noder behöver inte 2 214 3 7 7 ~ -.I? ~ -.Ií veta annat än att meddelande mottaget vid en viss tid skall återutsändas vid en given senare tidpunkt. Detta mönster är på förhand givet i schemaläggning av respektive nod.

Upprättande av en gemensam tidsbas och tid, en Global Tid (GT), i systemet är väsentlig för att genomföra en schemaläggning av trafiken inom systemet. Det finns ﬂera metoder för att åstadkomma en GT och här beskrivs inte detta närmare utan hänvisas till existe- rande litteratur och patent inom området, exempelvis làSoâågåAﬁ, lå: šåggóí94 samt specifikationer för GSM och Bluetooth som ger vägledning för fackmannen att fmna en lämplig lösning. I detta exempel skissas ett protokoll som understöder global tid.

Den gemensamma tiden är cirkulär, dvs. efter det att den nått ett bestämt maximalt värde börjar den om på noll. Se exempelvis ”Cirkular Time” i CAN Kingdomspeciﬁkationen.

När systemet startas upp, utses en nod A att vara tidsursprung. Varje meddelande börjar med ett förutbestämt bitmönster. Vid en förutbestämd ﬂank i meddelandet avläses den interna klockan i varje nod. Noden A påbörjar sändningen i systemet och bifogar sin, vid den bestämda ﬂanken i meddelandets början, avlästa tid. Övriga noder ensar sin tid med noden Azs tid genom att räkna fram sina respektive avvikelser. All signalering relateras hädanefter till den nu upprättade globala tiden. Den globala tidens noggrannhet kan för- bättras genom att respektive nod tar hänsyn till signalfördröjningen frän noden A om denna är känd. Genom att jämföra senare tidsmeddelanden från A, så kan noderna också korrigera för driften i sina klockor (ruckning). Den 'specificerade ﬂanken utnyttjas sedan för att tidsstämpla meddelandens avsändningstid.

Ett system med nodbaserade celler som här beskrivits kan också utnyttjas för positionsbe- stämning av rörliga noder. Före inträdet i systemet erhåller den rörliga noden en plats i schemaläggningen så att den kan signalera till den schemaövervakande noden, direkt eller via reläande noder. Vidare synkroniserar noden in sin klocka till GT. Den rörliga noden avlyssnar sedan, företrädesvis stillastående, över en tid passivt den pågående traﬁ- anan- ken och antecknar tidpunkten för mottagningen av meddelandet och signalstyrkan. Vid nous: tillfälle rapporterar noden in tidpunkter och signalstyrka för signalerna. Genom att jäm- föra de erhållna signalerna och deras signalstyrka med den övriga schemalagda signale- ringen i tid och utbredningsdiagram, kan den schemaläggande noden uppskatta den rör- liga nodens geografiska läge. Ju ﬂera noder den rörliga noden kan uppfatta och ju längre tid den lyssnar, ju säkrare kan det geografiska läget av den rörliga noden uppskattas.

Schemat kan vara förberett för rörliga noder och ett antal noder kan vara beordrade att lyssna efter sådana. När den rörliga noden sänder, så antecknar och vidarebefordrar de lyssnande noderna tidpunkt och signalstyrka för de rörliga noderna till den schemaöver- vakande noden. Denna kan då sluta sig till ett geografiskt läge av varje rörlig nod. Ju flera noder som hör den rörliga noden, desto noggrannare kan dess läge bestämmas.

Den rörliga noden kan förses med en enhet som avkänner dess rörelse. En sådan enhet kan vara uppbyggd av gyron och lämplig beräkningsutrustning för att beräkna nodens relativa forﬂyttning. Denna information kan sändas tillsammans med den tidigare beskrivna informationen och kravet på stillastående under mätningen kan då minskas.

Vidare kan kännedom om platsens geografi, såsom hinder, vägar, etc., utnyttjas för att förbättra lägesbestämningen.

Upprättande av utbredningsdiagram.

Grunden för utbredningsdiagrammet är ett lokalt koordinatsystem som kan vara två- eller tredimensionellt, polärt eller cartesiskt. För enkelhetens skull beskrives här ett tvådimen- sionellt cartesiskt system. Figur 7 visar en yta inom vilket systemet skall verka med de ingående fasta noderna a till k. X- och Y-axlarna är uppstuckna i meter och ytan är 100 m x 100 m. Först utses en centralt liggande nod, i detta fall noden f, som schema- läggande nod. Den fungerar i detta läge till stor del som en traditionell basstation. Den påbörjar sändning på högsta effekt, exempelvis 20 dBm, enligt ett lämpligt protokoll och övriga intar lyssningsläge. Noden f sänder ett antal tidsstärnplade meddelanden med högsta effekt så att övriga noder kan synkronisera sig till dess klocka. På så sätt har en global tid upprättats. Därefter utsänder f ett sändnings/mottagningsschema. För enkelhe- »nens tens skull antar vi här att den globala tiden är maximalt 60 sekunder och att varje sänd- »vain ningslott är 1 sek. Det hänvisas till figur 8 där T20 är att ett förutbestämt meddelande sänds med uteffekten 20 dBm och R att: safu. innan 52216377 1. Noden lyssnar efter meddelande. 2. Om noden mottager ett meddelande, så antecknas detta samt tidpunkten för motta- gandet, signalstyrkan för mottagandet och om CRC-kontrollen var korrekt. 3. Om inget meddelande mottagits, så antecknas signalstyrkan i bakgrundsbruset.

Efter sekvensen ovan utsänder noden f ett schema där respektive nod, en efter en, avrap- porterar sina resultat. Därefter ges ett schema som det första fast med lägre effekt, exempelvis 17 dBm, och efterföljande resultatredovisning. Detta pågår till lägsta utef- fekt, exempelvis -10 dBm. Resultatet sammanställs och ligger till grund för senare sche- maläggning av trafiken, så att lärnplig uteffekt och antenn väljes för kommunikationen mellan samverkande noder.

För schemaläggning av rörliga noder kan undersökningen ovan ge vägledning, men lät- tare är att utnyttja en rörlig nod för ovanstående uppmätning. Detta kan ske genom att den rörliga noden får ett mätningsschema som tillåter den att sända kontinuerligt under en viss tid, säg en minut. Positionen för startpunkten kan anges exakt och därefter beräk- nas positionen utifrån gyrodata. Vid startpunkten synkroniseras den rörliga nodens klocka till GT. Flera ﬁxpunkter inom området kan också användas under mätningsförfa- randet för att ytterligare förbättra rnätningens kvalitet. Uteffekt, tidpunkt och position anges i den rörliga nodens meddelanden. Alla fasta noder i systemet lyssnar och anteck- nar meddelanden som tidigare samt även uppgiven position. Genom att sammanställa resultatet kan, kvadratmeter för kvadratmeter, signalstyrkan från en rörlig nod uppskat- tas. Förfarandet kan också spegelvändas, så att den rörliga noden tar emot pågående trafik, antecknar mottagna meddelandens tidpunkt och signalstyrka samt sin position.

Genom att sammanställa resultatet kan, kvadratmeter för kvadratmeter, uppskattas med vilken signalstyrka de olika noderna kan tas emot. Förutom för lämplig schemaläggning av rörliga noder, kan resultaten användas för at beräkna rörliga noders position med led- ning av sända och mottagna meddelandens signalstyrkor.

Genom att schemaläggningen bygger på ett förutbestämt signalmönster, fasta noders kända positioner och rörliga noders beräknade positioner, så behöver inte de sända med- e;.1i via:- 522 377 _ /7 delandena innehålla information om sändarnas identitet och ej heller information om meddelandenas innehåll. Endast värden behöver överföras i normal trafik. All övrig information är på förhand känd. Avsändningstiden och informationens inbördes placering räcker för att meddelandet skall kunna tolkas. Detta minskar erforderlig bandbredd för en given informationsmängd.

Uppfinningen är särskilt lämpad för att utnyttjas vid fáltbussar. Vanligtvis sker kommu- nikationen i sådana via trådförbindelser. Dessa kan, helt eller delvis, ersättas av sche- malagd radiotraﬁk med dynamiska celler. Meddelanden kan schemaläggas att gå via tråd eller radio, alternativt bådadera, för att nå sina mottagare. Stora möjligheter föreligger med denna teknik att upprätta redundanta signalvägar. Ett vanligt antagande för radio- kommunikation är att sannolikheten för ett stört meddelande är 103. Bitfel kan åtgärdas med felrättande kod i meddelandena. Genom metoden att tidsschemalägga kommunika- tionen kan man enkelt upprätta redundanta signalvägar i tid och/eller rum och på så sätt minska störningskänsligheten. Om DSSS- och RAKE-teknik används så kan energin i reflekterande signaler utnyttjas och sändande enheter kan förses med multipla antenner för att öka mottagningssäkerheten utan bandbreddsförlust. Vidare kan ﬂera sändtagare sammankopplas via trådförbindelse och sända samma information i skilda tidsluckor från skilda positioner, alternativt simultant i samma tidsluckor. Flera mottagare kan samman- kopplas via en lokal trådrörbindelse och på så sätt erhålls redundanta mottagningsvägar.

