WO2015128385A1 - Datensendeanordnung, datenempfänger und verfahren zum betreiben derselben - Google Patents

Datensendeanordnung, datenempfänger und verfahren zum betreiben derselben Download PDF

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WO2015128385A1
WO2015128385A1 PCT/EP2015/053947 EP2015053947W WO2015128385A1 WO 2015128385 A1 WO2015128385 A1 WO 2015128385A1 EP 2015053947 W EP2015053947 W EP 2015053947W WO 2015128385 A1 WO2015128385 A1 WO 2015128385A1
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data packets
packets
energy
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Josef Bernhard
Gerd Kilian
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    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a data transmission device, a data receiver, a system having a data transmission device and a data receiver, and methods of operating the same. Further embodiments relate to a self-powered data transmission arrangement. Some embodiments relate to a wireless transmission method for small transmitters with limited power supply.
  • a radio transmission system For the transmission of small amounts of data from a large number of nodes, e.g. From sensor data such as heating, electricity or water meters, to a base station, a radio transmission system can be used.
  • the base station receives (and possibly controls) a large number of nodes.
  • the base station typically has more processing power and also more complex hardware, i. In general, a receiver with higher performance, available.
  • In the nodes are cheap quartz, which usually have a frequency offset of 10 ppm or more used.
  • DECT digital enhanced cordless telecommunications, an international standard for telecommunications by radio technology
  • RFID radio frequency identification, dt. Identification using electromagnetic waves
  • the base station provides a reference frequency and a reference time to which the subscribers synchronize.
  • the RFID reader provides a time window that follows immediately after its transmission, within which the RFID transponders randomly choose a time for the response.
  • the predetermined time interval is also divided into time slots of the same length. This is called a time-slot-based (slotted) Aloha protocol.
  • time slots are provided within a fixed grid.
  • the base station here assigns to a subscriber an exact timeslot, which he uses for communication. may turn. Due to the inaccuracy due to the quartz tolerance, a buffer time is provided between the time slots so that the telegrams do not overlap.
  • DE 10 2011 082 098 A1 describes a method for operating battery-operated data transmitters, in which a sensor data packet (telegram) is subdivided into at least two data packets which are smaller than the actual information that is to be transmitted (English, telegram splitting ). Telegrams are divided into several data packets (subpackages). Such a data packet (subpackage) is called a hop. In a hop, several information symbols are transmitted. The hops are transmitted on one frequency or over several frequencies (English, frequency hopping). There are pauses between the hops where there is no transmission.
  • data transmitters be battery powered, but also derive their energy from the environment via an energy harvesting element such as a solar cell, motion or temperature differential.
  • an energy harvesting element such as a solar cell, motion or temperature differential.
  • the EnOcean® system for wireless wireless switches is known.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a concept which allows a secure and efficient transmission of user data even with a limited or variable power supply.
  • Embodiments of the present invention provide a data transmission device having a power supply device for supplying the data transmission device with electrical energy; means for determining payload data provided by a sensor element connected to the data transmission device; one direction for channel coding the payload data to obtain channel coded data; means for dividing the channel coded data into a plurality of data packets having a code rate of less than one; and means for transmitting data packets configured to transmit the plurality of data packets at a time interval over a communication channel, provided that an amount of electrical power provided by the power supply device is sufficient to transmit the respective data packets having a standard transmit power.
  • the means for sending data packets is configured to either send a pending data packet of the plurality of data packets with a reduced transmission power, if an amount of electrical energy that can be supplied by the power supply device is sufficient for transmitting the respective data packet with the reduced transmission power reduced transmission power is reduced by at most 40 dB compared to the standard transmission power, or not to send or delayed to send a pending packet of the plurality of data packets, if an amount of electrical energy that can be supplied by the power supply device for transmitting the respective data packet is not sufficient ,
  • the data transmission arrangement comprises a power supply device for supplying the data transmission device with electrical energy, wherein the energy supply device has an energy harvesting element for line-independent power generation from the environment of the data transmission device; means for determining payload data provided by a sensor element connected to the data transmission device; means for channel coding the payload data to obtain channel coded data; means for dividing the channel coded data into a plurality of data packets having a code rate of less than one; and means for transmitting data packets adapted to transmit the plurality of data packets at a time interval over a communication channel, provided that an amount of electrical power provided by the power supply device is sufficient to transmit the respective data packets having a standard transmit power.
  • the device for sending data packets is designed to transmit a data packet of the plurality of data packets having a reduced transmit power, if an amount of electrical energy that can be supplied by the power supply device is sufficient to transmit the respective data packet with the reduced transmit power Transmission power compared to the standard transmission power by a maximum of 40 dB is reduced; and / or not to send or delay sending a pending data packet of the plurality of data packets if an amount of electrical energy that can be supplied by the power supply device is insufficient to transmit the respective data packet.
  • a data receiver having means for receiving data packets, the data packets each having a code rate of less than one and transmitted at a time interval over a communication channel, wherein the means for receiving data packets is adapted to package the data packets in one To determine a received data stream to determine a respectively caused by the transmission of the data packets receiving power change (or received energy change) of the receive data stream, and further processing those data packets of the data packets as received data packets, its in the means for receiving data packets caused receive power change (or received energy change) a threshold which is chosen so that the corresponding data packets are suitable for decoding exceeds; and means for processing received data packets configured to perform channel decoding of the received data packets to determine payload data contained in the data packets.
  • the present invention is based on the idea that the plurality of data packets, each containing a part of the channel-coded data, with a standard transmission power and to transmit a time interval via a communication channel, provided that an electric energy amount that can be supplied by the energy supply device is sufficient for this purpose. If, however, the amount of electrical energy that can be supplied by the energy supply device is not sufficient for this purpose, a data packet pending transmission (for example, the next data packet to be transmitted according to a queue) of the plurality of data packets is sent as a function of the available electrical energy quantity with reduced transmission power , not sent, or sent later. In the transmission of the data packets over a communication channel from the self-powered data sending device to a data receiver, the data packets may be disturbed, for example by noise or other data transmitters transmitting data packets simultaneously in the same or similar frequency band.
  • the means for receiving data packets of the data receiver is therefore configured to determine the received power change of the received data stream caused by the transmission of the data packets in the means for receiving data packets, respectively, and each of the data packets based on the data packet originating in the means for receiving data packets Weighting receive power change for further processing to obtain received data packets.
  • FIG. 1 For embodiments of the present invention, provide a method of operating a data transmission device.
  • the data transmission device has a power supply device for supplying the data transmission device with electrical energy.
  • the method comprises determining payload data provided by a sensor element connected to the data transmission device; Channel coding the payload data to obtain channel coded data; Dividing the channel coded data into a plurality of data packets having a code rate of less than one; Transmitting the plurality of data packets at a time interval over a communication channel, provided that an amount of electrical energy that can be supplied by the power supply device is sufficient for transmitting the respective data packets with a standard transmission power.
  • sending the plurality of data packets comprises transmitting a pending data packet of the plurality of data packets with a reduced transmission power if an amount of electrical energy that can be supplied by the power supply device for transmission of the respective data packet with the reduced transmission power is sufficient, the reduced transmission power being reduced by at most 40 dB compared to the standard transmission power; or sending a pending data packet of the plurality of data packets is not or delayed, if an amount of electrical energy that can be provided by the energy supply device for transmitting the respective data packet is not sufficient.
  • Further embodiments provide a method for operating a data receiver.
  • the method includes receiving data packets, the data packets each having a code rate of less than one and transmitted at a time interval over a communication channel, wherein receiving data packets determining the data packets in a receive data stream and determining a respective caused by the transmission of the data packets
  • Receiving power change of the receiving data stream comprises; Weighting each of the data packets for further processing based on the evoked receive power change of the receive data stream to obtain received data packets; and further processing of the received data packets, wherein in the further processing of the received data packets a dependent of the weighting of the received data packets channel coding of the received data packets is performed to receive payload data contained in data packets.
  • Fig. 1 is a schematic block diagram of a data transmission arrangement, according to a
  • FIG. 2 is a schematic block diagram of a data receiver according to FIG.
  • FIG. 3 is a schematic block diagram of a system having a data transmission device and a data receiver, according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a diagram of a spectral coverage of the transmission channel over which the data packets are transmitted, plotted over time; a schematic view of a data packet in complex vector representation with a synchronization sequence, which is arranged between the data contained in the data packet; a schematic view of a data packet in complex vector representation with a two-part synchronization sequence, wherein a first part of the synchronization sequence is arranged in front of the data contained in the data packet and a second part of the synchronization sequence is arranged according to the data contained in the data packet; a schematic view of a data packet in complex vector representation with a synchronization sequence, which is arranged between the data contained in the data packet, wherein the data packet has no frequency offset; a schematic view of a data packet in complex vector representation with a two-part synchronization sequence, wherein a first part of the synchronization sequence is arranged in front of the data contained in the data packet and a second part of the synchronization sequence is arranged according to the data contained in the data
  • 5e a schematic view of a data packet in complex vector representation with a synchronization sequence which is arranged between the data contained in the data packet, wherein the data packet has a frequency offset;
  • 5f is a schematic view of a data packet in complex vector representation with a two-part synchronization sequence, wherein a first part of the synchronization sequence is arranged before the data contained in the data packet and a second part of the synchronization sequence is arranged according to the data contained in the data packet, and wherein Data packet has a frequency offset; 6 shows a flow chart of a method for operating a data transmission arrangement, according to an exemplary embodiment of the present invention; and 7 is a flowchart of a method of operating a data receiver, according to one embodiment of the present invention.
  • the same or equivalent elements are provided with the same reference numerals in the figures, so that their description in the different embodiments is interchangeable.
  • the data transmission arrangement 100 comprises a power supply device 102 for supplying the data transmission device 100 with electrical energy. Further, the data transmission device 100 comprises means 104 for determining payload data provided by a sensor element 116 connected to the data transmission device 100, means 106 for channel coding the payload data to obtain channel coded data, and means 108 for dividing the channel coded data into a plurality of data packets with a code rate of less than one.
  • the data transmission arrangement 100 comprises a device 110 for transmitting data packets 1 12, which is configured to transmit the plurality of data packets at a time interval via a communication channel, provided that an amount of electrical energy that can be supplied by the energy supply device 102 is for transmitting the respective one Data packets with a standard transmission power is sufficient.
  • the device 110 for sending data packets 112 is configured to transmit a data packet of the plurality of data packets 112 with a reduced transmission power, if an amount of electrical energy that can be supplied by the energy supply device 102 is sufficient to transmit the respective data packet with the reduced transmission power wherein the reduced transmit power compared to the standard transmit power is at most 40 dB (or 1 dB, 3 dB, 6 dB, 9 dB, 10 dB, 12 dB, 15 dB, 18 dB, 21 dB, 24 dB or 30 dB, 40 dB ) or to not send or delay transmission of a pending data packet of the plurality of data packets 1 12 if an amount of electrical energy provided by the power supply device 102 is insufficient to transmit the respective data packet, eg if one of the Energy supply device 102 available elective amount of energy is less than the amount of electrical energy required to transmit with reduced transmission power.
  • the channel coded data is divided into a plurality of data packets 112, each containing only a portion of the channel coded data, such that the plurality of data packets 112 are each shorter than the channel coded data or a telegram containing the channel coded data contains, and sent with a time interval via a communication channel, provided that an electric energy amount that can be provided by the energy supply device 102 is sufficient for this purpose.
  • a data packet of the plurality of data packets 1 2 pending transmission is either transmitted with reduced transmission power or not transmitted later (depending on the available electrical energy quantity) at a later time, the amount of electric energy that can be supplied by the power supply device 102 is sufficient for transmitting with standard transmission power or reduced transmission power).
  • the power supply device 102 may include an energy storage such as an energy storage device. a battery or a capacitor. Furthermore, the energy supply device 102 may have an energy harvesting element 114 for line-independent energy generation from the environment of the data transmission device 100. When using a small battery (button cell) or an energy harvesting element 114, there may not be enough energy available to transmit the amount of data desired by the user. In this case, for example, individual data packets of a telegram can be omitted.
  • Energy harvesting is the extraction of electrical energy from the environment, ie the conversion of the energy present in the environment (non-electrical) into electrical energy.
  • the energy harvesting element 114 may be configured to convert energy of deformation, kinetic energy, thermal energy, flow energy, electromagnetic energy, or light energy into electrical energy for energy production.
  • the energy harvesting element 14 may comprise, for example, a solar cell, a thermoelectric generator, a piezoelectric crystal, or a Peltier element.
  • the energy supply device 102 may have an energy store for storing the energy gained by the energy harvesting element 114.
  • the energy storage such as a battery or a capacitor, is usually designed or suitable only for a short, pulse-like (bursty) load.
  • the device 110 for transmitting data packets 112 can be designed to select the time interval with which the data packets 1 12 are sent in such a way that a load on the energy store of the energy supply device 102 is reduced.
  • the device 108 for dividing the channel-coded user data can be designed to select a number of data packets 112 to which the channel-coded user data are divided, such that a load on the energy store of the energy supply device 102 is reduced.
  • the time interval with which the data packets 112 are sent via the communication channel and the number of data packets 112 to which the channel-coded user data is divided (and thus the length of the individual data packets) can influence or reduce the load on the energy store . to be controlled.
  • the means 110 for sending data packets 112 may be configured to narrow the data packets 112 to increase the range with a data rate of less than 50 kbit / s, z. B. with 40 kbit / s, 30 kbit / s, 20 kbit / s or 10 kbit / s, instead of z. B. to send at a data rate of 100 kbit / s over the communication channel.
  • SNR Signal-to-Noise Ratio
  • the increased load of the energy storage can be compensated by the channel-coded data is divided into a plurality of data packets 112 and sent with a time interval over the communication channel, the data packets 112 are each shorter than a single data packet (or message) which contains (total) channel coded data.
  • the plurality of data packets 112 may each have a length of 20 symbols (or 30, 40 or 50 symbols) or less.
  • the payload data which is determined by the means 104 for determining useful data, are provided by a sensor element 116 connected to the transmission arrangement 100.
  • the sensor element 116 may be part of the data transmission Order 100, or in other words, the data transmission device 100 may include the sensor element 116.
  • the sensor element 116 may be, for example, a temperature sensor, condition sensor, heating current or water meter.
  • the user data can thus be a sensor value, state (eg switch position) or counter reading.
  • the payload data may have a data amount of less than 1 kbit.
  • the payload data provided by the sensor element 116 may be channel coded by the means 106 for channel coding the payload data to obtain channel coded data.
  • the device 108 for splitting the channel-coded data can be configured to divide the channel-coded data into a plurality of data packets 112, so that the plurality of data packets 112 each have only a part of the channel-coded data, or in other words, so that the A plurality of data packets are shorter than a single data packet (or telegram) containing the (entire) channel coded data.
  • the data packet transmission device 110 then transmits the plurality of data packets 112 at a time interval across the communication channel, i. between the data packets 112, also referred to herein as hop, there are pauses (transmission pauses) in which no transmission takes place.
  • the device 110 for sending data packets can be designed to send the plurality of data packets 112 at different frequencies (English, frequency hopping).
