WO2021028247A1 - Verfahren zum bidirektionalen übertragen von daten, insbesondere sensordaten sowie funkfähiger knoten - Google Patents

Verfahren zum bidirektionalen übertragen von daten, insbesondere sensordaten sowie funkfähiger knoten Download PDF

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WO2021028247A1
WO2021028247A1 PCT/EP2020/071797 EP2020071797W WO2021028247A1 WO 2021028247 A1 WO2021028247 A1 WO 2021028247A1 EP 2020071797 W EP2020071797 W EP 2020071797W WO 2021028247 A1 WO2021028247 A1 WO 2021028247A1
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Hristo PETKOV
Thomas LAUTENBACHER
Thomas Kauppert
Raphael MZYK
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Diehl Metering Systems GmbH
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Diehl Metering Systems GmbH
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W56/00—Synchronisation arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a method for transmitting data, in particular sensor data, by radio between at least one, preferably permanently installed, battery-operated node and a base station in a communication system with bidirectional radio transmission operation.
  • the present invention also relates to a radio-capable node which can be operated according to the aforementioned method.
  • Nodes of a communication system such as B. intelligent consumption measuring devices are usually local positions such. B. each assigned to residential units or residential buildings.
  • the measurement data obtained there can be read out in the most varied of ways. Measurement data can e.g. B. can be read out via the power grid.
  • Measurement data can be transmitted using mobile radio technology in the form of data packets or telegrams.
  • this is expensive, requires the installation of mobile radio modules on the consumption meters and has disadvantages with regard to the high power consumption of the individual consumption meters.
  • measurement data in the form of data packets or telegrams can also be sent by radio, for example in the ISM (Industrial, Scientific, Medical) band frequency range or in the SRD (Short Range Devices) band.
  • Frequency range are transmitted.
  • the advantage of these frequency ranges is that the operators only need a general license for frequency management.
  • the measurement data is collected by radio either by stationary or mobile data collectors (base stations or collectors) to which the measurement data provided in the transmitters of the consumption meters are transmitted.
  • Consumption measuring devices transmit measurement data to a data collector in specific, very short sampling periods (sampling time or sampling time including time deviation) and the measurement data received in these sampling periods are used for a consumption evaluation.
  • a particular challenge here is that communication between the data collector and consumption measuring devices requires very precise time synchronization between the oscillators located in the area of the consumption measuring devices and those of the data collector.
  • oscillators of autonomous Ver consumption measuring devices are used as frequency generator (with a time recording function of a frequency reference device) simple crystals with a relatively low Fre quency and correspondingly low power consumption. Due to manufacturing tolerances, temperature behavior and aging, such crystals have quartz defects of approx. 10-100 ppm.
  • the data transmitted in the downlink is, for example, a confirmation of the receipt of a data packet or telegram by the base station, a query as to whether, for example, further data is being transmitted from the respective node to the base station, control telegrams or other data / information to be transmitted to the respective node. Both in the uplink and Even in the downlink, the data is not transmitted in one piece by telegram.
  • the telegram is divided into individual data packets with a shorter length than the telegram, which are then individually transmitted one after the other at a time interval and are decoded or recombined in the receiver.
  • the particular problem with the downlink is that the number of data packets is greater than that of the uplink and the duration of the transmission of the individual data packets therefore takes longer.
  • the carrier frequency of the data packets must correspond very precisely to the carrier frequency expected by the node so that the influence of the noise can be suppressed as far as possible.
  • the node has to open its receiving window for the downlink at the expected time, which, however, represents an additional difficulty due to the temperature-related offset of the frequency of the node-side frequency generator.
  • the consumption meters have a first clock generator (time clock generator) with lower power consumption for continuous operation and a second clock generator with higher frequency stability and higher power consumption, which is only operated in short activation phases.
  • the frequency, the period or a value derived therefrom is recorded in the consumption meter during the short activation phases of the second clock generator as a clock measure of the first clock generator on the basis of a comparison scale derived from the second clock generator and the accumulated time of the first Clock corrected depending on the detected deviation. This means that the time error then corresponds to the time error of the second clock generator of the consumption meter.
  • DE 102010031 411 A1 and EP 2 751 526 B1 describe a concept for wireless transmission of user data, in which the user data is divided into a plurality of channel-coded data packets and transmitted from a node to a base station via a wireless communication channel within a time interval.
  • the data packets are decoded in the base station and combined again to form the useful data.
  • the node for generating data packets can be designed to divide a synchronization sequence into partial synchronization sequences and to provide each data packet with one of the partial synchronization sequences.
  • Synchronization sequences are deterministic or pseudo-random binary data sequences that are sent to the base station together with the actual user data or sensor data in the data packets.
  • the base station knows the synchronization sequences. By correlating the received data stream with the known synchronization sequence, the base station can determine the time position of the known synchronization sequence in the received data stream. In order to keep the data packets short, the synchronization sequence can be distributed over the individual short data packets so that the individual data packet has poorer synchronization properties than synchronization over several data packets.
  • a data transmitter is proposed to improve the channel utilization, which is designed to use an additional transmission data packet, which is sent in a gap or pause between two transmission data packets, to send another data transmitter a transmission time at which the other data transmitter sends a transmission data packet outside det, or to specify a time interval between two transmission data packets sent out by the other data transmitter.
  • the transmitter-side reference frequency is shifted by the frequency difference between the data collector-side reference frequency and a measuring device-side reference frequency after receiving a data message from the measuring device.
  • DE 102018004828 A1 describes a method for transmitting data between a terminal and a data collector by radio, in which, after communication has been established, the terminal sends a message to the data collector and the data collector sends the data after receiving the message of the content of the message continues, interrupts or terminates during communication.
  • the object of the present invention is to improve the reception quality in the downlink.
  • the requirements for the symbol duration for the receipt of the downlink data packets from the node can be met better, since the comparatively more temperature-related offset of the second frequency generator of the node with lower frequency can no longer have as much effect on the symbol duration due to the multiple calibration .
  • the distance between the transmission of the data packets in the uplink and the transmission of the data packets in the downlink can be increased, since due to the If calibration then the error would still be small enough.
  • the invention can also meet the requirement that the symbol to be transmitted is not greater than a quarter of the symbol duration. Because the recipient in the meter only searches over the area of a quarter of the symbol duration. The precise return of the data packets in the downlink can also save electrical energy, since computer power can be saved.
  • At least one calibration of the second frequency generator by the first frequency generator of the node takes place between the receipt of the last uplink data packet and the receipt of the first downlink data packet of the subsequent data packets of the immediately following downlink telegram in the node, since the field is the The time until then can be a few minutes so it can be quite long. During this period of time, a disadvantageous temperature-related frequency offset can occur in the second frequency generator, which can adversely affect reception.
  • the above-mentioned calibration can take place shortly before the first downlink data packet is received.
  • At least one further calibration of the second frequency generator by the first frequency generator of the node can take place during the entire duration of the transmission of the downlink data packets of the telegram in question.
  • the disadvantageous influence of the long duration of the transmission of the downlink data packets and the resulting offset influence of the second frequency generator of the node can be further reduced.
  • a cognitive value can be obtained from the comparison of the calibrations which can be included in the method for receiving the downlink data packets.
  • the second frequency generator is expediently permanently active during operation of the node, whereas the first frequency generator, which consumes more energy because of the higher frequency, is only activated temporarily when receiving data or when sending data from .
  • the calibrations to be carried out several times are each correspondingly new calibrations or recalibrations that eliminate the resulting offset since the last corresponding calibration.
  • the present invention enables the deviation over time to be determined during subsequent calibrations of the first frequency generator and second frequency generator of the node, a compensation factor being derived from the deviation and the compensation factor in a receiving algorithm to search for the data packets within a receiving window is involved. This enables a special fine adjustment with regard to a more precise finding of the sampling points and at the same time leads to a reduction in the necessary computing power of the microprocessor, which in turn can save the battery.
  • the second frequency generator of the node can even be readjusted again during the period of transmission of a telegram in the downlink, so that the node can set its reception window particularly precisely compared to the time at which the downlink data packet was sent from the base station.
  • the node receives an offset comparison value for the last corresponding calibration, which in turn is used for fine compensation or the calculation of the compensation factor during the transmission of the downlink data packets and / or afterwards can be used.
  • the amount of the at least two calibrations is preferably calibrated at the beginning of the transmission period of the sum from the sequence of the downlink data packets. This enables the node to compensate for the reception window for the downlink data packets at the beginning of the downlink transmission. To determine the compensation factor, the course of the offset can be calculated over a specific time interval. The node thus knows the offset at a specific point in time and can use this to make a fine adjustment with regard to more precise finding of the sampling points.
  • the course of the offset can be extrapolated over a specific time interval either linearly or using a polynomial function. In this way, a future offset can be determined in advance and compensated for.
  • the search field of the reception algorithm can preferably be shifted over the time axis by means of the compensation factor.
  • certain sampling samples stored in the communication module can be selected from the total amount of sampling samples stored in the communication module and only these can be sampled. This in turn can increase the reception quality and reduce the computing power required.
  • the precision of the fine adjustment can be further increased by including the specific offset / temperature characteristics of the second frequency generator and preferably also of the first frequency generator when determining or calculating the compensation factor.
  • the second frequency generator of the base station and the first frequency generator of the base station are calibrated at the same time in the at least two calibrations of the first frequency generator and the second frequency generator of the node . If one and the same crystal should be provided in the base station for the frequencies of the time and carrier frequency, this additional calibration is not required in the base station, since the frequency generator of the base station has a smaller error.
  • the transmission time of at least one uplink data packet is determined. The base station thus receives the uplink data packet with a calibration of the first and second frequency generator of the node that has already taken place. On this basis, he can determine the exact transmission time for the first downlink data packet.