Frekvensspektrat kan också utnyttjas. Så att samma information sänds samtidigt, men på olika frekvenser. Varje mottagnare tar emot på ”sin” frekvens och vidarebefordrar informationen på lokal trådförbindelse. Vid utnyttjande av tidsseparation för redundans minskar givetvis bandbredden. Genom att kombinera metoderna ovan på lämpligt sätt, så kan felfrekvensen minskas till storleksordningen 10” eller bättre, dvs. fullt i klass med en trådförbindelse.

I figuren 9 utnyttjas uppfinningen i anslutning till en första maskin 1 och en andra maskin 2. Dessutom innefattar systemet en processtyrningsfunktion som är principiellt angiven med 3. En fjärde maskin eller processtyrningsenhet år visad med 4. Dessutom ingår rörliga styrenheter 5 respektive 6 medelst vilken respektive vilka maskiner II! III' -.- v nu on v: n: o o c s g :Il :Il I ID II III I Il Q n nu av: och/eller processer kan styras via radiokanaler mellan enheter 7, 8, 9. Respektive maskin är försedd med en eller ﬂera noder som respektive är ansluten eller anslutna till den eller de maskiner och/eller processer som skall styras via noderna. Så t.ex. är maskinen 1 försedd med en nod, maskinen 2 med tre noder. Processen 3 kan innefatta två noder.

Maskin- eller processenheten 4 kan innefatta tvâ noder 4a. Styrenheterna 5 respektive 6 innefattar var sin nod. I figuren 9 har även anvisats mobila enheter 10 och 11 som kan förses med var sin nod. Varje nod arbetar med sin eller sina täckningsområden eller antennlober som kan vara runtomstrålande eller riktade i enlighet med ovanstående.

Figuren 10 visar exempel på en fast nod 12 som kan vara ansluten till ett fast trådsystem 13 och via detta trådsystem vara styrbart av styrutrustningar 14 som på i och för sig känt sätt kan vara datorstyrda. Ett exempel på styrfunktion kan vara att enheten 14 skall initi- era en eller ﬂera klockfunktioner till noden 12 via det fasta systemet. Denna initiering är i figuren 10 angiven med i1. Noden innefattar en anslutningsenhet 12a mot trådsystemet 13. Dessutom innefattar noden en eller ﬂera antenner, t.ex. två antenner 12b och 12c.

Antennerna kan även vara anslutna till noden via anslutningsledningar 12b' respektive 12c'. Noden innefattar vidare en radiomottagare 12d och en radiosändare 12e. Vidare innefattar noden aktiveringsorgan för nämnda mottagare och/eller sändare, vilka aktive- ringsorgan är angivna med 12f. Tidsbestämningsorgan 12g är anslutna till aktiverings- organen eller ingår i desamma. Tidsbestämningsorganen inställes från enheten 14 via trâdförbindelsen 13. Alternativt eller kompletterande kan tidsbestämningen effektueras via en radiokanal 15. I beroende av tidsbestämningarna och aktiveringarna aktiverar mottagaren respektive sändaren sina antenner för mottagning respektive sändning för etablerande av nämnda täckningsområden eller antennlober 12b", 12b” och 12b””. I figuren 11 anges med 16 ett gränssnitt mot en aktuell maskin och/eller process. Anpass- ningsenheten 16 kan mottaga och sända data och/eller styrkommandon till noden och sändningen och/eller mottagningen kan därvid ske via en mikrodator 17. Anslutningen av ett eller ﬂera aktiveringsorgan 12f till nämnda mottagare och sändare är visad i mera H i H detalj i figuren 11. Dessutom anges också den principiella uppbyggnaden för tidsbestäm- ningsorganen 12g. Tidsbestämningsorganen kan innefatta en intern klocka 12g”. Dess- utom kan ingå en mottagningskrets 12g” för masterklockfunktion i systemet, jämför 522 2.77 /fi fallet med figur 10 i ovan. Tidsbestämningsorganen kan även innefatta en mottagnings- krets 12g” som erhåller tidsbestämningsfunktion via mottagaren och dennas antenn l2c.

Tidsbestämningsfunktionerna hanteras i tidsbestämningsorganen medelst en mikrodator 12g"”. Mikrodatorn kan innefatta eller arbeta med minnesfunktion för lagring av nodens inställning i förhållande till slottarna i systemet. Dessutom ingår en anpassnings- 1,? enhet 12g”'” mot aktiveringsorganet l2f. Kretsen 12g samverkar även med en sche- maläggningsfunktion 18 ivilken nodens inställningar till slottarna i systemet i införbara.

I ﬁguren 12 visas arrangemanget för slottarna vid sändning och mottagning. I läget 1 enligt figuren 12 har noden 1 tilldelats slott-utrymmet 19a, noden 2 19b, noden 3 19c, noden 4 l9d, osv. till den cirkulära räkningens slut. Därefter tilldelas noden 1 slotten l9a', osv. i den andra cirkulära räkningen, osv. Andra tilldelningar och längder i slot- tarna kan tilldelas de olika noderna i beroende av den data och de styrkommandon som skall sändas i respektive slott. Slottarna för mottagning är uppbyggd på motsvarande sätt men med förskjutningar i förhållande till slottarrangemanget för sändning.

I enlighet med figuren 13 kan en eller ﬂera noder utföras för att arbeta med olika typer av meddelanden. Så Lex. kan en första typ av meddelanden i2 ingå, vilken första typ av meddelande kan avse interna meddelanden inom noden och/eller den av noden styrda maskinen och/eller processen. Noden kan innefatta en mikrodator 20a och en anpass- ningskrets mot maskinen och/eller processen, vilken sistnämnda anpassningskrets har betecknats 20b. En andra typ av meddelanden i3 kan avse meddelanden över en fast för- bindelse 21, varvid anpassningskretsar är angivna med 200 och 20d.

Figur 14 avser att visa en nod 20' med dubbla mottagare och sändare l2d, 12e respektive l2d', 12e'. Nämnda sändare och mottagare styres av tidsbestämningsfunktion 12g som kan ingå eller innefatta den i ovan angivna aktiveringsfunktionen. Aktiveringarna kan effektuera olika lopstorlekar 12c', l2c". Kompletterande och/eller alternativt kan »na-n loparna tilldelas olika riktningar 12c"' respektive 12c"". Motsvarande gäller för de av annan mottagaren och sändaren 12d”, l2e' effektuerade loparna. :snus nina: ~ > ø . . n n . nu szgøsvv Figur 15 avser att visa ett arrangemang i anslutning till automatisk eller manuell sche- maläggning i systemet. I figuren är två fast noder angivna med 22 och 23. Noderna arbetar med sändare och mottagare och radioförbindelse i enlighet med ovan. Nämnda sändare och mottagare är angivna med 22a, 22b respektive 23a, 23b. Radiokanalerna är indikerade med 22a° respektive 23a°. Samverkan kan ske med konventionella moduler 24, 25 i trådbundet system, vars busförbindelse angivits med 26. Aktiveringarna av antennerna respektive angivandet av tidsbestämningarna kan ske från enheterna 24 respektive 25 som är försedd med aktiveringsorgan 24a respektive tidsbestämningsorgan 25a. Enheterna 24 och 25 är försedda med anpassningskretsar 24b respektive 25b mot trådförbindelsen 26. Motsvarande mottagningskretsar 22b, 22c respektive 23b ingår i noderna 22 och 23.

Figuren 16 visar nodernas relation till frekvensspektrat och till hoppande frekvenser.

Urvalet av respektive frekvenssammansättning ur spektrat 27 för olika noder 28, 29 och är principiellt angivna och kan utföras på i och för sig känt sätt.

Figuren 17 visar ett mera detaljerat utföringsexempel på hur en mobil nod 31 kan närma sig ett geografiskt område 32 med ett antal fasta mobila enheter, varav två angivits med 33 och 34. De fasta enheterna 33 och 34 är inlagda i det överordnade schemalagda systemet och uppvisar schemakonﬁgurationer 33a respektive 34a som visar slottilldel- ningen för nämnda fasta noder 33 och 34. Även den rörliga noden 31 är förutbestämt inlagd i schemabilden. En eller flera av de fasta noderna avkänner i enlighet med ovan den rörliga nodens positioner. I de olika schemauppläggen 31a, 33a respektive 34a har angetts en cirkulär tidsindelning mellan O till 7. Den mobila enheten tilldelas därvid en kanal och använder sin antenn 1. I slotten eller tiden O sänder den mobila enheten infor- mationen 0 och i slotten 7 mottar den mobila enheten informationen 32. Den fasta mobilen eller noden 33 som är responsiv mot ifrågavarande rörliga mobil eller nod via en radioförbindelse 33b står i mottagningsläge vid tidpunkten 0 och i sändningsläge för sändning av informationen 32 i slotten 7. Även noden 33 är inställd på kanal a och har sin antenn 2 aktiverad. Den fasta noden 34 kan arbeta på kanalerna a och b med sina tre antenner 1, 2 och 3. Noden är i slottarna 4 och 5 anslutna i sändningsläget där den sän- 522 377 21 .n s.- der informationen 23 respektive 236. Noden 34 är aktiverad för mottagning under slot- tarna 1, 2, 3 och 6 där den mottar informationerna 35, 4, 87 och 576.