  • the means 110 for sending data packets 112 may be e.g. the plurality of data packets 112 simultaneously transmit on multiple (at least two) frequencies and / or vary or vary the transmit frequency during transmission of the plurality of data packets 112.
  • the means 108 for splitting the channel coded data into a plurality of data packets 112 may be configured to provide at least two of the data packets with a synchronization sequence for synchronizing the data packets in a data receiver.
  • the data sending device 100 may also include means 109 for providing the data packets with synchronization sequences.
  • the means 108 for dividing the channel-coded data into a plurality of data packets 112 may be designed to vary an arrangement of the synchronization sequences in the at least two data packets, such that a data packet of at least two data packets one arrangement of the synchronization sequence, which differs from the arrangement of the synchronization sequence of another data packet of the at least two data packets.
  • the means 108 for splitting the channel-coded data into a plurality of data packets 12 may be designed to provide a first data packet of the at least two data packets with a synchronization sequence such that the synchronization sequence is at a beginning (or an end, or divided at a Beginning and at one end (see Fig. 5b)) of the data packet is arranged, and to provide a second data packet of the at least two data packets with a synchronization sequence such that the synchronization sequence between the channel-coded data containing the second data packet arranged is.
  • the means 108 for dividing the channel-coded data into a plurality of data packets 12 may also be designed to provide each of the data packets with a synchronization sequence for the synchronization of the data packets 12 in a data receiver and to arrange the synchronization sequences in the data packets 1 12, so that at least one data packet of the data packets 1 12 has an arrangement of the synchronization sequence which deviates from the arrangement of the synchronization sequence of another data packet of the data packets 112.
  • FIG. 2 shows a schematic block diagram of a data receiver 200 according to an embodiment of the present invention.
  • the data receiver 200 has a device 202 for receiving data packets 1 12, wherein the data packets 1 12 each have a code rate of less than one and are transmitted at a time interval via a communication channel.
  • the device 202 for receiving data packets 1 12 is designed to determine the data packets 1 12 in a receive data stream to determine a respectively caused by the transmission of the data packets 1 12 receiving power change (or received energy change) of the receive data stream, and each of the data packets based on the receive power change (or receive power change) induced in the means 202 for receiving data packets 1 12 for further processing to obtain received data packets.
  • the data receiver 200 has a device 202 for the further processing of received data packets, which is designed to carry out a channel decoding of the received data packets depending on the weighting of the received data packets in order to determine useful data contained in the data packets.
  • a device 202 for the further processing of received data packets, which is designed to carry out a channel decoding of the received data packets depending on the weighting of the received data packets in order to determine useful data contained in the data packets.
  • data packets may be disturbed, for example by noise or by other data transmitters transmitting data packets simultaneously in the same or similar frequency band.
  • the means 202 for receiving data packets 112 are designed to detect the reception power change of the received data stream caused by the transmission of the data packets 112 in the data packet receiving means 202 of the data receiver 200, respectively weighting each of the data packets based on the received power change caused in the means 202 for receiving data packets 1 12 such that the means 204 for processing the data packets may perform weight-based channel decoding of the received data packets to provide the payload contained in the data packets determine.
  • the received power change of the received data stream caused by the transmission of the data packets 112 is thus determined and used to weight the data packets for or in the processing.
  • the device 204 for further processing of the received data packets can be designed to take greater account of data packets with a higher weighting in the channel decoding than data packets with a lower weighting. A received data packet can thus be weighted into the decoding. The higher the received power, the more it can be weighted during decoding.
  • the means 202 for receiving data packets 112 can be designed to further process those data packets of the data packets 112 as received data packets whose received power change caused in the means 202 for receiving data packets 112 exceed a threshold value which is selected such that the corresponding data packets are suitable for decoding.
  • the means 202 for receiving data packets 112 can be designed to discard those data packets of the data packets 112 whose received power change caused in the means 202 for receiving data packets 112 is less than or equal to the threshold value.
  • the means 202 for receiving data packets 112 may also be designed to transmit all the data packets in the channel decoding with an increasing receive line. change with increasing weighting.
  • the data packet receiving means 202 may also be configured to determine, based on the received power change, a probability with which a data packet was sent and weight the data packets based on the probability, respectively.
  • means 202 for receiving data packets 112 may also be configured to evaluate other characteristics of the receive data stream, eg, spectral characteristics, to determine whether a data packet has been sent and how much weight to consider in subsequent further processing / channel decoding ,
  • the device (202) for receiving data packets (112) can be designed to further process those data packets of the data packets (1 12) as received data packets whose received power change caused in the device (202) for receiving data packets (12) has a threshold value which is selected such that the corresponding data packets are suitable for decoding (channel decoding) and to discard those data packets of the data packets (1 12) whose received power change caused in the means for receiving data packets is less than or equal to the threshold value.
  • the means 202 for receiving data packets 112 may be configured to determine, based on the received power change of the receive data stream, whether a data packet has been sent and / or to determine from the received power change of the receive data stream whether a transmitted data packet has been superimposed by a disturber.
  • the means 202 for receiving data packets 112 can thus be designed to determine whether another subscriber is transmitting in the channel (transmission channel), e.g. by receiving power comparison for reception at other times.
  • the device 202 for receiving data packets 112 can be designed to determine a reception power of the reception data stream before the reception of the respective data packet, during the reception of the respective data packets and / or after the reception of the respective data packet, by the Transmission of the respective data packet caused receive power change of the receive data to determine.
  • each of the data packets 112 may be provided with a synchronization sequence for synchronizing the respective data packet in the data receiver 200.
  • the means 202 for receiving data packets 12 may be configured to locate the data packets 112 in the receive data stream based on the synchronization sequences to determine the data packets 112 in the receive data stream.
  • the device 204 for further processing of the received data packets can be designed to adapt the weighting of the received data packets for subsequent further processing / channel decoding based on the synchronization sequences of the received data packets. Further, the means 204 for further processing the received data packets based on the synchronization sequences of the received data packets can determine those data packets and consider (or discard) with a lower weighting in the channel decoding, which are not or less well suited for decoding.
  • 3 shows a schematic block diagram of a system 300 according to an embodiment of the present invention. The system includes the data transmission device 100 shown in FIG. 1 and the data receiver 200 shown in FIG.
  • the system 300 shown in FIG. 3 will be described in more detail below. However, the following description is equally applicable to the data transmission device 100 shown in FIG. 1 and the data receiver 200 shown in FIG.
  • the energy supply device 102 of the data transmission device 100 has an energy harvesting element 114.
  • an energy harvesting element 114 or energy harvesting method
  • a constant power supply may not be possible.
  • data transmission arrangements 100 which are battery operated, but in which only a limited amount of energy per time can be taken.
  • the channel-coded data is divided into a plurality of data packets 112 and transmitted at a time interval via a communication channel.
  • data packets 112 can not be transmitted depending on the power supply or with a lower transmission power.
  • Embodiments also describe approaches to solving how the data transmission devices 100 can be synchronized and detected (channel decoded) with missing or failed packets. This is especially applicable when many data transmission devices 100 are transmitting and interfering at the same time, or when other systems are operating and interfering in the same frequency band.
  • FIG. 4 shows in a diagram a spectral coverage of the transmission channel over which the data packets are transmitted plotted over time.
  • a narrow-band interferer 128 having a similar bandwidth of about 1 kbit / s or less and wideband interferers 130 having a bandwidth greater than 1 kbit / s.
  • narrowband transmission systems generally do not use telegram splitting (TS)
  • TS telegram splitting
  • the transmitter duration of a data packet to be transmitted is significantly longer than in the telegram division method. Therefore, by measuring the received power before and / or after a TS data packet 112, it can be detected whether another data packet has been sent by another transmitter or system. If there is a receive power on the same frequency before and / or after the TS data packet 112, then an interference signal is present and the TS data packet 112 is no longer used for the decoding.
  • the narrow-band interferer may have a frequency deviation with respect to the TS data packet, by measuring the received power at the transmission frequency fc of the TS data packet 112, a lower received power due to the frequency offset can be measured than is actually generated by the interferer. Therefore, it may also be useful in the adjacent frequency ranges of the TS data packet 112 to determine the receive power. This can be advantageous, in particular, even with broadband interferers 130. High bandwidth wideband interferers 130 occupy a wider frequency bandwidth in the spectrum. However, the data packets sent are much shorter in time due to the higher data rate for the same amount of data compared to narrowband transmission systems. In the worst case, the data packets are the same length or shorter than data packet 112 in the TS method.
  • a disturber can not be determined by measuring the received power before or after the TS data packet 112.
  • a wideband interferer can then be determined.
  • the limited-power data transmitter (transmitter) 100 transmits in the telegram splitting (TS) method, or in other words, the channel-coded data (telegram) is divided into a plurality of Data packets 112 divided and sent with a time interval over a communication channel. If there is insufficient energy, individual data packets 1 12 are not sent or simply sent with reduced transmission power. In the data receiver 200 undisturbed or only slightly disturbed received data packets (packets) 1 12 can be filtered out of the receive data stream and channel decoded. Disturbed data packets can not be considered or only with a lower weighting.
  • TS telegram splitting
  • the data receiver 200 can be determined in the data receiver 200 whether and / or with what probability a data packet was sent by the data transmission arrangement 100 and whether this data packet (transmission packet or sub-packet) was disturbed. If the data packet (transmit packet) 1 12 is undisturbed, then it is used, otherwise not or with a lower weight, whereby the result of the channel decoding can be improved.
  • the received power of the received data stream can be measured in the data receiver 200 before receiving the respective data packets and after receiving the respective data packets, and additionally in relation to each other and in relation to the received energy the respective data packets (received subpacket energy) are set.
  • a fault can be determined.
  • the received energies of different data packets 1 12 can be compared on the same frequency or on adjacent frequencies.
  • a continuity of the received power within the respective data packet (subpacket) 1 12 can be monitored.
  • EVM error vector magnitude
  • the telegram is interrupted, which allows a measurement of the interference power between the data packets (parcels) 1 12 allowed. To accurately determine the transmission times, it requires a good synchronization.
  • Error protection codes such as convolutional codes; Reed Solomon codes or even turbo codes, telegrams (receiving packets) can be missing with a larger amount Restore symbols if it is known which symbols have been disturbed as having disturbed symbols that are not known to be defective.
  • data is recorded, but also somewhat before and after. This before / after information is used to estimate symbol security. For example, if before and after the power level at the receiving frequency is high compared to the average power level at the receiving frequency, the amount of interference from interferers resulting, for example, from other transmitters can be estimated.
  • the system 300 includes only one receiver 200 and uses frequency hopping, it is necessary to make transmission pauses between the hops (data packets) 112 and to use all or part of these pauses at the data receiver 300 to detect if a jammer (engl. interferer) is active. This is used with the TS method and evaluated in the described procedure. Thus it can be estimated or recognized whether and how strongly the received symbols are disturbed and can be used. In the extreme case, the TS receiver 200 only takes the data packets (subpackets) 112 that were not likely to be disturbed.
  • a telegram is transmitted continuously, it is not readily possible, especially with the small data packets (subpackets) 112 made possible by the TS method, to detect where interferers that have a performance similar to those of the Useful signal or even smaller than that of the useful signal, superimpose this useful signal and thus disturb (strong interferers are easier to detect, since the signal level rises sharply, this can also be detected while a useful signal is detected).
  • the disturbed telegram symbols can not be well rejected or recognized as disturbed.
  • the TS method is used for the transmission and thus increases the efficiency of the transmission system, since in the transmission pauses no transmission energy is consumed, but the receiver 200 there the state of the channel, so whether disturbers (engl , interferer) are active, can determine.
  • the TS method can be used very beneficial.
  • the signal power Pv may be measured before the time slot at which a hop 112 should arrive, the signal power Pw during the time slot at which a hop 112 should arrive and the signal power Pn after the time slot at which a hop 112 should arrive. If Pw is now higher than Pv and Ph, the data receiver 200 can assume that the data transmission arrangement has sent the hop (or the data packet) 112.
  • the data receiver 200 can detect this (possibly only the probability that the data transmission device 100 has not sent) and this information in the forward error correction ) use. If a forward error correction is used, or even more specifically a so-called Erasure code (these are codes that can deal very well with missing pieces of information, normal conversion codes can be used here, but also special codes like the Fountain codes). , then the data receiver 200 may reconstruct the telegram (receive packet) if enough other symbols have been received. If the receiver 200 has enough symbols, it may try to decode.
  • a forward error correction is used, or even more specifically a so-called Erasure code (these are codes that can deal very well with missing pieces of information, normal conversion codes can be used here, but also special codes like the Fountain codes).
  • the detection can also receive transmission arrangements 100 (sensor nodes) which, for energy reasons, do not send some hops 112. It is important at this point that a hop 112 alone does not suffice for the detection, several hops 12 are evaluated in order to detect a telegram with the received pattern of synchronization hops or pilots in data hops.
  • a sync pattern (so-called pilot symbols) may be transmitted.
  • the sync pattern is alternated by two or more different arrangements of the pilots.
  • FIG. 5a shows a schematic view of a data packet 112 with a synchronization sequence 162 which is arranged between the data 160 contained in the data packet 112 (hop structure a)).
  • Fig. 5a shows the data packet 112 (received signal) in complex vector representation.
  • FIG. 5b shows a schematic view of a data packet 112 with a two-part synchronization sequence 162a and 162b, wherein a first part of the synchronization sequence 162a is arranged before the data 160 contained in the data packet 112 and a second part of the synchronization sequence 162b according to the data packet 112 ent - holding data 160 is arranged (hop structure b)).
  • Fig. 5b shows the data packet 112 (received signal) in complex vector representation.
  • the arrangement of the synchronization sequence shown in Fig. 5a can be better used for initial synchronization, eg by correlation, while the arrangement of the synchronization sequence shown in Fig. 5b can be better used for frequency estimation. Knowing the exact frequency offset enables, among other things, the use of efficient modulation types.
  • a pilot pattern (content of the pilots, not the arrangement) is used, which occupies only a narrow spectral range, this can be found by less computational effort than a pilot pattern, which occupies a broad spectral range. If, for example, some pilots use 112 pilots that are the same, they can be found using a so-called moving sum with little computational effort. However, the determination of the exact synchronization time with such a pilot pattern is not well possible. In order to determine the synchronization time more accurately, then in other hops 1 12 a suitable pilot pattern with a wider spectral range is used. In this case, if necessary, no extra energy is wasted on the synchronization, since the pilots are also or anyway used for the channel equalization.
  • a single hop 112 may be considered, but several, since a known hopping pattern is used.
  • the frequency does not change or only slightly changes over the hops 112.
  • the proposed estimate of the channel state is used.
  • FIG. 5c shows a schematic view of a data packet 112 in complex vector representation with a synchronization sequence 162, which is between those in the data packet 112 data is arranged (hop structure a)), wherein the data packet 112 (received signal) has no frequency offset.
  • the received signal 112 has a phase rotation with respect to the transmission signal in accordance with hop structure a) (FIG. 5 a), since transmitter 100 and receiver 200 do not work in phase synchronization.
  • FIG. 5c shows the complex vector representation correlation sequence 140, the product 142 from the synchronization sequence 162 and the correlation sequence 140, and the correlation result 144, which corresponds to the sum across the individual products.
