СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕСУРСА СОВМЕСТНО ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЧАСТОТЫ, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕРМИНАЛОВ, ТЕРМИНАЛЫ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННАЯ СИСТЕМА
METHOD FOR USING LIFE OF JOINTLY APPLIED FREQUENCY, MANUFACTURING METHOD OF TERMINALS, TERMINALS AND TELECOMMUNICATION SYSTEM

Настоящее изобретение относится к области телекоммуникаций и, в частности, к беспроводной связи. Более конкретно, настоящее изобретение относится к мультиплексированию радиосигналов, излучаемых различными терминалами, совместно использующими один и тот же частотный ресурс.
Чтобы разрешить различным терминалам доступ к ресурсу совместно используемой частоты для связи со станцией, основные известные технологии для мультиплексирования радиосигналов в существующих телекоммуникационных сетях состоят, в основном, в мультиплексировании упомянутых радиосигналов:
- путем излучения их в разных частотных поддиапазонах ("множественный доступ с частотным разделением" или FDMA);
- путем излучения их в разных временных интервалах ("множественный доступ с временным разделением" или TDMA);
- путем расширения их частотного спектра посредством кодов, которые, как правило, по существу ортогональны друг другу ("множественный доступ с кодовым разделением" или CDMA).
Каждая из этих технологий основана на механизмах для назначения физических каналов (частотных поддиапазонов, временных интервалов, кодов расширения) различным терминалам, которые зачастую являются очень сложными, динамическими и сосредоточены на станции или, в большинстве случаев, в сети.
Такие механизмы назначения требуют точной временной и/или частотной синхронизации терминала со станцией с одной стороны и с другими терминалами с другой стороны, зачастую по настолько сложному и энергоемкому протоколу, что это требует от каждого терминала постоянного пребывания во включенном состоянии.
Понятно, что такие механизмы назначения несовместимы с телекоммуникационными системами со сверхнизкими скоростями передачи данных (несколько бит в секунду), поскольку их скорости обмена данными недостаточны для поддержания синхронизации между терминалами и станцией, и/или телекоммуникационными системами очень дальней связи (несколько десятков километров в сельской местности), так как поддержка синхронизации между удаленными терминалами очень затруднена (задержка излучения, эффект Доплера и т.п.).
Данное изобретение направлено на преодоление указанных проблем, и в частности, на предложение способа для использования частотного ресурса совместно используемого несколькими терминалами, который является одновременно простым и недорогим в реализации, и при этом гарантирует низкий уровень конфликтов между радиосигналами, излучаемыми разными терминалами.
Одно преимущественное, но никоим образом не ограничивающее, применение этого изобретения подразумевает систему сбора информации с низкой скоростью передачи данных, такую как сеть датчиков, в которой датчики многократно излучают данные, представляющие физический параметр, измеренный для станции сбора данных. Один не ограничивающий пример включает в себя датчики, встроенные в электрические или газовые счетчики, излучающие данные о потреблении электричества или газа на собирающую станцию для того, чтобы выставить счет за это потребление.
В соответствии с первым вариантом осуществления, это изобретение относится к терминалу, содержащему средства передачи данных к станции в форме радиосигналов, упомянутые радиосигналы передаются с использованием частотного ресурса, совместно используемого множеством терминалов. Упомянутый терминал сконфигурирован излучать радиосигналы, мгновенный частотный спектр которых обладает шириной полосы частот, которая значительно ниже, чем уход частоты средств синтеза частоты упомянутого терминала.
В соответствии с конкретными вариантами осуществления, терминал обладает одной или несколькими из следующих характеристик, которые могут быть рассмотрены поодиночке или в соответствии с любой технически возможной комбинацией.
Предпочтительно, терминал сконфигурирован постоянным образом на передачу радиосигналов в единственном заранее заданном частотном поддиапазоне частотного ресурса или в соответствии с единственной заранее заданной последовательностью частотных поддиапазонов упомянутого частотного ресурса.
Предпочтительно, терминал сконфигурирован автономно определять, когда излучать радиосигналы в частотном поддиапазоне совместно используемого частотного ресурса.
Предпочтительно, терминал сконфигурирован автономно определять, какую мощность использовать для излучения радиосигналов в частотном поддиапазоне совместно используемого частотного ресурса.
Предпочтительно, радиосигналы представляют собой сигналы, которые были предварительно расширены посредством кода расширения спектра. Преимущественно, упомянутый терминал сконфигурирован постоянным образом использовать единственный заранее заданный код расширения спектра или заранее заданную последовательность кодов расширения спектра.
В соответствии со вторым вариантом осуществления, это изобретение относится к телекоммуникационной системе, содержащей:
- множество терминалов в соответствии с изобретением,
- по меньшей мере, одну станцию, содержащую средства для обнаружения и декодирования радиосигналов, излучаемых одновременно в разных частотных поддиапазонах совместно используемого частотного ресурса.
Предпочтительно, станция телекоммуникационной системы содержит блок FFT (БПФ), который приспособлен определять частотный спектр совместно используемого частотного ресурса, и блок детектора, который приспособлен искать в определенном частотном спектре по меньшей мере один энергетический пик, скорее всего представляющий собой радиосигнал, излучаемый терминалом.
В соответствии с третьим вариантом осуществления, это изобретение относится к способу для использования частотного ресурса совместно используемого множеством терминалов для излучения данных в форме радиосигналов к по меньшей мере одной станции, причем каждый терминал излучает радиосигналы, мгновенный частотный спектр которых обладает шириной полосы частот, которая значительно ниже, чем уход частоты средств синтеза частоты упомянутого терминала.
В соответствии с конкретными вариантами осуществления, способ использования совместно используемого частотного ресурса обладает одной или несколькими из следующих характеристик, которые могут быть рассмотрены поодиночке или в соответствии с любой технически возможной комбинацией.
