DE19933817A1 - Information transmission method involves substation(s) modulating CDMA HF signal received from base station and reflecting it back to base station - Google Patents
Information transmission method involves substation(s) modulating CDMA HF signal received from base station and reflecting it back to base stationInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur drahtlosen Informationsübertragung zwischen einer Basisstation und mindestens einem Teilnehmer, auf eine Anordnung für einen Teilnehmer hierzu sowie auf ein Informationssystem für eine eine Vielzahl von Sensoren und/oder Aktoren aufweisende Maschine.The invention relates to a method for wireless information transmission between a base station and at least one subscriber, on an arrangement for a participant on this as well as on an information system for a variety of Machine having sensors and / or actuators.
Die Erfindung kann insbesondere zur drahtlosen Informationsübertragung mittels Hochfrequenzsignalen bei einem Industrieroboter, einem Herstellungsautomaten oder Fertigungsautomaten verwendet werden, welcher eine Vielzahl von Näherungssenso ren/Näherungsschaltern und/oder Aktoren aufweist. Die Erfindung ermöglicht eine drahtlose Informationsübertragung zwischen einer Basisstation mit angeschlossenem Prozeßrechner und einer Vielzahl von Teilnehmern, hier Näherungssensoren/Nähe rungsschaltern und/oder Aktoren. Als Teilnehmer können beispielsweise auch Tempe raturmeßsensoren, Druckmeßsensoren, Strommeßsensoren oder Spannungsmeßsen soren, mikromechanische, piezoelektrische, elektrochemische, magnetostriktive, elek trostriktive, elektrostatische oder elektromagnetische Aktoren oder Anzeigeelemente verwendet werden. The invention can be used in particular for wireless information transmission High-frequency signals in an industrial robot, a manufacturing machine or Manufacturing machines are used, which a variety of proximity sensors ren / proximity switches and / or actuators. The invention enables one wireless information transfer between a base station and a connected one Process computer and a large number of participants, here proximity sensors / proximity tion switches and / or actuators. For example, Tempe raturmeßsensoren, pressure measuring sensors, current measuring sensors or voltage measuring sensors, micromechanical, piezoelectric, electrochemical, magnetostrictive, elec trostrictive, electrostatic or electromagnetic actuators or display elements be used.
Außer bei Industrierobotern, Herstellungsautomaten und Fertigungsautomaten kann die Erfindung auch bei Automationssystemen, Steuer/Regelsystemen, Fernsteuersyste men, Schutz- und Sicherheitssystemen (beispielsweise bei Freiluft- oder Innenraum- Schaltanlagen), Alarmsystemen, Zustandsüberwachungs-Systemen, in der Roboter technik oder ganz allgemein bei Maschinen/Maschinensystemen zum Einsatz gelangen.Except for industrial robots, automatic manufacturing machines and automatic manufacturing machines, the Invention also in automation systems, control systems, remote control systems protection and security systems (for example for outdoor or indoor Switchgear), alarm systems, condition monitoring systems, in the robot technology or in general for machines / machine systems.
Die drahtlose Kommunikation zwischen einer Basisstation und einem Teilnehmer bzw. mehreren Teilnehmern erfolgt üblicherweise über einen schmalbandigen Hochfre quenzträger. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Teilnehmer zur Informations übertragung das empfangene Hochfrequenzsignal moduliert und zur Basisstation zu rück reflektiert, denn der Teilnehmer muß in einem solchen Fall zur Informationsüber tragung kein eigenes Hochfrequenzsignal erzeugen, sondern benutzt das Hochfre quenzsignal der Basisstation.Wireless communication between a base station and a subscriber or Several participants usually take place via a narrowband Hochfre quenzträger. It is particularly advantageous if the participant provides information Transmission modulates the received radio frequency signal and to the base station reflected back, because in such a case the participant must provide information not generate its own high-frequency signal, but uses the high frequency Base station frequency signal.