  • FIG. 5d shows a schematic view of a data packet 112 in complex vector representation with a two-part synchronization sequence 162a and 162b, wherein a first part of the synchronization sequence 162a is arranged before the data 160 contained in the data packet 112 and a second part of the synchronization sequence 162b according to FIG Data packet 112 data 160 is arranged (hop structure b), and wherein the data packet 112 (received signal) has no frequency offset.
  • the received signal 112 shown in FIG. 5d also has a phase rotation in relation to the transmission signal corresponding to hop structure b) (FIG. 5b), since transmitter 100 and receiver 200 do not work in phase synchronization.
  • the two-part correlation sequence 140a and 140b are each in complex vector representation, the products 142a and 142b from the synchronization sequences 162a and 162b and the correlation sequences 140a and 140b, and the correlation result 144 which corresponds to the sum across the individual products represented.
  • 5e shows a schematic view of a data packet 112 with a synchronization sequence 162 which is arranged between the data 160 contained in the data packet 112 (hop structure a)), wherein the data packet 112 (received signal) has a frequency offset.
  • FIG. 5e shows the complex vector representation correlation sequence 140, the product 142 from the synchronization sequence 162 and the correlation sequence 140, and the correlation result 144, which corresponds to the sum across the individual products.
  • the correlation peak has become slightly smaller in this case.
  • this pilot arrangement is robust to frequency offset.
  • the receiver 200 must simultaneously seek the transmit signal at fewer frequencies.
  • FIG. 5f shows a schematic view of a data packet 112 in complex vector representation with a two-part synchronization sequence 162a and 162b, wherein a first part of the synchronization sequence 162a is arranged before the data 160 contained in the data packet 112 and a second part of the synchronization sequence 162b after that in FIG Data packet 112 data 160 is arranged (hop structure b), and wherein the data packet 112 (received signal) has a frequency offset.
  • the two-part correlation sequence 140a and 140b are each in complex vector representation, the products 142a and 142b from the synchronization sequences zen 162a and 162b and the correlation sequences 140a and 140b, and the correlation result 144, which corresponds to the sum across the individual products represented.
  • the frequency offset can be well estimated, in the case of frequency offset results in a much lower correlation peak than with hop construction a).
  • the data transmission arrangement 100 has a power supply device 102 for supplying the data transmission system 100 with electrical energy.
  • the method includes determining 402 user data provided by a sensor element 116 connected to the data transmission device 100; Channel coding 404 the payload data to obtain channel coded data; Dividing 406 the channel coded data into a plurality of data packets having a code rate of less than one; Transmitting 408 of the plurality of data packets 112 at a time interval over a communication channel, if an amount of electrical energy that can be supplied by the energy supply device 102 is sufficient for transmitting the respective data packets 112 with a standard transmission power.
  • the transmission 408 of the plurality of data packets 112 comprises transmission of a pending data packet of the plurality of data packets 112 with a reduced transmission power, if an amount of electrical energy that can be supplied by the energy supply device 102 is sufficient for transmitting the respective data packet with the reduced transmission power Transmit power is reduced by a maximum of 40dB compared to the standard transmit power; and / or sending a pending data packet of the plurality of data packets 112 is not or delayed if an amount of electrical energy that can be provided by the energy supply device 102 is insufficient for transmitting the respective data packet.
  • the method 500 comprises receiving 502 data packets 112, the data packets 112 each having a code rate of less than one and being transmitted at a time interval via a communication channel, wherein the receiving 502 of data packets 112, determining the data packets 112 in a receive data ström and determining a respectively caused by the transmission of the data packets 112 receiving power change of the receive data stream. Further, the method 500 includes weights 504 of each of the data packets for further processing based on the induced receive power change to obtain received data packets.
  • the method 500 comprises further processing 506 of the received data packets, wherein in the further processing of the received data packets, a channel decoding dependent on the weighting of the received data packets is performed in order to obtain useful data contained in the data packets.
  • Embodiments of the present invention make it possible to adapt the transmission mode of a transmission arrangement 100 to the energy available in each case and nevertheless to restrict the transmission reliability only slightly.
  • the data receiver 200 can synchronize this transmit signal with less computing power and nevertheless accurately estimate the frequency offset.
  • Embodiments relate to a wireless method for energy-harvesting data transmitters 100, in which the data to be transmitted are divided into small data packets (subpackets) 112. Individual data packets 112 can be transmitted with less power or not at all if the power supply is too low.
  • the data receiver 200 detects if data packets 112 are missing or disturbed and discards them so as to improve the result of the channel decoding.
  • Embodiments are directed to a system 300 for transferring small amounts of data from a large number of sending devices (nodes) 100, such as sensor data, such as heating, electricity, or water meters, to a data receiver (base station) 200.
  • a data receiver (base station) 200 receives (and possibly controls) a large number of transmitting arrangements (nodes) 100.
  • the data receiver (base station) 200 has more computing power and also more complex hardware, ie in general also a receiver 202 with higher performance available.
  • inexpensive quartzes which mostly have a frequency offset of 5 ppm, 10 ppm or more are used.
  • Embodiments deal with the wireless transmission method, which can also be transferred to other fields of application.
  • aspects have been described in the context of a device, it is understood that these aspects also include a description of the corresponding device. represent a block or a component of a device as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.
  • Some or all of the method steps may be performed by a hardware device (or using a hardware device). Apparatus), such as a microprocessor, a programmable computer or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the most important method steps may be performed by such an apparatus.
  • embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software.
  • the implementation may be performed using a digital storage medium, such as a floppy disk, a DVD, a Blu-ray Disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or FLASH memory, a hard disk, or other magnetic disk or optical memory are stored on the electronically readable control signals that can cooperate with a programmable computer system or cooperate such that the respective method is performed. Therefore, the digital storage medium can be computer readable.
  • some embodiments according to the invention include a data carrier having electronically readable control signals capable of interacting with a programmable computer system to perform one of the methods described herein.
  • embodiments of the present invention may be implemented as a computer program product having a program code, wherein the program code is operable to perform one of the methods when the computer program product runs on a computer.
  • the program code can also be stored, for example, on a machine-readable carrier.
  • Other embodiments include the computer program for performing any of the methods described herein, wherein the computer program is run on a machine. is stored in a readable carrier.
  • an embodiment of the method according to the invention is thus a computer program which has a program code for performing one of the methods described herein when the computer program runs on a computer.
  • a further embodiment of the inventive method is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program is recorded for carrying out one of the methods described herein.
  • a further embodiment of the method according to the invention is thus a data stream or a sequence of signals, which represent the computer program for performing one of the methods described herein.
  • the data stream or the sequence of signals may be configured, for example, to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet.
  • Another embodiment includes a processing device, such as a computer or programmable logic device, configured or adapted to perform any of the methods described herein.
  • a processing device such as a computer or programmable logic device, configured or adapted to perform any of the methods described herein.
  • Another embodiment includes a computer on which the computer program is installed to perform one of the methods described herein.
  • Another embodiment according to the invention comprises a device or system adapted to transmit a computer program for performing at least one of the methods described herein to a receiver.
  • the transmission can be done for example electronically or optically.
  • the receiver may be, for example, a computer, a mobile device, a storage device or a similar device.
  • the device or system may include a file server for transmitting the computer program to the recipient.
  • a programmable logic device eg, a field programmable gate array, an FPGA
  • a field programmable gate array may include a Microprocessor cooperate to perform any of the methods described herein.
  • the methods are performed by any hardware device. This may be a universal hardware such as a computer processor (CPU) or hardware specific to the process, such as an ASIC.

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Abstract

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine Datensendeanordnung. Die Datensendeanordnung umfasst eine Energieversorgungseinrichtung zur Versorgung der Datensendeanordnung mit elektrischer Energie; eine Einrichtung zum Ermitteln von Nutzdaten, die von einem mit der Datensendeanordnung verbundenen Sensorelement bereitgestellt werden; eine Einrichtung zum kanalcodieren der Nutzdaten, um kanalcodierte Daten zu erhalten; eine Einrichtung zum Aufteilen der kanalcodierten Daten in eine Mehrzahl von Datenpaketen mit einer Coderate kleiner eins; und eine Einrichtung zum Senden von Datenpaketen, die ausgebildet ist, um die Mehrzahl von Datenpaketen mit einem zeitlichen Abstand über einen Kommunikationskanal zu senden, sofern eine von der Energieversorgungseinrichtung bereitstellbare elektrische Energiemenge zum Senden der jeweiligen Datenpakete mit einer Standardsendeleistung ausreichend ist. Dabei ist die Einrichtung zum Senden von Datenpaketen ausgebildet, um ein zum Senden anstehendes Datenpaket der Mehrzahl von Datenpaketen mit einer reduzierten Sendeleistung zu senden, falls eine von der Energieversorgungseinrichtung bereitstellbare elektrischen Energiemenge zum Senden des jeweiligen Datenpakets mit der reduzierten Sendeleistung ausreichend ist, wobei die reduzierte Sendeleistung verglichen mit der Standardsendeleistung um höchstens 40 dB reduziert ist; und/oder ein zum Senden anstehendes Datenpaket der Mehrzahl von Datenpaketen nicht zu senden oder verzögert zu senden, falls eine von der Energieversorgungseinrichtung bereitstellbare elektrische Energiemenge zum Senden des jeweiligen Datenpakets nicht ausreichend ist.

Description

Datensendeanordnung, Datenempfänger und Verfahren zum Betreiben derselben
Beschreibung
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Datensendeanordnung, einen Datenempfänger, ein System mit einer Datensendeanordnung und einem Datenempfänger, sowie Verfahren zum Betrieb derselben. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine mit Energie selbstversorgende Datensendeanordnung. Manche Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein drahtloses Übertragungsverfahren für Kleinsender mit limitierter Energieversorgung.
Für die Übertragung von kleinen Datenmengen von einer großen Anzahl von Knoten, z.B. von Sensordaten wie etwa von Heizungs-, Strom- oder Wasserzählern, zu einer Basisstation kann ein Funkübertragungssystem zum Einsatz kommen. Die Basisstation empfängt (und möglicherweise steuert) dabei eine große Anzahl von Knoten. An der Basisstation steht in der Regel mehr Rechenleistung und auch eine komplexere Hardware, d.h. im Allgemeinen auch ein Empfänger mit höherer Leistungsfähigkeit, zur Verfügung. In den Knoten werden günstige Quarze, die meistens einen Frequenzoffset von 10 ppm oder mehr aufweisen, verwendet.
Es gibt bereits verschiedene unidirektionale und bidirektionale Systeme für die Übertragung von Daten zwischen Basisstationen und Knoten. Bekannt sind Systeme wie z.B. DECT (DECT = digital enhanced cordless telecommunications, ein internationaler Standard für Telekommunikation mittels Funktechnik) und RFID (RFID = radio frequency Identification, dt. Identifizierung mit Hilfe elektromagnetischer Wellen). Typisch an diesen Systemen ist, dass die Basisstation eine Referenzfrequenz und eine Referenzzeit vorgibt, auf die sich die Teilnehmer synchronisieren. Bei RFID-Systemen gibt das RFID-Lesegerät ein Zeitfenster vor, das unmittelbar nach seiner Aussendung folgt, innerhalb dessen sich die RFID-Transponder zufällig einen Zeitpunkt für die Rückantwort aussuchen. Das vorgegebene Zeitintervall ist zudem in Zeitschlitze gleicher Länge unterteilt. Man spricht hier von einem zeitschlitzbasiertem (engl, slotted) Aloha Protokoll. Bei DECT wiederum sind Zeitschlitze innerhalb eines fest vorgegebenen Rasters vorgesehen. Die Basisstation ordnet hier einem Teilnehmer einen exakten Zeitschlitz zu, den er für die Kommunikation ver- wenden darf. Aufgrund der Ungenauigkeit durch die Quarztoleranz ist zwischen den Zeitschlitzen eine Pufferzeit vorgesehen, damit sich die Telegramme nicht überlagern.
In der DE 10 2011 082 098 A1 wird ein Verfahren zum Betrieb batteriebetriebener Daten- sender beschrieben, bei dem ein Sensordatenpaket (Telegramm) in zumindest zwei Datenpakete unterteilt wird, die kleiner sind als die eigentliche Information, die übertragen werden soll (engl, telegram Splitting). Telegramme werden dabei auf mehrere Datenpakete (Teilpakete) aufgeteilt. Ein solches Datenpaket (Teilpaket) wird als Hop bezeichnet. In einem Hop werden mehrerer Informationssymbole übertragen. Die Hops werden auf einer Frequenz oder aber über mehrere Frequenzen verteilt (engl, frequency hopping) gesendet. Zwischen den Hops gibt es Pausen, in denen nicht gesendet wird.
Datensender können nicht nur batteriebetrieben sein, sondern ihre Energie über ein Energy-Harvesting-Element aus der Umgebung beziehen, wie beispielsweise über eine Solarzelle, aus einer Bewegung oder über Temperaturdifferenzen. Bekannt ist beispielsweise das EnOcean® System für drahtlose Funkschalter.
Bei Datensendern, die Ihre Energie über ein Energy-Harvesting-Verfahren aus der Umwelt, z.B. über Licht, Temperaturunterschiede oder Vibrationen, ziehen, ist unter Umstän- den keine konstante Energieversorgung möglich. Gleiches kann auch für Datensender gelten, die Batteriebetrieben sind, bei denen aber nur eine begrenzte Energiemenge pro Zeit entnommen werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Konzept zu schaffen, welches auch bei einer begrenzten bzw. variablen Energieversorgung eine sichere und effiziente Übertragung von Nutzdaten ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Datensendeanordnung gemäß Anspruch 1 , ein Datenempfänger gemäß Anspruch 7, ein System gemäß Anspruch 13, ein Verfahren gemäß Anspruch 14, ein Verfahren gemäß Anspruch 15, einem Computerprogramm gemäß Anspruch 16 und einer Datensendeanordnung gemäß Anspruch 17.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine Datensendeanordnung mit einer Energieversorgungseinrichtung zur Versorgung der Datensendeanordnung mit elektrischer Energie; einer Einrichtung zum Ermitteln von Nutzdaten, die von einem mit der Datensendeanordnung verbundenen Sensorelement bereitgestellt werden; einer Ein- richtung zum Kanalcodieren der Nutzdaten, um kanalcodierte Daten zu erhalten; einer Einrichtung zum Aufteilen der kanalcodierten Daten in eine Mehrzahl von Datenpaketen mit einer Coderate kleiner eins; und einer Einrichtung zum Senden von Datenpaketen, die ausgebildet ist, um die Mehrzahl von Datenpaketen mit einem zeitlichen Abstand über einen Kommunikationskanal zu senden, sofern eine von der Energieversorgungseinrichtung bereitstellbare elektrische Energiemenge zum Senden der jeweiligen Datenpakete mit einer Standardsendeleistung ausreichend ist. Die Einrichtung zum Senden von Datenpaketen ist dabei ausgebildet, um entweder ein zum Senden anstehendes Datenpaket der Mehrzahl von Datenpaketen mit einer reduzierten Sendeleistung zu senden, falls eine von der Energieversorgungseinrichtung bereitstellbare elektrischen Energiemenge zum Senden des jeweiligen Datenpakets mit der reduzierten Sendeleistung ausreichend ist, wobei die reduzierte Sendeleistung verglichen mit der Standardsendeleistung um höchstens 40 dB reduziert ist, oder um ein zum Senden anstehendes Datenpaket der Mehrzahl von Datenpaketen nicht zu senden oder verzögert zu senden, falls eine von der Energie- Versorgungseinrichtung bereitstellbare elektrische Energiemenge zum Senden des jeweiligen Datenpakets nicht ausreichend ist.
Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine sich mit Energie selbstversorgende Datensendeanordnung. Die Datensendeanordnung umfasst eine Energieversorgungseinrichtung zur Versorgung der Datensendeanordnung mit elektrischer Energie, wobei die Energieversorgungseinrichtung ein Energy-Harvesting-Element zur leitungsungebunden Energiegewinnung aus der Umgebung der Datensendeanordnung aufweist; eine Einrichtung zum Ermitteln von Nutzdaten, die von einem mit der Datensendeanordnung verbundenen Sensorelement bereitgestellt werden; eine Einrichtung zum kanalcodieren der Nutzdaten, um kanalcodierte Daten zu erhalten; eine Einrichtung zum Aufteilen der kanalcodierten Daten in eine Mehrzahl von Datenpaketen mit einer Coderate kleiner eins; und eine Einrichtung zum Senden von Datenpaketen, die ausgebildet ist, um die Mehrzahl von Datenpaketen mit einem zeitlichen Abstand über einen Kommunikationskanal zu senden, sofern eine von der Energieversorgungseinrichtung bereitstellbare elektrische Energiemenge zum Senden der jeweiligen Datenpakete mit einer Standardsendeleistung ausreichend ist. Dabei ist die Einrichtung zum Senden von Datenpaketen ausgebildet, um ein zum Senden anstehendes Datenpaket der Mehrzahl von Datenpaketen mit einer reduzierten Sendeleistung zu senden, falls eine von der Energieversorgungseinrichtung bereitstellbare elektrischen Energiemenge zum Senden des jeweiligen Datenpakets mit der reduzierten Sendeleistung ausreichend ist, wobei die reduzierte Sendeleistung verglichen mit der Standardsendeleistung um höchstens 40 dB reduziert ist; und/oder ein zum Senden anstehendes Datenpaket der Mehrzahl von Datenpaketen nicht zu senden oder verzögert zu senden, falls eine von der Energieversorgungseinrichtung bereitstellbare elektrische Energiemenge zum Senden des jeweiligen Datenpakets nicht ausreichend ist.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen einen Datenempfänger mit einer Einrichtung zum Empfangen von Datenpaketen, wobei die Datenpakete jeweils eine Coderate von weniger als eins aufweisen und mit einem zeitlichen Abstand über einen Kommunikationskanal gesendet werden, wobei die Einrichtung zum Empfangen von Datenpaketen ausgebildet ist, um die Datenpakete in einem Empfangsdatenstrom zu ermitteln, eine durch das Senden der Datenpakete jeweils hervorgerufene Empfangsleistungsveränderung des Empfangsdatenstroms zu ermitteln, und um jedes der Datenpakete basierend auf der in der Einrichtung zum Empfangen von Datenpaketen hervorgerufenen Empfangsleistungsveränderung für eine Weiterverarbeitung zu gewichten, um empfangene Datenpakete zu erhalten; und einer Einrichtung zum Weiterverarbeiten der empfangenen Datenpakete, die ausgebildet ist, um eine von der Gewichtung der empfangenen Datenpakete abhängige Kanaldecodierung der empfangen Datenpakete durchzuführen, um in den Datenpakten enthaltene Nutzdaten zu erhalten. Weitere Ausführungsbeispiele schaffen einen Datenempfänger mit einer Einrichtung zum Empfangen von Datenpaketen, wobei die Datenpakete jeweils eine Coderate von weniger als eins aufweisen und mit einem zeitlichen Abstand über einen Kommunikationskanal gesendet werden, wobei die Einrichtung zum Empfangen von Datenpaketen ausgebildet ist, um die Datenpakete in einem Empfangsdatenstrom zu ermitteln, eine durch das Sen- den der Datenpakete jeweils hervorgerufene Empfangsleistungsveränderung (oder Empfangsenergieveränderung) des Empfangsdatenstroms zu ermitteln, und diejenigen Datenpakete der Datenpakete als empfangene Datenpakete weiterzuverarbeiten, dessen in der Einrichtung zum Empfangen von Datenpaketen hervorgerufene Empfangsleistungsveränderung (oder Empfangsenergieveränderung) einen Schwellwert, der so gewählt ist, dass die entsprechenden Datenpakete für eine Decodierung geeignet sind, überschreitet; und eine Einrichtung zum Weiterverarbeiten von empfangenen Datenpaketen, die ausgebildet ist, um eine Kanaldecodierung der empfangen Datenpakete durchzuführen, um in den Datenpaketen enthaltene Nutzdaten zu ermitteln. Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, die Mehrzahl von Datenpaketen, die jeweils einen Teil der kanalcodierten Daten enthalten, mit einer Standardsendeleistung und einem zeitlichen Abstand über einen Kommunikationskanal zu senden, sofern eine von der Energieversorgungseinrichtung bereitstellbare elektrische Energiemenge hierfür ausreichend ist. Sollte die von der Energieversorgungseinrichtung bereitstellbare elektrische Energiemenge hierfür hingegen nicht ausreichend sein, wird ein zum Senden anste- hendes Datenpaket (z.B. das nächste zu sendende Datenpaket gemäß einer Warteschlange) der Mehrzahl von Datenpaketen in Abhängigkeit von der zur Verfügung stehenden elektrischen Energiemenge mit reduzierter Sendeleistung gesendet, nicht gesendet, oder später gesendet. Bei der Übertragung der Datenpakete über einen Kommunikationskanal von der sich selbst mit Energie versorgenden Datensendeanordnung zu einem Datenempfänger können die Datenpakete gestört werden, beispielsweise durch Rauschen oder durch andere Datensender, die gleichzeitig im gleichen oder ähnlichem Frequenzband Datenpakete senden.
Die Einrichtung zum Empfangen von Datenpaketen des Datenempfängers ist daher konfiguriert, um die durch das Senden der Datenpakete in der Einrichtung zum Empfangen von Datenpaketen jeweils hervorgerufene Empfangsleistungsveränderung des Empfangsdatenstroms zu ermitteln, und um jedes der Datenpakete basierend auf der in der Einrichtung zum Empfangen von Datenpaketen hervorgerufenen Empfangsleistungsveränderung für eine Weiterverarbeitung zu gewichten, um empfangene Datenpakete zu erhalten.
Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen ein Verfahren zum Betrieb einer Datensendeanordnung. Die Datensendeanordnung weist eine Energieversorgungseinrichtung zur Versorgung der Datensendeanordnung mit elektrischer Energie auf. Das Verfahren umfasst Ermitteln von Nutzdaten, die von einem mit der Datensendeanordnung verbundenen Sensorelement bereitgestellt werden; Kanalcodieren der Nutzdaten, um kanalcodierte Daten zu erhalten; Aufteilen der kanalcodierten Daten in eine Mehr- zahl von Datenpaketen mit einer Coderate kleiner eins; Senden der Mehrzahl von Datenpaketen mit einem zeitlichen Abstand über einen Kommunikationskanal, sofern eine von der Energieversorgungseinrichtung bereitstellbare elektrische Energiemenge zum Senden der jeweiligen Datenpakete mit einer Standardsendeleistung ausreichend ist. Dabei umfasst das Senden der Mehrzahl von Datenpaketen Senden eines anstehenden Datenpa- kets der Mehrzahl von Datenpaketen mit einer reduzierten Sendeleistung, falls eine von der Energieversorgungseinrichtung bereitstellbare elektrische Energiemenge zum Senden des jeweiligen Datenpakets mit der reduzierten Sendeleistung ausreichend ist, wobei die reduzierte Sendeleistung verglichen mit der Standardsendeleistung um höchstens 40 dB reduziert ist; oder Senden eines anstehendes Datenpakets der Mehrzahl von Datenpaketen nicht oder verzögert, falls eine von der Energieversorgungseinrichtung bereitstellbare elektrische Energiemenge zum Senden des jeweiligen Datenpakets nicht ausreichend ist.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zum Betrieb eines Datenempfängers. Das Verfahren umfasst Empfangen von Datenpaketen, wobei die Datenpakete jeweils eine Coderate von weniger als eins aufweisen und mit einem zeitlichen Abstand über einen Kommunikationskanal gesendet werden, wobei das Empfangen von Datenpaketen Ermitteln der Datenpakete in einem Empfangsdatenstrom und Ermitteln einer durch das Senden der Datenpakete jeweils hervorgerufenen Empfangsleistungsveränderung des Empfangsdatenstroms umfasst; Gewichten jedes der Datenpakete für eine Weiterverarbeitung basierend auf der hervorgerufenen Empfangsleistungsveränderung des Empfangsdatenstroms, um empfangene Datenpakete zu erhalten; und Weiterverarbeiten der empfangenen Datenpakete, wobei bei dem Weiterverarbeiten der empfangenen Datenpakete eine von der Gewichtung der empfangenen Datenpakete abhängige Kanalde- codierung der empfangenen Datenpakete durchgeführt wird, um in Datenpakete enthaltene Nutzdaten zu erhalten.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Datensendeanordnung, gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild eines Datenempfängers, gemäß
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild eines Systems mit einer Datensendeanordnung und einem Datenempfänger, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 in einem Diagramm eine spektrale Belegung des Übertragungskanals über den die Datenpakete übertragen werden aufgetragen über die Zeit; eine schematische Ansicht eines Datenpakets in komplexer Vektordarstellung mit einer Synchronisationssequenz, die zwischen den in dem Datenpaket enthaltenen Daten angeordnet ist; eine schematische Ansicht eines Datenpakets in komplexer Vektordarstellung mit einer zweigeteilten Synchronisationssequenz, wobei ein erster Teil der Synchronisationssequenz vor den in dem Datenpaket enthaltenen Daten angeordnet ist und ein zweiter Teil der Synchronisationssequenz nach den in dem Datenpaket enthaltenen Daten angeordnet ist; eine schematische Ansicht eines Datenpakets in komplexer Vektordarstellung mit einer Synchronisationssequenz, die zwischen den in dem Datenpaket enthaltenen Daten angeordnet ist, wobei das Datenpaket keinen Frequenzversatz aufweist; eine schematische Ansicht eines Datenpakets in komplexer Vektordarstellung mit einer zweigeteilten Synchronisationssequenz, wobei ein erster Teil der Synchronisationssequenz vor den in dem Datenpaket enthaltenen Daten angeordnet ist und ein zweiter Teil der Synchronisationssequenz nach den in dem Datenpaket enthaltenen Daten angeordnet ist, und wobei das Datenpaket keinen Frequenzversatz aufweist;
Fig. 5e eine schematische Ansicht eines Datenpakets in komplexer Vektordarstellung mit einer Synchronisationssequenz, die zwischen den in dem Datenpaket ent- haltenen Daten angeordnet ist, wobei das Datenpaket einen Frequenzversatz aufweist;
Fig. 5f eine schematische Ansicht eines Datenpakets in komplexer Vektordarstellung mit einer zweigeteilten Synchronisationssequenz, wobei ein erster Teil der Synchronisationssequenz vor den in dem Datenpaket enthaltenen Daten angeordnet ist und ein zweiter Teil der Synchronisationssequenz nach den in dem Datenpaket enthaltenen Daten angeordnet ist, und wobei das Datenpaket einen Frequenzversatz aufweist; Fig. 6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb einer Datensendeanord- nung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und Fig. 7 ein Flussdiagramm eines Verfahren zum Betrieb eines Datenempfängers, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass deren Beschreibung in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen untereinander austauschbar ist. Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Datensendeanordnung 100, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Datensendeanordnung 100 umfasst eine Energieversorgungseinrichtung 102 zur Versorgung der Datensendeanordnung 100 mit elektrischer Energie. Ferner umfasst die Datensendeanordnung 100 eine Einrichtung 104 zum Ermitteln von Nutzdaten, die von einem mit der Datensendeanordnung 100 verbundenen Sensorelement 116 bereitgestellt werden, eine Einrichtung 106 zum Kanalcodieren der Nutzdaten, um kanalcodierte Daten zu erhalten, und eine Einrichtung 108 zum Aufteilen der kanalcodierten Daten in eine Mehrzahl von Datenpaketen mit einer Coderate kleiner eins.
Des Weiteren umfasst die Datensendeanordnung 100 eine Einrichtung 110 zum Senden von Datenpaketen 1 12, die ausgebildet ist, um die Mehrzahl von Datenpaketen mit einem zeitlichen Abstand über einen Kommunikationskanal zu senden, sofern eine von der Energieversorgungseinrichtung 102 bereitstellbare elektrische Energiemenge zum Sen- den der jeweiligen Datenpakete mit einer Standardsendeleistung ausreichend ist. Dabei ist die Einrichtung 110 zum Senden von Datenpaketen 112 ausgebildet, um ein zum Senden anstehendes Datenpaket der Mehrzahl von Datenpaketen 112 mit einer reduzierten Sendeleistung zu senden, falls eine von der Energieversorgungseinrichtung 102 bereitstellbare elektrischen Energiemenge zum Senden des jeweiligen Datenpakets mit der reduzierten Sendeleistung ausreichend ist, wobei die reduzierte Sendeleistung verglichen mit der Standardsendeleistung um höchstens 40 dB (oder 1 dB, 3 dB, 6 dB, 9 dB, 10 dB, 12 dB, 15 dB, 18 dB, 21 dB, 24 dB oder 30 dB, 40 dB) reduziert ist, oder um ein zum Senden anstehendes Datenpaket der Mehrzahl von Datenpaketen 1 12 nicht zu senden oder verzögert zu senden, falls eine von der Energieversorgungseinrichtung 102 bereit- stellbare elektrische Energiemenge zum Senden des jeweiligen Datenpakets nicht ausreichend ist, z.B. falls eine von der Energieversorgungseinrichtung 102 bereitstellbare elekt- rische Energiemenge kleiner ist als die zum Senden mit reduzierter Sendeleistung erforderliche elektrische Energiemenge.
Bei Ausführungsbeispielen werden die kanalcodierten Daten in eine Mehrzahl von Daten- paketen 112 aufgeteilt, die jeweils nur einen Teil der kanalcodierten Daten enthalten, so dass die Mehrzahl von Datenpaketen 112 jeweils kürzer sind als die kanalcodierten Daten bzw. als ein Telegramm, welches die kanalcodierten Daten enthält, und mit einem zeitlichen Abstand über einen Kommunikationskanal gesendet, sofern eine von der Energieversorgungseinrichtung 102 bereitstellbare elektrische Energiemenge hierfür ausreichend ist. Sollte die von der Energieversorgungseinrichtung 102 bereitstellbare elektrische Energiemenge hierfür hingegen nicht ausreichend sein, wird ein zum Senden anstehendes Datenpaket der Mehrzahl von Datenpaketen 1 2 in Abhängigkeit von der zur Verfügung stehenden elektrischen Energiemenge entweder mit reduzierter Sendeleistung gesendet oder nicht gesendet bzw. später gesendet (sofern zum späteren Zeitpunkt die von der Energieversorgungseinrichtung 102 bereitstellbare elektrische Energiemenge zum Senden mit Standardsendeleistung oder reduzierter Sendeleistung ausreichend ist).