  • the reception window and / or the search period for the at least one downlink data packet is determined.
  • FIG. 1 shows a greatly simplified schematic illustration of an example of a bidirectional communication network with a base station and several associated nodes
  • FIG. 2 shows a greatly simplified schematic illustration of an example of a base station for a communication network according to FIG. 1;
  • Fig. 3 is a greatly simplified schematic representation of various Ka calibrations in the node and the base station, namely with separately th frequency transmitters in the base station (Fig. 3A) and with a single frequency transmitter for LF and HF in the base station (Fig. 3B); 4 shows a greatly simplified schematic representation of the sending of uplink and subsequent downlink data packets as well as calibrations carried out during this period according to an exemplary embodiment of the invention;
  • FIG. 5 shows a greatly simplified schematic representation of a reception window of the node, the associated search field of a reception algorithm of the node and the incoming signal energy, each shown over the time axis;
  • FIG. 6 shows a greatly simplified schematic representation of several reception windows of a node, the respective associated search field of the reception algorithm of the respective node and the respective associated signal energy over the time axis when receiving downlink data packets by the node and calibrations carried out in the node during this period according to an example Embodiment of the invention; such as
  • FIG. 7 shows a greatly simplified schematic illustration of different courses of the compensation factor over time t in a time interval from t2 to t3.
  • Reference number 1 in FIG. 1 denotes a bidirectional radio communication system or radio communication network which comprises a base station 3, for example a so-called data collector, as well as a plurality of individual, independently operated nodes 2.
  • the nodes 2 are, for example, sensor devices or meters of any type, for example water meters, heat meters, gas meters or electricity meters, or actuators. What these nodes 2 have in common is that they have a communication module 17 with an antenna 8 and a control and computing unit 19.
  • each node 2 has a first frequency generator 18 for generating a carrier frequency for radio transmission and a second frequency generator 21 which is used to determine the times at which data packets 40-1, 40-n are transmitted in the uplink as well as to define the receive window for receiving data packets 50-1, 50-n in the downlink.
  • the first frequency generator 18 is an HF (high frequency) quartz, which usually has an error of the order of 20 ppm.
  • the second frequency generator 21 is an LF (low frequency) quartz, also called time quartz, which typically has an error of the order of 100 ppm. This corresponds to a time error of 100 ps / s.
  • the second frequency generator 21 of the node 2 must always be active due to the time measurement or timer function, whereas the first frequency generator 18 only has to be activated in the transmit mode and / or receive mode. Otherwise it is in sleep mode.
  • Each node 2 is operated in an energy self-sufficient manner, i.e. has a battery 22 via which the individual functional units of the node 1 are supplied with energy.
  • the communication module 17 or the control and computing unit 19 is not supplied with electrical energy directly from the battery 22 but from an energy buffer 5. The latter is supplied with electrical energy via a charging unit 4 or a charging circuit to which the battery 22 belongs. D. H. charged.
  • Each node 2 can, for example, if so desired, also be provided with a display 9.
  • the radio communication system 1 according to FIG. 1 is operated bidirectionally.
  • data packets 40 - 1, 40 - n are transmitted from the respective node 2 to the base station 3 and received there via its antenna 7.
  • data packets 50-1, 50-n are transmitted from the base station to each individual node 2 and received by its antenna 8.
  • the SRD band or the ISM band which allow license-free frequency bandwidths for a wide variety of applications, is preferably used for data transmission.
  • Fig. 2 shows a highly simplified schematic representation of an exemplary structure of an energy self-sufficient base station 3 of the commu- nication system 1 according to FIG. 1.
  • the base station 3 comprises a transmitting and receiving part 6 with an antenna 7 and a microprocessor 13, which has a memory 15 and controls the display 23.
  • the base station 3 has a first frequency transmitter 11 in the form of an HF (high frequency) quartz and a second frequency transmitter 12 in the form of an LF (low frequency) quartz.
  • the second frequency generator 12 is used for time recording and is therefore also always active, analogously to the second frequency generator 21 of the respective node 2.
  • the second frequency generator 12 typically has a corresponding error of the order of 100 ppm.
  • the error of the first frequency generator 11 is in the range of 20 ppm.
  • the first frequency generator 11 analogous to the first frequency generator 18 of the respective node 2, is also only activated at times in which the transmitting and receiving part 6 opens a receiving window for receiving the data packets 40-1, 40-n of the respective node 2 or Data packets 50-1, 50-n sent in the downlink.
  • the energy source 16 is preferably a battery, in particular a battery with a maximum capacity of 80 Ah.
  • the base station 3 In order to achieve a self-sufficient operating time over several years with such an energy source, the base station 3 must not always be activated.
  • the base station 3 or its transmitting and receiving part 6 should only be activated, i.e. form a receiving window, when the respective node 2 transmits data packets 40-1, 40-n to the base station 3 or the base station 3 transmits data packets 50-1 , 50-n sent in the down link. In the remaining periods of time, the transmitting and receiving part 6 of the communication module 10 of the base station 3 should be in sleep mode.
  • a quartz time to be used for the respective second frequency generator 21 or 12 typically has, as explained above, an error of the order of 100 ppm. This corresponds to a time error of 100 ps / s. Without calibration, this could result in a total error of 200 ppm in the worst case.
  • the time span between the last data packet the data packets 40-1, 40-n in the uplink and the first data packet of the pa kete 50-1, 50-n in the downlink is usually z. B. approx. 300 seconds. Given the time error of 100 ps / s, this would result in an error of 30 ms.
  • the receiver in node 2 only searches for a short period of time, e.g. B. over a period of a quarter of the symbol duration. With a symbol rate of 2 kBaud, this would be 0.125 ms for the example given. Longer search times are not possible with conventional microcontrollers.
  • 3A shows a calibration KAL1 in the area of the node 2, with the procedure described in DE 102005 020 349 B4 the deviation in the node between the second frequency generator 21 and the first frequency generator 18 can be reduced from approx. 100 ppm to 20 ppm. The error is then five times smaller than the error mentioned at the beginning. At 20 ppm and the above-mentioned 300 second time interval, the error in node 2 would still be 6 ms, i.e. still far more than 0.125 ms.
  • a calibration KAL3 of the second frequency generator 12 of the base station 3 and of the first frequency generator 11 of the base station 3 can also be carried out.
  • a calibration KAL2 between the first frequency generator 11 of the base station 3 and the first frequency generator 18 of the respective node 2 can be carried out and stored in the base station 3.
  • the error in the base station 3 can be significantly reduced from 20 ppm, namely theoretically to an error of 0 ppm.
  • the calibration method has only a finite accuracy in practical implementation (for example due to temperature fluctuations and the like), a reduction to a range of 5-0 ppm should realistically be aimed for.
  • FIG. 4 shows an example of a transmission of a telegram 40 from node 2 to base station 3 in the uplink and, subsequently, a transmission of a telegram 50 from base station 3 to node 2 in the downlink.
  • the telegram 40 or 50 is not transmitted as such, but is divided into individual data packets 40-1 to 40-n or 50-1 to 50-n, which are successively sent from node 2 to base station 3 from time t1 or are transmitted from the base station 3 to the respective node 2 from time t2.
  • the data packets 40-1 to 40-n or 50-1 to 50-n are reassembled or recombined in order to obtain the information in the telegram 40 or 50.
  • a calibration KAL1 of the first frequency generator 18 and second frequency generator 21 of the node 2 is carried out at time t1 immediately before or with the first data packet 40-1.
  • the offset of the second frequency generator 21 is reduced to the offset of the first frequency generator 18.
  • a calibration KAL2 between the first frequency generator 18 of the node 2 and the first frequency generator 11 of the base station 3 can also take place at the same time, so that the base station 3 knows on the basis of the calibrations KAL1 and KAL2 when this occurs at time t2 first data packet 50-1 of the subsequent data packets 50-1 to 50-n of a subsequent telegram 50 is to be sent from the base station 3 to the node 2 in order to hit the receiving window as precisely as possible.
  • a calibration KAL3 of the second frequency transmitter 12 and the first frequency transmitter 11 of the base station 3 see FIG.
  • the calibration KAL3 is not necessary. Some time can elapse from the calibration KAL1 at time t1 to the receipt of the first data packet 50-1 in the downlink at time t2, which can result in a time / temperature-related offset of the second frequency generator 21 of the respective node 2. It is precisely the second frequency generator 21 of the respective node 2 that has an offset behavior that is highly temperature-dependent.
  • At least two calibrations KAL1 should take place in the period of the transmission sequence of a telegram 40 in the uplink and an immediately following telegram 50 in the downlink.
  • a further calibration KAL1 is provided in the example in FIG. 4 at time t2.
  • the second frequency generator 21 of the node 2 is recalibrated before the first data packet 50-1 is received, whereby a time- and / or temperature-related offset since the calibration KAL1 at t1 can be eliminated.
  • the receive windows for receiving the data packets 50-1 to 50-n from the respective node 2 can be set more precisely.
  • the search i.e. H. the temporal search range in the reception window can be readjusted based on the second calibration KAL1.
  • the distance between the uplink data packets 40-1, 40-n and downlink data packets 50-1, 50-n can be increased.
  • the calibration KAL1 is located between the last data packet 40-n of the uplink telegram 40 and the first data packet 50-1 of the downlink telegram 50.
  • a further calibration of the second frequency generator 21 and the first frequency generator 18 of the respective node 2 can take place, for example at time t3. In this way, an offset that has built up again since the calibration KAL1 at time t2 due to the time / temperature can be eliminated again. If there are several calibrations taking place one after the other, KAL1 during of the transmission period of the individual data packets 50-1 to 50-n, the most recent calibration KAL1 is used to determine when the receive window for the individual data packets 50-1 to 50-n is to be opened and / or how the search area is to be defined.
