Способ и система коррекции частоты при передаче данных в lpwan сетях

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат – повышение спектральной эффективности сети передачи данных. Способ осуществляется при помощи вычислительного устройства, соединенного с сетью LPWAN. В состав способа входит: определение фактической частоты принятого сообщения как середины данного участка спектра, где в данном участке спектра выполняется условие: сообщение было успешно принято в данном участке спектра, метрика качества сигнала имеет максимальное значение в данном участке спектра по сравнению со всеми другими участками спектра, где также было принято данное сообщение; вычисление ожидаемой частоты радиосигнала на основании данных, содержащихся в сообщении; определение ошибки частоты принятого радиосигнала как разницы между фактической и ожидаемой частотами сигнала; формирование частоты отправки сообщения на основании ошибки частоты принятого радиосигнала. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

[001] Настоящая международная заявка претендует на приоритет перед американской патентной заявкой №16/220,188, поданной 14 декабря 2018 года, которая в полном объеме включается в настоящую заявку посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[002] Данное техническое решение, в общем, относится к области вычислительной техники, и, в частности, к способам и системам коррекции частоты при передаче данных в LPWAN сетях.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[003] В настоящее время при использовании узкополосных радиосигналов в энергоэффективных сетях дальнего радиуса действия (low-power wide-area network - LPWAN), с шириной полосы сигнала 500 Гц и менее, неточность формирования частоты задающими генераторами может приводить к возникновению проблем, связанных с несовпадением частот передатчика и приемника. Для узкополосных радиосигналов, передаваемых в направлении от абонентского устройства к концентратору, данная проблема может быть решена путем обработки концентратором широкой полосы частот, заведомо большей, чем любое несовпадение частот передатчика абонентского устройства и принимающей части концентратора. В обратном направлении от концентратора к абонентскому устройству прием радиосигналов, в качестве общего правила, осуществляется при помощи серийных приемопередатчиков, обрабатывающих узкую полосу сигналов, соответствующую полосе ожидаемого сигнала без учета возможного расхождения частот приемника и передатчика. В этом случае, для успешного приема радиосигнала необходимо точное совпадение частоты сигнала в радиоэфире и частоты настройки входных приемных фильтров абонентского устройства. К примеру, для сигналов с полосой 200 Гц, точность совпадения частот должна быть порядка нескольких десятков герц.

[004] Известны такие стандарты LPWAN, как LoRa™ и SigFox™. Устройства, работающие по стандарту LoRa™ используют сигналы с расширением спектра. Недостатком данного решения является уменьшение спектральной эффективности сети передачи данных. SigFox™ использует для передачи сообщений от концентраторов на абонентские устройства сигналы с шириной полосы достаточной для того, чтобы не нуждаться в применении данного изобретения. Недостатком данного решения является сравнительное уменьшение дальности связи при передаче от концентратора абонентским устройствам. Таким образом, существующие системы не используют узкополосную модуляцию для передачи данных в нисходящем канале. [005] В американском патенте 9,252,998 В2 «Radio to detect and compensate for frequency misalignment» (патентообладатель: Itron Inc, дата публикации: 02.02.2016) раскрывается радиоприемник, содержащий радиочастотную (RF) подсистему; цифровую подсистему для получения ввода от подсистемы RF; средство оценки частотной ошибки для полученных выборок из цифровой подсистемы и для оценки смещения частоты принятого сигнала из множества принятых сигналов, причем средство оценки частотной ошибки измеряет отклонение частоты по длине преамбулы пакета, множество принятых сигналов ассоциировано с множеством различных полос каналов; а также передатчик для передачи данных на частоте, основанной частично на, в по меньшей мере, оцененном смещении частоты.

СУЩНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ

[006] Данное техническое решение направлено на устранение недостатков, свойственных решениям, известным из уровня техники.