I figuren 18 anges en rörlig nod med 35. Den rörliga noden kan innefatta kombinerade gyro- och beräkningskretsar 35a och nodens mottagare är angiven med 35b. Noden arbetar med en mikrodator 35c och minnesfunktioner 35d, i vilka registreras pågående traﬁk, mottagna meddelanden, signalstyrkor, och uppgifter om egen position.

Figur 19 visar ett geografiskt område 36 med fasta noder 37 och rörliga noder 38. En eller ﬂera av de fasta noderna 37 står i förbindelse med en schemaläggningsenhet 39. De fasta förbindelserna är angivna med 40 och en anpassningsenhet till enheten 39 är angi- ven med 41. Schemaläggningsenheten är anordnad att utgå från ett förutbestämt signal- mönster 42 och ta in uppgifter om eller innefattar uppgifter om de fasta nodernas posi- tioner, de rörliga nodernas positioner, avsändningstider, och informationernas inbördes placeringar. Schemaläggningsenheten är angiven med 43 och minnes- eller lagringsorgan för de fasta nodernas positioner är angivna med 43a, de rörliga nodernas positioner med 43b, avsändningstiderna med 43c och informationernas inbördes placeringar med 43d.

Enheten 39 kan i och för sig utgöras av en nod som är utvald bland de övriga noderna i systemet. i Figur 20 visar ett exempel på uppbyggnaden av en nod 44 med aktiveringsorgan l2f°, tidsbestämningsorgan 12g", mottagare l2d, sändare 12e, antenn l2b, antenn 12c, styrande klocka 45. Nämnda klocka är styrande för nodernas program och synkronise- ringsfunktion. Dessutom ingår mottagnings- eller sändningskrets för mottagande eller sänt data, vilken krets är angiven med 46. En SPU eller mjkrodator är visas med 47 och signalering vid funktionsstyrningar för kommunikation är angivna med il”. De i systemet sända signalerna i2' avser information om den globala tiden. I figuren 20 är även angivet information i3' som användes för schemaläggningen i systemet. ann»- rivs» Figuren 21 visar en bil 48 som innefattar ett CAN-bus-system 49. Bilen är även försedd med ett antal noder 50, 51, 52, 53, osv. som ingår i ett lokalt nät i enlighet med ovan. 522 377 22 u av» CAN-bus-systemet innefattar ett antal modulenheter 54 av i och för sig känt slag. En av modulerna, nämligen modulen 53, utnyttjas för att etablera schemaläggning enligt ovan i det lokala nätet. En förbindelse 55 fungerar även som gateway till CAN-systemet. Dess- utom står enheten 53 i kontakt med en bilserviceenhet 56 via en radioförbindelse 57.

Enheten 5 står även i förbindelse med nämnda noder i det lokala nätet, t.ex. noden 52 via radioförbindelser 58. Bilen 48 kan med utnyttjandet av arrangemanget enligt uppﬁn- ningen köra in pä bilverkstad och anslutas eller samverka med bilserviceenheten 56 i enlighet med ovan.

En radiomodul kan uppvisa uppbyggnaden enligt ﬁguren 22. De beskrivna funktionerna utföres företrädesvis med stort mått av flexibilitet och möjlighet för att konfigurera enheterna för att fungera på ett optimalt sätt och fungera på olika platser såväl geogra- fiskt som i tiden. Modulen innefattar därvid en mikrodator eller annan logikmaskin som kan hantera och lagra information. Lagringen av information medför att det fmnes logik med minnesfunktion som kan vara ett temporärt minne, s.k. RAM som kan vara av typen SRAM och DRAM. Det finns även minnen som kan behålla informationen utan matningsspänning och dessa kan vara av en eller ﬂera olika typer Lex. Flash, ROM, EPROM EEPROM, vilka skiljer sig i avseende på hur de programmeras och möjligheten att efter programmeringen göra justering iden lagrade informationen, som i en utförings- form kan bibehålla informationen efter ett avbrott av kraftmatningen.

En enhet består av en datorenhet, CPU, 65 som exekverar ett program lagrat i ett pro- gramminne 59. Programmet har för temporär lagring ett RAM 60 där Lex. data som kommer in från radio placeras innan det överförs på annat kommunikationsmedium eller bearbetas internt i modulen. Minnena är anslutna till CPU med data 61 och adressbus 62 samt ett antal kontrollsignaler 63, t.ex. signaler som WR, RD CS och ALE. Antal ledare i adressbusen kan variera beroende på hur stort minne som måste kunna adresseras. Ett normalt antal är 16 vilket krävs för att adressera 64 kByte minne. Det är inte ovanligt att »Inas antalet kan vara upp till 32 för en processor med 32-bits arbetsbredd, dock är det sällsynt att alla dessa används eller att ﬂera adresser selekterar samma adressutrymme. Antalet dataledningar beror på processorns arbetsbredd, där man har 8 för en 8-bits processor, 522 577 23 16 för en 16-bits processor och 32 för en med arbetsbredden 32. Det ﬁnns även proces- sorer med en arbetsbredd på 4-bitar men de är ovanliga i denna typ av applikationer. Vid processer med 16 eller 32-bitars arbetsbredd så kan dataledarna vara reducerade vid anslutning till framför allt extern utrustning. Normalt är att 32-bitars processor även kan läsa och skriva till minnen och externa enheter med en databredd på 8 eller 16, liksom 16-bits processorn även kan läsa 8-bitars enheter. Dessa eller en delmängd av dessa sig- naler kan vara anslutna till kringkretsar som kan vara av typen CAN-controller 64 och radiointerface 65. Förutom signalerna som överföres med hjälp av dessa signalledare kan information överföras mellan CPU och de kringliggande delarna. Så t.ex. kan informa- tion som kommit in på CAN-kontrollerna förﬂyttas in till RAM. När denna inkomna information har rättighet att översändas per radio så förﬂyttas information från RAM till radioenheten. Förutom signalerna 61, 62 och 63 förekommer det andra signaler och ledare 66, t.ex. matning, reset och klocka. Det kan även förekomma ytterligare kring- kretsar och signaler för hantering av klocka och tider. De delar som berör uppfinningen kommer att beskrivas detaljerat i andra delar av texten. Datorbusen är visad med DB.

CAN kontrollern 64 får i detta fallet beskriva den kommunikationsenhet som med kabel och sladd utbyter information med andra enheter. Det behöver inte vara CAN för denna typ av anslutning utan det kan även vara ”Ethernet”, ”Fieldbus Foundation", ”timed triggered protocol” kan bli aktuellt. I de ﬂesta fall kan dessa kommunikationsprotokoll använda elektriska signaler så väl som optisk eller annan elektromagnetisk fältutbredning för överföring av informationssignaler från en kontrollerenhet till en annan. Informatio- nen kan överföras från en till alla såsom är vanligt i CAN där mottagande enhet genom selektering väljer ut den information som den skall vidarebefordras till andra delar i systemet. Överföring kan även vara sådan att ﬂera kan sända samtidigt genom olika typer av modulering, vilket gör det möjligt att erhålla olika kanaler, och mottagarna kan då genom inställning utvålja den kanal som det förväntar sig genom den inkommande informationen. Detta gör det möjligt för ﬂera att sända samtidigt, samt att enheterna kan Iæyii göra en grovsortering av all den information som finns på överföringsmediet. missa 2 2 3 7 7 j 24 ..

De beskrivna enheterna ovan kan vara förpackade eller anordnade i olika kretsar, vilka är sammankopplade på ett kretskort eller annan typ av kretsbärare. Det kan även vara så att hela eller delar av elektroniken är integrerade på en och samma kretsenhet. Oberoende av integrationsnivån kan man alltid särskilja de här beskrivna delarna om man studerar utrustningen vid en viss detaljnivå. I vissa fall kan det vara svårt att särskilja detaljerna från dokumentationen av komponenten dä vissa delar i hårdvaran kan vara s.k. FPGA ”Field Programmable Gate Arrays Dessa delar har en hårdvara som kan konﬁgureras med hjälp av data som är lagrad i någon typ av minne eller som via CAN, radio eller annan kommunikation laddas ner till enheten. Denna information överförs därefter till FPGA-delen som därefter erhåller en hårdvarufunktion såsom CAN-kontroller eller radiokontroller. En sådan komponent kan även innefatta RAM. Man kan även tänka sig att en sådan FPGA kan innefatta informationen fast lagrad så att den erhåller den öns- kade konfigurationen direkt vid start. Konfigurationsdata anger hur hårdvaran fungerar i detalj.