Die Energieversorgungseinrichtung 102 kann einen Energiespeicher, wie z.B. eine Batterie oder einen Kondensator, aufweisen. Ferner kann die Energieversorgungseinrichtung 102 ein Energy-Harvesting-Element 114 zur leitungsungebunden Energiegewinnung aus der Umgebung der Datensendeanordnung 100 aufweisen. Bei der Verwendung einer kleinen Batterie (Knopfzelle) oder eines Energy-Harvesting-Elements 114 kann es sein, dass nicht genügend Energie zur Verfügung steht, um die vom Nutzer gewünschte Menge von Daten zu übertragen. In diesem Fall können beispielsweise einzelne Datenpakete eines Telegramms weggelassen werden.
Als Energy-Harvesting (dt. Energie-Ernten) wird eine Gewinnung von elektrischer Energie aus der Umgebung bezeichnet, d.h. die Umwandlung von der in der Umgebung vorhandenen (nicht elektrischen) Energie in elektrische Energie. Beispielsweise kann das Ener- gy-Harvesting-Element 114 ausgebildet sein, um zur Energiegewinnung Verformungsenergie, Bewegungsenergie, Thermische Energie, Strömungsenergie, elektromagnetische Energie oder Lichtenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Das Energy-Harvesting- Element 1 14 kann beispielsweise eine Solarzelle, einen thermoelektrischen Generator, einen piezoelektrischen Kristall, oder ein Peltier-Element umfassen. Ferner kann die Energieversorgungseinrichtung 102 einen Energiespeicher zum Speichern der von dem Energy-Harvesting-Element 114 gewonnen Energie aufweisen. Der Energiespeicher, z.B. eine Batterie oder ein Kondensator, ist in der Regel nur für eine kurze, pulsartige (burstartige) Belastung ausgelegt bzw. geeignet.
In diesem Fall kann die Einrichtung 110 zum Senden von Datenpaketen 112 ausgebildet sein, um den zeitlichen Abstand mit dem die Datenpakete 1 12 gesendet werden derart zu wählen, dass eine Belastung des Energiespeichers der Energieversorgungseinrichtung 102 reduziert ist. Ferner kann die Einrichtung 108 zum Aufteilen der kanalcodierten Nutz- daten ausgebildet sein, um eine Anzahl von Datenpaketen 112, auf die die kanalcodierten Nutzdaten aufgeteilt werden, so zu wählen, dass eine Belastung des Energiespeichers der Energieversorgungseinrichtung 102 reduziert ist.
Durch den zeitlichen Abstand, mit denen die Datenpakete 112 über den Kommunikations- kanal gesendet werden, und der Anzahl von Datenpaketen 112, auf die die kanalcodierten Nutzdaten, aufgeteilt werden (und damit der Länge der einzelnen Datenpakete), kann die Belastung des Energiespeichers beeinflusst bzw. gesteuert werden.
Darüber hinaus kann die Einrichtung 110 zum Senden von Datenpaketen 112 ausgebildet sein, um die Datenpakete 112 zur Reichweitenerhöhung schmalbandig mit einer Datenrate von weniger als 50 kbit/s, z. B. mit 40 kbit/s, 30 kbit/s, 20 kbit/s oder 10 kbit/s, statt z. B. mit einer Datenrate von 100 kbit/s über den Kommunikationskanal zu senden. Dadurch erhöht sich am Datenempfänger das SNR-Verhältnis (SNR = signal-to-noise ratio, Signalrauschverhältnis) und damit auch die Reichweite. Dies führt jedoch dazu, dass sich die Bitdauer und somit die ausgesendete Energie pro Bit erhöht, was einer kurzen, pulsartigen Belastung des Energiespeichers entgegenwirkt. Die erhöhte Belastung des Energiespeichers kann jedoch dadurch kompensiert werden, dass die kanalcodierten Daten in eine Mehrzahl von Datenpaketen 112 aufgeteilt und mit einem zeitlichen Abstand über den Kommunikationskanal gesendet werden, wobei die Datenpakete 112 jeweils kürzer sind als ein einziges Datenpaket (oder Telegramm) welches die (gesamten) kanalcodierten Daten enthält. Beispielsweise können die Mehrzahl von Datenpaketen 112 jeweils eine Länge von 20 Symbolen (oder 30, 40 oder 50 Symbolen) oder weniger aufweisen.
Die Nutzdaten, die von der Einrichtung 104 zum Ermitteln von Nutzdaten ermittelt werden, werden von einem mit der Sendeanordnung 100 verbundenen Sensorelement 116 bereitgestellt. Bei Ausführungsbeispielen kann das Sensorelement 116 teil der Datensendean- Ordnung 100 sein, oder mit anderen Worten, die Datensendeanordnung 100 kann das Sensorelement 116 aufweisen. Das Sensorelement 116 kann beispielsweise ein Temperatursensor, Zustandssensor, Heizungs- Strom oder Wasserzähler sein. Die Nutzdaten können somit ein Sensorwert, Zustand (z.B. Schalterstellung) oder Zählerstand sein. Die Nutzdaten können eine Datenmenge von weniger als 1 kbit aufweisen.
Die Nutzdaten, die von dem Sensorelement 116 bereitgestellt werden, können von der Einrichtung 106 zum Kanalcodieren der Nutzdaten kanalcodiert werden, um kanalcodierte Daten zu erhalten. Die Einrichtung 108 zum Aufteilen der kanalcodierten Daten kann aus- gebildet sein, um die kanalcodierten Daten in eine Mehrzahl von Datenpaketen 112 aufzuteilen, so dass die Mehrzahl von Datenpaketen 112 jeweils nur einen Teil der kanalcodieren Daten aufweisen, oder mit anderen Worten, so dass die Mehrzahl von Datenpaketen 1 12 kürzer sind als ein einziges Datenpaket (oder Telegramm), welches die (gesamten) kanalcodierten Daten enthält. Die Einrichtung 110 zum Senden von Datenpaketen sendet anschließend die Mehrzahl von Datenpaketen 112 mit einem zeitlichen Abstand über den Kommunikationskanal, d.h. zwischen den Datenpaketen 112, hierin auch als Hop bezeichnet, sind Pausen (Sendepausen) vorhanden, in denen nicht gesendet wird.
Ferner kann die Einrichtung 110 zum Senden von Datenpaketen ausgebildet sein, um die Mehrzahl von Datenpaketen 112 auf unterschiedlichen Frequenzen zu senden (engl, fre- quency hopping). Die Einrichtung 110 zum Senden von Datenpaketen 112 kann z.B. die Mehrzahl von Datenpaketen 112 gleichzeitig auf mehreren (zumindest zwei) Frequenzen senden und/oder während dem Senden der Mehrzahl von Datenpaketen 112 die Sendefrequenz ändern bzw. variieren.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Einrichtung 108 zum Aufteilen der kanalcodierten Daten in eine Mehrzahl von Datenpaketen 112 ausgebildet sein, um zumindest zwei der Datenpakete mit einer Synchronisationssequenz zur Synchronisation der Datenpakete in einem Datenempfänger zu versehen. Natürlich kann die Datensendeanordnung 100 auch eine Einrichtung 109 zum Versehen der Datenpakete mit Synchronisationssequenzen aufweisen. Dabei kann die Einrichtung 108 zum Aufteilen der kanalcodierten Daten in eine Mehrzahl von Datenpaketen 112 (oder die Einrichtung 109 zum Versehen der Datenpakete mit Synchronisationssequenzen) ausgebildet sein, um eine Anordnung der Synchronisationssequenzen in den zumindest zwei Datenpaketen zu variieren, so dass ein Datenpaket der zumindest zwei Datenpakete eine Anordnung der Synchronisations- sequenz aufweist, die von der Anordnung der Synchronisationssequenz eines anderen Datenpakets der zumindest zwei Datenpakete abweicht.
Beispielsweise kann die Einrichtung 108 zum Aufteilen der kanalcodierten Daten in eine Mehrzahl von Datenpaketen 1 12 ausgebildet sein, um ein erstes Datenpaket der zumindest zwei Datenpakete derart mit einer Synchronisationssequenz zu versehen, dass die Synchronisationssequenz an einem Anfang (oder einem Ende, oder aufgeteilt an einem Anfang und an einem Ende (siehe Fig. 5b)) des Datenpakets angeordnet ist, und um ein zweites Datenpaket der zumindest zwei Datenpakete derart mit einer Synchronisations- sequenz zu versehen, dass die Synchronisationssequenz zwischen den kanalcodierten Daten, die das zweite Datenpaket enthält, angeordnet ist.
Natürlich kann die Einrichtung 108 zum Aufteilen der kanalcodierten Daten in eine Mehrzahl von Datenpaketen 1 12 auch ausgebildet sein, um jedes der Datenpakete mit einer Synchronisationssequenz zur Synchronisation der Datenpakete 1 12 in einem Datenempfänger zu versehen, und um eine Anordnung der Synchronisationssequenzen in den Datenpaketen 1 12 zu variieren, so dass zumindest ein Datenpaket der Datenpakete 1 12 eine Anordnung der Synchronisationssequenz aufweist, die von der Anordnung der Synchronisationssequenz eines anderen Datenpakets der Datenpakete 112 abweicht.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Datenempfängers 200, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Datenempfänger 200 weist eine Einrichtung 202 zum Empfangen von Datenpaketen 1 12 auf, wobei die Datenpakete 1 12 jeweils eine Coderate von weniger als eins aufweisen und mit einem zeitlichen Abstand über einen Kommunikationskanal gesendet werden. Dabei ist die Einrichtung 202 zum Empfangen von Datenpakten 1 12 ausgebildet, um die Datenpakete 1 12 in einem Empfangsdatenstrom zu ermitteln, um eine durch das Senden der Datenpakete 1 12 jeweils hervorgerufene Empfangsleistungsveränderung (oder Empfangsenergieveränderung) des Empfangsdatenstroms zu ermitteln, und um jedes der Datenpakete basierend auf der in der Einrichtung 202 zum Empfangen von Datenpaketen 1 12 hervorgerufenen Empfangsleistungsveränderung (oder Empfangsenergieveränderung) für eine Weiterverarbeitung zu gewichten, um empfangene Datenpakete zu erhalten. Ferner weist der Datenempfänger 200 eine Einrichtung 202 zum Weiterverarbeiten von empfangenen Datenpaketen auf, die ausgebildet ist, um eine von der Gewichtung der empfangenen Datenpakete abhängige Kanaldecodierung der empfangen Datenpakete durchzuführen, um in den Datenpaketen enthalte Nutzdaten zu ermitteln. Bei Ausführungsbeispielen können bei der Übertragung der Datenpakete 112 über einen Kommunikationskanal von der Datensendeanordnung 100 zu dem Datenempfänger 200 Datenpakete gestört werden, beispielsweise durch Rauschen oder durch andere Daten- sender, die gleichzeitig im gleichen oder ähnlichem Frequenzband Datenpakete senden. Zum Herausfiltern gestörter Datenpakete ist die Einrichtung 202 zum Empfangen von Datenpaketen 112 ausgebildet, um die Empfangsleistungsveränderung des Empfangsdatenstroms, die durch das Senden der Datenpakete 112 in der Einrichtung 202 zum Empfangen von Datenpaketen 112 des Datenempfängers 200 jeweils hervorgerufen wird, zu er- mittein, um jedes der Datenpakete basierend auf der in der Einrichtung 202 zum Empfangen von Datenpaketen 1 12 hervorgerufenen Empfangsleistungsveränderung zu gewichten, so dass die Einrichtung 204 zum Weiterverarbeiten der Datenpakete eine von der Gewichtung abhängige Kanaldecodierung der empfangenen Datenpakete durchführen kann, um die in den Datenpaketen enthaltenen Nutzdaten zu ermitteln. Die durch das Senden der Datenpakete 112 jeweils hervorgerufene Empfangsleistungsveränderung des Empfangsdatenstroms wird also ermittelt und verwendet, um die Datenpakete für die oder in der Verarbeitung zu gewichten.
Die Einrichtung 204 zum Weiterverarbeiten der empfangenen Datenpakete kann dabei ausgebildet sein, um Datenpakete mit einer höheren Gewichtung bei der Kanaldecodierung stärker zu berücksichtigen als Datenpakete mit einer geringeren Gewichtung. Ein empfangenes Datenpaket kann also gewichtet in die Decodierung mit einfließen. Je höher die Empfangsleistung ist, desto stärker kann es bei der Decodierung gewichtet werden. Die Einrichtung 202 zum Empfangen von Datenpaketen 112 kann ausgebildet sein, um diejenigen Datenpakete der Datenpakete 112 als empfangene Datenpakete weiterzuver- arbeiten, dessen in der Einrichtung 202 zum Empfangen von Datenpaketen 112 hervorgerufenen Empfangsleistungsveränderung einen Schwellwert überschreiten, der so gewählt ist, dass die entsprechenden Datenpakete für eine Decodierung geeignet sind. Ferner kann die Einrichtung 202 zum Empfangen von Datenpaketen 112 ausgebildet sein, um diejenigen Datenpakete der Datenpakete 112 zu verwerfen, dessen in der Einrichtung 202 zum Empfangen von Datenpaketen 112 hervorgerufene Empfangsleistungsveränderung kleiner gleich des Schwellwerts ist. Natürlich kann die Einrichtung 202 zum Empfangen von Datenpaketen 112 auch ausgebildet sein, um alle Datenpakete bei der Kanaldecodierung mit steigender Empfangsleis- tungsveränderung mit steigender Gewichtung zu berücksichtigen. Ferner kann die Einrichtung 202 zum Empfangen von Datenpaketen auch ausgebildet sein, um basierend auf der Empfangsleistungsveränderung eine Wahrscheinlichkeit zu bestimmen, mit der ein Datenpaket gesendet wurde, und um die Datenpakete jeweils basierend auf der Wahr- scheinlichkeit zu gewichten. Selbstverständlich kann die Einrichtung 202 zum Empfangen von Datenpaketen 112 auch ausgebildet sein, um eine andere Charakteristika des Empfangsdatenstroms, z.B. spektrale Eigenschaften, auszuwerten, um zu bestimmen, ob ein Datenpaket gesendet wurde und mit welcher Gewichtung es bei der darauffolgenden Weiterverarbeitung / Kanaldecodierung zu berücksichtigen ist.