[007] В соответствии с первым широким аспектом настоящей технологии предусматривается способ коррекции частоты при передачи данных в энергоэффективной сети дальнего радиуса действия (low-power wide-area network - LPWAN), сеть LPWAN, включающая в себя концентратор, соединенный с возможностью связи с антенной, способ, осуществляемый при помощи вычислительного устройства, соединенного с концентратором. В состав способа входит: прием посредством концентратора с антенны радиосигнала, несущего сообщение с абонентского устройства; обработка посредством вычислительного устройства радиосигнала, при этом в обработку входит: деление всей полосы пропускания концентратора на участки спектра, имеющие ширину, соответствующую ширине полосы сообщения; прием посредством вычислительного устройства сообщений в, по меньшей мере, каком-то участке спектра; определение посредством вычислительного устройства количества участков спектра, где происходит прием сообщения; формирование посредством вычислительного устройства метрики качества сигнала для каждого принятого сообщения в каждом участке спектра, где сообщение было принято; определение посредством вычислительного устройства фактической частоты принятого сообщения как середины данного участка спектра, где в данном участке спектра выполняется условие: сообщение было успешно принято в данном участке спектра, метрика качества сигнала принимает максимальное значение в данном участке спектра по сравнению со всеми другими участками спектра, где также было принято данное сообщение; вычисление посредством вычислительного устройства ожидаемой частоты радиосигнала на основании данных, содержащихся в сообщении; определение посредством вычислительного устройства ошибки частоты принятого радиосигнала как разницы между фактической и ожидаемой частотами сигнала; формирование посредством вычислительного устройства частоты отправки сообщения на основании ошибки частоты принятого радиосигнала.

[008] В некоторых вариантах реализации способа в состав способа дополнительно входит: выполнение коррекции ошибки частоты концентратора при помощи: передачи, по меньшей мере, одного сообщения с помощью передающего устройства концентратора на известной концентратору частоте, доступной для приема концентратором; формирования ошибки частоты концентратора как разницы между фактической частотой и ожидаемой частотой, по меньшей мере, одного дополнительного сообщения, при этом формирование частоты отправки сообщения далее производится на основании ошибки частоты полученного радиосигнала и ошибки частоты концентратора.

[009] В некоторых вариантах реализации способа участки спектра пересекаются.

[0010] В некоторых вариантах реализации способа прием посредством вычислительного устройства сообщений в, по меньшей мере, некоторых участках спектра состоит в приеме сообщений независимо в, по меньшей мере, некоторых участках спектра.

[0011] В некоторых вариантах реализации способа формирование посредством вычислительного устройства метрики качества сигнала для данного полученного сообщения в каждом участке спектра, где было получено сообщение: декодирование данного полученного сообщения; использование всего декодированного данного полученного сообщения для формирования метрики качества сигнала.

[0012] В некоторых вариантах реализации способа метрика качества сигнала далее определяется на основании одного из следующих параметров: (i) средняя мощность сигнала и (ii) среднее отношение сигнал/шум.

[0013] В некоторых вариантах реализации способа вычисление посредством вычислительного устройства ожидаемой частоты радиосигнала далее основано на счетчике переданных сообщений, содержащемся в сообщении, при этом счетчик переданных сообщений определяется в таблице.

[0014] В некоторых вариантах реализации способа передающее устройство концентратора расположено в составе концентратора.

[0015] В некоторых вариантах реализации способа передающее устройство концентратора исполнено в виде одного из следующего: интегрированная микросхема или сборка отдельных компонентов.

[0016] В соответствии с еще одним широким аспектом настоящей технологии предусматривается система коррекции частоты при передачи данных в сети LPWAN. В состав системы входит: антенна принимающего устройства, сконфигурированная для направления полученного сигнала с передающего устройства на концентратор; при этом концентратор сконфигурирован для приема радиосигнала с антенны принимающего устройства; вычислительное устройство, связанное с концентратором, при этом вычислительное устройство сконфигурировано для: приема концентратором с антенны принимающего устройства радиосигнала, несущего сообщение; обработка посредством вычислительного устройства радиосигнала, при этом в обработку входит: деление всей полосы пропускания концентратора на участки спектра, имеющие ширину, соответствующую ширине полосы сообщения; прием посредством вычислительного устройства сообщений в, по меньшей мере, каком-то участке спектра; определение посредством вычислительного устройства количества участков спектра, где происходит прием сообщения; формирование посредством вычислительного устройства метрики качества сигнала для каждого принятого сообщения в каждом участке спектра, где сообщение было принято; определение посредством вычислительного устройства частоты принятого сообщения как середины данного участка спектра, где в данном участке спектра выполняется условие: сообщение было успешно принято в данном участке спектра, метрика качества сигнала принимает максимальное значение в данном участке спектра по сравнению со всеми другими участками спектра, где также было принято данное сообщение; вычисление посредством вычислительного устройства ожидаемой частоты радиосигнала на основании данных, содержащихся в сообщении; определение посредством вычислительного устройства ошибки частоты принятого радиосигнала как разницы между определенной и ожидаемой частотами сигнала; формирование посредством вычислительного устройства частоты отправки сообщения на основании ошибки частоты принятого радиосигнала.