Delen 66 enligt figuren 23 är den logik som sammankopplar radion med datorenheten.

Detta sker med hjälp av databussen 62, där antalet signaler på de olika signalbussarna anpassas till det aktuella behovet. Enheten 66 innefattar för det första minnen eller register för lagring av de bitar som skall sändas ut eller blir mottagna från radiodelen.

Dessa minnen/register kan vara av olika storlek beroende på datordelens uppbyggnad och prestanda. När radiodelen börjar sin sändning kommer bitarna att sändas ut med en viss takt som bestäms av den inställda bittakten. En vanlig takt är 1 Mbit/s men även 2, 5 eller ll Mbit/s är vanliga. Det kan i system med lite datamängd förekomma långsam- mare överföringar, t.ex. 9600 bits per sekund.

I beskrivningen beskrivs bara digital överföring men det är naturligtvis även möjligt att överföra analoga signaler. I den aktuella beskrivningen krävs det då någon typ av analog till digital omvandling. Om det krävs stor tidsprecision i denna överföring är det lämpligt :tu-p att integrera denna del i 66 eller att det ﬁnns en stark koppling till någon annan krets som nia:- sköter denna analog till digital konverteringen. Om processorn är kraftfull är det möjligt att överföra data via denna enhet från den analog till digital omvandlande delen till 522 377 radiodelen. I detta fall hänvisas till i funktionen mellan CAN-controllern och analog till digital konverteraren där data överförs från CAN till radio i det ena fallet och från ana- log signal till radio i det andra fallet. På motsvarande sätt kan information som kommer in från radiodelen överföras till CAN eller en analog signal, beroende på vilken utrust- ning som enheten innefattar.

I det fall man har en snabb och kraftfull processor så kan man i 66 ha ett litet register, Lex. 8 eller 16 bitar, för data som skall sändas eller tas emot från radion. Till detta register finns det då ett skiftregister som matar ut bitarna till radiodelen. När logiken i 66 börjar skifta ut bitarna till radio för utsändning måste använd datorenhet fylla på detta register och säkerställa att information fmns på plats innan logiken i 66 har skiftat ut sista biten och måste ladda över nästa block av data till skiftregistret. Om man har en proces- sor med liten datorkraft eller om man vill avlasta denna enhet kan man göra detta lag- ringsminne större så at processorn mindre ofta behöver ladda in ny data. Med ett större minne så kan man även överföra en större mängd data som ett block. I detta fall kan detta minnet vara 8 till 32 byte stort och det är då vanligt att det är av FIFO typ, dvs.

”First ln First Out”. I ett annat fall så kan man tänka sig att detta minne är så stort att hela radiopaket finns lagrat i 66. I det fallet laddar man in hela paketet i minnet och dår- efter kan logiken i 66 söka hela överföringen utan att belasta processorn. Logiken i 66 kan vara logik eller logikkonfigurerad i en EPGA. Det skulle även kunna vara en dator- liknande enhet som med hjälp av ett program emulerar den funktion som krävs i denna del av elektroniken. Mottagningen är i princip samma som sändningen fast man kör allt åt andra hållet. I logiken kan konstruktionen vara sådan att man använder samma minnes- och/eller skiftregister vid både sändningen och mottagningen där man med någon signal byter riktning på dataﬂödet. Det kan även vara så att man har två separata uppsättningar av all elektronik för sändning och mottagning. I det ﬂesta fall så sker radiokommunikationen med enkel överföring, dvs. man kan inte sända och ta emot sam- tidigt, och i det fallet är det möjligt att utnyttja denna dubbelfunktion i elektroniken. I unna» det fallet radio tillåter samtidig sändning och mottagning så krävs det två helt oberoende anta» elektronik, minne och skiftlogik, för sändning och mottagning. e. .nu 522 377 26 Den digitala bitströmmen från 66 kommer därefter till en enhet som skall radioanpassa den digitala strömmen av bitar vilket sker i enheten 67. Det kan förekomma att denna del lägger till ett antal bitar i början och/eller i slutet av den digitala strömmen av data från 66. Om detta sker eller inte beror på hur mycket av radioprotokollet som ﬁnns inbyggt l 67 och hur mycket som sker i 66. När strömmen av bitar är anpassad till det aktuella radioprotokollet, Lex. enligt 802.11 eller Bluetooth skall dessa moduleras till något som är bättre anpassat till radioöverföring. Detta kan ske i ett, två eller ﬂera steg. I 802.11 DSSS kan detta ske med en första konvertering av bitarna till en eller ﬂera analoga sig- naler. Dessa analoga signaler moduleras därefter upp till en mellanfrekvens, t.ex. 374 MHz, och i ett sista steg så konverteras den upp till radioöverföringsbandet i detta fallet i omrâdet 2450 till 2485 MHz. Hur denna konvertering går till och antalet steg är oviktigt för uppfinningen.

I beskrivningen sker överföringen av information seriellt med en bit i sänder. Det är naturligtvis möjligt att utöka detta så att man sänder parallellt med ﬂera seriella kanaler.

Uppﬁnningen begränsar sig inte till en kanal utan den kan naturligtvis tillämpas på ﬂera parallella kanaler. Dessa olika kanaler kan behandlas var för sig oberoende av varandra eller så att schemaläggningen sker sammanordnat. Det kan vara nödvändigt att göra detta samordnat i det fall informationen på ﬂera kanaler måste komma fram till mottagarna synkront i tiden. En enhet 68 är ansluten till enheten 67 och antenner är angivna med 69.

Dessutom ingår en enhet 70.

Enheten 71 i figuren 24 är den logik som konverterar data som skall sändas från den interna lagringen i ett minne till en ström av bitar som sänds ut med hjälp av radioelekt- roniken. Signalerna 78 som sammankopplar 73 och 74 består av dataledning och en led- ning som håller takten på ﬂödet av bitar. Dessa två ledare data och klocka kan användas både för sändning och mottagning, det är dock vanligast att nian har två oberoende sig- nalpar ett för sändning och ett för mottagning. Det kan finnas ytterligare signaler för att »vara sköta synkroniseringen mellan enheterna 73 och 74. För att ställa in alla delar i modula- nian» torn 73 och förstärkare/signalväxel 74 finns det ytterligare signaler. Vilka dessa är och hur de används beror på vilken typ av modulator som används samt vilken uppbyggnad a a an un. 522 377 27 det är på enheten 74. Eftersom detaljerna i moduleringen/demoduleringen saknar bety- delse för utnyttjandet av uppﬁnningen så beskrivs det inte mer detaljerat. Denna ström av bitar moduleras till en radiosignal i enheten 73 med en vald frekvens, t.ex. i ISM bandet 2450 till 2500 MHz. Vilken frekvens och vilken modulering som är vald saknar bety- delse för uppfinningen utan den kan väljas efter behov och vad som finns tillgängligt.

Den modulerade signalen passerar därefter elektroniken 74 där man dämpar eller förstär- ker signalen allt efter den i uppfinningen beskrivna schemat. Här sker även val av antenn för sändningen. I detta exempel är bara en antenn 75 utritad i figuren, den som i detta fall används för utsändningen. Det kan i utrustningen finas ﬂera antenner att välja mellan allt efter behov av signalstyrka och riktning på det utsända elektromagnetiska fältet. Den resulterande antennen kan även vara så att den består av två eller ﬂera antenner som drivs av en förstärkare eller av en, två eller ﬂera har en egen förstärkare för drivning av respektive antenn.

Signalen överförs från sändarens antenn till mottagarna. I figuren är bara en av motta- garna utritad eftersom alla mottagarna har likvärdiga funktioner. Även på mottagarsidan är bara en antenn indikerad men det kan finnas ﬂera mottagningsantenner som jobbar en åt gången beroende på vilken antenn som för tillfället är optimal för mottagningen. Det kan även vara så att antennerna samordnas så att man kombinerar signalerna från två eller ﬂera antenner för att erhålla optimala mottagningsförhållanden. Kombinationen och val av antenner kan göras för att förstärka eller dämpa signalen samtidigt som man dis- kriminerar oönskade signaler allt för att erhålla optimala förhållanden för hela systemet.