Die Demodulation des modulierten Hochfrequenzsignales ist unkritisch für die Basis station, beispielsweise hinsichtlich der zeitlichen Abstimmung, im Unterschied zur De modulation eines fremderzeugten, im Teilnehmer selbst produzierten Hochfrequenzsi gnales. Im Vergleich zur Fremderzeugung des Hochfrequenzsignales im Teilnehmer ist die Reflexion des Hochfrequenzsignales auch hinsichtlich des erforderlichen Energie verbrauches wesentlich günstiger. Insgesamt ergibt sich eine beträchtliche Kostenre duktion, sowohl hinsichtlich der Gestehungskosten als auch hinsichtlich der laufenden Betriebskosten.The demodulation of the modulated high-frequency signal is not critical for the base station, for example in terms of timing, in contrast to De modulation of an externally generated high-frequency si produced in the participant itself gnales. Compared to the external generation of the high-frequency signal in the subscriber the reflection of the high-frequency signal also with regard to the required energy consumption much cheaper. Overall, there is a considerable cost production, both in terms of production costs and in terms of current Operating cost.
Allerdings muß bei Bemessung der von der Basisstation aufzubringenden Leistung be achtet werden, daß aufgrund des Hin- und Rückweges des Hochfrequenzsignales von der Basisstation zum Teilnehmer und zurück eine doppelt so hohe Ausbreitungsdämp fung auftritt als dies bei Fremderzeugung des Hochfrequenzsignales im Teilnehmer der Fall sein würde. Bei Übertragung kann auch ein frequenzselektiver Schwund in relativ hohem Maß auftreten. Insgesamt ist die Fähigkeit zur Störungsunterdrückung nicht in befriedigendem Maß gegeben. However, when measuring the power to be applied by the base station be taken into account that due to the outward and return path of the high-frequency signal from the base station to the subscriber and back a double damping of propagation fung occurs when this occurs when the high-frequency signal is generated externally in the subscriber Would be case. A frequency-selective fading in relative can also occur during transmission occur to a high degree. Overall, the ability to suppress interference is not in given satisfactory measure.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur drahtlosen Informations übertragung zwischen einer Basisstation und mindestens einem Teilnehmer mit ver bessertem Signalausbreitungsverhalten anzugeben.The invention has for its object a method for wireless information transmission between a base station and at least one subscriber with ver to provide better signal propagation behavior.
Ferner soll eine hierzu geeignete Anordnung für einen Teilnehmer vorgeschlagen wer den.A suitable arrangement for a subscriber is also proposed the.
Des weiteren soll ein Informationssystem für eine eine Vielzahl von Sensoren und/oder Aktoren aufweisende Maschine angegeben werden.Furthermore, an information system for a large number of sensors and / or Machine having actuators can be specified.
Die Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur drahtlosen Informationsübertragung zwischen einer ein schmalbandiges Hochfre quenzsignal abstrahlenden Basisstation und mindestens einem Teilnehmer gelöst, wo bei der mindestens eine Teilnehmer das empfangene Hochfrequenzsignal gemäß dem Code Division Multiple Access (CDMA) Verfahren codiert, moduliert und als Antwortsi gnal zur Basisstation zurück reflektiert.The object is achieved according to the invention by a method for wireless information transmission between a narrowband Hochfre solved base station and at least one participant where where at least one participant receives the received radio frequency signal according to the Code Division Multiple Access (CDMA) procedures coded, modulated and as Answeri gnal reflected back to the base station.
Diese Aufgabe wird bezüglich der Anordnung erfindungsgemäß durch eine Anordnung für einen Teilnehmer eines Netzes zur drahtlosen Informationsübertragung zwischen einer Basisstation und dem mindestens einen Teilnehmer gelöst, wobei der mindestens eine Teilnehmer eine Antenne/Rückstreueinrichtung zum Empfang eines von der Ba sisstation abgestrahlten schmalbandigen Hochfrequenzsignales und zur Reflexion ei nes modulierten Antwortsignales zur Basisstation aufweist und wobei der mindestens eine Teilnehmer eine Codier/Modulationseinrichtung aufweist, die empfangene Hoch frequenzsignale gemäß dem Code Division Multiple Access (CDMA) Verfahren codiert und moduliert.With regard to the arrangement, this object is achieved according to the invention by an arrangement for a participant of a network for wireless information transmission between a base station and the at least one participant solved, the at least a participant an antenna / backscattering device for receiving a Ba sisstation emitted narrowband high-frequency signals and for reflection nes modulated response signal to the base station and wherein the at least a subscriber has a coding / modulation device, the received high frequency signals encoded according to the Code Division Multiple Access (CDMA) procedure and modulated.