Предпочтительно, каждый терминал предварительно сконфигурирован постоянно излучать радиосигналы в единственном заранее заданном частотном поддиапазоне частотного ресурса, или в соответствии с единственной заранее заданной последовательностью частотных поддиапазонов упомянутого частотного ресурса.
Предпочтительно, каждый терминал автономно определяет, когда излучать радиосигналы в частотном поддиапазоне совместно используемого частотного ресурса.
Предпочтительно, каждый терминал автономно определяет, какую мощность использовать для излучения радиосигналов в частотном поддиапазоне совместно используемого частотного ресурса.
В соответствии с четвертым вариантом осуществления, это изобретение относится к способу изготовления терминалов, предназначенных для использования совместно используемого частотного ресурса. Для изготовления каждого терминала, упомянутый способ изготовления содержит следующие этапы:
- получение по меньшей мере одного случайного числа или псевдослучайного числа в соотвествии с по меньшей мере одним генератором, генерирующего случайные или псевдослучайные числа, распределенные в соответствии с по существу равномерным законом,
- определение частотного поддиапазона частотного ресурса или последовательности частотных поддиапазонов упомянутого частотного ресурса в соответствии с по меньшей мере одним случайным или псевдослучайным числом,
- оснащение упомянутого терминала средствами синтеза частоты, сконфигурированным постоянно передавать радиосигналы только в частотном поддиапазоне или только в соответствии с предварительно заданной последовательностью частотных поддиапазонов упомянутого частотного ресурса, определенного в соответствии с по меньшей мере одним случайным или псевдослучайным числом.
В соответствии с конкретными вариантами осуществления, способ изготовления обладает одной или несколькими из следующих особенностей, которые могут быть рассмотрены поодиночке или в соответствии с любой технически возможной комбинацией.
Предпочтительно, каждый терминал оснащен средствами синтеза частоты, уход частоты которых значительно больше, чем предварительно заданная ширина полосы частот мгновенного частотного спектра радиосигналов, излучаемых этим терминалом.
Предпочтительно, этап определения частотного поддиапазона частотного ресурса или последовательности частотных поддиапазонов упомянутого частотного ресурса, которые назначаются терминалу постоянно, содержит по меньшей мере один из следующих этапов:
- выбор дробного коэффициента деления для синтезатора дробной частоты,
- выбор значения контрольного напряжения для применения в генераторе, управляемом напряжением,
- выбор группы компонентов для установки в терминале, чтобы корректировать частоту колебаний генератора,
- выбор физического исправления, производимого, по крайней мере, с одним компонентом для изменения частоты колебаний осциллятора.
Изобретение станет понятнее после прочтения следующего описания, предназначенного только для целей иллюстрирования и не предназначенного ограничить объем изобретения, со ссылками на следующие чертежи, которые изображают:
- Фигура 1: схематичное представление телекоммуникационной системы, содержащей станцию и множество терминалов,
- Фигура 2: схематичное представление одного примера захвата частотного поддиапазона радиосигналом, излучаемым терминалом,
- Фигура 3: схематичное представление одного примера варианта захвата частотного поддиапазона терминалом в в соотвествии с температурой,
- Фигура 4: схематичное представление одного примера разделения частотного ресурса на множество диапазонов,
- Фигура 5: схематичное представление одного примера статистического мультиплексирования радиосигналов в совместно используемом частотном ресурсе,
- Фигура 6: схематичное представление одного варианта осуществления станции телекоммуникационной системы.
Фигура 1 изображает, очень схематическим образом, телекоммуникационную систему 1, содержащую несколько терминалов 10 и одну станцию 20.
Изобретение относится к способу использования частотного ресурса, совместно используемого несколькими терминалами 10 для излучения данных в форме радиосигналов к станции 20.
В контексте изобретения, "станция" понимается главным образом как принимающее устройство приспособленное принимать радиосигналы во всем совместно используемом частотном ресурсе. Например, станция 20 представляет собой один из терминалов 10 или специализированное устройство, такое как проводная или беспроводная точка доступа телекоммуникационной сети, скапливающая данные, излучаемые каждым из терминалов 10.
"Радиосигнал" понимается как электромагнитные колебания, распространяемые через беспроводные средства, частоты которых содержатся в традиционном диапазоне частот (от нескольких герц до нескольких сотен гигагерц) или в соседних частотных диапазонах.
Следует отметить, что это изобретение в основном рассматривает случай, когда данные излучаются терминалами 10 для станции 20. Возможность излучения данных от станции 20 к терминалам 10 находится за пределами объема изобретения.
Терминалы 10 содержат средства для излучения радиосигналов, рассматриваемые как известные специалисту в данной области. Более того, терминал 10 предпочтительно содержит такое устройство, как программируемый компьютер, включающий в себя помимо прочего процессор, соединенный с одним или несколькими электронными запоминающими устройствами, в которых хранятся инструкции программного кода. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, терминал 10 также содержит одну или несколько специализированных электронных схем, таких как схемы ASIC или FPGA, и т.п.
Станция 20 содержит средства для приема радиосигналов, рассматриваемые как известные специалисту в данной области. Более того, станция 20 предпочтительно содержит такое устройство, как программируемый компьютер, содержащий помимо прочего процессор, соединенный с одним или несколькими электронными запоминающими устройствами, в которых хранятся инструкции программного кода. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, станция 20 также содержит одну или несколько специализированных электронных схем, таких как схемы ASIC или FPGA, и т.п.
Изобретение базируется на принципе мультиплексирования частот FDMA, т.е. радиосигналы излучаются в разных частотных поддиапазонах частотного ресурса.