Signalen kommer därefter till den elektronik som väljer antenn och där innefattas även förstärkare och eventuellt dämpkretsar som tillsammans med antennerna ger en optimal signal till radiomottagaren. Här sker demodulering till en bit ström som är en motsvarig- het till signalen 72 på sändaren. Signalen lagras därefter i 71a varifrån processorn kan överföra information till indikerad mottagare, tex. genom utsändning av CAN-bussen 'vara i via CAN-kontrollern. Det kan noteras att bitmönstret vid 73a inte behöver vara 100% rinna identisk med mönstret vid 73 även om så är fallet under optimala förhållanden. Genom 522 âgv o u nu .nu att det överförda paketet innefattar shecksummor och redundans så kan man korrigera en viss mängd fel som uppkommit mellan sändare och mottagare.

Det hänvisas även till figuren 6 och utseendet på de överförda bitarna vid sändare och mottagare och deras tidsrelation.

I den övre delen har vi bitarna som kommer ut från 71 på dataledningen i 72 till 73 pla- cerade på en tidsaxel. I den undre delen ser man samma paket på motsvarande dataled- ning 72a från 73a till 71a även denna placerad på en tidsaxel. Tidsaxeln är här relaterad till en global tid så att man ser att signalen vid 73a är något fördröjd relativt motsvarande läge på bitströmmen vid 73. Denna fördröjning orsakas av ﬂera delar. Dels i ledningarna där signalen fortplantar sig strax under ljushastigheten. Dels erhåller man fördröjningar i demodulering och i omkopplare och förstärkare. När det gäller fördröjningar mellan 71 och antenn så kan man mäta upp dessa vid olika förhållande i de fall de varierar på tem- peratur eller matningsspänning och/eller uteffekten och vald inställning i de olika delarna. Fördröjningen mellan sändare, antennen och mottagareantennen kan bestämmas om avståndet är känt genom någon form av extern uppmätning.

Vid den globala tiden G1 startar enhet 71 sändning av bitar ut från 73 till 74. I det beskrivna fallet finns det först i bitﬂödet ett mönster som tidsfunktionen kan igenkänna.

Läget av detta år av underordnad betydelse men de tekniska lösningarna och behovet av kommunikation som krävs för tidsinställningen kan variera beroende på vald lösning.

Hur i detalj man gör denna tidssynkronisering är av mindre betydelse för uppfinningen dock är det väsentligt att den kan genomföras med god precision. Ju exaktare detta kan i .rf 25 göras desto effektivare lösning erhåller man. Vid sändningen använder man lämpligen samma elektronik som vid mottagningen av bitarna. Denna elektronik som lämpligen :d- placeras i 73 detekterar mönstret 76 och relationsställer detta mönster till tiden G1 som i detta exempel kallas TlA. Denna tid skall göras känd för mottagaren och det effektivaste sättet är att denna tid placeras i samma meddelande som den år relaterad till. I den beskrivna lösningen placeras denna tid i det utsända bitmönstret vid 77. Med en viss för- dröjning DTl kommer informationen att komrna fram till 73a vid den globala tiden G2. I nnﬂiu 522 377 j 29 denna enhet har vi samma elektronik som i 73 för att detektera mönstret 76 och rela- tionsställer detta mönster till tiden G2 som noteras med den lokala tiden T2A. När hela meddelandet är mottaget kan modul 2 hämta information om vid vilken tid 77 som detta paket sändes från modul 1. Denna modulen kan nu justera eller relationsställa sin interna klocka till den överförda tiden. Nu har båda modulerna samma tidsbas med enda skillnad att modulen 2 har en tid som ligger tiden DTl efter klockan i modulen 1. Med denna enkla metod kan man synkronisera alla moduler till en gemensam basenhet till en nog- grannhet som är bättre än fördröjningen är mellan tidsutsändande modul och de moduler som synkroniserar sig till denna tid.

Genom att enheten nu sänder tillbaka ett meddelande till den klockstyrande med samma procedur så kan tidssynkroniseringen göras ännu bättre. Man erhåller nu följande ekva- tioner.

T1A = Gl T2A sätts till T1A = Gl vid den globala tiden G1 + DT1.

T2B = T2A + DIFFB Lokala tiden vid enhet 2 när den sänder ut sitt meddelande.

T2A = T1A + DIFFA Lokala tiden vid enhet l när meddelande kommer fram.

Om båda modulerna har samma tidsbas så finner vi följande villkor.

DIFFA = DIFFB + DTl + DT2.

Från kännedom om elektromagnetisk utbredning så finner vi att DT1 = DT2. Om en stor del av fördröjningen kommer från den interna elektroniken så måste man ta hänsyn till detta. Detta är dock något som varje enhet kan kompensera för enligt någon form av kompensationstabell eller funktion efter uppmätning av produkten.

Genom att ta skillnaden mellan den lokala tiden och den översända tiden erhåller man följande: 522 377 _ so T2A - T2B = TlA -l- DIFFA - (TlA + DIFFB) = TlA + DIFFB + ”*DT1 - (TlA + DIFFB) < = = T2A - T2B = 2*DT Detta betyder att med hjälp av denna beräkning har nu enheten 1 mätt upp den obekanta fördröjningen mellan enhet 1 och enhet 2 med hjälp av kommunikationslänken. Genom att överföra denna information till den andra enheten så kan den kompensera sin inställ- ning av tiden så att dess lokalklocka kan relationsställas med stor precision till den i systemet globala tiden. Det skall noteras att processen kan förñnas och genomföras på olika sätt. Det problem som därefter kvarstår är att behålla synkroniseringen av tiden i de i systemet ingående enheterna. Även om de klockor som ingår i radioenheter har god precision och liten drift, så kommer över en längre tiderna att divergera ifrån varandra. Även om klockorna har en noggrannhet på 25 ppm så medför det att tiden. I figuren 25 är ett ytterligare tidsutrymme angivet med 78. I figuren 24 anges ytterligare signaler 79, 79a och anslutningspunkt eller anslutningssignaler med 80, 80a samt en antennenheten 75 motsvarande antenn 75a vid modulen 2.

Det hänvisas till figuren 26 som är en utföringsform av utförandet enligt ﬁguren 22.

Motsvarande enheter i figurerna 22 och 26 har samma hänvisningsbeteckningar som dock är kompletterande med primtecken i figuren 26.

Datorenheten CPU är i detta fall betecknad med 81 och ett minne med 82. Ett RAM- minne är visat med 83. En anslutningskabel är angiven med 84. Ett radiointerface är angivet med 82”. Alla signaler som krävs för att sammankoppla de olika delarna kallas här en datorbus DB (DB').

CAN-kontrollerna 64' får i detta fallet beskriva den kommunikationsenhet som med kabel 84 och sladd utbyter information med andra enheter t.ex. ISO 11898. I likhet med sits: nøaa» ovan behöver det inte vara CAN för denna typ av anslutning utan det kan även vara ”Ethernet”, ”Fieldbus Foundation", TTP ”timed triggered protocol”. I de ﬂesta fall kan 52 2 3 7 7 . Wi . "If -~..-........-.. 31 I o»- u u u u s. n. dessa kommunikationsprotokoll använda elektriska signaler så väl som optisk eller annan elektromagnetisk fält utbredning för överföring av informationssignaler från en kontroll- enhet till en annan.

Informationen kan överföras från en till alla såsom är vanligt i CAN där mottagande enhet genom selektering väljer ut den information som den skall vidarebefordra till andra delar i systemet. Överföring kan även vara sådan att ﬂera kan sända samtidigt genom olika typer av modulering vilket gör det möjligt att erhålla olika kanaler och mottagarna kan då genom inställning utvälja den kanalen som det förväntar sig den inkommande informationen. Detta gör det möjligt för ﬂera att sända samtidigt på en del av det gemen- samma mediet, samt att enheterna kan göra en grovsortering av all den information som finns på överföringsmediet genom att selektera sin del av mediet.

I figuren 26 finns även en enhet 84 som är kraftmatning 84 till berörda enheter via ledare 85, t.ex. enheten 64”. Matningsspänningen i bilar och mobila fordon är vanligen 12 eller 24 Volt. Denna kraftmatning kan gå parallellt med kommunikationsledningarna eller komma separat. Vanligen år enheten 84 så gjord att den klarar många olika matnings- spänningar från 4 Volt upp till 40 Volt. I många fall sker matningen från batteri eller solceller då man applicerat radio på sådana ställen att man inte kan eller vill dra led- ningar fram till utrustningen, t.ex. på grund av explosionsrisk. DB' ser till så att den externa matningen anpassas till det interna behovet. De olika delarna i enheten matas med elektrisk ström och en vanlig spänning för denna matning är 3,3 Volt men även 5 Volt kan förekomma. För matningen av den interna logiken och datordelar kan spän- ningar på 1,8 Volt förekomma och i framtiden kan man förvänta sig att även lägre spän- ningar kan förekomma. Även högre spänningar kan förekomma på radiodelen för att erhålla högre effekter på den utsända radiosignalen eller för att den valda kretstypen skall fungera på ett optimalt sätt. Vissa kretsar kan även kräva negativa spänningar för att fun- gera, vilket med olika tekniker kan genereras internt i kretsen eller erhållas från 84. fvstn Enheten kan därför vara gjord att producera en eller ﬂera olika och samma spänningar .ﬁpøn som via ledarna i DB' mats till en eller flera av det till busen DB' anslutna enheterna. --,»» .id-a 522 377 u u u un n u nu u n u u o u f.. u: a -. f. u.. I v. o u v ~ I a f - s. n o .n n o n n 32 a n s s .s .n u .v nu o..