  • the individual data packets 50-1 to 50-n are transmitted at different frequencies, as can be seen from FIG. Alternatively, the data packets 50-1 to 50-n can also be transmitted at one and the same frequency. In both cases, a time or temperature-related offset causes a shift in the arrangement of the individual data packets 50-1 to 50-n as a whole.
  • the offset resulting from at least two calibration conditions KAL1, z. B. the calibration KAL 1 at t2 and at t3, a compensation factor KF can be determined.
  • This compensation factor KF can be used within the framework of the reception algorithm to search for the data packets 50-1 to 50-n within a reception window or to optimize the reception algorithm.
  • the offset of the second frequency generator 21 of the node increases continuously.
  • the offset can already be 3 ppm at time t2.
  • the offset at time t3 would already be 9 ppm, for example.
  • the compensation factor KF one is now able to determine the time of reception of the stored data more precisely, taking into account the offset determined. On the one hand, this saves computing power and, on the other hand, in some situations reception is made possible in the first place.
  • FIG. 5 shows a reception window 32 of the node 2, that is to say the time window at which the communication module 17 of the node 2 is open for receiving a telegram 50 from the base station 3.
  • the reference number 30 denotes the temporal extent of the signal energy, that is to say the electromagnetic energy received from the antenna 8 of the node 2.
  • the search field 31, embodies the temporal search field of the reception algorithm mus of the node 2 or its communication module 17 for the incoming signals.
  • the receiving window 32, the search field 31 and the signal energy 30 are arranged symmetrically to one another. Receiving window 32 and search field 31 are always symmetrical and, if the second frequency generator 21 of the node 2 is offset, they move together with the signal energy 30.
  • the arrangement of the respective receiving window 32 and the search field 31 is always fixed in relation to each other in the same way, since both areas are determined in the same way by the second frequency generator 21 of the node. Due to the offset that occurs from time t2, the position of the receiving window 32 and the search field 31 of the respective data packet increasingly shifts compared to the temporal course of the signal energy 30, as shown in FIG. 6 with the help of lines 11 and I2 in the area without a compensation factor ("Without theatrical version") is demonstrated.
  • the node If, on the other hand, the compensation factor KF is included in the reception algorithm, the node expects the data packets 50-1 to 50-n at an earlier or later point in time in accordance with the compensation factor KF.
  • the prerequisite here is that the receiving window 32 contains a certain tolerance range on both sides.
  • the node 2 thus assumes that the clocks of the second frequency generator 21 and of the first frequency generator 18 differ by 10 ppm and thus expects the relevant data packets from the stored data somewhat later. On the one hand, this saves computing time, and on the other hand, it only makes reception possible if there are already high deviations.
  • an offset of z. B. measured 10 ppm ge and a further measurement at time t3 an offset of z. B.
  • the control and arithmetic unit 19 of the node 2 calculates a course that reproduces the compensation factor KF over time, ie the temporal delay compared to an ideal signal.
  • the data packet at t3 would therefore have to be compensated by 20 ppm.
  • the control and computing unit 19 can, for example, skip 10 samples in order to search or scan at the right point.
  • the compensation factor KF thus enables a fine adjustment of the search field 31 of the signal sampling in relation to the time axis t.
  • FIG. 7 shows different curves of the compensation factor KF over time.
  • a calibration KAL1 took place at time t2.
  • the second frequency generator 21 and the first frequency generator 18 of the node diverge, for example, by 2 ppm. Assuming that 10 seconds have passed from t2 to t3, this results in an offset of 20 ps (2 ppm x 10 s). The slope of the curve is therefore linear.
  • curve (b) for example, a deviation of 2 ppm was measured at time t2 and a deviation of 6 ppm was measured at time t3.
  • the curve shows an increasing compensation factor, but not linearly but square. To calculate the compensation factor, a corresponding quadratic function must therefore be taken into account.
  • the curve (c) shows the influence of the temperature on the offset, so that this curve is also not linear but rather according to a quadratic factor.
  • KAL1 Calibration LF / HF in the node KAL2 Calibration HF node / HF base station

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  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von Daten, insbesondere Sensordaten, per Funk zwischen zumindest einem, vorzugsweise dauerhaft ortsfest installierten, batteriebetriebenen Knoten (2) und einer Basisstation (3) in einem Kommunikationssystem (1) mit bidirektionalem Funkübertragungsbetrieb, wobei die Basisstation (3) ein Kommunikationsmodul (10) mit einem ersten Frequenzgeber (11) aufweist, wobei der Knoten (2) ein Kommunikationsmodul (17) mit einem ersten Frequenzgeber (18) sowie einem zweiten Frequenzgeber (21) mit einer niedrigeren Frequenz als derjenigen des ersten Frequenzgebers (18) aufweist, wobei das Kommunikationsmodul (17) des Knotens (2) dazu vorgesehen ist, Daten im Uplink an das Kommunikationsmodul (10) der Basisstation (3) zu senden, indem ein Funktelegramm (40) in mindestens zwei Datenpakete, vorzugsweise in eine Vielzahl von Datenpaketen (40-1, 40-n) aufgeteilt wird, die Datenpakete (40-1, 40-n) in zeitlichem Abstand nacheinander gesendet werden, wobei das Kommunikationsmodul (10) der Basisstation (3) dazu vorgesehen ist, Daten im Downlink an das Kommunikationsmodul (17) des Knotens (2) zu senden, indem ein Funktelegramm (50) in mindestens zwei Datenpakete, vorzugsweise in eine Mehrzahl von Datenpaketen (50-1, 50-n) aufgeteilt wird, die in zeitlichem Abstand nacheinander gesendet werden. Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe, die Empfangsqualität im Downlink zu verbessern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass während des Übertragungszeitraums der Summe aus einer Abfolge der Datenpakete (40-1, 40-n) und einer nachfolgenden Abfolge der Datenpakete (50-1, 50-n) einschließlich eines gegebenenfalls dazwischenliegenden Zeitraums mindestens zwei Kalibrierungen (KAL1) des ersten Frequenzgebers (18) und zweiten Frequenzgebers (21) des Knotens (2) stattfinden.

Description

Diehl Metering Systems GmbH, 90451 Nürnberg
Verfahren zum bidirektionalen Übertragen von Daten, insbesondere Sensordaten sowie funkfähiger Knoten
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von Daten, ins besondere Sensordaten, per Funk zwischen zumindest einem, vorzugsweise dauerhaft ortsfest installierten, batteriebetriebenen Knoten und einer Basisstation in einem Kommunikationssystem mit bidirektionalem Funkübertragungsbetrieb. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen funkfähigen Knoten, welcher ge mäß dem vorgenannten Verfahren betreibbar ist.
Technologischer Hintergrund
Knoten eines Kommunikationssystems wie z. B. intelligente Verbrauchsmessge räte sind üblicherweise lokalen Positionen wie z. B. jeweils Wohneinheiten oder Wohnhäusern zugeordnet. Die dort anfallenden Messdaten können auf unter schiedlichste Weise ausgelesen werden. Messdaten können z. B. über das Stromnetz (Power Line) ausgelesen werden. Die Einbindung der Verbrauchs messgeräte in ein überörtliches Netzwerk ist hierbei allerdings nicht möglich. Ferner können Messdaten mittels Mobilfunktechnologie in Form von Datenpake- ten oder Telegrammen übertragen werden. Dies ist allerdings teuer, setzt die Installation von Mobilfunkmodulen an den Verbrauchsmessgeräten voraus und hat Nachteile betreffend den hohen Stromverbrauch an den einzelnen Ver brauchsmessgeräten. Ferner können Messdaten in Form von Datenpaketen oder Telegrammen auch per Funk, beispielsweise im ISM (Industrial, Scientific, Medi- cal)-Band-Frequenzbereich oder im SRD (Short Range Devices)-Band-
Frequenzbereich, übertragen werden. Diese Frequenzbereiche haben den Vor teil, dass von den Betreibern lediglich eine allgemeine Zulassung der Frequenz verwaltung notwendig ist. Allerdings besteht das Problem, dass aufgrund der Häufigkeit der Verwendung derartiger Frequenzbereiche für unterschiedlichste technische Einrichtungen wie etwa Garagentorsteuerungen, Babyphones, Alarmanlagen, WLAN, Bluetooth, Rauchwarnmelder usw. es häufig zu Störungen kommen kann. Das Sammeln der Messdaten per Funk erfolgt entweder durch ortsfeste oder mobile Datensammler (Basisstationen oder Kollektoren), an die die in den Sendern der Verbrauchsmessgeräte bereitgestellten Messdaten übertra gen werden.
Hierbei werden von Verbrauchsmessgeräten Messdaten in bestimmten, sehr kurzen Stichzeiträumen (Stichzeit bzw. Stichzeitpunkt inklusive Zeitabweichung) an einen Datensammler übertragen und die in diesen Stichzeiträumen empfan genen Messdaten für eine Verbrauchsauswertung herangezogen. Eine besonde re Herausforderung besteht hierbei darin, dass eine Kommunikation zwischen Datensammler und Verbrauchsmessgeräten eine sehr genaue Zeitsynchronisati on zwischen den im Bereich der Verbrauchsmessgeräte befindlichen Oszillatoren und denjenigen des Datensammlers benötigt. Für Oszillatoren autonomer Ver brauchsmessgeräte werden als Frequenzgeber (mit einer Zeiterfassungsfunktion einer Frequenzreferenzeinrichtung) einfache Quarze mit relativ niedriger Fre quenz und entsprechend geringem Stromverbrauch eingesetzt. Derartige Quarze weisen aufgrund von Fertigungstoleranzen, Temperaturverhalten und Alterung Quarzfehler von ca. 10 - 100 ppm auf. Beispielsweise führt bei einem Standard quarz ein Quarzfehler von 50 ppm zu einer Abweichung von 4,3 Sekunden pro Tag bzw. 26 Minuten pro Jahr. Daraus wiederum resultiert bereits eine Abwei chung der Zeitsynchronisation bei geringen Temperaturschwankungen, die sich auch schon bei sehr kurzen Zeiträumen bemerkbar machen. Die Folge ist ein schlechter Empfang.