В нижеизложенном описании представлен неограничивающий пример, в котором частотный ресурс состоит из одной полосы частот, именуемой мультиплексный канал (MC), поэтому обозначение MC будет одинаково использовано для мультиплексного канала и частотного ресурса. Это не означает, что в других примерах, которые не описаны ниже подробно, частотный ресурс не может быть разбит на несколько разных мультиплексных каналов, возможно не граничащих друг с другом.
Частотный ресурс MC обладает шириной полосы частот, называемой ширина полосы частот мультиплексного канала (MCB) и центральной частотой, называемой центральная частота мультиплексного канала (MCCF).
Фигура 2 схематично изображает частотный поддиапазон, используемый терминалом 10.
Такой частотный диапазон, в основном определенный по его центральной частоте, называемой обычная рабочая частота терминала (TTOF), и по его ширине полосы частот, называется естественный рабочий диапазон частот терминала (TNOFR). Естественный рабочий диапазон частот терминала TNOFR терминала 10 соответствует ширине полосы частот, действительно занимаемой радиосигналом с течением времени, с учетом ухода частоты средств синтеза частоты этого терминала 10 и принимая во внимание мгновенную ширину полосы спектра радиосигналов, излучаемых упомянутым терминалом 10, именуемой ширина занимаемой терминалом полосы (TOB).
Естественный рабочий диапазон частот терминала TNOFR, таким образом, по существу равен ширине занимаемой терминалом полосы TOB, сложенной с уходом частоты D (т.е. TOB+D), уход частоты D в 1 килогерц (кГц) рассматривается как соответствующий точности ±500 Гц (т.е. ±D/2) для типичной рабочей частоты терминала TTOF.
Ширина занимаемой терминалом полосы TOB, например, оценивается как полоса около -10 децибел (дБ), т.е. как все частоты, для которых измеряемая мощность показывает затухание от 0 дБ до -10 дБ по сравнению с максимальной мощностью, измеренной для частоты в полосе радиосигнала. Иными словами, частоты, для которых мощность ослабела более чем на -10 дБ (т.е. -20 дБ, -30 дБ, и т.д.) не принимаются во внимание при измерении ширины занимаемой терминалом полосы TOB. Следует отметить, что могут быть использованы другие правила измерения ширины занимаемой терминалом полосы TOB (например, полоса из расчета -30 дБ) и выбор конкретного правила измерения не рассматривается в качестве ограничения объема изобретения.
Уход частоты средств синтеза частоты терминала 10 вызывает то, что мгновенная центральная частота спектра радиосигналов, излучаемых терминалом 10, называемая реальная рабочая частота терминала (TROF), возможно станет существенно отличной от типичной рабочей частоты терминала TTOF.
Фигура 3 иллюстрирует этот уход частоты реальной рабочей частоты терминала TROF по сравнению с типичной рабочей частотой терминала TTOF, вызванный, например, температурой. Части a), b) и c) представляют реальную рабочую частоту терминала TROF в естественном рабочем диапазоне частот терминала TNOFR для трех различных температур.
Предпочтительно, мгновенный частотный спектр радиосигналов, излучаемых терминалом 10 обладает шириной занимаемой терминалом полосы TOB, которая значительно меньше, чем уход частоты средств синтеза частоты терминала 10. "Значительно меньше, чем" понимается в смысле, что ширина занимаемой терминалом полосы TOB по меньшей мере в пять раз меньше, чем естественный рабочий диапазон частот терминала TNOFR. Иными словами, естественный рабочий диапазон частот терминала TNOFR терминала 10, обусловленный уходом частоты средств синтеза частоты упомянутого терминала по меньшей мере в пять раз больше, чем ширина полосы TOB мгновенного частотного спектра радиосигналов, излучаемых упомянутым терминалом.
В соответствии с конкретными вариантами осуществления, ширина занимаемой терминалом полосы TOB по меньшей мере в десять раз меньше, чем естественный рабочий диапазон частот терминала TNOFR, или даже в сто раз меньше его.
Понятно, что чем меньше соотношение между шириной занимаемой терминалом полосы TOB и естественным рабочим диапазоном частот терминала TNOFR, тем больше уход частоты. Однако также понятно, что чем больший уход частоты разрешен, тем более низкозатратные средства синтеза частоты могут быть внедрены в каждом из терминалов 10.
.
Более того, недостаток собственной стабильности частоты терминалов 10 (т.е. их уход частоты) может быть статистически использован с пользой для уменьшения вероятности наложения радиосигналов, излучаемых разными терминалами 10
На самом деле, как описано в настоящем описании ниже, типичные рабочие частоты терминала TTOF различных терминалов 10 предпочтительно задаются в соответствии со случайным или псевдослучайным генератором чисел таким образом, что разным терминалам 10 не гарантируется выделение разных типичных рабочих частот терминалов TTOF и/или частотных поддиапазонов, которые не перекрывают друг друга. Поэтому понятно, что при использовании радиосигналов с шириной занимаемой терминалом полосы TOB, значительно меньшей, чем естественный рабочий диапазон частот терминала TNOFR, уход частоты будет с пользой способствовать мультиплексированию частот радиосигналов, излучаемых разными терминалами 10 в по меньшей мере частично перекрывающихся частотных поддиапазонах.
Понятно, что чем меньше соотношение TOB/TNOFR между шириной занимаемой терминалом полосы TOB и естественным рабочим диапазоном частот терминала TNOFR, тем ниже вероятность наложения, возникающая между радиосигналами, излучаемыми разными терминалами 10.
Как указано, системы со сверхнизкими скоростями передачи данных, например, сети датчиков, представляют собой одну предпочтительную, но никоим образом не ограничивающую область применения изобретения. Для системы со сверхнизкой скоростью передачи данных, ширина занимаемой терминалом полосы TOB, например, составляет от порядка нескольких герц до нескольких сотен герц.