Spänningen som matas till de olika enheterna kan därefter i de olika kretsenheterna om- vandlas till andra spänningsnivåer. I övrigt hänvisas till figuren 22.

Figur 27 berör hur tiden synkroniseras mellan i system ingående enheter hur det gemen- samma mediet skall utnyttjas utan att de ingående enheterna stör varandra. Detta kan styras med hjälp av två parametrar, nämligen energin i det utsträlande elektromagnetiska fältet och hur denna elektromagnetiska energi är fördelad geometriskt. Energin kan juste- ras med hjälp av en förstärkare med kontrollerbar förstärkning. Geometriska riktningen på spridning av energin bestäms huvudsakligen av antennens utformning. Genom att välja eller kombinera olika förstärkare och antenner kan man erhålla stor variation och bestämning av radioenergins spridningsomräde och de energinivåer som man erhåller i olika punkter runt sändare. Eftersom utsändning och mottagning av elektromagnetisk strålning är reciprok, kan motsvarande kombination av antenner och ingångsförstärkare göra det möjligt att täcka in olika områden för mottagning av radiosignaler.

Figuren 27 beskriver i detalj delar som ingår i överordnat sammanhang enligt. En signal som kommer in till dessa delar är en modulär signal som skall sändas ut i etern, här noterad som 86a, 86b. I denna sista del justerar man energin och riktningen av energin. I det enklare fallet så har man en förstärkare 87 med en antenn 88 av rundstrålande typ, se även 89, 90 respektive 91, 92. Med en rundstrålande antenn menas i detta fall en antenn som fördelar energin jämnt i en cirkel om 360 grader i ett plan. En enkel justering i detta fallet är att man kan byta ut antennen 88 till olika typer med olika typer av spridningsomräden. Detta år exemplifierat med 89 och 90 , där 89 är en fast förstärkare och 90 symboliserar en antenn som ger olika utsändning av energi i olika riktningar.

Byte eller justering av antennerna 88 och 90 är något som görs manuellt och inget som kan automatiseras. Detta är det som idag år det normala vid olika typer av radioinstalla- tioner. Uppfinningen kan ändock appliceras i en sådan utrustning då man utnyttjar för- delning av mediet vid olika tidpunkter. Genom att välja olika antenner 88 och 90 med olika spridningsområden kan man för hela system erhålla ett optimalt fördelning av resurserna. Detta kan dessutom kombineras med förstärkare 87 eller 89 med olika för- stärkningar. Dessa kombinationer är fasta efter det att man gjort inställningen men de ,.,». iiii» 522 377 E 33 kan dock justeras och optimeras efter behov i det aktuella systemet som i kombination med fördelning av etern i tiden kan ge ett tillräckligt bra system.

I nästa exempel visas en förstärkare 91 tillsammans med en fast antenn 92. I detta fall kan man justera förstärkaren så att man erhåller olika energi i det av antennen utstrålande området. Kontrollen av förstärkaren görs med hjälp av signalen 93 som kan vara diskret med två eller några få möjliga val till att vara en analog signal. Denna signal kan på något lämpligt sätt styras från processorn eller den enhet som innefattar det schema som anger den inställning som gör att enheten fungerar i systemet på angivet sätt. Även i detta fallet kan antennen 92 vara av en typ som är rundstrålande med likvärdig utstrål- ning i alla riktningar eller en som fördelar den utstrålande energin olika i olika rikt- ningar. När utstrålningen beskrivs såsom jämnt fördelad så gäller detta i ett tvådimensio- nellt plan som har en viss utsträckning i den tredje dimensionen, dvs. alla mottagare behöver inte befinna sig i ett plan. Beskrivningen kan utökas till att omfatta en mer kom- plex tredimensionell spridning, men i de ﬂesta fall så är utstrålningen placerad på mark- planet varför den kan förenklas till en plan modell.

Genom att justera den på antennen 92 utsända effekten från förstärkaren 91 kan man erhålla olika utsända effekter. På detta sätt kan man justera så att effekten när fram till de första mottagare som man önskar nå fram till. De andra mottagare som ligger inom ett område med så lite effekt från denna sändaren att de inte störs kan samtidigt ta emot utsändningar från andra sändare som sänder med samma modulation. Det krävs att dessa andra sändare har sin utsända energi på sådan nivå att den inte påverkar/stör mottag- ningen i de första mottagarna. Även i detta fall kan antennen på sändare och/eller motta- gare vara sådana att de sänder och tar emot radioenergin olika i olika riktningar i förhål- lande till de i systemet utplacerade enheterna. Det är vid mottagning hela tiden den rela- tiva effekten från olika sändningar som är det viktiga så länge som den signal som man vill ta emot är tillräckligt kraftfull än alla andra signaler så kommer alla övriga signaler att tolkas som ett brus. Det viktiga är att säkerställa att signal-brus förhållandet är så stort att bruset inte stör ut signalen. Det kan även noteras att det inte bara är antennerna som påverkar hur den utstrålande energin fördelar sig i dess omgivning. Även objekt i dess 522 377 34 n. .n omgivning såväl fasta som rörliga påverkar hur energin fördelar sig. Hänsyn måste även tas till detta då man ställer upp de villkor som skall gälla för systemet. Förstärkaren 92 kan vara av typen MGA-72543 från Agilent som med hjälp av justering av bias ström- men enkelt kan variera uteffekten 10 dB.

I nästa exempel på utgång så har man en förstärkare 94 och efter denna finns det en omkopplare 95 emd vars hjälp man kan välja en av två antenner 96 och 97 med hjälp av styrsignalen 98. Dessa två antenner kan vara av olika typer, en rundstrålande 96 och en 97 som riktar den utstrålande energin så att mer kommer vissa riktningar och mindre i andra. Genom att vid olika utsändningar använda olika antenner för utsändningen kan olika täckningsgrad av utsändningen i systemet väljas. Även i detta fallet kan förstärka- ren 94 vara av sådan typ där man kan justera den effekt som den sänder ut. I exemplet har vi bara två antenner att välja mellan, men det kan naturligtvis vara ﬂer än två att välja mellan.

Ett annat mer komplext exempel har en enhet 99 som delar upp insignalen 86b i två sig- naler. Dessa två signaler som kan vara i fas eller ur fas med ett bestämt antal signalgra- der går därefter till antennerna 100 och 101 direkt eller via förstärkare 102 och 103.

Genom att på detta sätt kombinera två eller ﬂera antenner för utsändning så kan man variera hur den totala utsändningsenergin sprider sig ut från enheterna. Om man därtill har möjlighet att, med hjälp av en eller ﬂera digital/digitala eller analog/analoga sig- nal/signaler 104, justera fasen mellan signalerna som går ut till antennerna som kan vara två eller ﬂera, så kan utbredningen av signalen justeras dynamiskt så att man vid olika tillfällen har olika spridningar för att på det sättet erhålla olika täckningsgrad på utsänd- ningen. Genom att därtill använda variabla förstärkare kan man ytterligare öka möjlig- heten att styra båda hur signalen sprider sig i olika riktningar och styrkan på signalen.

Antennerna 100 och 101 kan vara rundstrålande antenner liksom antenner med ett rikt- ningsberoende.

;..«. »..,« Uppfmningen begränsar sig inte till dessa grundexempel utan kan för denna del bestå av kombinationer av ovanstående inkopplingar. Det grundläggande för uppfinningen är att .' 522 377 v _ 35 no -uv man kan säkerställa hur sändningsenergin sprider sig inom radiosystemet. Genom detta är det möjligt att säkerställa att inte två enheter som sänder samtidigt med samma modu- lation inte stör den/de mottagare som skall ta emot respektive signal. Om man dessutom kan styra uteffekten och spridningen av denna uteffekt enligt de här beskrivna lösning- arna och kombinationer därav kan man anpassa det område som utsändningen omfattar på ett sådant sätt att man mellan de olika enheterna inom systemet kan erhålla maximal överföringskapacitet.

Eftersom elektromagnetisk överföring är reciprok kan motsvarande uppläggning göras på den mottagande delen. Det enda som behöver göras är att byta ritningen på förstärkarna.