Diese Aufgabe wird bezüglich des Informationssystems erfindungsgemäß durch ein
Informationssystem für eine eine Vielzahl von Sensoren und/oder Aktoren aufweisende
Maschine, insbesondere Fertigungsautomat, gelöst,
With regard to the information system, this object is achieved according to the invention by an information system for a machine having a plurality of sensors and / or actuators, in particular a production machine.
- - wobei mindestens eine Basisstation schmalbandige Hochfrequenzsignale an die Sen soren und/oder Aktoren aussendet, - Wherein at least one base station narrowband high-frequency signals to the Sen emits sensors and / or actuators,
- - wobei jeder Sensor und/oder Aktor eine Antenne/Rückstreueinrichtung zum Empfang des Hochfrequenzsignales und zur Reflexion eines modulierten Antwortsignales zur Basisstation aufweist,- With each sensor and / or actuator an antenna / backscattering device for reception of the high-frequency signal and for reflection of a modulated response signal for Has base station,
- - wobei jeder Sensor und/oder Aktor eine Codier/Modulationseinrichtung aufweist, die empfangene Hochfrequenzsignale gemäß dem Code Division Multiple Access (CDMA) Verfahren codiert und moduliert und- wherein each sensor and / or actuator has a coding / modulation device, the Radio frequency signals received according to the Code Division Multiple Access (CDMA) Coded and modulated method and
- - wobei jeder Sensor und/oder Aktor die zurückgestreuten Antwortsignale mit einem individuellen, der Basisstation bekannten Zufallscode verknüpft.- With each sensor and / or actuator the backscattered response signals with one individual random code known to the base station.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das vor geschlagene Verfahren zur drahtlosen Informationsübertragung zwischen einer Basis station und mindestens einem Teilnehmer bzw. die Anordnung bzw. das Informations system einen signifikant reduzierten frequenzselektiven Schwund aufweist. Die Stö rungsunterdrückung ist verbessert. Schmalbandige Störsignale werden gut unterdrückt. Die spektrale Leistungsdichte (PSD, Power Spectral Density) ist herabgesetzt.The advantages that can be achieved with the invention are, in particular, that the front proposed method for wireless information transfer between a base station and at least one participant or the arrangement or the information system has a significantly reduced frequency-selective fading. The disturbances suppression is improved. Narrow-band interference signals are well suppressed. The spectral power density (PSD, Power Spectral Density) is reduced.
Die Erfindung ist insbesondere bei einem aus mindestens einer Basisstation und einer Vielzahl von Teilnehmern bestehenden Informationssystem (Netz) von großem Vorteil, denn sie erlaubt eine hohe Teilnehmerdichte und eine hohe Signaldichte und gewähr leistet eine hohe Genauigkeit und hohe Zuverlässigkeit bei der Datenübertragung, wo bei eine gleichzeitige Informationsübertragung aller Teilnehmer des Informationssy stems möglich ist.The invention is particularly in one of at least one base station and one Large number of participants existing information system (network) of great advantage, because it allows a high number of participants and a high signal density and guarantee provides high accuracy and high reliability in data transmission where with simultaneous information transmission of all participants of the information system stems is possible.
Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.Further advantages are evident from the description below.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeich net.Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims net.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh rungsbeispiele erläutert. Es zeigen: The invention is described below with reference to the embodiment shown in the drawing Examples explained. Show it:
Fig. 1 eine Anordnung zur drahtlosen Informationsübertragung zwischen einer Ba sisstation und einer Vielzahl von Teilnehmern, Fig. 1 shows an arrangement for the wireless transmission of information between a sisstation Ba and a plurality of subscribers,
Fig. 2 einen Sensor als Beispiel eines Teilnehmers. Fig. 2 shows a sensor as an example of a participant.