Естественный рабочий диапазон частот терминала TNOFR зависит от технологии, примененной для синтеза типичных рабочих частот терминала TTOF. Например, для средств синтеза частоты, содержащих кварцевый генератор, точность варьируется от 2 до 40 ppm (миллионных долей), таким образом, для типичной рабочей частоты терминала TTOF равной 1 гигагерцу, уход частоты D составит по существу от порядка 2 кГц (±1 кГц для точности 2 ppm) до 40 кГц (±20 кГц для точности 40 ppm). В этом случае, естественный рабочий диапазон частот терминала TNOFR составит по существу от порядка 2 кГц до 40 кГц. Точнее, для ширины занимаемой терминалом полосы TOB в 100 Гц, естественный рабочий диапазон частот терминала TNOFR составит порядка от 2,1 кГц до 40,1 кГц и соотношение TNOFR/TOB составит, таким образом, по существу порядка от 21 до 401.
В одном предпочтительном варианте осуществления способа для использования частотного ресурса MC, каждый терминал предварительно сконфигурирован постоянно излучать радиосигналы в единственном частотном поддиапазоне частотного ресурса MC или в соответствии с единственной заранее заданной последовательностью частотных поддиапазонов упомянутого частотного ресурса, используемых последовательно для передачи радиосигналов.
Следует отметить, что предварительно заданная последовательность представляет собой последовательность частотных поддиапазонов, которые терминал 10 использует последовательно циклическим образом, когда у него есть радиосигналы, которые он должен передать. "Циклическим образом" понимается в смысле, что когда терминал использовал последний частотный поддиапазон из последовательности, он снова использует первый частотный поддиапазон из последовательности для своей следующей передачи. Предпочтительно, разные последовательности использованы для конфигурирования каждого из терминалов 10 так, чтобы уменьшить вероятность наложения, возникающую между радиосигналами, излучаемыми разными терминалами 10 в одном и том же частотном поддиапазоне.
Понятно, что если заставить каждый терминал 10 излучать в единственном частотном поддиапазоне или в соответствии с предварительно заданной последовательностью частотных поддиапазонов, то конфигурирование имеет место однократно для всех терминалов, и каждый терминал 10 приспособлен определять независимым образом частотный поддиапазон, который использован для излучения радиосигналов.
"Однократно для всех терминалов" понимается в смысле, что терминал 10, единожды сконфигурированный, всегда использует один и тот же частотный поддиапазон или одну и ту же последовательность частотных поддиапазонов по умолчанию, независимо от станции 20, т.е. без синхронизации частоты с упомянутой станцией 20 и без согласования с упомянутой станцией 20 для разрешения на использование частотного поддиапазона. Иными словами, конфигурация терминала 10, а значит и назначение частотного поддиапазона или последовательности частотных поддиапазонов этому терминалу 10 постоянны.
Это, тем не менее, не препятсвтует терминалу 10 в переконфигурировании со временем, в частности, если позже выяснится, что некоторые частотные поддиапазоны непригодны к использованию в связи с наличием в этих частотных поддиапазонах паразитных сигналов, уровень которых не позволяет станции 20 корректно декодировать радиосигналы, передаваемые терминалами 10. Такое переконфигурирование может, например, иметь место посредством обновления программного обеспечения, записанного в терминал 10, или посредством модификации после возвращения производителю некоторых электронных компонентов терминала 10.
Предпочтительно, каждый терминал 10 определяет, независимым образом, когда излучать радиосигналы в частотном поддиапазоне, назначенном упомянутому терминалу на постоянной основе, без временной синхронизации с упомянутой станцией 20 и без согласования с упомянутой станцией 20 разрешения на использование этого частотного поддиапазона в определённый момент времени. В одном альтернативном варианте осуществления, терминал 10 может задействовать механизм поиска предшествующей активности в частотном поддиапазоне, назначенном упомянутому терминалу на постоянной основе, и условие излучения радиосигнала при отсутствии обнаружения активности радиовещания в данном частотном поддиапазоне.
В одном альтернативном варианте осуществления, радиосигналы предпочтительно представляют собой сигналы, которые были предварительно расширены посредством кода расширения спектра. Предпочтительно, каждый терминал 10 сконфигурирован на постоянной основе использовать единственный предварительно заданный код расширения спектра или предварительно заданную последовательность кодов расширения спектра.
Это изобретение также относится к способу производства терминалов 10, причем каждый терминал 10 сконфигурирован на постоянной основе излучать радиосигналы в единственном частотном поддиапазоне совместно используемого частотного ресурса MC или в соответствии с единственной заранее заданной последовательностью частотных поддиапазонов.
Терминал 10 по существу сконфигурирован с помощью оснащения данного терминала 10 соответствующим программным обеспечением и/или аппаратными средствами. Программная конфигурация, например, имеет место посредством сохранения инструкций программного кода в энергонезависимой электронной памяти терминала 10, причем эти инструкции, при исполнении процессором терминала 10, обеспечивают то, что радиосигналы излучаются в единственном частотном поддиапазоне, назначенном формирующему устройству, или в соответствии с единственной заранее заданной последовательностью частотных поддиапазонов, назначенной упомянутому терминалу. Аппаратная конфигурация, например, имеет место посредством установки специальных отдельных электронных компонентов и/или специализированных электронных схем при производстве упомянутого терминала 10.
Производство терминалов 10 системы 1 должно гарантировать, что терминалы 10 используют частотные поддиапазоны, типичные рабочие частоты терминалов TTOF которых расширены по существу равномерным образом в совместно используемом частотном ресурсе MC.