Bei einer bidirektionalen Übertragung erfolgt nach einer Uplink-Übertragung von den Knoten zur Basisstation eine schmalbandige Downlink-Übertragung von Daten von der Basisstation an die jeweiligen Knoten statt. Bei den im Downlink übertragenen Daten handelt es sich zum Beispiel um eine Bestätigung des Emp fangs eines Datenpakets oder Telegramms durch die Basisstation, um eine An frage, ob beispielsweise noch weitere Daten von dem jeweiligen Knoten zur Ba sisstation übertragen werden, um Steuertelegramme oder um sonstige an den jeweiligen Knoten zu übertragende Daten/Informationen. Sowohl im Uplink als auch im Downlink erfolgt die Übertragung der Daten per Telegramm nicht am Stück. Vielmehr wird das Telegramm in einzelne Datenpakete mit einer im Ver gleich zum Telegramm geringeren Länge aufgeteilt, welche anschließend einzeln in zeitlichem Abstand zueinander nacheinander übertragen werden und im Emp- fänger decodiert bzw. rekombiniert werden. Hierbei besteht beim Downlink das besondere Problem, dass die Anzahl der Datenpakete größer ist als beim Uplink und die Dauer der Übertragung der einzelnen Datenpakete daher länger dauert. Ferner muss die Trägerfrequenz der Datenpakete sehr genau der vom Knoten erwarteten Trägerfrequenz entsprechen, damit der Einfluss des Rauschens mög- liehst unterdrückt werden kann. Schließlich muss der Knoten sein Empfangsfens ter für den Downlink zum erwarteten Zeitpunkt öffnen, was jedoch aufgrund des temperaturbedingten Verziehens (Offsets) der Frequenz des Knoten-seitigen Frequenzgebers eine zusätzliche Schwierigkeit darstellt. Dementsprechend kann sich bedingt durch die Temperatur und die fortschreitende Zeit bis zum Empfang des letzten Datenpakets eines Telegramms im Downlink ein Frequenzversatz und/oder ein Zeitversatz einstellen, der einen guten Empfang der Datenpakete im Downlink erschwert oder sogar unmöglich macht. Druckschriftlicher Stand der Technik
Ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs ist aus der DE 102005 020349 B4 bekannt. Bei dem dort beschriebenen Verbrauchserfassungssystem besitzen die Verbrauchsmessgeräte einen ersten Zeittaktgeber (Uhrzeittaktge- ber) mit niedrigerem Stromverbrauch für den Dauerbetrieb sowie einen zweiten Taktgeber mit höherer Frequenzstabilität und höherem Stromverbrauch, welcher lediglich in kurzen Aktivierungsphasen betrieben wird. Gemäß der dort beschrie benen Idee wird im Verbrauchsmessgerät während der kurzen Aktivierungspha sen des zweiten Taktgebers die Frequenz, die Periodendauer oder eine daraus abgeleitete Größe als ein Taktmaß des ersten Zeittaktgebers auf der Basis eines vom zweiten Zeittaktgeber abgeleiteten Vergleichsmaßstabs erfasst und die ak kumulierte Zeit des ersten Zeittaktgebers in Abhängigkeit der festgestellten Ab weichung korrigiert. Daraus resultiert, dass der zeitliche Fehler dann dem zeitli chen Fehler des zweiten Taktgebers des Verbrauchsmessgeräts entspricht. Die DE 102010031 411 A1 sowie die EP 2 751 526 B1 beschreiben ein Konzept zur drahtlosen Übertragung von Nutzdaten, bei dem die Nutzdaten in eine Mehr zahl kanalkodierter Datenpakete aufgeteilt und innerhalb eines Zeitintervalls von einem Knoten über einen Drahtloskommunikationskanal zu einer Basisstation übertragen werden. In der Basisstation werden die Datenpakete dekodiert und wieder zu den Nutzdaten kombiniert. Gemäß der EP 2 751 526 B1 kann der Kno ten zum Erzeugen von Datenpaketen dahingehend ausgebildet sein, eine Syn chronisationssequenz in Teilsynchronisationssequenzen aufzuteilen und jedes Datenpaket mit einer der Teilsynchronisationssequenzen zu versehen. Synchro nisationssequenzen sind deterministische oder pseudozufällige binäre Datenfol gen, die zusammen mit den eigentlichen Nutzdaten bzw. Sensordaten in den Datenpaketen an die Basisstation gesendet werden. Der Basisstation sind die Synchronisationssequenzen bekannt. Durch Korrelation des Empfangsdaten- Stroms mit der bekannten Synchronisationssequenz kann die Basisstation die zeitliche Position der bekannten Synchronisationssequenz in dem Empfangsda tenstrom ermitteln. Um die Datenpakete kurz zu halten, kann hierbei die Syn chronisationssequenz über die einzelnen kurzen Datenpakete verteilt werden, so dass das einzelne Datenpaket schlechtere Synchronisationseigenschaften auf- weist, als die Synchronisation über mehrere Datenpakete.
In der DE 102016205052 A1 wird zur Verbesserung der Kanalauslastung ein Datensender vorgeschlagen, der ausgebildet ist, um unter Verwendung eines zusätzlichen Sendedatenpakets, welches in einer Lücke oder Pause zwischen zwei Sendedatenpaketen versendet wird, einem anderen Datensender einen Sendezeitpunkt, zu dem der andere Datensender ein Sendedatenpaket aussen det, oder einen zeitlichen Abstand zwischen zwei von dem anderen Datensender ausgesendeten Sendedatenpaketen vorzugeben. Gemäß der DE 102016009 197 B3 wird zum Übertragen von Telegrammen von einem Datensammler an ein Messgerät im Datensammler die senderseitige Re ferenzfrequenz um die Frequenzdifferenz zwischen der Datensammler-seitigen Referenzfrequenz und einer Messgeräte-seitigen Referenzfrequenz nach Erhalt eines Datentelegramms vom Messgerät verschoben. Die DE 102018004828 A1 beschreibt ein Verfahren zum Übertragen von Daten zwischen einem Endgerät und einem Datensammler per Funk, bei dem nach dem Aufbau der Kommunikation das Endgeräte eine Nachricht an den Daten- Sammler sendet und der Datensammler nach Empfang der Nachricht die Über tragung der Daten aufgrund des Inhalts der Nachricht während der Kommunikati on fortsetzt, unterbricht oder beendet. Aufgabe der vorliegenden Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Empfangsqualität im Downlink zu verbessern.
Lösung der Aufgabe
Die vorstehende Aufgabe wird durch die Merkmale des Verfahrens gemäß An spruch 1 sowie durch die Merkmale des funkfähigen Knotens gemäß Anspruch 18 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
Dadurch, dass während des Übertragungszeitraums der Summe aus einer Abfol ge der Uplink Datenpakete und einer darauffolgenden Abfolge der Downlink Da- tenpakete einschließlich eines gegebenenfalls dazwischenliegenden Zeitraums mindestens zwei Kalibrierungen des zweiten Frequenzgeber mit niedrigerer Fre quenz durch den ersten Frequenzgeber mit höherer Frequenz des Knotens statt finden, können für den Empfang der Downlink Datenpakete vom Knoten die An forderungen an die Symboldauer besser eingehalten werden, da sich der ver- gleichsweise stärker temperaturbedingte Offset des zweiten Frequenzgebers des Knotens mit niedrigerer Frequenz aufgrund der mehrfachen Kalibrierung nicht mehr so stark auf die Symboldauer auswirken kann. Zudem kann der Abstand zwischen der Übertragung der Datenpakete im Uplink und der Übertragung der Datenpakete im Downlink vergrößert werden, da aufgrund der erfindungsgemä- ßen Kalibrierung der Fehler dann immer noch klein genug sein würde. Insbeson dere lässt sich durch die Erfindung auch die Anforderung erfüllen, wonach das zu übertragende Symbol nicht größer ist als ein Viertel der Symboldauer. Denn der Empfänger im Zähler sucht lediglich über den Bereich eines Viertels der Symbol dauer. Durch die genaue Rücksendung der Datenpakete im Downlink kann zu dem auch elektrische Energie gespart werden, da Rechnerleistung eingespart werden kann.
Es ist vorteilhaft, wenn zwischen dem Empfang des letzten Uplink Datenpakets und dem Empfang des ersten Downlink Datenpakets der nachfolgenden Daten pakete des unmittelbar nachfolgenden Downlink Telegramms im Knoten mindes tens eine Kalibrierung des zweiten Frequenzgeber durch den ersten Frequenz gebers des Knotens stattfindet, da im Feld die Zeitspanne bis dahin einige Minu ten betragen kann also ziemlich lang sein kann. In dieser Zeitspanne kann sich bereits ein nachteiliger temperaturbedingter Frequenzoffset beim zweiten Fre quenzgeber einstellen, der den Empfang nachteilig beeinträchtigen kann. Insbe sondere kann die oben erwähnte Kalibrierung kurz vor dem Empfang des ersten Downlink Datenpakets erfolgen.