Detta kan man se från inkopplingen av utförstärkaren 105 som via en växel 106 sänder ut signalen på antennen 107. Vid mottagning så slår man, med signalen 108, om omkoppla- ren 106 så att den mottagna signalen på antennen 107 nu går till mottagningsförstärkaren 109 som i sin tur sänder signalen till demodulatorn. För att uppfinningen skall fungera i detta exempel måste alla inställningar som måste kontrolleras vara kontrollerbara av den enhet som innefattar schemat över de inställningar som gäller vid varje sändnings- eller tids-tillfälle. I schemat framgår den inställning som den skall använda så att det på det mest optimala sättet löser sin uppgift i det system som den ingår.

Uppﬁnningen är inte begränsad till den i ovan såsom exempel visade utföringsformen utan kan underkastas modifikationer inom ramen för efterföljande patentkrav och uppﬁn- ningstanken. »bra

Claims

10 15 20 25 30 522 377 3 ß P.ans. 0001148-6 PATENTKRAV

1. Anordning för att överföra data och styrkommandon via radioförbindelser mellan' noder ingående i distribuerat styrsystem för en eller ﬂera maskiner och/eller en eller ﬂera processer samt arbetande med tidsbestämnings- och schemaläggningsfunktio- ner, k ä n n e t e c k n a d därav, att noderna arbetar som eller med radiosändare och/eller radiomottagare, att noderna innefattar eller är styrda av aktiveringsorgan för aktivering av sina sändar- respektive mottagarfunktioner, att noderna även arbetar med nämnda aktiveringsorgan innefattande eller styrande tidsbestämningsorgan som ingår i nämnda tidsbestämningsfunktion och är anordnade att med hjälp av aktiveringsorgan och sig tilldelade inställningar eller påverkningar bestämma sändnings- respektive mottag- ningslägen för noderna, att nämnda inställningar respektive påverkningar är fastställbara medelst en eller ﬂera i eller för styrsystemet företagna och medelst schemaläggnings- funktionen effektuerade schemaläggningar, i vilken respektive vilka noderna erhåller inbördes unika eller samordnade sändnings- och mottagningstider på radioförbindelserna, och att tidsbestämnings- och schemaläggningsfunktionerna arbetar inbördes separat.

2. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att respek- tive nod innefattar uppkopplingsorgan, ingående t.ex. i nämnda aktiveringsorgan, som vid inträdande av nodens sändningstid respektive mottagningstid kopplar upp noden till en aktuell radioförbindelse, och att nodens sändare respektive mottagare utsänder respektive mottar endast för noden representativ data respektive styrkommando(-n) hän- förbara till ifrågavarande maskin respektive process och således utelämnar identifika- tions- och adressdata och eventuellt utsorteringsdata för att minska sändning- respektive mottagningstiden och därigenom spara bandbredd.

3. Anordning enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att noder tillhörande ett givet geograﬁskt område arbetar med en gemensam tidsbas. 10 15 20 25 522 377 3? n » n » | n u

4. Anordning enligt patentkravet 1, 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att systemet arbetar med ett tidsluckearrangemang för data- respektive styrkommandoutbyten mellan noderna och att varje nod är tilldelad sina tidsluckor i systemet.

5. Anordning enligt något av patentkraven 1- 4, k ä n n e t e c k n a d därav, att varje nod är tilldelade första tidsluckor för mottagning av data respektive styrkom- mando(-n) och andra tidsluckor för sändning av data respektive styrkommando(-n).

6. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d därav, att noderna arbetar med ett antal meddelandetyper, t.ex. en första meddelandetyp som är avsedd för intern bearbetning eller vidaresändning till och/eller mottagning från utrustning eller information tillhörande noden, en andra meddelandetyp för sändning- och/eller mottagning via fasta förbindelser.

7. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d därav, att en eller ﬂera av nämnda noder är anordnad eller anordnade att effektuera styr- ning av utsändningseffekten(-erna) i respektive berörda nod som funktion av en vald eller i systemet etablerad tidräkning, här kallad gemensam tid.

8. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d därav, att en eller ﬂera av nämnda noder innefattar organ anordnad respektive anordnade att efter ett visst mönster eller i beroende av den gemensamma tiden styra utbredning och/eller riktningar på berörd eller berörda antennloop respektive antennloopar.

9. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d därav, att systemet är anordnat med en eller ﬂera enheter, t.ex. anordnade i en eller ﬂera noder, som innefattar och styr företrädesvis helt automatiskt sändnings- och utläggnings- schema för noderna i systemet. 10 15 20 25 30 3? . . .. . ._ .. ..... ..

10. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d därav, att systemet är anordnat att inom systemet distribuera till respektive nod sänd- nings- och mottagningssekvenser som berör noden.

11. - Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d därav, att en första nod vid sändning till en inom nodens täckningsområde befintlig andra nod sänder med en signalstyrka som ger en mottagningssignal vid den andra noden som överstiger störnivån med ett förutbestämt dB-värde, t.ex. 10 dB.

12. Anordning enligt patentkravet ll, k ä n n e t e c k n a d därav, att ytter- ligare andra noder som befinner sig inom den första nodens täckningsområde och som kan lämna signaleringen mellan den första noden och den förstnämnda av de andra noderna utan avseende är desaktiverade för sändning.

13. Anordning enligt patentkravet 12, k ä n n e t e c k n a d därav, att de ytterligare andra noderna innefattar organ som uppmäter och registrerar signalstyrkan från den första noden och att den registrerade signalstyrkan är användbar i tidsschema- läggning inom systemet.

14. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d därav, att täckningsområdet eller täckningsområdena för en första nod vid en aktuell tidsperiod utanförliggande noder har möjlighet att under samma tidsperiod bilda en eller ﬂera andra första noder som etablerar täckningsområde respektive täckningsoniråden för en eller ﬂera andra andra noder.

15. Anordning enligt patentkravet 14, k ä n n e t e c k n a d därav, att andra noder som ligger utanför de första nodernas täckningsområden under aktuell tidsperiod eller aktuella tidsperioder registrerar utebliven mottagningssignal eller mottagen signal genom störningsbruset, och att denna registrering ingår i schemaläggning för optimalt bandbreddsutnyttjande. 10 15 20 25 30 522 577

16. därav, att i fallet då en första nod sänder till en andra nod och en eller ﬂera ytterligare Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d andra noder befinner sig inom den första nodens täckningsområde(-en) den eller de ytterligare andra noderna är anordnade att etablera kontroll av förbindelsen mellan den första noden och den eller de förstnämnda andra moderna. /

17. Anordning enligt patentkravet 15, k ä n n e t e c k n a d därav, att vid av- brott eller störd, t.ex. genom tillfälligt reducerat täckningsområde, sändning mellan den första noden och den förstnämnda andra noden, en eller ﬂera av de ytterligare andra noderna fungerar som relästation(-er) och övertar den avbrutna eller störda förbindelsen.

18. tagandet av förbindelsen mellan den första noden och den andra noden medelst en eller Anordning enligt patentkravet 17, k ä n n e t e c k n a d därav, att över- ﬂera relästationsnoder ingår i systemets övergripande schemaläggning.

19. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k å n n e t e c k n a d därav, att vid två första noder som är aktiverade samtidigt vid sidan av varandra i syste- met och därvid med sina täckningsomrâden täcker var sin eller var sina andra noder, den ena eller båda noderna är anordnade för att temporärt ändringsrikta sitt täckningsområde för att temporärt effektuera utbyte av data respektive styrkommando(-n) med en andra nod i den andra första nodens täckningsområde. 20. första noder är aktiverbara i varandra efterföljande tidsskeden, att vid aktivering av en Anordning enligt patentkravet 14, k ä n n e t e c k n a d därav, att olika första nod och sändning till en andra nod som är täckt av den första första nodens täck- ningsområde(-en) en första data respektive styrkommando(-n) är överförbar respektive överförbart och upplagringsbart i den andra noden vid ett eller ﬂera efter varandra föl- jande tidsperioder, och att nämnda andra nod i sig tilldelade tidsperioder bildar en första nod som med sitt eller sina täckningsomráden täcker till den sistnämnda första noden tillhörande andra nod(-er), och att nämnda upplagrade data respektive styrkommando(-n) . . -aoooo n 10 15

20. 25 30 5 2 2 3 7 7 är vidarebefordringsbart till den eller de sistnämnda andra noderna, och eventuellt vidare.

21. Anordning enligt något av patentkraven 17-20, k ä n n e t e c k n a d därav, att reläande noder vidaresänder data respektive styrkommando(-n) endast med vetskap om att det vid en viss tidsperiod mottagna datat respektive styrkommandot(-na) eller meddelandet skall vidaresändas vid en viss efterföljande tidsperiod i enlighet med schemaläggning av nodens beteende.

22. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d därav, att kommunikationen med data och styrkommando(-n) i systemet är baserad på en gemensam tidsbas och tid, här benämnd global tid.