In Fig. 1 ist eine Anordnung zur drahtlosen Informationsübertragung zwischen einer Basisstation 2 und einer Vielzahl von Teilnehmern 1.1, 1.2, 1.3 . . . 1.s, vorzugsweise Sensoren oder Aktoren, dargestellt (Backscatter-System). Die Basisstation 2 sendet ein schmalbandiges Hochfrequenzsignal zu den Teilnehmern 1.1 bis 1.s. Wenn vorstehend von "Hochfrequenzsignalen" die Rede ist, sind hierbei selbstverständlich auch Very- High-Frequency-Signale, Extremely-High-Frequency-Signale, Ultra-High-Frequency- Signale und Super-High-Frequency-Signale eingeschlossen.In Fig. 1 1.2 1.3 is an arrangement for the wireless transmission of information between a base station 2 and a plurality of subscribers 1.1. , , 1 .s, preferably sensors or actuators, shown (backscatter system). The base station 2 sends a narrow-band radio frequency signal to the subscribers 1.1 to 1 .s. When "high-frequency signals" are mentioned above, very-high-frequency signals, extremely-high-frequency signals, ultra-high-frequency signals and super-high-frequency signals are of course also included.
Die einzelnen Teilnehmer 1.1 bis 1.s des Netzes antworten und senden mit entspre chenden Informationen (beispielsweise detektierte Sensorinformationen) versehene Antwortsignale an die Basisstation 2 zurück, indem sie das empfangene Hochfrequenz signal gemäß dem CDMA-Verfahren (Code Division Multiple Access) codieren, modu lieren und reflektieren. Zum CDMA-Verfahren wird allgemein auf das Fachkompendium "Informationstechnologie von A - Z", Aktuelles Nachschlagewerk für die berufliche Pra xis, Band 1, Interest GmbH, Augsburg, Februar 1999 hingewiesen. Dieses Mehrfach zugriffverfahren basiert auf dem Codemultiplexverfahren CDM (Code Division Multiplex) und ermöglicht ein Antworten aller Teilnehmer eines Netzes auf der gleichen Frequenz. Die Kennung und Unterscheidung der einzelnen Teilnehmer 1.1 bis 1.s wird dadurch vorgenommen, daß jeder Teilnehmer die zurückgestreuten Signale mit einem individu ellen Zufallscode verknüpft. Die mit unterschiedlichen Codes ausgestatteten Antwortsi gnale aller Teilnehmer überlagern sich und ergeben ein breitbandiges Spektrum (Spread Spektrum), das um den codeabhängigen Spreizungsfaktor größer ist als das ursprüngliche Signal. Der Spreizungsfaktor ist dabei ein Maß dafür, wieviel Signale überlagert werden können. The individual participants 1.1 to 1 .s of the network respond and send response signals provided with corresponding information (for example detected sensor information) back to the base station 2 by coding the received radio frequency signal in accordance with the CDMA method (Code Division Multiple Access), modu and reflect. With regard to the CDMA procedure, reference is generally made to the specialist compendium "Information Technology from A - Z", Current Reference Book for Professional Practice, Volume 1 , Interest GmbH, Augsburg, February 1999. This multiple access method is based on the code division multiplex method CDM (Code Division Multiplex) and enables a response of all participants of a network on the same frequency. The identification and differentiation of the individual participants 1.1 to 1 .s is carried out in that each participant links the backscattered signals with an individual random code. The response signals of all participants equipped with different codes overlap and result in a broadband spectrum (spread spectrum) that is larger than the original signal by the code-dependent spreading factor. The spreading factor is a measure of how much signals can be superimposed.