Ferner kann nach dem Empfang des ersten Downlink Datenpakets während der Gesamtdauer der Übertragung der Downlink Datenpaketen des betreffenden Telegramms mindestens eine weitere Kalibrierung des zweiten Frequenzgebers durch den ersten Frequenzgebers des Knotens stattfinden. Hierdurch kann der nachteilige Einfluss der langen Dauer der Übertragung der Downlink Datenpake te und der dadurch bedingte Offseteinfluss des zweiten Frequenzgebers des Knotens weiter reduziert werden. Ferner kann aus dem Vergleich der Kalibrie rungen ein Erkenntniswert gewonnen werden, welcher in das Verfahren zum Empfang der Downlink Datenpakete mit einbezogen werden kann.
Um die Batterie des Knoten weitestgehend zu schonen, ist zweckmäßigerweise während des Betriebs des Knotens nur der zweite Frequenzgeber permanent aktiv, wohingegen der wegen der höheren Frequenz mehr Energie verbrauchen de erste Frequenzgeber nur zeitweise beim Empfang von Daten bzw. beim Aus senden von Daten aktiviert wird. Bei den mehrfach durchzuführenden Kalibrierungen handelt es sich jeweils um entsprechend neue Kalibrierungen bzw. Nachkalibrierungen, die den sich erge benden Offset seit der letzten entsprechenden Kalibrierung beseitigen.
Ferner ermöglicht die vorliegende Erfindung, dass bei nachfolgenden Kalibrie rungen des ersten Frequenzgebers und zweiten Frequenzgebers des Knotens die Abweichung über der Zeit festgestellt wird, aus der Abweichung ein Kom pensationsfaktor abgeleitet wird und der Kompensationsfaktor in einen Emp- fangsalgorithmus zur Suche der Datenpakete innerhalb eines Empfangsfensters miteinbezogen wird. Dies ermöglicht eine besondere Feinjustierung in Bezug auf ein genaueres Auffinden der Abtastpunkte (Samples) und führt gleichzeitig zu einer Verringerung der notwendigen Rechenleistung des Mikroprozessors, wodurch wiederum die Batterie geschont werden kann.
Dadurch, dass eine Kalibrierung der mindestens zwei Kalibrierungen während des Übertragungszeitraums der Summe aus der Abfolge der Downlink Datenpa kete stattfindet, kann sogar während der Zeitspanne der Übertragung eines Te legramms im Downlink der zweite Frequenzgeber des Knotens nochmals nach- justiert werden, so dass der Knoten sein Empfangsfenster im Vergleich zum Sendezeitpunkt des Downlink Datenpakets von der Basisstation besonders ge nau setzen kann. Zudem erhält der Knoten während der relativen langen Zeit spanne der Übertragung eines Telegramms im Downlink einen Offset- Vergleichswert zur letzten entsprechenden Kalibrierung, der wiederum für eine Feinkompensation bzw. die Berechnung des Kompensationsfaktor während der Zeit der Übertragung der Downlink Datenpakete und/oder auch für danach ver wendet werden kann.
Vorzugsweise findet eine Kalibrierung der Menge der mindestens zwei Kalibrie- rungen zu Beginn des Übertragungszeitraums der Summe aus der Abfolge der Downlink Datenpakete statt. Damit wird es dem Knoten ermöglicht, die Emp fangsfenster für die Downlink Datenpakete bereits zu Beginn der Downlink Über tragung zu kompensieren. Zur Bestimmung des Kompensationsfaktors kann der Verlauf des Offsets über ein bestimmtes Zeitintervall berechnet werden. Der Knoten kennt somit den Off set zu einem bestimmten Zeitpunkt und kann auf Basis davon eine Feinjustierung in Bezug auf ein genaueres Auffinden der Abtastpunkte vornehmen.
Insbesondere kann zur Bestimmung des Kompensationsfaktors der Verlauf des Offsets über ein bestimmtes Zeitintervall entweder linear oder über eine Poly nomfunktion auch extrapoliert werden. Hierdurch kann ein zukünftiger Offset vor bestimmt und kompensiert werden.
Vorzugsweise kann durch den Kompensationsfaktor das Suchfeld des Emp fangsalgorithmus über der Zeitachse verschoben werden.
Insbesondere können in Abhängigkeit des Kompensationsfaktors beispielsweise bestimmte im Kommunikationsmodul gespeicherte Abtast-Samples aus der Ge samtmenge der im Kommunikationsmodul gespeicherten Abtast-Samples aus gewählt und nur diese abgetastet werden. Hierdurch wiederum können die Emp fangsqualität gesteigert und die erforderliche Rechenleistung reduziert werden.
Die Genauigkeit der Feinjustierung kann dadurch noch zusätzlich gesteigert wer den, dass bei der Bestimmung bzw. Berechnung des Kompensationsfaktors die spezifischen Offset/Temperatur-Kennlinien des zweiten Frequenzgebers und vorzugsweise auch des ersten Frequenzgebers mit einbezogen werden.
Zweckmäßigerweise findet für den Fall, dass auch die Basisstation über zwei getrennte Frequenzgeber (Quarze) verfügen sollte, bei den mindestens zwei Ka librierungen des ersten Frequenzgebers und zweiten Frequenzgebers des Kno tens gleichzeitig eine Kalibrierung des zweiten Frequenzgebers der Basisstation und des ersten Frequenzgebers der Basisstation statt. Sofern in der Basisstation für die Frequenzen der Zeit sowie Trägerfrequenz ein und derselbe Quarz vorge sehen sein sollte, ist diese zusätzliche Kalibrierung in der Basisstation nicht er forderlich, da der Frequenzgeber der Basisstation einen geringeren Fehler auf weist. Zweckmäßigerweise erfolgt unter Berücksichtigung der ersten Kalibrierung der mindestens zwei aufeinanderfolgenden Kalibrierungen des ersten Frequenzge bers und zweiten Frequenzgebers des Knotens eine Festlegung des Sendezeit punkts mindestens eines Uplink Datenpakets. Die Basisstation empfängt das Uplink Datenpaket somit mit einer bereits erfolgten Kalibrierung des ersten und zweiten Frequenzgebers des Knotens. Er kann auf dieser Basis den genauen Sendezeitpunkt für das erste Downlink Datenpaket festlegen.
Des Weiteren erfolgt zweckmäßigerweise auf Basis der zweiten oder einer weite ren nachfolgenden Kalibrierung der mindestens zwei Kalibrierungen des ersten Frequenzgebers und zweiten Frequenzgebers des Knotens eine Festlegung des Empfangsfensters und/oder eine Festlegung des Suchzeitraums für das mindes tens eine Downlink Datenpaket.
Beschreibung der Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
Nachstehend werden besondere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Zeichnungsfiguren näher erläutert. Wiederkehrende Merkmale sind der Übersichtlichkeit halber lediglich einmal mit einem Bezugszei chen versehen. Es zeigen:
Fig. 1 eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines Beispiels eines bidirektionalen Kommunikationsnetzwerks mit einer Basisstati on und mehrerer zugehöriger Knoten; Fig. 2 eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines Beispiels einer Basisstation für ein Kommunikationsnetzwerk gemäß Fig. 1 ;
Fig. 3 eine stark vereinfachte schematische Darstellung verschiedener Ka librierungen im Knoten sowie der Basisstation und zwar bei getrenn ten Frequenzgebern in der Basisstation (Fig. 3A) sowie bei einem einzigen Frequenzgeber für LF sowie HF in der Basisstation (Fig. 3B); Fig. 4 eine stark vereinfachte schematische Darstellung der Versendung von Uplink sowie nachfolgenden Downlink Datenpaketen sowie wäh rend dieses Zeitraums vorgenommener Kalibrierungen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5 eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines Empfangs fensters des Knotens, des zugehörigen Suchfelds eines Empfangsal gorithmus des Knotens sowie der eingehenden Signalenergie jeweils dargestellt über der Zeitachse;
Fig. 6 eine stark vereinfachte schematische Darstellung mehrerer Emp fangsfenster eines Knotens, des jeweils zugehörigen Suchfelds des Empfangsalgorithmus des betreffenden Knotens sowie der jeweils zugehörigen Signalenergie über der Zeitachse beim Empfang von Downlink Datenpaketen durch den Knoten sowie während dieses Zeitraums vorgenommener Kalibrierungen im Knoten gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung; sowie
Fig. 7 eine stark vereinfachte schematische Darstellung von unterschiedli chen Verläufen des Kompensationsfaktors über der Zeit t in einem Zeitintervall von t2 bis t3.
Bezugsziffer 1 in Fig. 1 bezeichnet ein bidirektionales Funkkommunikationssys- tem bzw. Funkkommunikationsnetzwerk, welches eine Basisstation 3, z.B. einen sogenannten Datensammler, sowie eine Mehrzahl von einzelnen, autark betrie benen Knoten 2 umfasst. Bei den Knoten 2 handelt es sich beispielsweise um Sensoreinrichtungen oder Zähler jeglicher Art, beispielsweise Wasserzähler, Wärmezähler, Gaszähler oder Stromzähler, oder um Aktoren. Gemein ist diesen Knoten 2, dass sie über ein Kommunikationsmodul 17 mit Antenne 8 sowie eine Steuer- und Recheneinheit 19 verfügen. Des Weiteren verfügt jeder Knoten 2 über einen ersten Frequenzgeber 18 zur Erzeugung einer Trägerfrequenz für die Funkübertragung sowie einen zweiten Frequenzgeber 21, welcher zur Festle gung der Zeitpunkte der Aussendung von Datenpaketen 40-1 , 40-n im Uplink sowie zur Festlegung der Empfangsfenster zum Empfang von Datenpaketen 50- 1, 50-n im Downlink dient. Bei dem ersten Frequenzgeber 18 handelt es sich um einen HF(Hochfrequenz)-Quarz, welcher üblicherweise einen Fehler in der Grö ßenordnung von 20 ppm aufweist. Demgegenüber handelt es sich bei dem zwei ten Frequenzgeber 21 um einen LF(Niederfrequenz)-Quarz, auch Zeitquarz ge nannt, welcher typischerweise einen Fehler in der Größenordnung von 100 ppm aufweist. Dies entspricht einem zeitlichen Fehler von 100 ps/s.