Die Einrichtung (202) zum Empfangen von Datenpaketen (112) kann ausgebildet sein, um diejenigen Datenpakete der Datenpakete (1 12) als empfangene Datenpakete weiterzu- verarbeiten, dessen in der Einrichtung (202) zum Empfangen von Datenpaketen ( 12) hervorgerufene Empfangsleistungsveränderung einen Schwellwert überschreiten, der so gewählt ist, dass die entsprechenden Datenpakete für eine Decodierung (Kanaldecodierung) geeignet sind, und um diejenigen Datenpakete der Datenpakete (1 12) zu verwerfen, dessen in der Einrichtung zum Empfangen von Datenpaketen hervorgerufene Empfangsleistungsveränderung kleiner gleich des Schwellwerts ist. Ferner kann die Einrichtung 202 zum Empfangen von Datenpaketen 112 ausgebildet sein, um anhand der Empfangsleistungsveränderung des Empfangsdatenstroms zu ermitteln, ob ein Datenpaket gesendet wurde und/oder um anhand der Empfangsleistungsveränderung des Empfangsdatenstroms zu ermitteln, ob ein gesendetes Datenpaket von einem Störer überlagert wurde. Die Einrichtung 202 zum Empfangen von Datenpaketen 112 kann also ausgebildet sein, um zu ermitteln, ob im Kanal (Übertragungskanal) ein anderer Teilnehmer sendet, z.B. durch Empfangsleistungsvergleich zum Empfang an anderen Zeitpunkten.
Des Weiteren kann die Einrichtung 202 zum Empfangen von Datenpaketen 112 ausgebil- det sein, um eine Empfangsleistung des Empfangsdatenstroms vor dem Empfang des jeweiligen Datenpakets, während dem Empfang der jeweiligen Datenpakets und/oder nach dem Empfang des jeweiligen Datenpakets zu ermitteln, um die durch das Senden des jeweiligen Datenpakets hervorgerufene Empfangsleistungsveränderung des Empfangsdatenstroms zu ermitteln. Bei Ausführungsbeispielen kann jedes der Datenpakete 112 mit einer Synchronisations- sequenz zur Synchronisation des jeweiligen Datenpakets in dem Datenempfänger 200 versehen sein. In diesem Fall kann die Einrichtung 202 zum Empfangen von Datenpaketen 1 12 ausgebildet sein, um die Datenpakete 112 in dem Empfangsdatenstrom basie- rend auf den Synchronisationssequenzen zu lokalisieren, um die Datenpakete 112 in dem Empfangsdatenstrom zu ermitteln. Die Einrichtung 204 zum Weiterverarbeiten der empfangenen Datenpakete kann ausgebildet sein, um basierend auf den Synchronisationssequenzen der empfangenen Datenpakete die Gewichtung der empfangenen Datenpakete für die darauffolgende Weiterverarbeitung / Kanaldecodierung anzupassen. Ferner kann die Einrichtung 204 zum Weiterverarbeiten der empfangenen Datenpakete basierend auf den Synchronisationssequenzen der empfangenen Datenpakete diejenigen Datenpakete ermitteln und mit einer geringeren Gewichtung bei der Kanaldecodierung zu berücksichtigen (oder zu verwerfen), die für die Decodierung nicht oder weniger gut geeignet sind. Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Systems 300, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das System weist die in Fig. 1 gezeigte Daten- sendeanordnung 100 und den in Fig. 2 gezeigten Datenempfänger 200 auf.
Im Folgenden wird das in Fig. 3 gezeigte System 300 näher beschrieben. Die nachfolgen- de Beschreibung ist jedoch genauso auf die in Fig. 1 gezeigte Datensendeanordnung 100 und den in Fig. 2 gezeigten Datenempfänger 200 anwendbar.
Wie bereits oben beschrieben, weist die Energieversorgungseinrichtung 102 der Datensendeanordnung 100 ein Energie-Harvesting-Element 114 auf. Bei Sendern 100, die Ihre Energie über ein Energie-Harvesting-Element 114 (bzw. mittels eines Energie-Harvesting- Verfahrens) aus der Umwelt, z.B. über Licht, Temperaturunterschiede oder Vibrationen, ziehen ist unter Umständen keine konstante Energieversorgung möglich. Gleiches kann auch für Datensendeanordnungen 100 gelten, die Batteriebetrieben sind, bei denen aber nur eine begrenzte Energiemenge pro Zeit entnommen werden kann. Um mit dieser vari- ablen Energieversorgung arbeiten zu können, werden bei Ausführungsbeispielen die kanalcodierten Daten in eine Mehrzahl von Datenpaketen 112 aufgeteilt und mit einem zeitlichen Abstand über einen Kommunikationskanal gesendet. Zusätzlich können Datenpakete 112 je nach Energieversorgung nicht oder mit geringerer Sendeleistung übertragen werden. Ausführungsbeispiele beschreiben ebenfalls Lösungsansätze, wie die Datensen- deanordnungen 100 mit fehlenden oder gestörten Paketen dann synchronisiert und detek- tiert (kanaldekodiert) werden können. Dies kommt insbesondere dann zur Anwendung, wenn viele Datensendeanordnungen 100 gleichzeitig senden und sich gegenseitig stören oder wenn andere Systeme im gleichen Frequenzband arbeiten und stören.
Fig. 4 zeigt in einem Diagramm eine spektrale Belegung des Übertragungskanals über den die Datenpakete übertragen werden aufgetragen über die Zeit. Um einen Störer zu detektieren unterscheidet man zunächst zwischen einen schmalbandigen Störer 128 mit einer ähnlichen Bandbreite von ca. 1 kBit/s oder weniger und breitbandigen Störeren 130 mit größerer Bandbreite als 1 kBit/s. Da schmalbandige Übertragungssysteme in der Regel kein Telegrammaufteilungsverfahren (engl, telegramm Splitting (TS)) verwenden, ist die Senderdauer eines zu übertragenden Datenpakets wesentlich länger als bei dem Telegrammaufteilungsverfahren . Deshalb kann durch Messung der Empfangsleistung vor und/oder nach einem TS Datenpaket 112 detektiert werden, ob ein anderes Datenpaket von einem anderen Sender oder System gesendet wurde. Ist eine Empfangsleistung auf der gleichen Frequenz vor und/oder nach dem TS Datenpaket 112 vorhanden, so liegt ein Störsignal vor und das TS Datenpaket 112 wird nicht weiter für die Dekodierung verwendet.
Da der schmalbandige Störer eine Frequenzabweichung gegenüber den TS Datenpaket aufweisen kann, kann durch Messung der Empfangsleistung bei der Sendefrequenz fc des TS Datenpakets 112 eine wegen des Frequenzversatzes geringere Empfangsleistung gemessen werden, als tatsächlich vom Störer erzeugt wird Deshalb kann es sinnvoll sein auch in den Nachbarfrequenzbereichen des TS Datenpakets 112 die Empfangsleistung zu bestimmen. Dies kann insbesondere auch bei breitbandigen Störern 130 von Vorteil sein. Breitbandige Störer 130 mit höherer Datenrate belegen im Spektrum eine größere Frequenzbandbreite. Allerdings sind die gesendeten Datenpakete aufgrund der höhreren Datenrate bei gleicher Datenmenge im Vergleich zu schmalbandigen Übertragungssystemen wesentlich kürzer in der Zeit. Im schlechtesten Fall sind die Datenpakete gleich lang oder kürzer als Datenpaket 112 im TS Verfahren. Dann kann es vorkommen, dass durch eine Messung der Empfangsleistung vor oder nach dem TS Datenpaket 112 kein Störer ermittelt werden kann. Durch die Messung der Empfangsleistung während des TS Datenpakets 112 in dem Frequenzbereichen unmittelbar neben den TS Datenpaket 112 kann dann ein breitbandiger Störer ermittelt werden.
Bei Ausführungsbeispielen sendet die Datensendeanordnung (Sender) 100 mit limitierter Energieversorgung im Telegrammaufteilungsverfahren (engl, telegram Splitting (TS)), oder mit anderen Worten, die kanalcodierten Daten (Telegramm) werden in eine Mehrzahl von Datenpakten 112 aufgeteilt und mit einem zeitlichen Abstand über einen Kommunikationskanal gesendet. Bei nicht ausreichender Energie werden einzelne Datenpakete 1 12 nicht gesendet oder einfach mal mit reduzierter Sendeleistung gesendet. Im Datenempfänger 200 können ungestört oder nur leicht gestörte empfangene Datenpakete (Pakete) 1 12 aus dem Empfangsdatenstrom herausgefiltert und kanaldecodiert werden. Gestörte Datenpakete können nicht oder nur mit geringerer Gewichtung berücksichtigt werden. Ferner kann im Datenempfänger 200 bestimmt werden, ob und/oder mit welcher Wahrscheinlichkeit ein Datenpaket von der Datensendeanordnung 100 gesendet wurde und ob dieses Datenpaket (Sendepaket oder Subpaket) gestört wurde. Wenn das Datenpaket (Sendepaket) 1 12 ungestört ist, dann wird es verwendet, ansonsten nicht oder mit einer geringeren Gewichtung, wodurch das Ergebnis der Kanaldekodierung verbessert werden kann. Zur Bestimmung ob Datenpakete (Subpakete) 1 12 bei der Übertragung über den Kommunikationskanal gestört wurden kann im Datenempfänger 200 die Empfangsleistung des Empfangsdatenstroms vor dem Empfang der jeweiligen Datenpakete und nach dem Empfang der jeweiligen Datenpakete gemessen werden und zusätzlich in Relation zueinander und in Relation zur Empfangsenergie der jeweiligen Datenpakete (empfangene Subpaketenergie) gesetzt werden. Zusätzlich kann anhand der Datenpakete (Subpakete) 1 12, insbesondere der Synchronisationssequenzen (Piloten), eine Störung ermittelt werden. Ferner können die Empfangsenergien verschiedener Datenpakete 1 12 auf der gleichen Frequenz oder auf benachbarten Frequenzen verglichen werden. Darüber hinaus kann eine Kontinuität der Empfangsleistung innerhalb des jeweiligen Datenpakets (Subpakets) 1 12 überwacht werden. Beispielsweise kann die EVM-Messung (EVM = error vector magnitude, dt. Betrag des Fehlervektors) verwendet werden, mittels der überprüft werden kann, ob der empfangene Konstellationspunkt dem erwarteten Konstellations- punkt entspricht. Aufgrund der kurzen Datenpakete 1 12 ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass Störpakete länger sind. Anders als bei heute verwendeten Verfahren wird das Telegramm unterbrochen, was eine Messung der Störleistung zwischen den Datenpaketen (Paketen) 1 12 erlaubt. Um die Sendezeitpunkte genau zu ermitteln, bedarf es einer guten Synchronisation.
Für Fehlerschutzcodes ist es sehr vorteilhaft, wenn bekannt ist, ob und wie stark empfangene Symbole gestört sind. Die gestörte Information in den Symbolen zu verwerfen kann viel besser sein, als diese zu verwenden. In der Nachrichtentechnik gibt es hier die Beschreibung in LogLikelihoodRations, die die Sicherheit von Information angibt. Fehler- schutzcodes, wie z.B. Convolutional Codes; Reed Solomon Codes oder auch Turbo Codes, können Telegramme (Empfangspakete) mit einer größeren Menge fehlender Symbole wieder herstellen, wenn bekannt ist, welche Symbole gestört wurden, als mit gestörten Symbolen, bei denen nicht bekannt ist, dass eine Störung vorlag. Um zu ermitteln, wie sicher die empfangenen Informationen sind, werden bei Ausführungsbeispielen nicht nur während des Hops (bzw. der Datenpakete) 112 Daten aufgezeichnet, sondern auch etwas vorher und nachher. Diese vorher/nachher Information wird mit zur Schätzung der Symbolsicherheit verwendet. Wenn z.B. vorher und nachher der Leistungspegel auf der Empfangsfrequenz im Vergleich zum durchschnittlichen Leistungspegel auf der Empfangsfrequenz hoch ist, kann die Stärke einer Störung durch Störer (engl, interferer), die z.B. von anderen Sendern herrühren, abgeschätzt werden.
Falls das System 300 nur einen Empfänger 200 umfasst und Frequenzhopping verwendet, ist es dazu nötig, Sendepausen zwischen den Hops (Datenpaketen) 112 zu machen und am Datenempfänger 300 diese Pausen ganz oder teilweise zu nutzen, um zu erkennen, ob ein Störer (engl, interferer) aktiv ist. Dieses wird mit dem TS-Verfahren angewen- det und im beschriebenen Verfahren ausgewertet. Damit kann geschätzt oder erkannt werden, ob und wie stark die empfangenen Symbole gestört sind und verwendet werden können. Im Extremfall nimmt der TS-Empfänger 200 nur die Datenpakete (Subpakete) 112, die mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht gestört waren. Wird ein Telegramm kontinuierlich übertragen, so ist es, besonders bei dem kleinen Datenpaketen (Subpaketen) 112, die durch das TS-Verfahren ermöglicht werden, nicht ohne weiteres möglich, zu detektieren, wo Störer (engl, interferer), die eine Leistung ähnlich des Nutzsignals oder sogar kleiner als die des Nutzsignals haben, dieses Nutzsignal überlagern und somit stören (starke Störer sind leichter zu detektieren, da hier der Signalpegel stark steigt, dieses kann auch während ein Nutzsignal empfangen wird, festgestellt werden). Damit können die gestörten Telegrammsymbole nicht gut verworfen oder als gestört erkannt werden. Wenn nur eine begrenzte Sendeenergie zur Verfügung steht, wird für die Übertragung das TS-Verfahren verwendet und so die Leistungsfähigkeit des Übertragungssystems erhöht, da in den Sendepausen keine Sendeenergie verbraucht wird, der Empfänger 200 aber dort den Zustand des Kanals, also ob Störer (engl, interferer) aktiv sind, feststellen kann. Umso mehr das Telegramm in Datenpakete (Teilpakete) 112 zerlegt wird, umso genauer kann der Kanalzustand für das Datenpaket (Teilpaket) 112 geschätzt werden, da das Datenpaket (Teilpaket) 112 selbst kleiner wird und dadurch die Wahrscheinlichkeit sinkt, dass während der Dauer des Datenpakets (Teilpakets) 112 sich der Kanalzustand ändert, also ein Störer (engl, interferer) zu senden anfängt. Für Sensorknoten, die eine Energie-Harvesting-Stromquelle verwenden, lässt sich das TS-Verfahren sehr vorteilhaft anwenden. Zum einen können kleinere Pakete gesendet werden, für die weniger Energie zwischenspeichert werden muss (siehe DE 10 2011 082 098 A1). Zum anderen ist es möglich, falls gerade keine Sendeenergie zur Verfügung steht, einfach einen Hop 112 nicht oder mit geringerer Leistung zu senden. Beispielsweise durch Ver- gleich der Sendeenergie auf dem Kanal vor/nach dem eigentlichen Hop Zeitschlitz. Hierzu kann die Signalleistung Pv vor dem Zeitschlitz, an dem ein Hop 112 ankommen sollte, die Signalleistung Pw während dem Zeitschlitz, an dem ein Hop 112 ankommen sollte und die Signalleistung Pn nach dem Zeitschlitz, an dem ein Hop 112 ankommen sollte, gemessen werden. Ist nun Pw höher als Pv und Ph, so kann der Datenempfänger 200 davon ausge- hen, dass die Datensendeanordnung den Hop (bzw. das Datenpaket) 112 gesendet hat.