Предпочтительно, для производства каждого терминала 10 способ изготовления содержит следующие этапы:
- получение по меньшей мере одного случайного числа или псевдослучайного числа в соответствии с по меньшей мере одним генератором, генерирующим случайные или псевдослучайные числа, распределенные в соответствии с по существу нормальным законом,
- определение типичной рабочей частоты терминала TTOF или последовательности типичных рабочих частот терминалов TTOF в соответствии с по меньшей мере одним случайным или псевдослучайным числом,
- оснащение терминала 10 средствами синтеза частоты, сконфигурированными на постоянной основе передавать радиосигналы только в частотном поддиапазоне около определенной типичной рабочей частоты терминала TTOF или только в соответствии с предварительно заданной последовательностью частотных поддиапазонов около определенных типичных рабочих частот терминалов TTOF.
Как отмечалось ранее, каждый терминал 10 предпочтительно оснащен средствами синтеза частоты, уход частоты которых значительно превосходит ширину занимаемой терминалом полосы TOB радиосигналов, излучаемых этим терминалом 10 на столько, что ширина занимаемой терминалом полосы TOB по меньшей мере в пять раз меньше, чем естественный рабочий диапазон частот терминала TNOFR.
На этапе получения по меньшей мере одного случайного или псевдослучайного числа может быть реализован любой тип генератора, генерирующего случайные или псевдослучайные числа, распределенные в соответствии с по существу равномерным законом, а выбор специфического генератора представляет собой альтернативный вариант осуществления изобретения.
Средства синтеза частоты, которыми оснащены терминалы 10, предпочтительно содержат по меньшей мере один кварцевый генератор. В соответствии с другими примерами, средства синтеза частоты содержат, например, один или несколько генераторов с резонатором, таких как SAW, BAW или LC генераторы и т.п., рассматриваемые как известные специалисту в данной области.
Для средств синтеза частоты, содержащих по меньшей мере один кварцевый генератор, могут быть изложены следующие архитектуры синтеза частоты, только в целях иллюстрирования, и никоим образом не намереваясь ограничить объем изобретения:
- прямой умноженный не умноженный кварцевый генератор,
- кварцевый генератор с последующим синхронным генератором (на гармонике кварцевого генератора или не на ней),
- кварцевый генератор, собранный на основе дробного или целого синтезатора с фазовой автоподстройкой частоты (PLL) с целым или дробным коэффициентом, объединенного с генератором, управляемым напряжением (VCO).
Постоянная конфигурация терминалов 10 в соответствии с одним или несколькими генераторами случайных или псевдослучайных чисел имеет место в соответствии со следующими обобщенными принципами.
Интервал значений определен и соответствует совместно используемому частотному ресурсу MC. "Соответствует" понимается в смысле, что каждое значение в предварительно заданном интервале ассоциировано с частотой в совместно используемом частотном ресурсе MC.
n
Предпочтительно, тем самым ограничено число N возможных типичных рабочих частот терминала TTOF, 1≤n≤N, которые преимущественно равномерно распределены в совместно используемом частотном ресурсе MC, например, по существу разнесенные на MCB/N. Предварительно заданный интервал, таким образом, представляет собой набор Ev из N возможных дискретных значений.
Для конфигурируемого терминала 10 процесс конфигурирования содержит этап получения значения случайного числа или псевдослучайного числа, который содержится в наборе Ev, так что вероятность конкретного значения из упомянутого набора Ev по существу равна 1/N. Следует отметить, что, таким же образом, упомянутый генератор может быть предварительно задействован для определения последовательности значений в наборе Ev из N запомненных значений. Для каждого нового конфигурируемого терминала 10 используется следующее значение из ранее запомненной последовательности, причем, когда достигнуто последнее значение упомянутой последовательности, следующий терминал 10 конфигурируется по первому значению упомянутой последовательности.
Преобразование данного значения из набора Ev из N значений в заданную типичную рабочую частота терминала TTOF, ассоциированную с этим значением, зависит от технологии, использованной для средств синтеза частоты. Вслед за значением, полученным из набора Ev, способ содержит этап выбора параметров, которые будут использованы для конфигурирования терминала 10 так, чтобы излучать радиосигналы около типичной рабочей частоты терминала, ассоциированной с этим значением. Неограничивающие примеры выбранных параметров представлены ниже для различных типов средств синтеза частоты.
n
n
n0
n0
n0
Если средства синтеза частоты содержат дробный синтезатор, каждая типичная рабочая частота терминала TTOF, 1≤n≤N, может быть получена посредством программирования дробного синтезатора с предустановленным дробным коэффициентом деления D, 1≤n≤N. Данное значение n0 из набора Ev, соответствует значению типичной рабочей частоты терминала TTOF, и ассоциировано с дробным коэффициентом деления D. Терминал 10 сконфигурирован так, чтобы запрограммировать дробный синтезатор с помощью дробного коэффициента деления D.
n0
Если средства синтеза частоты не содержат дробный синтезатор, но преимущественно содержат генератор, возможны несколько различных подходов к конфигурированию терминала 10 на использование конкретной типичной рабочей частоты терминала TTOF. Некоторые возможные подходы представлены в данном документе ниже посредством рассмотрения неограничивающего описания кварцевого генератора.
n
Первый подход состоит в рассмотрении различных кварцевых генераторов, причем каждый кварцевый генератор адаптируется для предоставления одной из возможных типичных рабочих частот терминалова TTOF, 1≤n≤N.
n
n
n0
n0
n0
Второй подход состоит в изменении частоты колебаний кварцевого генератора посредством конденсатора переменной емкости или другого элемента, на электрические контакты которого источник напряжения терминала 10 подает контрольное напряжение. Каждая типичная рабочая частота терминала TTOF, 1≤n≤N, может быть получена посредством подачи предварительно заданного значения напряжения V, 1≤n≤N. Данное значение n0 из набора N значений соответствует значению типичной рабочей частоты терминала TTOF и ассоциировано со значением напряжения V. Терминал 10 сконфигурирован так, что источник напряжения формирует значение напряжения V на электрических контактах конденсатора, управляемого переменным напряжением.