Der zweite Frequenzgeber 21 des Knotens 2 muss aufgrund der Zeitmess- bzw. Zeitgeberfunktion immer aktiv sein, wohingegen der erste Frequenzgeber 18 le diglich im Sendebetrieb und/oder Empfangsbetrieb aktiviert sein muss. Ansons ten befindet er sich in einem Sleepmodus. Jeder Knoten 2 wird energieautark betrieben, d.h. verfügt über eine Batterie 22, über die die einzelnen Funktions einheiten des Knotens 1 mit Energie versorgt werden. Das Kommunikationsmo dul 17 bzw. die Steuer- und Recheneinheit 19 wird hierbei nicht direkt von der Batterie 22 sondern von einem Energiepuffer 5 mit elektrischer Energie versorgt. Letzterer wird über eine Ladeeinheit 4 bzw. einen Ladeschaltkreis, zu dem die Batterie 22 gehört, mit elektrischer Energie versorgt d. h. aufgeladen.
Jeder Knoten 2 kann beispielsweise, falls dies gewünscht ist, auch mit einer An zeige 9 versehen sein.
Das Funkkommunikationssystem 1 gemäß Fig. 1 wird bidirektional betrieben. Im Uplink werden Datenpakete 40-1 , 40-n von dem jeweiligen Knoten 2 an die Ba sisstation 3 übertragen und dort über deren Antenne 7 empfangen. Im Downlink werden Datenpakete 50-1, 50-n von der Basisstation an jeden einzelnen Knoten 2 übertragen und von dessen Antenne 8 empfangen.
Vorzugsweise wird für die Datenübertragung das SRD-Band oder das ISM-Band verwendet, welche lizenzfrei Frequenzbandbreiten für verschiedenste Anwen dungen ermöglichen.
Fig. 2 zeigt in stark vereinfachter schematischer Darstellungsweise einen bei spielhaften Aufbau einer energieautark betriebenen Basisstation 3 des Kommu- nikationssystems 1 gemäß Fig. 1. Die Basisstation 3 umfasst ein Sende- und Empfangsteil 6 mit einer Antenne 7 sowie einen Mikroprozessor 13, welcher über einen Speicher 15 verfügt und die Anzeige 23 ansteuert.
Des Weiteren verfügt die Basisstation 3 über einen ersten Frequenzgeber 11 in Form eines HF(Hochfrequenz)-Quarzes sowie einen zweiten Frequenzgeber 12 in Form eines LF(Niederfrequenz)-Quarzes. Der zweite Frequenzgeber 12 dient zur Zeiterfassung und ist deshalb analog zu dem zweiten Frequenzgeber 21 des jeweiligen Knotens 2 ebenfalls stets aktiv. Der zweite Frequenzgeber 12 besitzt typischerweise einen entsprechenden Fehler in der Größenordnung 100 ppm.
Der Fehler des ersten Frequenzgebers 11 liegt im Bereich von 20 ppm.
Demgegenüber ist der erste Frequenzgeber 11 analog dem ersten Frequenzge ber 18 des jeweiligen Knotens 2 ebenfalls lediglich zu Zeiten aktiviert, in denen das Sende- und Empfangsteil 6 ein Empfangsfenster zum Empfang der Daten pakete 40-1, 40-n der jeweiligen Knoten 2 öffnet oder Datenpakete 50-1, 50-n im Downlink versendet.
Bei der Energiequelle 16 handelt es sich vorzugsweise um eine Batterie, insbe sondere um eine Batterie mit einer Kapazität von max. 80 Ah. Um mit einer sol chen Energiequelle eine autarke Betriebsdauer über mehrere Jahre zu erreichen, darf die Basisstation 3 nicht immer aktiviert sein. Die Basisstation 3 bzw. dessen Sende- und Empfangsteil 6 sollte lediglich dann aktiviert sein, also ein Empfangs fenster bilden, wenn der jeweilige Knoten 2 Datenpakete 40-1, 40-n an die Ba sisstation 3 übermittelt oder die Basisstation 3 Datenpakete 50-1 , 50-n im Down link versendet. In den restlichen Zeiträumen sollte das Sende- und Empfangsteil 6 des Kommunikationsmoduls 10 der Basisstation 3 sich in dem Sleepmodus befinden.
Ein für den jeweiligen zweiten Frequenzgeber 21 bzw. 12 einzusetzender Zeit quarz hat typischerweise, wie vorstehend ausgeführt, jeweils einen Fehler in der Größenordnung von 100 ppm. Dies entspricht jeweils einem zeitlichen Fehler von 100 ps/s. Ohne Kalibrierung könnte sich hierbei im schlimmsten Fall ein Gesamt fehler von 200 ppm einstellen. Die Zeitspanne zwischen dem letzten Datenpaket der Datenpakete 40-1, 40-n im Uplink und dem ersten Datenpaket der Datenpa kete 50-1, 50-n im Downlink beträgt üblicherweise z. B. ca. 300 Sekunden. Dies ergäbe bei dem zeitlichen Fehler von 100 ps/s bereits einen Fehler von 30 ms. Der Empfänger im Knoten 2 sucht jedoch lediglich über einen geringen Zeitraum, z. B. über einen Zeitraum von einem Viertel der Symboldauer. Bei 2 kBaud Sym bolrate wäre dies für das angegebene Beispiel 0,125 ms. Längere Suchzeiten sind mit herkömmlichen Microcontrollern nicht möglich.
Fig. 3A zeigt im Bereich des Knotens 2 eine Kalibrierung KAL1, mit der in der DE 102005 020 349 B4 beschriebenen Verfahrensweise die Abweichung im Knoten zwischen dem zweiten Frequenzgeber 21 und dem ersten Frequenzgeber 18 von ca. 100 ppm auf 20 ppm reduziert werden kann. Der Fehler ist dann fünf Mal kleiner als der eingangs genannte Fehler. Bei 20 ppm und den vorerwähnten 300 Sekunden Zeitabstand wäre der Fehler im Knoten 2 immer noch 6 ms, also im mer noch weit mehr als 0,125 ms.
Ferner kann bei getrennten Frequenzgebern 11 und 12 in der Basisstation 3 auch eine Kalibrierung KAL3 des zweiten Frequenzgebers 12 der Basisstation 3 und des ersten Frequenzgebers 11 der Basisstation 3 durchgeführt werden.
Ferner kann beim Empfang eines Datenpaktes 40-1, 40-n des jeweiligen Knoten 2 eine Kalibrierung KAL2 zwischen dem ersten Frequenzgeber 11 der Basisstati on 3 und dem ersten Frequenzgeber 18 des jeweiligen Knotens 2 vorgenommen werden und in der Basisstation 3 abgespeichert werden. Hierdurch kann der Feh ler in der Basisstation 3 von 20 ppm deutlich reduziert werden, nämlich theoreti scher Weise auf einen Fehler von 0 ppm. Da jedoch das Kalibrierungsverfahren in der praktischen Umsetzung lediglich eine endliche Genauigkeit aufweist (bei spielsweise aufgrund von Temperaturschwankungen und dergleichen) ist realis tisch eine Reduzierung auf einen Bereich von 5-0 ppm anzustreben.
Die hierdurch erreichte zusätzliche Steigerung der Genauigkeit entspricht daher nochmals einem Faktor von mindestens 4. Sofern, wie in Fig. 3B dargestellt, in der Basisstation 3 lediglich ein einziger Fre quenzgeber 11 (Quarz) vorgesehen ist, der sowohl die Frequenz für die Zeiter fassung als auch die Trägerfrequenz bestimmt, kann eine Kalibrierung KAL3 er satzlos entfallen
Die Figur 4 zeigt ein Beispiel einer Übertragung eines Telegramms 40 vom Kno ten 2 zur Basisstation 3 im Uplink sowie im Nachgang dazu eine Übertragung eines Telegramms 50 von der Basisstation 3 an den Knoten 2 im Downlink. Hier bei wird das Telegramm 40 bzw. 50 nicht als solches übertragen sondern in ein zelne Datenpakete 40-1 bis 40-n bzw. 50-1 bis 50-n aufgeteilt, die sukzessive nacheinander ab dem Zeitpunkt t1 vom Knoten 2 an die Basisstation 3 bzw. ab dem Zeitpunkt t2 von der Basisstation 3 an den jeweiligen Knoten 2 übertragen werden. In der Basisstation 3 bzw. Knoten 2 werden die Datenpakete 40-1 bis 40-n bzw. 50-1 bis 50-n wieder zusammengefügt bzw. rekombiniert, um die In formation des Telegramms 40 bzw. 50 zu erhalten.
