EP1568000A2 - Verfahren zum senden einer digitalisierten nachricht geringer informationstiefe - Google Patents

Verfahren zum senden einer digitalisierten nachricht geringer informationstiefe

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EP1568000A2
EP1568000A2 EP03778260A EP03778260A EP1568000A2 EP 1568000 A2 EP1568000 A2 EP 1568000A2 EP 03778260 A EP03778260 A EP 03778260A EP 03778260 A EP03778260 A EP 03778260A EP 1568000 A2 EP1568000 A2 EP 1568000A2
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EP
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transmission
energy
pulses
time
data
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Withdrawn
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EP03778260A
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Frank Schmidt
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Enocean GmbH
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Enocean GmbH
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Publication date
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    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B14/00—Transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B14/02—Transmission systems not characterised by the medium used for transmission characterised by the use of pulse modulation
    • H04B14/026—Transmission systems not characterised by the medium used for transmission characterised by the use of pulse modulation using pulse time characteristics modulation, e.g. width, position, interval
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/38—Synchronous or start-stop systems, e.g. for Baudot code
    • H04L25/40—Transmitting circuits; Receiving circuits
    • H04L25/49—Transmitting circuits; Receiving circuits using code conversion at the transmitter; using predistortion; using insertion of idle bits for obtaining a desired frequency spectrum; using three or more amplitude levels ; Baseband coding techniques specific to data transmission systems
    • H04L25/4902—Pulse width modulation; Pulse position modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/69—Spread spectrum techniques
    • H04B1/7163—Spread spectrum techniques using impulse radio

Definitions

  • the invention relates to a method for sending a digitized message of low information depth such.
  • Transmitters of the generic type such as. B. radio sensors have to get by with a limited energy reserve available to them to do their job.
  • the energy required is divided into a proportion of useful energy that flows into the transmitted signal, and a proportion of loss of energy that is ultimately converted into z. B. unnecessary thermal energy is lost.
  • This object is achieved by a method for sending a digitized message of low information depth, such as.
  • the energy saving is due to the shortening of the transmission signal as a whole and thus the shortening of the time for the generation of
  • the method according to the invention can advantageously be expanded by repeatedly sending out the same data. This avoids or circumvents the influence of intermittent interferences.
  • a possible interference is the periodic signal of an energy supply network and a device connected to it, which for example oscillates at a frequency of 50 to 60 Hz and thus with a period of 16 to 20 milliseconds.
  • interference pulses of a periodic type are also taken into account when selecting the time interval between two transmission pulses.
  • These are e.g. B. the periodic transmission pulses caused by the frequency multiplexing of a mobile radio telephone with a time interval of approx. 125 ⁇ s. It is therefore advantageous to select the time intervals not equal to the 125 ⁇ s of a mobile radio network and not equal to the 16 to 20 ms of an energy supply network.
  • the time period between the transmission pulses is selected in a further advantageous embodiment such that it is of integer multiples of interference signal periods within a range the signal pulses are different.
  • the method according to the invention can advantageously be expanded in that the value of individual bits transmitted is increased by the fact that coding of the bits is not only two-valued, e.g. B. high or low, but is multi-valued. So it is z. B. possible to increase the multi-value of a bit by not carrying the information signal high or low, but the temporal occurrence of the voltage signal. It is thus possible to transmit multiple pieces of information with the same energy.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the energy flows
  • FIG. 2 shows a power-time diagram
  • FIG. 3 shows the temporal appearance of transmit and interference pulses
  • Figure 4 shows a more than two-valued transmission protocol.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the energy flows during a transmission process.
  • the energy 1 supplied to the transmitter 8 is divided into a useful energy 2 and a loss energy 3 during the transmission process.
  • the useful energy is transferred to the transmitted signal, the loss energy is usually unwanted and only heats up the transmitter and control electronics.
  • the power-time diagram in FIG. 2 shows the proportions of useful energy 2 and loss energy 3 with different bandwidths 9 and the resulting shorter or longer transmission times ti; t 2 .
  • the proportion of lost energy 3 compared to the useful energy 2 is significantly lower.
  • FIG. 2 thus shows that by increasing the bandwidth and the associated shortening of the transmission time while the power consumption of the circuit remains the same, the proportion of energy loss can be reduced.
  • the method allows redundant or repeated transmission events to increase transmission security.
  • These transmission events shown in a time diagram in FIG. 3 are selected in accordance with the method in such a way that the time interval 4 between two transmission events is either a fixed one Time interval or a randomly selected variable time interval.
  • FIG. 3 shows that in the event of a random overlay and thus interference with the first transmission event, the second transmission event is not already overlaid by another signal.
  • the decisive factor here is the selection of the time interval between the two transmission events. It makes sense and is advantageous to choose the distance between the two transmission events so that it differs from the period of known interference signals.