n0
Далее в данном документе представлены такие неограничивающие примеры технологий конфигурирования терминала 10, в которых источник напряжения терминала 10 генерирует значение напряжения V.
n0
В случае, когда источник напряжения в основном содержит в себя цифро-налоговый (D/A) преобразователь, терминал 10 сконфигурирован так, чтобы предоставить на вход D/A преобразователя дискретное значение, позволяющее получить на выходе упомянутого D/A преобразователя желаемое значение управляющего напряжения V; причем упомянутое дискретное значение, например, сохранено во флеш-памяти терминала 10.
n0
В случае, когда значение напряжения, генерируемое источником напряжения, главным образом задано электрической схемой, такой как резистивный мост или другой, выданное значение управляющего напряжения главным образом задается с помощью значений компонентов, составляющих упомянутую электрическую схему. Значение управляющего напряжения V может быть получено путем соответствующего изменения значений компонентов, формирующих упомянутую электрическую схему. Это изменение имеет место быть априорно или апостериорно:
n,
n0
n0
- априорное изменение: рассматриваются N групп компонентов с различными значениями, с каждой группой активируется значение напряжения V полученное из N возможных значений. Желаемое значение управляющего напряжения V выбирается в соответствии со значением, полученным из набора Ev, а компоненты группы, по существу позволяющие получить значение напряжения V, устанавливаются в терминале 10 при производстве.
- апосториорное изменение: в случае, когда группа компонентов уже установлена в терминале 10, значение по меньшей мере одного из этих компонентов изменено. Такое изменение имеет место посредством простого действия (вручную или с использованием запрограммированного робота) с компонентом, если это переменный элемент (переменный резистор, конденсатор или индукционная катушка), или путем физического исправления упомянутого компонента, например посредством лазера, управляемого программируемым роботом.
Третий подход к изменению частоты колебаний кварцевого генератора состоит в прямом изменении характеристик упомянутого кварцевого генератора. Такое изменение, например, имеет место посредством физического исправления по меньшей мере одного пассивного элемента в кварцевом генераторе (конденсатора, индукционной катушки), например посредством лазера, управляемого программируемым роботом, или путем механической обработки индукционной катушки в упомянутом кварцевом генераторе с помощью запрограммированного робота.
n0
Следует отметить, что для того, чтобы получить желаемую типичную рабочую частоту терминала TTOF, вышеуказанные примеры могут также быть скомбинированы. Такая комбинация даже может быть в некоторых случаях необходима, если одиночное решение не может просканировать весь совместно используемый частотный ресурс MC и/или не предоставляет достаточной точности для разграничения соседних типичных рабочих частот терминала (это случай, когда данное решение не предоставляет уровень точности ниже MCB/N).
m
m
Например, может быть рассмотрено число M групп компонентов, M меньше, чем N, получение частот колебаний в различных частотных диапазонах P (1≤m≤M) совместно используемого частотного ресурса MC, причем каждый диапазон P содержит P возможных типичных рабочих частот терминалова TTOF.
m
n0
m0
n0
n0
Фигура 4 представляет такое деление совместно используемого частотного ресурса MC на M диапазонов P. В соответствии с неограничивающим примером, определены M групп пассивных компонентов для априорного изменения частоты колебания кварцевого генератора. Для желаемой типичной рабочей частоты терминала TTOF, определенной в соответствии с генератором случайных или псевдослучайных чисел, определен диапазон P, в котором может быть найдена упомянутая типичная рабочая частота терминала TTOF. Компоненты группы, ассоциированные с этим диапазоном, затем устанавливают в терминале 10. Соответственно, значение по меньшей мере одного их этих компонентов изменено апостериорно для получения частоты колебаний по существу равной типичной рабочей частоте терминала TTOF.
m0
m0
Следует отметить, что в соответствии с некоторыми вариантами осуществления, использованы многочисленные генераторы случайных или псевдослучайных чисел. В соответствии с одним неограничивающим примером, первый генератор случайных или псевдослучайных чисел использован для выбора диапазона P частот совместно используемого частотного ресурса MC, при этом второй генератор случайных или псевдослучайных чисел использован для выбора типичной рабочей частоты терминала в выбранном диапазоне P.
m0
m0
Постоянная конфигурация терминала 10, излучающего радиосигналы в соответствии с последовательностью, имеет место аналогичным образом посредством выбора нескольких типичных рабочих частот терминалов в соответствии с генератором случайных или псевдослучайных чисел. В соответствии с одним конкретным вариантом осуществления первый генератор случайных или псевдослучайных чисел использован для выбора диапазона P частот совместно используемого частотного ресурса MC, при этом второй генератор случайных или псевдослучайных чисел использован для выбора последовательности типичных рабочих частот терминалов, каждая из которых может быть найдена в диапазоне P.
Это изобретение также относится к телекоммуникационной системе 1 содержащей по меньшей мере одну станцию 20 и множество терминалов 10.
n
Понятно, что, в связи с тем фактом, что используемые средства синтеза частоты обладают уходом частоты, который значительно превосходит ширину занимаемой терминалом полосы TOB, и, где применимо, в связи с постоянной конфигурацией терминалов 10 в соответствии с по меньшей мере одним генератором случайных или псевдослучайных чисел, частотные поддиапазоны, используемые разными терминалами 10, не обязательно не пересекаются. Таким образом, некоторые из упомянутых частотных поддиапазонов могут перекрывать друг друга полностью или частично (например, если естественный рабочий диапазон частот терминала TNOFR больше, чем пространство между возможными типичными рабочими частотами терминалов TTOF).