Bei dem gezeigten Beispiel wird zum Zeitpunkt t1 unmittelbar vor oder mit dem ersten Datenpaket 40-1 eine Kalibrierung KAL1 des ersten Frequenzgebers 18 und zweiten Frequenzgebers 21 des Knotens 2 vorgenommen. Hierdurch wird der Offset des zweiten Frequenzgebers 21 auf den Offset des ersten Frequenz gebers 18 reduziert. Bei der Übertragung des Datenpakets 40-1 kann zugleich auch eine Kalibrierung KAL2 zwischen dem ersten Frequenzgeber 18 des Kno tens 2 sowie dem ersten Frequenzgeber 11 der Basisstation 3 erfolgen, sodass die Basisstation 3 aufgrund der Kalibrierungen KAL1 und KAL2 weiß, wann zum Zeitpunkt t2 das erste Datenpaket 50-1 der nachfolgenden Datenpakete 50-1 bis 50-n eines nachfolgenden Telegramms 50 von der Basisstation 3 an den Knoten 2 gesendet werden soll, um die Empfangsfenster möglichst genau zu treffen. Zusätzlich zu den Kalibrierungen KAL1 und/oder KAL2 kann auch, vorzugsweise zeitgleich zu KAL1, eine Kalibrierung KAL3 des zweiten Frequenzgebers 12 und ersten Frequenzgebers 11 der Basisstation 3, vgl. Fig. 3, erfolgen, sofern die Basisstation 3 über zwei getrennte Frequenzgeber 11 und 12 verfügt, wie dies in Fig. 3A dargestellt ist. Sofern gemäß Fig. 3B die Frequenz (LF) für die Zeit sowie die Frequenz (HF) für die Trägerfrequenz von einem einzigen Frequenzgeber 11 erzeugt werden, entfällt die Kalibrierung KAL3. Von der Kalibrierung KAL1 zum Zeitpunkt t1 bis zum Empfang des ersten Daten pakets 50-1 im Downlink zum Zeitpunkt t2 kann einiges an Zeit vergehen, wodurch sich ein zeit-/temperaturbedingter Offset des zweiten Frequenzgebers 21 des jeweiligen Knotens 2 ergeben kann. Gerade der zweite Frequenzgeber 21 des jeweiligen Knotens 2 besitzt ein Offsetverhalten, welches stark temperatur abhängig ist.
Um Ungenauigkeiten im Empfang der Datenpakete 50-1 bis 50-n zu vermeiden, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass im Zeitraum der Abfolge der Übertra gung eines Telegramms 40 im Uplink sowie eines unmittelbar nachfolgenden Telegramms 50 im Downlink mindestens zwei Kalibrierungen KAL1 stattfinden sollen. Eine weitere Kalibrierung KAL1 ist in dem Beispiel in Fig. 4 zum Zeitpunkt t2 vorgesehen. Hierdurch wird der zweite Frequenzgeber 21 des Knotens 2 vor dem Empfang des ersten Datenpakets 50-1 erneut kalibriert, wodurch ein zeit- und/oder temperaturbedingter Offset seit der Kalibrierung KAL1 bei t1 beseitigt werden kann. Daraus resultierend können die Empfangsfenster zum Empfang der Datenpakete 50-1 bis 50-n von dem jeweiligen Knoten 2 genauer gesetzt werden. Darüber hinaus kann auch die Suche, d. h. der zeitliche Suchbereich im Empfangsfenster aufgrund der zweiten Kalibrierung KAL1 nachjustiert werden. Zudem kann der Abstand zwischen den Uplink Datenpaketen 40-1, 40-n und Downlink Datenpaketen 50-1, 50-n vergrößert werden.
Die Kalibrierung KAL1 befindet sich in der in Fig. 4 gezeigten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zwischen dem letzten Datenpaket 40-n des Up link Telegramms 40 sowie ersten Datenpakets 50-1 des Downlink Telegramms 50.
Bei Bedarf kann während des Übertragungszeitraums der einzelnen Datenpakete 50-1 bis 50-n eine weitere Kalibrierung des zweiten Frequenzgebers 21 sowie ersten Frequenzgebers 18 des jeweiligen Knotens 2 zum Beispiel zum Zeitpunkt t3 erfolgen. Hierdurch kann ein sich seit der Kalibrierung KAL1 zum Zeitpunkt t2 wieder aufbauender durch die Zeit/Temperatur bedingter Offset wieder beseitigt werden. Bei mehreren, nacheinander erfolgenden Kalibrierungen KAL1 während des Übertragungszeitraums der einzelnen Datenpakete 50-1 bis 50-n wird jeweils die aktuellste Kalibrierung KAL1 zur Bestimmung, wann das Empfangsfenster für die einzelnen Datenpakete 50-1 bis 50-n geöffnet werden soll und/oder wie der Suchbereich festgelegt werden soll, verwendet.
Die einzelnen Datenpakete 50-1 bis 50-n werden bei unterschiedlichen Frequen zen übertragen, wie dies aus Fig. 4 ersichtlich ist. Alternativ können die Datenpa kete 50-1 bis 50-n auch bei ein und derselben Frequenz übertragen werden. In beiden Fällen bewirkt ein zeit- bzw. temperaturbedingter Offset eine Verschie bung der Anordnung der einzelnen Datenpakete 50-1 bis 50-n insgesamt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann aus dem sich über der Zeit ergebenden Offset aus mindestens zwei Kalibrierun gen KAL1, z. B. der Kalibrierung KAL 1 bei t2 sowie bei t3, ein Kompensations faktor KF bestimmt werden. Dieser Kompensationsfaktor KF kann dazu verwen det werden, im Rahmen des Empfangsalgorithmus zur Suche der Datenpakete 50-1 bis 50-n innerhalb eines Empfangsfensters herangezogen zu werden bzw. den Empfangsalgorithmus zu optimieren.
In dem Zeitintervall zwischen t1 und t2 bzw. t2 und t3 steigt der Offset des zwei ten Frequenzgebers 21 des Knotens kontinuierlich an. Beispielsweise kann zum Zeitpunkt t2 der Offset bereits 3 ppm betragen. Ohne Kalibrierung wäre der Off set im Zeitpunkt t3 schon beispielsweise bei 9 ppm. Mit dem Kompensationsfak tor KF ist man nunmehr in der Lage, unter Einbeziehung des ermittelten Offsets den zeitlichen Empfang der gespeicherten Daten zeitlich genauer festzulegen. Hierdurch wird einerseits Rechenleistung gespart, andererseits wird in manchen Situationen ein Empfang hierdurch überhaupt erst ermöglicht.
Figur 5 zeigt ein Empfangsfenster 32 des Knotens 2, also das Zeitfenster, zu dem das Kommunikationsmodul 17 des Knotens 2 für den Erhalt eines Tele gramms 50 von der Basisstation 3 geöffnet ist. Die Bezugsziffer 30 kennzeichnet demgegenüber die zeitliche Erstreckung der Signalenergie, also der von der An tenne 8 des Knotens 2 empfangenen elektromagnetischen Energie. Das Such feld 31 demgegenüber verkörpert das zeitliche Suchfeld des Empfangsalgorith- mus des Knotens 2 bzw. dessen Kommunikationsmoduls 17 für die eingehenden Signale. Idealerweise liegen das Empfangsfenster 32, das Suchfeld 31 sowie die Signalenergie 30 in symmetrischer Anordnung zueinander. Empfangsfenster 32 und Suchfeld 31 liegen stets symmetrisch und verschieben sich bei einem Offset des zweiten Frequenzgebers 21 des Knotens 2 gemeinsam zur Signalenergie 30.
Wie aus Figur 6 ersichtlich ist, ist die Anordnung des jeweiligen Empfangsfens ters 32 sowie des Suchfelds 31 stets zueinander in gleicher Weise lagefixiert, da beide Bereiche in gleicher weise von dem zweiten Frequenzgeber 21 des Kno tens bestimmt werden. Aufgrund des sich einstellenden Offsets ab dem Zeitpunkt t2 verschiebt sich die Position des Empfangsfensters 32 sowie des Suchfelds 31 des jeweiligen Datenpakets zunehmend im Vergleich zum zeitlichen Verlauf der Signalenergie 30, wie dies in Fig. 6 anhand der Linien 11 sowie I2 in dem Bereich ohne Kompensationsfaktor („ohne KF“) demonstriert ist.
Wird demgegenüber der Kompensationsfaktor KF mit in den Empfangsalgorith mus einbezogen, so erwartet der Knoten die Datenpakete 50-1 bis 50-n zu einem entsprechend dem Kompensationsfaktor KF bereits früheren oder erst späteren Zeitpunkt. Voraussetzung hierbei ist, dass das Empfangsfenster 32 beidseitig einen gewissen Toleranzbereich beinhaltet.
Beträgt zum Beispiel zum Zeitpunkt t2 der Offset im Rahmen der Kalibrierung KAL1 10 ppm, so sind es im Zeitpunkt t320 ppm. Der Knoten 2 nimmt somit auf grund des Kommunikationsfaktors KF an, dass die Takte des zweiten Frequenz gebers 21 sowie des ersten Frequenzgebers 18 um 10 ppm auseinanderlaufen und erwartet somit aus den gespeicherten Daten die betreffenden Datenpakete etwas später. Dies spart einerseits Rechenzeit, andererseits macht es den Emp fang überhaupt erst möglich, wenn bereits hohe Abweichungen vorhanden sind.
Wird beispielsweise im Rahmen der KAL1 bei t2 ein Offset von z. B. 10 ppm ge messen und bei einerweiteren Messung zum Zeitpunkt t3 ein Offset von z. B.
20 ppm, so berechnet die Steuer- und Recheneinheit 19 des Knotens 2 einen Verlauf, der den Kompensationsfaktor KF über der Zeit wiedergibt, d. h. die zeitli- che Verzögerung gegenüber einem idealen Signal. Das Datenpaket bei t3 müss te daher um 20 ppm kompensiert werden. Angenommen 20 Sekunden sind ver gangen von t2 bis zu dem Datenpaket bei t3, dann wäre der Fehler zwischen t2 und t320 s x 10 ppm = 200 ps. Unter der beispielhaften Annahme, dass die digi talen IQ-Daten mit einer Samplingrate von 50 ksamp/s gespeichert werden, ent spricht einem Sample (Abtastung) eine Zeit von 20 ps. Somit kann die Steuer- und Recheneinheit 19 beispielsweise 10 Samples überspringen, um an der rich tigen Stelle zu suchen bzw. abzutasten. Der Kompensationsfaktor KF ermöglicht somit eine Feinjustierung des Suchfelds 31 der Signalabtastung in Bezug auf die Zeitachse t.