  • a randomly selected time interval 4 also has the advantage that the case in which two interference pulses are located at exactly the predetermined time interval 4 and thus interfere with a first and a second transmission event is due to the random choice of the time interval between two transmission pulses reduced. This is shown in FIG. 3 at the right end of the time axis t.
  • a time or position coding as shown here allows the information content of a single transmitted bit to be multiplied.
  • the signal sequence shown in FIG. 4 firstly shows an 1111 (hi-hi-hi-hi) signal sequence over a period of four pulses. This bit sequence thus represents an information content of 2. If the information of a single transmitted pulse is not available in the usual way of 1 or 0, but in the temporal appearance, a transmission of 4 2 information is possible in the same time but with half the energy requirement.
  • This information is therefore of higher value with a lower energy requirement than would be achievable in the same time of 4 cycles in the usual way, in the form of cycle-wise, two-valued hi-lo signals.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Senden einer digitalen Nachricht geringer Informationstiefe wie z. B. Messwerten von Sensoren durch Sender, beispielsweise Funksensoren mit begrenzten Energievorräten, bei dem die Daten impulsweise gesendet werden und jeder Sendeimpuls die Daten mit einer Datenübertragungsrate von mehr als 100 Kbit pro Sekunde überträgt. Zur weiteren Energieoptimierung des Übertragungsverfahrens wird der Informationsgehalt eines einzelnen übertragenen Impulses durch Zeit bzw. Positionscodierung erhöht.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Senden einer digitalisierten Nachricht geringer Informationstiefe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Senden einer digitalisierten Nachricht geringer Informationstiefe wie z. B. Meßwerte von Sensoren durch Sender, beispielsweise Funksensoren mit begrenzten Energievorräten.
Sender der gattungsgemäßen Art, wie z. B. Funksensoren, müssen zur Erfüllung ihrer Aufgabe mit einer ihnen zur Verfügung stehenden begrenzten Energiereserve auskommen. Beim Betrieb eines solchen Senders teilt sich die benötigte Energie auf in einen Anteil aus Nutzenergie, der in das gesendete Signal einfließt, und einem Anteil aus Verlustenergie, der letztendlich gewandelt in z. B. nicht benötigte Wärmeenergie verloren geht.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, die zur Verfügung stehende Energie bestmöglich zur Erzeugung eines Sendesignals einzusetzen und damit den Anteil der Verlustenergie gegenüber der Nutzenergie zu verringern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Senden einer digitalisierten Nachricht geringer Informationstiefe wie z. B. Meßwerte von Sensoren durch Sender, beispielsweise Funksensoren mit begrenzten Energievorraten, bei denen die Daten impulsweise gesendet werden und jeder Sendeimpuls die Daten mit einer Datenübertragungsrate von mehr als 100 Kbit pro Sekunde überträgt .
Es ist dabei der Erfindungsgedanke, die zum Senden notwendige Schaltungsanordnung möglichst kurzzeitig zu belasten, so daß der Zeitanteil zur Entstehung von Verlustenergie möglichst gering ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine Übertragungsrate gewählt wird, die > 100 Kbit pro Sekun- de beträgt, wobei dazu eine entsprechende Bandbreite des gesendeten Signals gewählt wird.
Durch die Erhöhung der Bandbreite verringert sich bei glei- eher Sendeenergie die Reichweite des Signals. Die Verringerung der Reichweite wird zur Erfüllung der Aufgabe in Kauf genommen. Aufgrund des ungünstigen Wirkungsgrads der Schaltungsanordnungen für gattungsgemäße Sender ist die Energie- einsparung durch die Verkürzung des Sendesignals insgesamt und damit die Verkürzung der Zeitdauer zur Entstehung von
Verlustenergie höher zu bewerten, als der Verlust von Reichweite .
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich vorteilhaft erwei- tern durch ein mehrmaliges Aussenden gleicher Daten. Damit wird der Einfluß von periodisch auftauchenden Störeinflüssen vermieden bzw. umgangen. So ist beispielsweise ein möglicher Störeinfluß das periodische Signal eines Energieversorgungsnetzes und einer damit verbundenen Einrichtung, die zum Bei- spiel in einer Frequenz von 50 bis 60 Hz und damit mit einer Periodendauer von 16 bis 20 Millisekunden schwingt.
Durch mehrmaliges Aussenden der gleichen Information wird somit erreicht, daß zumindest eine der beiden gesendeten Nach- richten beim Sender störungsfrei ankommt. Erfindungsgemäß werden bei der Auswahl des Zeitabstandes zwischen zwei Sendeimpulsen auch andere Störimpulse periodischer Art berücksichtigt. Dies sind z. B. die durch das Frequenz- Multiplexverfahren eines Mobilfunktelefons verursachten peri- odischen Sendeimpulse mit einem zeitlichen Abstand von ca. 125 μs. Es ist deshalb vorteilhaft, die zeitlichen Abstände ungleich den 125 μs eines Mobilfunknetzes und ungleich den 16 bis 20 ms eines Energieversorgungsnetzes auszuwählen.