Фигура 5 схематично показывает пример статистического мультиплексирования радиосигналов, излучаемых разными терминалами 10 в совместно используемом частотном ресурсе MC. Фигура 5 в частности иллюстрирует, в правой ее части, случай, в котором два частотных поддиапазона в пределах TNOFR, назначенные разным терминалам 10, частично перекрывают друг друга, и в котором уход частоты предотвращает возникновение конфликтов между радиосигналами, излучаемыми упомянутыми терминалами.
На фигуре 5, все терминалы 10 обладают по существу одинаковым естественным рабочим диапазоном частот терминала TNOFR. Это, тем не менее, не мешает, в соответствии с другими примерами, содержать терминалы 10 с разными естественными рабочими диапазонами частот терминала.
В системе 1, каждый терминал 10 сконфигурирован определять в автономном режиме, когда излучать радиосигналы в частотном поддиапазоне, назначенном упомянутому терминалу постоянным образом и/или какую мощность использовать при излучении радиосигналов в этом частотном поддиапазоне.
Станция 20 предпочтительно содержит средства для обнаружения и декодирования радиосигналов, излучаемых одновременно разными терминалами 10 в разных частотных поддиапазонах.
При условии, что эти радиосигналы не были предварительно синхронизированы со станцией 20, упомянутая станция должна быть способна обнаружить любые радиосигналы, появляющиеся в мультиплексированном канале MC, и определить, соответствуют ли эти радиосигналы радиосигналам, излучаемым терминалами 10, или паразитным сигналам.
Предпочтительно, станция 20 использует тип исполнения «программно устанавливаемое радио» (SDR), например одна или несколько следующих реализаций, представленных в исключительно иллюстративных целях и не предназначенных для ограничения объема изобретения:
n
- поколение малошумных внутренних гетеродинов для хорошей избирательности между типичными рабочими частотами терминалов TTOF, с использованием прямого или умноженного кварцевого генератора, кварцевый генератор с последующим синхронным генератором, кварцевый генератор, управляющий полным широкоступенчатым PLL синтезатором, или кварцевый генератор, управляющий частичным PLL синтезатором и/или DDS (прямой цифровой синтез) синтезатором,
- трансляция прямого базового диапазона с частотой колебаний равной центральной частоте MCCF мультиплексированного канала или кратной MCCF, или гетеродинное исполнение, или прямое аналого-цифровое преобразование около центральной частоты MCCF мультиплексированного канала,
- обнаружение энергии в мультиплексированном канале MC посредством алгоритма, основанного на быстром преобразовании Фурье (FFT),
- цифровой диапазон немодулированной полосы с шириной полосы MCB и достаточной динамикой для одновременной обработки множества сигналов.
Фигура 6 схематично показывает один предпочтительный вариант осуществления станции 20. Следует отметить, что станция 20 может также содержать другие элементы, не представленные на упомянутой фигуре 6.
В этом неограничивающем примере, станция 20 в основном содержит аналоговый модуль аналоговый модуль 200 и цифровой модуль 210.
Как показано на фигуре 6, аналоговый модуль 200 содержит в том числе:
- антенну 201, приспособленную принимать радиосигналы в мультиплексированном канале MC,
- полосовой фильтр 202, именуемый "антенный фильтр", приспособленный фильтровать нежелательные сигналы за пределами мультиплексированного канала MC,
- усилитель 203 с низким уровнем шумов,
I
- гетеродин 204, адаптированный к, по существу, синусоидальному сигналу, обозначенный как LO, с частотой по существу равной центральной частоте MCCF мультиплексированного канала,
I
Q
- фазосдвигающее устройство 205, приспособленное для формирования сдвинутой по фазе на 90 градусов копии сигнала LO, обозначенной как LO,
I
Q
- два микшера 206, приспособленных смешивать выходной сигнал антенного фильтра 202 с сигналом LO и сигналом LO, соответственно,
- два полосовых фильтра 207 на выходе каждого микшера 206 соответственно, называемые "сглаживающие фильтры", с частотой отсечки, например, по существу равной половине ширины полосы мультиплексированного канала MCB (т.е. MCB/2).
Как показано на фигуре 6, цифровой модуль 210 содержит помимо прочего два аналого-цифровых (A/D) преобразователя 211, приспособленных измерять соответствующие выходные сигналы каждого сглаживающего фильтра 207, например, с частотой измерения по существу равной ширине полосы пропускания мультиплексированного канала MCB.
T
2
Выходные сигналы A/D преобразователей 211 соответствуют действительной части и мнимой части комплексного сигнала, обозначенного как S. Это комплексное представление показано на фигуре 6 путем сложения выходных сигналов A/D преобразователя 211, причем один из упомянутых сигналов предварительно умножен на мнимую единицу j (мнимая единица представляет собой комплексное число, такое что j= -1).
Цифровой модуль 210, таким образом, содержит многочисленные функциональные блоки.
T
F
T
Во-первых, цифровой модуль 210 содержит FFT блок 212, приспособленный для преобразования комплексного сигнала S из временной области в частотную область так, чтобы получить комплексный сигнал S, представляющий частотный спектр комплексного сигнала S.
F
Цифровой модуль 210, таким образом, содержит блок 213 обнаружения, предназначенный для поиска в комплексном сигнале S частот, для которых достигнуты энергетические пики, вероятно соответствующие присутствию радиосигнала, излучаемого терминалом 10.
Действительно, станция 20 не обязательно знает частоты, используемые разными терминалами 10, в частности, в связи с тем фактом, что реальная рабочая частота терминала TROF терминала 10 может сильно отличаться от типичной рабочей частоты терминала TTOF этого терминала в результате ухода частоты. Использование FFT блока 212 и блока 213 обнаружения, таким образом, позволяет определить, какой из двух терминалов 10 излучает радиосигналы и, где применимо, позволяет рассчитать их реальные рабочие частоты терминала TROF.