Die Basisstation 2 empfängt die entsprechenden Antwortsignale, erkennt aufgrund des jedem Teilnehmer 1.1 bis 1.s zugeordneten Zufallscodes, welcher der Teilnehmer je weils geantwortet hat und demoduliert das empfangene breitbandige, gespreizte Ant wortsignal, um die übermittelte Information zu erhalten. Gleichzeitig nimmt die Basis station 2 alle anderen Antwortsignale als Summen-Störleistung wahr. Dabei kann die Summen-Störleistung wesentlich größer sein als die Empfangsleistung des zu empfan genen Antwortsignals. Das einzelne Antwortsignal geht nur scheinbar im Rauschen des Summen-Störleistung unter.The base station 2 receives the corresponding response signals, recognizes on the basis of the random code assigned to each subscriber 1.1 to 1 .s, which of the subscribers has responded each time, and demodulates the received broadband, spread response signal in order to obtain the transmitted information. At the same time, the base station 2 perceives all other response signals as sum interference power. The total interference power can be significantly greater than the received power of the response signal to be received. The single response signal is only apparently lost in the noise of the total interference power.
Zur Spread Spectrum-Übertragungstechnik (gespreiztes Spektrum) wird allgemein auf das Fachbuch "Digitale Kommunikation über Funk: Methoden und Meßtechnik digitaler Nachrichtenübermittlung", von P, Hatzold, Franzis-Verlag, 1999, Seite 171 bis 182 hin gewiesen. Mit Spread Spectrum Signalen wird eine relative Breitbandigkeit der Aus sendungen erzeugt. Eine herausragende Eigenschaft dieser Signale ist es, daß die zu ihrer Übertragung verwendete Hochfrequenz-Bandbreite wesentlich größer ist als die Symbolrate des Datensignals. Dies führt zu einer Verteilung der Sendeleistung über einen weiten Frequenzbereich und damit zu einer äußerst geringen spektralen Lei stungsdichte. Dadurch sind die Signale im Rauschen schwer zu erkennen. Die Kapa zität, d. h. die Menge der übertragbaren Informationen, wächst linear mit der Bandbrei te. Eine weitere Eigenschaft dieser Signale ist ihre große Ähnlichkeit mit weißem Rau schen, die von der Verknüpfung der Basisbandsignale mit Pseudo-Random-Folgen rüh ren.The spread spectrum transmission technology (spread spectrum) is generally based on the specialist book "Digital communication via radio: methods and measurement technology digital News transmission ", from P, Hatzold, Franzis-Verlag, 1999, pages 171 to 182 pointed. With spread spectrum signals, a relative broadband is the end broadcasts generated. An outstanding property of these signals is that they too the radio frequency bandwidth used for their transmission is much larger than that Symbol rate of the data signal. This leads to a distribution of the transmission power a wide frequency range and thus an extremely low spectral lei density. This makes the signals difficult to recognize in the noise. The Kapa zitat, d. H. the amount of information that can be transmitted grows linearly with the pulp te. Another characteristic of these signals is their close resemblance to white rough that stems from the connection of the baseband signals with pseudo-random sequences ren.
Die Aufspreizung der Bandbreite kann dabei grundsätzlich auf zwei Arten erfolgen. Entweder wird die Trägerfrequenz während der Dauer der Übertragung eines Symbols nach einer Pseudo-Zufallsfolge verändert (Fast Frequency Hopping) oder es werden die zu übertragenden Symbole, bevor sie den Hochfrequenz-Träger modulieren, mit einer Pseudo Random Bit Sequence (PRBS) erheblich höherer Taktrate verknüpft. Natürlich muß in beiden Fällen den Teilnehmern die verwendete Pseudo-Zufallsfolge (Spreading Code) bekannt sein, so daß sie bei Fast Frequency Hopping die Empfangs frequenz der Zufallsfolge des Senders nachführen bzw. bei DS Spread Spectrum mit tels Korrelationstechniken sich das für sie bestimmte Signal aus dem Rauschspektrum aussieben können.The spreading of the bandwidth can basically be done in two ways. Either the carrier frequency during the duration of the transmission of a symbol changed according to a pseudo-random sequence (Fast Frequency Hopping) or it will be the symbols to be transmitted before they modulate the high-frequency carrier a pseudo random bit sequence (PRBS) linked to a significantly higher clock rate. In both cases, of course, the participants must use the pseudo-random sequence (Spreading Code) be known, so that they receive the Fast Frequency Hopping track the frequency of the random sequence of the transmitter or with DS Spread Spectrum Correlation techniques determine the signal from the noise spectrum that is intended for them can sieve.