Falls die Datensendeanordnung 100 (Sensorknoten) nur einen Hop nicht gesendet hat, kann der Datenempfänger 200 dieses erkennen (ggf. nur die Wahrscheinlichkeit, dass die Datensendeanordnung 100 nicht gesendet hat), und diese Information in der Vorwärtsfeh- lerkorrektur (engl, forward error correction) verwenden. Wenn eine Vorwärtsfehlerkorrek- tur verwendet wird, oder sogar noch spezifischer ein sogenannter Erasure Code (das sind Codes, die sehr gut mit fehlenden Teilen von Information umgehen können; normale Con- volutional Codes sind hier verwendbar, aber auch spezielle Codes wie die Fountain Codes), dann kann der Datenempfänger 200 das Telegramm (Empfangspaket) rekonstru- ieren, falls genügend andere Symbole empfangen wurden. Hat der Empfänger 200 genügend Symbole, kann er versuchen, zu dekodieren.
Um ein gesendetes Telegramm zu detektieren (d.h. die Frequenz bzw. den Zeitpunkt des Hopping-Musters zu finden), ist es bei passender Empfindlichkeit der Detektion nicht un- bedingt nötig, alle Synchronisations-Hops (falls dedizierte Hops mit Synchronisationsinformation verwendet werden) und/oder alle Daten-Hops mit Piloten zu empfangen. Durch passende Wahl der Detektionsschwelle und die Aussendung genügend vieler Synchronisations-Hops bzw. Daten-Hops mit Piloten kann die Detektion auch Sendeanordnungen 100 (Sensorknoten) empfangen, die aus Energiegründen einige Hops 112 nicht senden. Wichtig an dieser Stelle ist, dass ein Hop 112 alleine nicht für die Detektion reicht, es werden mehrere Hops 1 12 ausgewertet um mit dem empfangenen Muster von Synchronisations-Hops oder Piloten in Daten-Hops ein Telegramm zu detektieren.
Im Folgenden wird eine Vereinfachung und/oder Verbesserung der Synchronisation be- schrieben. In einigen oder allen Hops 112 kann ein Synchronisationsmuster (engl, sync pattern) (sogenannte Pilotsymbole) übertragen werden. Bei Ausführungsbeispielen wird das Synchronisationsmuster (engl, sync pattern) durch zwei oder mehrere verschiedene Anordnungen der Piloten abgewechselt.
Fig. 5a zeigt eine schematische Ansicht eines Datenpakets 112 mit einer Synchronisationssequenz 162, die zwischen den in dem Datenpaket 112 enthaltenen Daten 160 angeordnet ist (Hop Aufbau a)). Fig. 5a zeigt dabei das Datenpaket 112 (Empfangssignal) in komplexer Vektordarstellung.
Fig. 5b zeigt eine schematische Ansicht eines Datenpakets 112 mit einer zweigeteilten Synchronisationssequenz 162a und 162b, wobei ein erster Teil der Synchronisationssequenz 162a vor den in dem Datenpaket 112 enthaltenen Daten 160 angeordnet ist und ein zweiter Teil der Synchronisationssequenz 162b nach den in dem Datenpaket 112 ent- haltenen Daten 160 angeordnet ist (Hop Aufbau b)). Fig. 5b zeigt dabei das Datenpaket 112 (Empfangssignal) in komplexer Vektordarstellung.
Mit der in Fig. 5a gezeigten Anordnung der Synchronisationssequenz kann eine Synchronisation bei einem Frequenzoffset leichter durchgeführt werden, da die Phase durch Fre- quenzoffset sich zwischen den Pilotsymbolen nicht so stark ändert. Mit der in Fig. 5b gezeigten Anordnung der Synchronisationssequenz kann der Frequenzoffset besser geschätzt werden, da die Phase sich stärker ändert.
Damit kann die in Fig. 5a gezeigte Anordnung der Synchronisationssequenz besser zur initialen Synchronisation, z.B. durch Korrelation, verwendet werden, während die in Fig. 5b gezeigte Anordnung der Synchronisationssequenz besser zur Frequenzschätzung verwendet werden kann. Die Kenntnis des genauen Frequenzoffsets ermöglicht u.a. die Verwendung von effizienten Modulationsarten. Die Piloten können auch zur Kanalentzerrung verwendet werden. Wird eine einfache Entzerrung verwendet, die nur die Phase benötigt (z.B. bei MSK Modulation (MSK = mini- mum shift keying, ein spezielles Verfahren der Frequenzumtastung), dann stört die unterschiedliche Anordnung der Piloten nicht, da diese für die Phasenschätzung unerheblich ist. Bei Ausführungsbeispielen können nicht nur die Position der Piloten sondern auch die Piloten selbst in den Hops 112 variiert werden. Wird ein Pilotenmuster (Inhalt der Piloten, nicht die Anordnung) verwendet, welches nur einen schmalen Spektralbereich belegt, so kann dieses durch weniger Rechenaufwand gefunden werden, als ein Pilotenmuster, wel- ches einen breiten Spektralbereich einnimmt. Werden z.B. in einigen Hops 112 Piloten verwendet, die gleich sind, lassen sich diese über eine sogenannte gleitendende Summe (engl, moving sum) mit wenig Rechenaufwand finden. Allerdings ist die Bestimmung des genauen Synchronisationszeitpunktes mit einem solchen Pilotenmuster nicht gut möglich. Um den Synchronisationszeitpunkt genauer zu bestimmen, wird dann in anderen Hops 1 12 ein geeignetes Pilotenmuster mit breiterem Spektralbereich verwendet. Dabei wird ggf. keine Energie für die Synchronisation extra verschwendet, da die Piloten auch oder sowieso für die Kanalentzerrung verwendet werden.
Zur Synchronisation kann nicht nur ein einzelner Hop 112 betrachtet werden, sondern mehrere, da ein bekanntes Hopping-Muster verwendet wird.
Dazu wird davon ausgegangen, dass die Frequenz sich über die Hops 112 nicht oder nur wenig ändert. Um die Synchronisation robuster zu machen, wird die vorgeschlagene Schätzung des Kanalzustands verwendet.
Im Folgenden werden die Vorteile der Aufteilung des Synchronisationssequenzen (Piloten) näher erläutert.
Durch Ungenauigkeiten in den Oszillatoren kommt es zwischen dem Sender 100 und dem Empfänger 200 zu einem Frequenzversatz. Bei einem 10 ppm Oszillator sind dieses bereits etwa ± 8.7 kHz bei einer Sendefrequenz von 868 MHz. Überträgt man nun, wie in der skizzierten Anwendung, sehr schmalbandige Signale, wie z.B. mit 1 kHz Symbolrate, so liegt die Symbolrate bereits weit unter der Frequenz, um die das Empfangssignal gegenüber dem Sendesignal verschoben ist.
Eine Lösung, um die Signale trotzdem detektieren zu können, ist, dass der Empfänger auf mehreren benachbarten schmalbandigen Frequenzbändern gleichzeitig empfängt und versucht, das Signal des Senders zu finden. Fig. 5c zeigt eine schematische Ansicht eines Datenpakets 112 in komplexer Vektordarstellung mit einer Synchronisationssequenz 162, die zwischen den in dem Datenpaket 112 enthaltenen Daten 160 angeordnet ist (Hop Aufbau a)), wobei das Datenpaket 112 (Empfangssignal) keinen Frequenzversatz aufweist. Wie in Fig. 5c zu erkennen ist, weist das Empfangssignal 112 eine Phasendrehung gegenüber dem Sendesignal entsprechend Hop Aufbau a) (Fig. 5a) auf, da Sender 100 und Empfänger 200 nicht phasensynchron Arbeiten.
Ferner ist in Fig. 5c die Korrelationssequenz 140 in komplexer Vektordarstellung, das Produkt 142 aus der Synchronisationssequenz 162 und der Korrelationssequenz 140, und das Korrelationsergebnis 144, welches der Summe über die einzelnen Produkte ent- spricht, dargestellt.
Korreliert man das Signal Hop Aufbau a) im Fall ohne Frequenzversatz (Fig. 5c) direkt mit der Pilotenfrequenz, ergibt sich bei genauer zeitlicher Übereinstimmung ein hoher Korre- lationspeak. Diesen Korrelationspeak kann der Empfänger 200 verwenden, um zu detek- tieren, dass hier ein Hop 112 übertragen wurde, bzw. kann er die Kombination von Korre- lationspeaks mehrerer Hops 112 verwenden, dieses zu detektieren.
Fig. 5d zeigt eine schematische Ansicht eines Datenpakets 112 in komplexer Vektordarstellung mit einer zweigeteilten Synchronisationssequenz 162a und 162b, wobei ein erster Teil der Synchronisationssequenz 162a vor den in dem Datenpaket 112 enthaltenen Daten 160 angeordnet ist und ein zweiter Teil der Synchronisationssequenz 162b nach den in dem Datenpaket 112 enthaltenen Daten 160 angeordnet ist (Hop Aufbau b), und wobei das Datenpaket 112 (Empfangssignal) keinen Frequenzversatz aufweist. Analog zu Fig. 5c weist auch das in Fig. 5d gezeigte Empfangssignal 112 eine Phasendrehung gegen- über dem Sendesignal entsprechend Hop Aufbau b) (Fig. 5b) auf, da Sender 100 und Empfänger 200 nicht phasensynchron Arbeiten.
Ferner ist in Fig. 5d die zweigeteilte Korrelationssequenz 140a und 140b jeweils in komplexer Vektordarstellung, die Produkte 142a und 142b aus den Synchronisationssequen- zen 162a und 162b und den Korrelationssequenzen 140a und 140b, und das Korrelationsergebnis 144, welches der Summe über die einzelnen Produkte entspricht, dargestellt.
Kommt es zu einem Frequenzversatz zwischen dem Sender 100 und dem Empfänger 200, so wird der Korrelationspeak sinken, da die einzelnen Produkte von Empfangssignal zu Korrelationssequenz in der Phase voneinander abweichen werden, wie im Folgenden näher erläutert wird. Fig. 5e zeigt eine schematische Ansicht eines Datenpakets 112 mit einer Synchronisationssequenz 162, die zwischen den in dem Datenpaket 112 enthaltenen Daten 160 angeordnet ist (Hop Aufbau a)), wobei das Datenpaket 112 (Empfangssignal) einen Frequenz- versatz aufweist.
Ferner ist in Fig. 5e die Korrelationssequenz 140 in komplexer Vektordarstellung, das Produkt 142 aus der Synchronisationssequenz 162 und der Korrelationssequenz 140, und das Korrelationsergebnis 144, welches der Summe über die einzelnen Produkte ent- spricht, dargestellt.
Wie in Fig. 5e zu erkennen ist, ist der Korrelationspeak in diesem Fall geringfügig kleiner geworden. Somit ist diese Pilotenanordnung robust gegenüber Frequenzversatz. Damit muss der Empfänger 200 auf weniger Frequenzen gleichzeitig das Sendesignal suchen.
Allerdings bedeutet die Robustheit gegen Frequenzversatz gleichzeitig auch einen Nachteil. Es ist nicht möglich, den tatsächlichen Frequenzversatz mit diesen Piloten gut zu schätzen, da ein Frequenzversatz sich ja eben nicht stark auswirkt. Kann der Frequenzversatz nicht genau geschätzt werden, so ist dieses für die Dekodierung von vielen Modu- lationsarten von Nachteil, da diese mit steigendem nicht korrigiertem Frequenzversatz eine schlechtere Leistungsfähigkeit aufweisen, als bei einer genauen Korrektur. Für diese genaue Korrektur wird eben eine genaue Schätzung des Frequenzversatzes benötigt.
Bei der Pilotenanordnung nach Hop Aufbau b) ist dieses anders, hier ist die stärkst mögli- che Abweichung des Korrelationspeaks bei Frequenzversatz gegeben, wie dies aus Fig. 5f hervorgeht.
Fig. 5f zeigt eine schematische Ansicht eines Datenpakets 112 in komplexer Vektordarstellung mit einer zweigeteilten Synchronisationssequenz 162a und 162b, wobei ein erster Teil der Synchronisationssequenz 162a vor den in dem Datenpaket 112 enthaltenen Daten 160 angeordnet ist und ein zweiter Teil der Synchronisationssequenz 162b nach den in dem Datenpaket 112 enthaltenen Daten 160 angeordnet ist (Hop Aufbau b), und wobei das Datenpaket 112 (Empfangssignal) einen Frequenzversatz aufweist.
Ferner ist in Fig. 5f die zweigeteilte Korrelationssequenz 140a und 140b jeweils in kom plexer Vektordarstellung, die Produkte 142a und 142b aus den Synchronisationssequen zen 162a und 162b und den Korrelationssequenzen 140a und 140b, und das Korrelationsergebnis 144, welches der Summe über die einzelnen Produkte entspricht, dargestellt.
Damit kann der Frequenzversatz gut geschätzt werden, in dem Fall von Frequenzversatz ergibt sich ein viel geringerer Korrelationspeak als mit Hop Aufbau a).
Verbesserungen und Vorteile gegenüber dem Stand der Technik ist, dass der Empfänger mit (geringerer) Rechenleistung dieses Sendesignal 112 detektieren und trotzdem den Frequenzversatz genau schätzen kann.
Fig. 6 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 400 zum Betrieb einer Datensendean- ordnung 100, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Daten- sendeanordnung 100 weist eine Energieversorgungseinrichtung 102 zur Versorgung der Datensendeanordnung 100 mit elektrischer Energie auf. Das Verfahren umfasst Ermitteln 402 von Nutzdaten, die von einem mit der Datensendeanordnung 100 verbundenen Sensorelement 116 bereitgestellt werden; Kanalcodieren 404 der Nutzdaten, um kanalcodierte Daten zu erhalten; Aufteilen 406 der kanalcodierten Daten in eine Mehrzahl von Datenpaketen mit einer Coderate kleiner eins; Senden 408 der Mehrzahl von Datenpaketen 112 mit einem zeitlichen Abstand über einen Kommunikationskanal, sofern eine von der Ener- gieversorgungseinrichtung 102 bereitstellbare elektrische Energiemenge zum Senden der jeweiligen Datenpakete 112 mit einer Standardsendeleistung ausreichend ist. Dabei umfasst das Senden 408 der Mehrzahl von Datenpaketen 112 Senden eines anstehenden Datenpakets der Mehrzahl von Datenpaketen 112 mit einer reduzierten Sendeleistung, falls eine von der Energieversorgungseinrichtung 102 bereitstellbare elektrischen Ener- giemenge zum Senden des jeweiligen Datenpakets mit der reduzierten Sendeleistung ausreichend ist, wobei die reduzierte Sendeleistung verglichen mit der Standardsendeleistung um höchstens 40dB reduziert ist; und/oder Senden eines anstehendes Datenpakets der Mehrzahl von Datenpaketen 112 nicht oder verzögert, falls eine von der Energieversorgungseinrichtung 102 bereitstellbare elektrische Energiemenge zum Senden des je- weiligen Datenpakets nicht ausreichend ist.