23. Anordning enligt patentkravet 21, k ä n n e t e c k n a d därav, att den gemensamma tiden är baserad på en tid som är baserad på en kontinuerlig tid nollställbar med jämna intervall, s.k. cirkulär tidsräkning.

24. Anordning enligt patentkravet 22 eller 23, k ä n n e t e c k n a d därav, att noderna i systemet arbetar med interna klockor, och att en utvald nod av systemets noder bestämmer inställningen av klockorna i övriga noder medelst i systemet utväxlade tids- synkroniseringsmeddelanden i form av digitala signaler, att klockan i respektive nod avläser sin klocka och påverkar respektive tidsynkroniseringsmeddelande vid en förut- bestämd ﬂank, att den utvalda noden påbörjar tidsändningen i systemet och bifogar sin tid, att övriga noders klockor ensar sin tid med den utvalda nodens tid genom att räkna fram sina respektive avvikelser och att därefter systemet relaterar till den därvid upprät- tade gemensamma eller globala tiden.

25. Anordning enligt patentkravet 22, 23 eller 24, k ä n n e t e c k n a d därav, att vid bestämningen av den gemensamma tiden från den utvalda noden övriga noder tar hänsyn till fördröjningen av data eller styrkommando(-n) från den utvalda noden, och/eller att respektive nod järnför efterföljande tidsmeddelanden från den utvalda noden 10 15 20 25 30 522 377 Åf/ u o | | o - | en och i beroende av jämförelsen korrigerar (ruckar) sin klocka med avseende på avdrift i tiden.

26. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k å n n e t e c k n a d därav, att systemet år anordnat för positionsbestämning av rörliga noder.

27. h Anordning enligt patentkravet 24, k ä n n e t e c k n a d därav, att respek- tive rörliga nod erhåller en plats i schemaläggningen före sitt inträde i systemet, och att respektive rörliga nod signalerar till en eller ﬂera schemaövervakande eller schema- läggande noder antingen direkt eller via reläande noder.

28. ' Anordning enligt patentkravet 25, k ä n n e t e c k n a d därav, att den rörliga noden vid sitt inträde i systemet synkroniserar in sin klocka till den gemensamma eller globala tiden, och att den rörliga noden därefter, företrädesvis stillastående, avlyss- nar under en tidsperiod passivt den i systemet pågående trafiken och registrerar tidpunk- ter för mottagning av berört/berörda meddelande(-en) och signalstyrka(-or).

29. Anordning enligt patentkravet 27 eller 28, k ä n n e t e c k n a d därav, att vid tillfälle rapporterar den rörliga noden in tidspunkt(-er) och signalstyrka(-or) för sig- nal eller signaler till schemaläggande nod, och att den schemaläggande noden uppskattar respektive rörliga nods position genom att jämföra erhållna signaler och signalstyrkor med övrig schemalagd signalering i tids- och utbredningsdiagram.

30. Anordning enligt patentkravet 28 eller 29, k å n n e t e c k n a d därav, att noggrannheten i uppskattningen av respektive rörliga nods geografiska läge ökar med antalet noder den rörliga noden uppfattar och/eller med avlyssningstidens längd.

31. Anordning enligt något av patentkraven 26-29, k ä n n e t e c k n a d därav, att det geografiska lâgets uppskattning ökar om schemat är förberett för rörliga noder och om ett antal fasta noder är beordrade att lyssna efter den eller de rörliga noderna. 10 15 20 25 30 a v ~ o v | u

32. Anordning enligt något av patentkraven 27-31, k ä n n e t e c k n a d därav, att respektive rörliga nod är försedd med rörelseavkännande enhet, t.ex. gyro i kombination med beräkningsenhet, som beräknar den rörliga nodens relativa förﬂyttning, vilken beräknade information tillsammans med eventuell övrig information minskar kra- vet pä stillastående hos den rörliga noden under mätningsutövandet.

33. Anordning enligt patentkravet 32, k ä n n e t e c k n a d därav, att i den övriga informationen ingår kännedom om platsens geografi, såsom hinder, vägar, etc., i syfte att förbättra den geograﬁska lägesbestämningen.

34. Anordning enligt något av patentkraven 1-33, k ä n n e t e c k n a d därav, att en schemaläggande nod arbetar med ett utbredningsdiagram för en förutbestämd om- rádeslokal, i vilken den schemaläggande noden företrädesvis är centralt placerad, att vid schemaläggning den schemaläggande noden påbörjar sändning på en högsta effekt, t.ex. 20 dBm, enligt ett valt protokoll, att övriga i omrâdet befintliga fasta noder intar lyss- ningslägen, att den schemaläggande noden sänder ett antal tidsstämplade meddelanden med nämnda högsta effekt så att övriga noder synkroniserar sig till dess klocka i syfte att upprätta en gemensam eller global tid, och att den schemaläggande noden därefter utsän- der ett sändnings- och/eller mottagningsschema.

35. Anordning enligt patentkravet 34, k ä n n e t e c k n a d därav, att respek- tive mottagande nod lyssnar efter tidsmeddelandet, att vid rnottaget tidsmeddelande regi- strering sker av detta tillsammans med tidpunkten för mottagandet, signalstyrkan vid mottagandet och om en s.k. CRC-kontroll är korrekt, och att vid uteblivet meddelande registrering sker av signalstyrkan i bakgrundsbruset.

36. Anordning enligt patentkravet 33 eller 34, k ä n n e t e c k n a d därav, att vid nämnda sändning, mottagning och registrering den schemaläggande noden utsänder ett schema där respektive nod, en efter en, avrapporterar sina resultat, att den schema- läggande noden därefter utför nämnda sändning och berörda noder återigen utför nämnda 10 15 20 25 30 522 377 nn nn n nn n n n n n n n n nn n c nn nn n n n n n . n nn n n n n nnn nnn nn n nn n n n n n n n n n nn n nn n n n ;3 n n n n nn nn n n n | n nn 1 avrapportering, men vid lägre effekt, t.ex. en effekt av 17 dBm, osv. tills utsändning och avrapportering av lägsta uteffekt, Lex. minus 10 dBm, varefter den schemaläggande noden sammanställer resultaten från den olika utsändningarna och avrapporteringarna och lägger detta till grund för senare schemaläggning av trafiken i syfte att välja lämplig ut- effekt och antenn för kommunikationen mellan samverkande noder.

37. i Anordning enligt något av patentkravet 33-35, k ä n n e t e c k n a d därav, att vid schemaläggning av rörlig nod denna erhåller ett mätningsschema som tillåter den att sända kontinuerligt under viss tid, att en exakt position för startpunkten föreligger och därefter» positionen är beräkningsbar med hjälp av gyrodata eller motsvarande data, och att den rörliga nodens klocka blir synkroniserad vid startpunkten till den gemensamma tiden eller den globala tiden.

38. Anordning enligt något av patentkraven 33-37, k ä n n e t e c k n a d därav, att vid inmätningsförfarandet eller schemaläggningen av den rörliga noden en eller ﬂera fixeringspunkter inom området utnyttjas, att meddelandet i den rörliga noden anger uteffekt, tidpunkt och position, att alla fasta noder i systemet lyssnar och registrerar meddelanden som berör angiven position, och att uppskattning sker av den rörliga nodens signalstyrka genom sammanställning av resultatet.

39. Anordning enligt något av patentkraven 33-38, k ä n n e t e c k n a d därav, att den rörliga noden tar emot pågående trafik, registrerar mottagna meddelandens tidpunkter och signalstyrkor samt sin egen position, och att den rörliga noden genom att sammanställa resultat uppskattar med vilken signalstyrka de olika noderna är mottag- ningsbara.

40. Anordning enligt patentkravet 38 eller 39, k ä n n e t e c k n a d därav, att utöver schemaläggning av rörliga noder nämnda resultat är användbara för att beräkna de rörliga nodernas positioner med ledning av sända och mottagna meddelandens signalstyr- kor . 10 15 522 577 96”

41. Anordning enligt något av patentkraven 33-40, k ä n n e t e c k n a d n o v o o | .o därav, att genom det faktum att schemaläggningen bygger på ett förutbestämt signal- mönster, de fasta nodernas kända positioner och de rörliga nodernas beräknade positioner systemet arbetar med meddelanden som saknar information om sändarnas identitet och eventuellt information om meddelandenas innehåll, vilket möjliggör att normal trafik behöver utnyttja endast värden genom att all övrig information är på förhand känd.

42. Anordning enligt patentkravet 41, k ä n n e t e c k n a d därav, att respek- tive meddelande är tolkningsbart enbart genom angivande av avsändningstider och informationernas inbördes placering, vilket minskar erforderlig bandbredd för en given informationsmängd.

43. Anordning enligt något av föregående patentkravet, k ä n n e t e c k n a d därav, att systemet arbetar med förbindelser via tråd eller radio.