Innerhalb der Reichweite des Signals treten gegebenenfalls noch eine unbestimmte Zahl von Sendesignalen oder anderen Impulsen auf, die das abgesendete Signal stören. Zur Verbesse- rung der Sicherheit, daß das gesendete Signal auch störungsfrei einen Empfänger erreicht, und nicht durch ein anderes Signal störend überlagert wird, ist in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Zeitraum zwischen den Sendeim- pulsen so gewählt, daß er von ganzzahligen Vielfachen von Störsignalperiodendauern innerhalb einer Reichweite der Signalimpulse verschieden ist.
Zur weiteren Energieeinsparung läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren dahingehend vorteilhaft erweitern, daß die Wertigkeit einzelner übertragener Bits dadurch erhöht wird, daß eine Codierung der Bits nicht nur zweiwertig, z. B. high oder low, sondern mehrwertig ist. So ist es z. B. möglich, die Mehrwertigkeit eines Bits dadurch zu erhöhen, daß nicht das Spannungssignal High oder Low die Information trägt, sondern das zeitliche Auftreten des Spannungssignals . Es ist damit möglich, mit gleicher Energie ein Mehrfaches an Information zu übertragen.
Im Folgenden ist die Erfindung durch vier Figuren mit einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung der Energieflüsse,
Figur 2 ein Leistungs-Zeit-Diagramm,
Figur 3 das zeitliche Erscheinen von Sende- und Störimpulsen,
Figur 4 ein mehr als zweiwertiges Sendeprotokoll.
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung die Energieflüsse bei einem Sendevorgang. So wird die dem Sender 8 zugeführte Energie 1 während des Sendevorgangs aufgeteilt in eine Nutzenergie 2 und eine Verlustenergie 3. Dabei geht die Nutzenergie in das gesendete Signal über, die Verlustenergie ist in der Regel ungewollt und führt nur zur Erwärmung des Senders und einer Steuerelektronik.
Das Leistungs-Zeit-Diagramm der Figur 2 zeigt die Anteile an Nutzenergie 2 und Verlustenergie 3 bei unterschiedlichen Bandbreiten 9 und den daraus resultierenden kürzeren oder längeren Sendezeiten ti; t2. So ist im Fall von hoher Bandbreite 9 und kurzer Sendezeit tx bei gleicher Gesamtleistung P der Anteil an Verlustenergie 3 gegenüber der Nutzenergie 2 deutlich geringer.
Ein theoretisch auch mögliches Energiesparkonzept, welches die Sendeleistung und die ausgenutzte Sendebandbreite verringert, führt nicht zur gleichen Energieersparnis. Grund dafür ist, daß die in einer zum Senden notwendigen Schaltungsanord-, nung auftretenden Verluste sich nicht in dem gleichen Masse wie die Sendeleistung und die Bandbreite reduzieren lassen.
Bei einer niedrigeren Bandbreite 9 des Signals ist eine höhe- re Sendezeit erforderlich. Das bedeutet, daß bei gleicher
Leistungsaufnahme der Schaltung der Anteil an Verlustenergie gegenüber der Nutzenergie deutlich größer ist. Die Figur 2 zeigt damit, daß durch die Erhöhung der Bandbreite und der damit einhergehenden Verkürzung der Sendezeit bei gleichblei- bender Leistungsaufnahme der Schaltung den Anteil an Verlustenergie verringerbar ist .
Eine daraus folgende gegebenenfalls vorliegende Verminderung der Reichweite wird dabei in Kauf genommen.
Durch die deutliche Verbesserung des Verhältnisses von Verlust- zu Nutzenergie und damit die bessere Energieausnutzung erlaubt das Verfahren, zur Erhöhung der ÜbertragungsSicherheit, redundante bzw. wiederholte Sendeereignisse. Diese in einem Zeitdiagramm dargestellten Sendeereignisse in Figur 3 sind dem Verfahren entsprechend so gewählt, daß der zeitliche Abstand 4 zwischen zwei Sendeereignissen entweder ein fester Zeitabstand oder ein zufällig gewählter variabler Zeitabstand ist.