Die Figur 7 zeigt verschiedene Verläufe des Kompensationsfaktors KF über der Zeit. Bei der Kurve (a) ist eine Kalibrierung KAL1 zum Zeitpunkt t2 erfolgt. Der zweite Frequenzgeber 21 sowie erste Frequenzgeber 18 des Knotens laufen beispielsweise um 2 ppm auseinander. Unter der Annahme, dass von t2 bis t3 10 Sekunden vergangen sind, ergibt dies einen Offset von 20 ps (2 ppm x 10 s). Die Steigung der Kurve ist somit linear.
Bei der Kurve (b) wurde zum Zeitpunkt t2 beispielsweise eine Abweichung von 2 ppm und zum Zeitpunkt t3 eine Abweichung von 6 ppm gemessen. Die Kurve zeigt einen ansteigenden Kompensationsfaktor jedoch nicht linear sondern quad ratisch. Zur Berechnung des Kompensationsfaktors ist daher hierbei eine ent sprechende quadratische Funktion zu berücksichtigen.
Bei der Kurve (c) zeigt sich der Einfluss der Temperatur auf den Offset, sodass auch dieser Verlauf nicht linear sondern gemäß einem quadratischen Faktor ver läuft.
Bei der Berechnung des Kompensationsfaktors KF können zudem auch spezifi sche Offset-Temperatur-Kennlinien des zweiten Frequenzgebers und insbeson dere auch des zweiten Frequenzgebers 21 des Knotens und insbesondere auch des ersten Frequenzgebers 18 des Knotens 2 mit einbezogen werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Kurvenverlauf extrapoliert werden, um dem Knoten 2 Festlegungen für die Zukunft zu ermöglichen.
BEZU GSZEI C H EN LI STE
I Kommunikationssystem 2 Knoten
3 Basisstation
4 Ladeeinheit (Knoten)
5 Energiepuffer (Knoten)
6 Sende- und Empfangsteil 7 Antenne
8 Antenne
9 Anzeige
10 Kommunikationsmodul (Basisstation)
I I erster Frequenzgeber (Basisstation) 12 zweiter Frequenzgeber (Basisstation)
13 Mikroprozessor (Basisstation)
14 Empfangsfenster
15 Speicher
16 Batterie 17 Kommunikationsmodul (Knoten)
18 erster Frequenzgeber (Knoten)
19 Steuer- und Recheneinheit (Knoten)
21 zweiter Frequenzgeber (Knoten)
22 Batterie 23 Anzeige
30 Signal
31 Suchfeld (Empfangsalgorithmus)
32 Empfangsfenster
40 Telegramm-Uplink
40-1 bis 40-n Datenpaket-Uplink
50 Telegramm-Downlink 50-1 bis 50- Datenpaket-Downlink
KAL1 Kalibrierung LF/HF im Knoten KAL2 Kalibrierung HF Knoten/HF Basisstation KAL3 Kalibrierung LF/HF Basisstation

Claims

PATEN TA N SPRÜ CH E
1. Verfahren zum Übertragen von Daten, insbesondere Sensordaten, per Funk zwischen zumindest einem, vorzugsweise dauerhaft ortsfest in stallierten, batteriebetriebenen Knoten (2) und einer Basisstation (3) in ei nem Kommunikationssystem (1) mit bidirektionalem Funkübertragungsbe trieb, wobei die Basisstation (3) ein Kommunikationsmodul (10) mit einem ersten Frequenzgeber (11) aufweist, wobei der Knoten (2) ein Kommunikationsmodul (17) mit einem ers ten Frequenzgeber (18) sowie einem zweiten Frequenzgeber (21) mit einer niedrigeren Frequenz als derjenigen des ersten Frequenzgebers (18) auf weist, wobei das Kommunikationsmodul (17) des Knotens (2) dazu vorge sehen ist, Daten im Uplink an das Kommunikationsmodul (10) der Basissta tion (3) zu senden, indem ein Funktelegramm (40) in mindestens zwei Da tenpakete, vorzugsweise in eine Vielzahl von Datenpaketen (40-1, 40-n) aufgeteilt wird, die Datenpakete (40-1, 40-n) in zeitlichem Abstand nachei- nander gesendet werden, wobei das Kommunikationsmodul (10) der Basisstation (3) dazu vor gesehen ist, Daten im Downlink an das Kommunikationsmodul (17) des Knotens (2) zu senden, indem ein Funktelegramm (50) in mindestens zwei Datenpakete, vorzugsweise in eine Mehrzahl von Datenpaketen (50-1, 50- n) aufgeteilt wird, die in zeitlichem Abstand nacheinander gesendet wer den, dadurch gekennzeichnet, dass während des Übertragungszeitraums der Summe aus einer Abfolge der Datenpakete (40-1, 40-n) und einer nachfolgenden Abfolge der Daten pakete (50-1, 50-n) einschließlich eines gegebenenfalls dazwischenliegen- den Zeitraums mindestens zwei Kalibrierungen (KAL1) des ersten Fre quenzgebers (18) und zweiten Frequenzgebers (21) des Knotens (2) statt finden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Empfang des letzten Datenpakets (40-n) und dem
Empfang des ersten Datenpakets (50-1) der nachfolgenden Datenpakete (50-1, 50-n) im Knoten (2) eine Kalibrierung (KAL1) stattfindet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Empfang des ersten Datenpakets (50-1) während der Ge samtdauer der Übertragung der Datenpaketen (50-1, 50-n) mindestens ei ne Kalibrierung (KAL1) stattfindet.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung (KAL1) fortlaufend über die Abfolgen der Datenpake te (40-1, 40-n) sowie Datenpakete (50-1, 50-n) stattfindet.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs des Knotens (2) der zweite Frequenzgeber (21) permanent aktiv ist, wohingegen der erste Frequenzgeber (18) nur zeitweise aktiv ist.
6. Verfahren nach einem der hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus mindestens zwei Kalibrierungen (KAL1) zu unterschiedlichen Zeitpunkten der sich daraus ergebende Offset festgestellt wird, aus dem
Offset ein Kompensationsfaktor (KF) abgeleitet wird und der Kompensati onsfaktor (KF) in einem Empfangsalgorithmus zur Suche der Datenpakete (50-1, 50-n) innerhalb eines Empfangsfensters (32) miteinbezogen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kalibrierung (KAL1) der mindestens zwei Kalibrierungen (KAL1) während des Übertragungszeitraums der Summe aus der Abfolge der Da tenpakete (50-1, 50-n) stattfindet.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kalibrierung (KAL1) der mindestens zwei Kalibrierungen (KAL1) zu Beginn des Übertragungszeitraums der Summe aus der Abfolge der Da tenpakete (50-1, 50-n) stattfindet.
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Kompensationsfaktors (KF) der Verlauf des Off sets über ein Zeitintervall berechnet wird.
10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Kompensationsfaktors (KF) der Verlauf des Off sets über ein Zeitintervall extrapoliert wird.
11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich aufgrund des Kompensationsfaktors (KF) das Suchfeld (31) des Empfangsalgorithmus zum Empfangsfenster (32) verschiebt.
12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des Kompensationsfaktors (KF) bestimmte im Kom munikationsmodul (17) gespeicherte Abtast-Samples aus der Gesamtmen ge der im Kommunikationsmodul (17) gespeicherten Abtast-Samples aus gewählt werden.
13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung des Kompensationsfaktors (KF) die spezifischen Offset/Temperatur-Kennlinien des zweiten Frequenzgebers (21) mit ein bezogen werden.
14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung des Kompensationsfaktors (KF) die spezifischen Offset/Temperatur-Kennlinien des ersten Frequenzgebers (18) mit einbe zogen werden.
15. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei den mindestens zwei Kalibrierungen (KAL1) des ersten Fre quenzgebers (18) und zweiten Frequenzgebers (21) des Knotens (2) eine Kalibrierung (KAL3) des zweiten Frequenzgebers (12) der Basisstation (3) und des ersten Frequenzgebers (11) der Basisstation (3) stattfindet.
16. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unter Berücksichtigung der ersten Kalibrierung (KAL1) der mindes tens zwei Kalibrierungen (KAL1) eine Festlegung des Sendezeitpunkts mindestens eines Uplink Datenpakets (40-1, 40-n) erfolgt.
17. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis der zweiten oder einer nachfolgenden Kalibrierung (KAL1) der mindestens zwei Kalibrierungen (KAL1) eine Festlegung des Emp fangsfensters für mindestens ein Downlink Datenpaket (50-1, 50-n) und/oder eine Festlegung des Suchbereichs nach mindestens einem Downlink Datenpaket (50-1, 50-n) erfolgt.
18. Funkfähiger Knoten (2) zum Übertragen von Daten, insbesondere Sensordaten, per Funk über eine bidirektionale Funkübertragungsstrecke an eine Basisstation (3) umfassend eine Steuer- und Recheneinheit (19), eine Batterie (22), ein Kommunikationsmodul (17), einen ersten Frequenzgeber (18), einen zweiten Frequenzgeber (21), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Recheneinheit (19) derart hergerichtet und/oder pro grammiert ist, dass der Knoten (2) gemäß dem Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17 betreibbar ist.
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