Fig. 2 zeigt hierzu einen Sensor, insbesondere Näherungssensor, als Beispiel eines Teilnehmers 1.1. Der Sensor weist eine Antenne/Rückstreueinrichtung 3, einen Sen sorkopf 4 und eine Codier/Modulationseinrichtung 5 auf. Weitere, hier nicht interessie rende Einheiten des Sensors, beispielsweise eine zur Energieversorgung geeignete Energieeinheit, sind nicht dargestellt. Der Sensorkopf gibt die detektierte Sensorinfor mation S an die Codier/Modulationseinrichtung 5, welche entsprechende Codier/Mo dulationssignale C generiert und der Antenne/Rückstreueinrichtung 3 zuleitet. Die An tenne/Rückstreueinrichtung 3 moduliert dis erhaltenen Eingangssignale E (Hochfre quenzsignale) und bildet dementsprechende auszusendende (rückzustreuende) Ant wortsignale A. Fig. 2 shows for this purpose a sensor, in particular proximity sensor, as an example of a subscriber 1.1. The sensor has an antenna / backscatter device 3 , a sensor head 4 and a coding / modulation device 5 . Other sensor units of no interest here, for example an energy unit suitable for energy supply, are not shown. The sensor head outputs the detected sensor information S to the coding / modulation device 5 , which generates corresponding coding / modulation signals C and feeds the antenna / backscattering device 3 . The antenna / backscattering device 3 modulates the received input signals E (high-frequency signals) and forms the corresponding response signals to be transmitted (backscattered) A.
Bei Zellulärsystemen mit mehreren Zellen (Teilnetzen) mit jeweils einer Basisstation werden die einzelnen Netze vorzugsweise mit unterschiedlichen, jeweils einer Basis station zugeordneten Frequenzen betrieben. Es kann beispielsweise das Vielfachzu griff-Verfahren FDMA (Frequency Domain Multiple Access, Frequenzmultiplex) ver wendet werden.In cellular systems with several cells (subnetworks), each with a base station the individual networks are preferably different, each with a base station assigned frequencies operated. For example, it can multiply handle procedure FDMA (Frequency Domain Multiple Access, frequency multiplex) ver be applied.
Claims (5)
- - wobei mindestens eine Basisstation (2) schmalbandige Hochfrequenzsi gnale an die Sensoren und/oder Aktoren aussendet,
- - wobei jeder Sensor und/oder Aktor eine Antenne/Rückstreueinrichtung (3) zum Empfang des Hochfrequenzsignales und zur Reflexion eines modulierten Antwort signales (A) zur Basisstation (2) aufweist,
- - wobei jeder Sensor und/oder Aktor eine Codier/Modulationseinrichtung (5) aufweist, die empfangene Hochfrequenzsignale gemäß dem Code Division Multiple Access (CDMA) Verfahren codiert und moduliert und
- - wobei jeder Sensor und/oder Aktor die zurückgestreuten Antwortsignale mit einem individuellen, der Basisstation (2) bekannten Zufallscode verknüpft.
- - At least one base station ( 2 ) transmits narrowband high-frequency signals to the sensors and / or actuators,
- - wherein each sensor and / or actuator has an antenna / backscattering device ( 3 ) for receiving the high-frequency signal and for reflecting a modulated response signal (A) to the base station ( 2 ),
- - Each sensor and / or actuator has a coding / modulation device ( 5 ) which codes and modulates received high-frequency signals according to the Code Division Multiple Access (CDMA) method
- - wherein each sensor and / or actuator links the backscattered response signals with an individual, the base station ( 2 ) known random code.
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- 1999-07-20 DE DE1999133817 patent/DE19933817A1/en not_active Withdrawn
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