Fig. 7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 500 zum Betrieb eines Datenempfängers 200. Das Verfahren 500 umfasst Empfangen 502 von Datenpaketen 112, wobei die Datenpakete 112 jeweils eine Coderate von weniger als eins aufweisen und mit einem zeitli- chen Abstand über einen Kommunikationskanal gesendet werden, wobei das Empfangen 502 von Datenpaketen 112, Ermitteln der Datenpakete 112 in einem Empfangsdaten- ström und Ermitteln einer durch das Senden der Datenpakete 112 jeweils hervorgerufenen Empfangsleistungsveränderung des Empfangsdatenstroms aufweist. Ferner umfasst das Verfahren 500 Gewichten 504 jedes der Datenpakete für eine Weiterverarbeitung basierend auf der hervorgerufene Empfangsleistungsveränderung, um empfangene Da- tenpakete zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren 500 Weiterverarbeiten 506 der empfangenen Datenpakete, wobei bei dem Weiterverarbeiten der empfangenen Datenpakete eine von der Gewichtung der empfangenen Datenpakete abhängige Kanaldecodierung durchgeführt wird, um in den Datenpaketen enthaltene Nutzdaten zu erhalten. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erlauben es den Sendebetrieb einer Sendeanordnung 100 auf die jeweils verfügbare Energie anzupassen und trotzdem die Übertragungssicherheit nur geringfügig einzuschränken. Der Datenempfänger 200 kann mit weniger Rechenleistung dieses Sendesignal synchronisieren und trotzdem den Fre- quenzoffset genau schätzen.
Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein drahtloses Verfahren für Datensendeanord- nungen (Kleinsender) 100 mit Energie-Harvesting, bei dem die zu übertragenden Daten in kleine Datenpakete (Subpakete) 112 aufgeteilt werden. Einzelne Datenpakete 112 können bei zu geringer Energieversorgung mit geringerer Leistung oder überhaupt nicht aus- gesendet werden. Der Datenempfänger 200 erkennt, wenn Datenpakete 112 fehlen oder gestört sind und verwirft sie, um so das Ergebnis der Kanaldekodierung zu verbessern.
Ausführungsbeispiele befassen sich mit einem System 300 zur Übertragung von kleinen Datenmengen von einer großen Anzahl von Sendeanordnungen (Knoten) 100, z.B. Sens- ordaten wie etwa von Heizungs-, Strom- oder Wasserzählern, zu einem Datenempfänger (Basisstation) 200 hin. Ein Datenempfänger (Basisstation) 200 empfängt (und möglicherweise steuert) dabei eine große Anzahl von Sendeanordnungen (Knoten) 100. Im Datenempfänger (Basisstation) 200 steht mehr Rechenleistung und auch eine komplexere Hardware, d.h. im Allgemeinen auch ein Empfänger 202 mit höherer Leistungsfähigkeit, zur Verfügung. In den Sendeanordnungen (Knoten) 100 werden günstige Quarze, die meistens einen Frequenzoffset von 5 ppm, 10 ppm oder mehr aufweisen, verwendet. Ausführungsbeispiele befassen sich mit dem drahtlosen Übertragungsverfahren, das auch auf andere Anwendungsgebiete übertragen werden kann. Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Ver- fahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eine Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin be- schriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerpro- grammprodukt auf einem Computer abläuft.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein. Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschi- nenlesbaren Träger gespeichert ist. Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfigu- riert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist. Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vor- richtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.

Claims

Patentansprüche
Datensendeanordnung (100), mit folgenden Merkmalen: einer Energieversorgungseinrichtung (102) zur Versorgung der Datensendeanordnung (100) mit elektrischer Energie; einer Einrichtung (104) zum Ermitteln von Nutzdaten, die von einem mit der Datensendeanordnung (100) verbundenen Sensorelement (116) bereitgestellt werden; einer Einrichtung (106) zum Kanalcodieren der Nutzdaten, um kanalcodierte Daten zu erhalten; einer Einrichtung (108) zum Aufteilen der kanalcodierten Daten in eine Mehrzahl von Datenpaketen (112) mit einer Coderate kleiner eins; und einer Einrichtung (110) zum Senden von Datenpaketen (112), die ausgebildet ist, um die Mehrzahl von Datenpaketen (112) mit einem zeitlichen Abstand über einen Kommunikationskanal zu senden, sofern eine von der Energieversorgungseinrichtung (102) bereitstellbare elektrische Energiemenge zum Senden der jeweiligen Datenpakete (1 12) mit einer Standardsendeleistung ausreichend ist; wobei die Einrichtung (110) zum Senden von Datenpaketen (112) ausgebildet ist, um entweder ein zum Senden anstehendes Datenpaket der Mehrzahl von Datenpaketen (112) mit einer reduzierten Sendeleistung zu senden, falls eine von der Energieversorgungseinrichtung (102) bereitstellbare elektrischen Energiemenge zum Senden des jeweiligen Datenpakets mit der reduzierten Sendeleistung ausreichend ist, wobei die reduzierte Sendeleistung verglichen mit der Standardsendeleistung um höchstens 40 dB reduziert ist; oder - ein zum Senden anstehendes Datenpaket der Mehrzahl von Datenpaketen (1 12) nicht zu senden oder verzögert zu senden, falls eine von der Energieversorgungseinrichtung (102) bereitstellbare elektrische Energiemenge zum Senden des jeweiligen Datenpakets nicht ausreichend ist.
Datensendeanordnung (100) gemäß Anspruch 1 , wobei die Energieversorgungseinrichtung (102) einen Energiespeicher oder ein Energy-Harvesting-Element (114) zur leitungsungebunden Energiegewinnung aus der Umgebung der Datensendeanordnung (100) aufweist.
Datensendeanordnung (100) gemäß Anspruch 2, wobei die Energieversorgungseinrichtung (102) einen Energiespeicher zum Speichern der von dem Energy- Harvesting-Element (114) gewonnen Energie aufweist; wobei die Einrichtung (110) zum Senden von Datenpaketen (112) ausgebildet ist, um den zeitlichen Abstand mit dem die Datenpakete (112) gesendet werden derart zu wählen, dass eine Belastung des Energiespeichers der Energieversorgungseinrichtung (102) reduziert ist.
Datensendeanordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Energy-Harvesting-Element (114) ausgebildet ist, um zur Energiegewinnung Verformungsenergie, Bewegungsenergie, thermische Energie, elektromagnetische Energie oder Lichtenergie in elektrische Energie umzuwandeln.
Datensendeanordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Einrichtung (108) zum Aufteilen der kanalcodierten Daten ausgebildet ist, um zumindest zwei Datenpakete der Mehrzahl von Datenpaketen (112) jeweils mit einer Synchronisationssequenz zur Synchronisation der Datenpakete (112) in einem Datenempfänger (200) zu versehen, wobei die Einrichtung (108) zum Aufteilen der kanalcodierten Daten in eine Mehrzahl von Datenpaketen (112) ausgebildet ist, um eine Anordnung der Synchronisationssequenzen in den zumindest zwei Datenpaketen zu variieren, so dass ein Datenpaket der zumindest zwei Datenpakete eine Anordnung der Synchronisationssequenz aufweist, die von der Anordnung der Synchronisationssequenz eines anderen Datenpakets der zumindest zwei Datenpakete abweicht.
6. Datensendeanordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Mehrzahl von Datenpaketen (1 12) jeweils eine Länge von 20 Symbolen oder weniger aufweisen.
7. Datenempfänger (200), mit folgenden Merkmalen: einer Einrichtung (202) zum Empfangen von Datenpaketen (112), wobei die Datenpakete (112) jeweils eine Coderate von weniger als eins aufweisen und mit einem zeitlichen Abstand über einen Kommunikationskanal gesendet werden, wobei die Einrichtung (202) zum Empfangen von Datenpaketen (112) ausgebildet ist, um die Datenpakete (112) in einem Empfangsdatenstrom zu ermitteln, eine durch das Senden der Datenpakete (112) jeweils hervorgerufene Empfangsleistungsveränderung des Empfangsdatenstroms zu ermitteln, und um jedes der Datenpakete basierend auf der in der Einrichtung (202) zum Empfangen von Datenpaketen (112) hervorgerufenen Empfangsleistungsveränderung für eine Weiterverarbeitung zu gewichten, um empfangene Datenpakete zu erhalten; einer Einrichtung (204) zum Weiterverarbeiten der empfangenen Datenpakete, die ausgebildet ist, um eine von der Gewichtung der empfangenen Datenpakete abhängige Kanaldecodierung der empfangen Datenpakete durchzuführen, um in den Datenpakten enthaltene Nutzdaten zu erhalten.
8. Datenempfänger (200), wobei die Einrichtung (204) zum Weiterverarbeiten der empfangenen Datenpakete ausgebildet ist, um Datenpakete mit einer höheren Gewichtung bei der Kanaldecodierung stärker zu berücksichtigen als Datenpakete mit einer geringeren Gewichtung.
9. Datenempfänger (200) gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die Einrichtung (202) zum Empfangen von Datenpaketen (112) ausgebildet ist, um diejenigen Datenpakete der Datenpakete (112) als empfangene Datenpakete weiterzuverarbeiten, dessen in der der Einrichtung (202) zum Empfangen von Datenpaketen (112) hervorgerufenen Empfangsleistungsveränderung einen Schwellwert überschreiten, der so gewählt ist, dass die entsprechenden Datenpakete für eine Decodierung geeignet sind; und wobei die Einrichtung (202) zum Empfangen von Datenpaketen (112) ausgebildet ist, um diejenigen Datenpakete der Datenpakete (1 2) zu verwerfen, dessen in der Einrichtung zum Empfangen von Datenpaketen hervorgerufene Empfangsleistungsveränderung kleiner gleich des Schwellwerts ist.
10. Datenempfänger (200) gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die Einrichtung (202) zum Empfangen von Datenpaketen (1 12) ausgebildet ist, um anhand der Empfangsleistungsveränderung des Empfangsdatenstroms zu ermitteln, ob ein Datenpaket gesendet wurde; und/oder wobei die Einrichtung (202) zum Empfangen von Datenpaketen (1 12) ausgebildet ist, um anhand der Empfangsleistungsveränderung des Empfangsdatenstroms zu ermitteln, ob ein gesendetes Datenpaket von einem Störer überlagert wurde.
11. Datenempfänger (200) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei jedes der Datenpakete mit einer Synchronisationssequenz zur Synchronisation des jeweiligen Datenpakets in dem Datenempfänger (200) versehen ist, wobei die Einrichtung (202) zum Empfangen von Datenpaketen (1 12) ausgebildet ist, um die Datenpakete in dem Empfangsdatenstrom basierend auf den Synchronisationssequenzen zu lokalisieren, um die Datenpakete in dem Empfangsdatenstrom zu ermitteln.
12. Datenempfänger (200) gemäß Anspruch 1 1 , wobei die Einrichtung (204) zum Weiterverarbeiten der empfangenen Datenpakete ausgebildet ist, um basierend auf den Synchronisationssequenzen der empfangenen Datenpakete die Gewichtung der empfangenen Datenpakete für die Kanaldecodierung anzupassen.
13. System (300), mit folgenden Merkmalen: einer Datensendeanordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6; und einem Datenempfänger (200) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 12.
14. Verfahren (400) zum Betrieb einer Datensendeanordnung (100), wobei die Datensendeanordnung (100) eine Energieversorgungseinrichtung (102) zur Versorgung der Datensendeanordnung (100) mit elektrischer Energie aufweist, wobei das Verfahren (400) aufweist:
Ermitteln (402) von Nutzdaten, die von einem mit der Datensendeanordnung (100) verbundenen Sensorelement (116) bereitgestellt werden;
Kanalcodieren (404) der Nutzdaten, um kanalcodierte Daten zu erhalten;
Aufteilen (406) der kanalcodierten Daten in eine Mehrzahl von Datenpaketen (112) mit einer Coderate kleiner eins;
Senden (408) der Mehrzahl von Datenpaketen mit einem zeitlichen Abstand über einen Kommunikationskanal, sofern eine von der Energieversorgungseinrichtung (102) bereitstellbare elektrische Energiemenge zum Senden der jeweiligen Datenpakete ( 12) mit einer Standardsendeleistung ausreichend ist; wobei das Senden (408) der Mehrzahl von Datenpaketen (112) aufweist:
- Senden eines anstehenden Datenpakets der Mehrzahl von Datenpaketen (112) mit einer reduzierten Sendeleistung, falls eine von der Energieversorgungseinrichtung (102) bereitstellbare elektrischen Energiemenge zum Senden des jeweiligen Datenpakets mit der reduzierten Sendeleistung ausreichend ist, wobei die reduzierte Sendeleistung verglichen mit der Standardsendeleistung um höchstens 40 dB reduziert ist; oder
Senden eines anstehenden Datenpakets der Mehrzahl von Datenpaketen (112) nicht oder verzögert, falls eine von der Energieversorgungseinrichtung (102) bereitstellbare elektrische Energiemenge zum Senden des jeweiligen Datenpakets nicht ausreichend ist.
Verfahren (500) zum Betrieb eines Datenempfängers (200), aufweisend:
Empfangen (502) von Datenpaketen (112), wobei die Datenpakete (112) jeweils eine Coderate von weniger als eins aufweisen und mit einem zeitlichen Abstand über einen Kommunikationskanal gesendet werden, wobei das Empfangen (502) von Datenpaketen (112) Ermitteln der Datenpakete (112) in einem Empfangsda- tenstrom und Ermitteln einer durch das Senden der Datenpakete (112) jeweils hervorgerufenen Empfangsleistungsveränderung des Empfangsdatenstroms aufweist;
Gewichten (504) jedes der Datenpakete für eine Weiterverarbeitung basierend auf der in der Einrichtung (202) zum Empfangen von Datenpaketen (112) hervorgerufenen Empfangsleistungsveränderung, um empfangene Datenpakete zu erhalten;
Weiterverarbeiten (506) der empfangenen Datenpakete, wobei bei dem Weiterverarbeiten der empfangenen Datenpakete eine von der Gewichtung der empfangenen Datenpakete abhängige Kanaldecodierung der empfangenen Datenpakete durchgeführt wird, um in den Datenpakten enthaltene Nutzdaten zu erhalten.
16. Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens gemäß Anspruch 14 oder 15, falls das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.
17. Datensendeanordnung (100), mit folgenden Merkmalen: einer Einrichtung (104) zum Ermitteln von Nutzdaten, die von einem mit der Datensendeanordnung (100) verbundenen Sensorelement (116) bereitgestellt werden; einer Einrichtung (106) zum Kanalcodieren der Nutzdaten, um kanalcodierte Daten zu erhalten; einer Einrichtung (108) zum Aufteilen der kanalcodierten Daten in eine Mehrzahl von Datenpaketen (112) mit einer Coderate kleiner eins; und einer Einrichtung (110) zum Senden von Datenpaketen (112), die ausgebildet ist, um die Mehrzahl von Datenpaketen (112) mit einem zeitlichen Abstand über einen Kommunikationskanal zu senden; wobei die Einrichtung (108) zum Aufteilen der kanalcodierten Daten ausgebildet ist, um zumindest zwei Datenpakete der Mehrzahl von Datenpaketen (112) jeweils mit einer Synchronisationssequenz zur Synchronisation der Datenpakete (112) in einem Datenempfänger (200) zu versehen, wobei die Einrichtung (108) zum Auf- teilen der kanalcodierten Daten in eine Mehrzahl von Datenpaketen (112) ausgebildet ist, um eine Anordnung der Synchronisationssequenzen in den zumindest zwei Datenpaketen zu variieren, so dass ein Datenpaket der zumindest zwei Datenpakete eine Anordnung der Synchronisationssequenz aufweist, die von der An- Ordnung der Synchronisationssequenz eines anderen Datenpakets der zumindest zwei Datenpakete abweicht.
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