F
MIN
MIN
MIN
MIN
MIN
MIN
Для этих целей FFT блок 212 должен быть приспособлен предоставлять комплексный сигнал S с глубиной детализации в частотной области, разрешающей обнаружение радиосигнала с шириной занимаемой терминалом полосы TOB. В случае, когда возможны несколько вариантов ширины занимаемой терминалом полосы, предпочтительно используется минимальная ширина занимаемой терминалом полосы TOB. Например, данная частота измерения по существу эквивалентна ширине полосы пропускания мультиплексированного канала MCB, FFT блок 212, например, сконфигурирован получать частотные выборки в частотном диапазоне от 0 Гц до MCB, с величиной шага, равной MCB/TOB, т.е. для элементарных частот 0, TOB, 2*TOB, 3*TOB,..., MCB TOB.
Блок 213 обнаружения измеряет, например, активность каждой элементарной частоты. Один критерий обнаружения для обнаружения сигнала, излучаемого терминалом 10, представляет собой, например, проверку, когда измеренная активность для элементарной частоты больше, чем предварительно заданная пороговая величина.
e0
e0
e0
Когда сигнал обнаружен блоком 213 обнаружения, например, около значения элементарной частоты F, упомянутое значение F предоставляется на вход блока 214 переменного гетеродина, который генерирует синусоидальный сигнал на частоте F (в форме сложной показательной функции).
e0
T
e0
Синусоидальный сигнал на частоте F умножается на комплексный сигнал S посредством блока 215 умножения. Это умножение позволяет свести сигнал, обнаруженный около значения элементарной частоты F к нулевой частоте 0 Гц.
MAX
max
Цифровой модуль 210, таким образом, содержит блок 216 низкочастотного фильтра, с частотой отсечки по существу эквивалентной половине ширины занимаемой терминалом полосы TOB (т.е. TOB/2). В случае, когда возможно несколько вариантов занимаемой терминалом полосы, предпочтительно используется максимальная занимаемая терминалом полоса TOB (т.е. частота отсечки по существу эквивалентна TOB/2).
Цифровой модуль 210, таким образом, содержит блок 217 декодирования, приспособленный для извлечения данных, излучаемых терминалом 10. Точное осуществление блока 217 декодирования зависит от предварительно заданного протокола форматирования данных, излучаемых терминалами 10, и задействует средства, рассматриваемые как известные специалистам в данной области.
.
Следует отметить, что блок 213 обнаружения может определить несколько элементарных частот, как соответствующих сигналам, излучаемым терминалами 10. Например, блок 213 обнаружения может обнаружить число Ns таких элементарных частот. В этом случае, блоки 214 переменного гетеродина, умножитель 215, полосовой фильтр 216 и декодер 217 преимущественно дублируются Ns раз, чтобы обработать параллельно сигналы около каждой из Ns элементарных частот, которые могут быть использованы терминалом 10
Преимущественно, станция 20 содержит средства отслеживания частоты для отслеживания типичной рабочей частоты терминала TTOF терминала 10, чтобы следовать за уходом его частоты. Преимущественно, станция 20 содержит средства фильтрации, приспособленные для обеспечения обработки любой типичной рабочей частоты терминала TTOF.
В более общем смысле, объем этого изобретения не ограничен вышеуказанными вариантами осуществления, предоставленными выше в данном документе как неограничивающие примеры, но и напротив, распространяется на все модификации, доступные специалистам в данной области, наряду с их эквивалентами.
Это изобретение, таким образом, разрешает статистическое мультиплексирование радиосигналов, излучаемых разными терминалами 10, совместно использующими один и тот же частотный ресурс MC децентрализованным образом. Действительно, использование средств синтеза частоты, подверженных уходу частоты больше, чем ширина полосы TOB мгновенного частотного спектра излучаемого терминалом 10, позволяет статистически мультиплексировать частоты.
n
Более того, при производстве терминалы 10 преимущественно сконфигурированы на постоянной основе передавать радиосигналы в единственном предварительно заданном частотном поддиапазоне или в соответствии с единственной заранее заданной последовательностью частотных поддиапазонов. Типичные рабочие частоты терминалов TTOF назначены, по существу, случайным образом, что также позволяет использовать статистическое частотное мультиплексирование разных радиосигналов. Такой подход может быть описан как FSFDMA от форсированный статистический FDMA.
Изобретение не требует временной и частотной синхронизации терминалов 10 друг с другом и со станцией 20.
Таким образом понятно, что терминалы 10 могут быть изготовлены в соответствии с изобретением при низких затратах, которые делают изобретение в частности подходящим для низкоскоростных систем передачи данных, таких как сети датчиков, например систем, использующих радиосигналы, ширина полосы частот мгновенного частотного спектра которых находится между 5 Гц и 5 кГц или, предпочтительно, между 5 Гц и 500 Гц.
Телекоммуникационная система согласно изобретению и, в частности, станция 20 подчиняется терминалам 10, поскольку упомянутые терминалы принимают решение, когда и с какой мощностью излучать радиосигналы, и поскольку упомянутые терминалы оснащены средствами синтеза частоты, такими что уход частоты далеко превосходит ширину занимаемой терминалом полосы TOB. Таким образом, станция 20 в большинстве случаев не знает заранее, когда каждый терминал 10 планирует излучать радиосигнал и не знает заранее, какой частотный поддиапазон будет использован каждым терминалом 10 (более конкретно, реальную рабочую частоту терминала TROF каждого терминала 10). Станция 20 должна, таким образом, искать радиосигналы, возможно излучаемые терминалами во всем мультиплексированном канале MC.