Figur 3 zeigt, daß bei einer zufälligen Überlagerung und da- mit Störung des ersten Sendeereignisses das zweite Sendeereignisse bereits nicht durch ein anderes Signal überlagert wird. Entscheidend ist dabei die Auswahl des zeitlichen Ab- standes der beiden Sendeereignisse. Es ist sinnvoll und vorteilhaft, den Abstand der beiden Sendeereignisse so zu wäh- len, daß er verschieden ist von der Periodendauer bekannter Störsignale. Dies könnten z. B. ein Mobilfunktelefon mit 125 μs Periodendauer für das Zeitmultiplexverfahren oder die NetzwechselSpannung mit 50 oder 60 Hz oder auch andere wiederholt auftretende Störfrequenzen sein. So ist es z. B. sinnvoll, den Zeitraum zwischen den beiden Sendeimpulsen ungleich von 16 bis 20 ms und/oder auch ungleich von 125 μs zu gestalten.
Ein zufällig gewählter zeitlicher Abstand 4 beinhaltet dar- über hinaus den Vorteil, daß der Fall, daß sich zwei Störimpulse in genau dem vorbestimmten zeitlichen Abstand 4 befinden und damit ein erstes und ein zweites Sendeereignis stören, wird durch die zufällige Wahl des zeitlichen Abstands zweier Sendeimpulse verringert. Dies zeigt Figur 3 am rechten Ende der Zeitachse t.
Zur weiteren Verbesserung der Energiebilanz pro gesendetem Bit ist eine in Figur 4 auf der Zeitachse t angedeutete hö- herwertige Codierung jedes einzelnen Bits vorteilhaft. Eine wie hier abgebildete Zeit bzw. Positionscodierung erlaubt es, den Informationsgehalt eines einzelnen übertragenen Bits zu vervielfachen. Die in Figur 4 dargestellte Signalfolge zeigt zum einen eine 1111 (hi-hi-hi-hi) -Signalfolge über einen Zeitraum von vier Impulsen. Diese Bitfolge stellt damit einen In- formationsgehalt von 2 dar. Liegt die Information eines einzelnen übertragenen Impulses nicht in der üblichen Weise von 1 oder 0 vor, sondern in dem zeitlichen Erscheinen, so ist eine Übertragung von 42 Informationen in der gleichen Zeit aber bei halben Energiebedarf möglich.
Das in Figur 4 abgebildete Beispiel bringt zwei zeitlich kodierte Übertragungsimpulse. Damit tragen diese Impulse die Information ihrer Position und/oder ihr zeitlichen Erschei- nens mit.
Diese Information ist damit höherwertiger bei geringerem Energiebedarf, als es in der gleichen Zeit von 4 Takten in der üblichen Weise, in der Form von taktweisen, zweiwertigen hi-lo-Signalen erzielbar wäre.
Um dies Verfahren zu ermöglichen wird zwischen Sender und Empfänger vereinbart, daß beispielsweise die Übertragung eines Nachrichtenimpulses in einem Zeitraum von zehn Impulsen erfolgen wird. Die zur Übertragung notwendige Nutzenergie läßt sich als die Fläche unter den Impulsen interpretieren. Damit ist in Figur 4 gezeigt, daß ein Vielfaches der Information bei einem Bruchteil von Nutzenergie übertragbar ist.
Bezugszeichenliste
1 Gesamtenergie 2 Nutzenergie
3 Verlustenergie
4 Zeit zwischen Sendeimpulsen
5 bis 6 Stδrimpuls 7 50 Hz Signal 8 Sender

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Senden einer digitalisierten Nachricht geringer Informationstiefe, wie z.B. Meßwerte von Sensoren, durch Sender, beispielsweise Funksensoren, mit begrenzten Energievorräten, bei dem die Daten impulsweise gesendet werden, und jeder Sendeimpuls die Daten mit einer Datenübertragungsrate von mehr als 100 KBit/s überträgt.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine Nachricht gleichen Inhalts zumindest ein zweites mal gesendet wird, wobei der Zeitraum zwischen den Sendeimpulsen vorbestimmt und/oder zufällig gewählt ist.
3. Verfahren nach Patentanspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Zeitraum zwischen den Sendeimpulsen, von ganzzahligen Vielfachen von Störsignalperiodendauern, von zum Beispiel ty- pisch zu erwartender Funkstorer, innerhalb einer Reichweite der Signalimpulse verschieden ist.
4. Verfahren nach Patentansprüchen 2 oder 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t., daß der Zeitraum zwischen den Sendeimpulsen von 16 bis 20 ms und/oder 125 μs verschieden ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, d a du r c h g e k e nn z e i c h n e t, daß eine Kodierung eines einzelnen gesendeten Bits mehr als zweiwertig ist.
6. Verfahren nach Patentanspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die mehr als Zweiwertigkeit eines Bits durch eine Zeit- und/oder Positionskodierung gegeben ist.
EP03778260A 2002-12-05 2003-11-18 Verfahren zum senden einer digitalisierten nachricht geringer informationstiefe Withdrawn EP1568000A2 (de)

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