[0017] В некоторых вариантах реализации системы передающее устройство концентратора расположено в составе концентратора.

[0018] В некоторых вариантах реализации системы передающее устройство концентратора исполнено в виде одного из следующего: (i) интегрированная микросхема и (ii) сборка отдельных компонентов.

[0019] В некоторых вариантах реализации системы в состав концентратора далее входит принимающее устройство и передающее устройство.

[0020] Не имеющие ограничительного характера варианты воплощения настоящей технологии направлены на способы и системы, которые могут использоваться при построении технологии связи NB-Fi LPWAN. Продукция, использующая данное техническое решение, может изготавливаться для рынка Интернета вещей (IOT).

[0021] Не имеющие ограничительного характера варианты воплощения настоящей технологии разработаны, исходя из оценки изобретателями, в по меньшей мере, одной проблемы, связанной с решениями предыдущего уровня техники. В отсутствие желания привязываться к конкретной теории, представляется, что предыдущий уровень техники не учил, как технически подлежит оценке ошибка частоты, а также в нем не указывалось, как ошибка частоты на принимающем устройстве связана с необходимой компенсацией при передаче.

[0022] Не имеющие ограничительного характера варианты воплощения настоящей технологии направлены на алгоритм компенсации нестабильности частот задающих генераторов абонентского устройства и концентратора. Не имеющие ограничительного характера варианты воплощения настоящей технологии могут использоваться для обеспечения достаточного низкого уровня несовпадения несущих частот при передаче сообщений с концентратора на абонентские устройства.

[0023] Технической задачей или технической проблемой, решаемой в данном техническом решении, является определение величины необходимой коррекции несущей частоты сообщения при передаче от концентратора к абонентским устройствам.

[0024] Техническим результатом, достигающимся при решении вышеуказанной технической задачи, в, по меньшей мере, некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения настоящей технологии является повышение точности оценки ошибки частоты на концентраторе за счет применения способа, в котором оценка ошибки частоты производится после приема сообщения и исправления ошибок, а также компенсации помех, и осуществление передачи с концентратора абонентским устройствам на уточненной частоте. Это позволяет в, по меньшей мере, некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения настоящей технологии использовать узкополосные сигналы при осуществлении передачи с концентратора на абонентские устройства.

[0025] Дополнительно, в, по меньшей мере, некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения настоящей технологии повышается помехоустойчивость передачи данных от концентратора к абонентским устройствам, увеличивается дальность и спектральная эффективность за счет передачи данных на более низкой скорости с более узкой полосой сигнала, а также за счет более точного совпадения полосы передающего устройства с полосой принимающего устройства на абонентском устройстве.

[0026] Также повышается устойчивость оценки частоты к помехам, похожим по спектру на ожидаемый сигнал от абонентского устройства, в, по меньшей мере, некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения настоящей технологии.

[0027] Также данное техническое решение в, по меньшей мере, некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения настоящей технологии позволяет реализовывать передающую и приемную часть концентратора раздельно, с использованием отдельных, и в некоторых вариантах реализации различающихся, источников опорной частоты. Это позволяет конструктивно разделить концентратор на несколько частей, либо разделить блоки внутри одной части по функциональному назначению, а также осуществлять прием и передачу на различающихся частотах.

[0028] Технический результат достигается в, по меньшей мере, некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения настоящей технологии благодаря реализации способа оценки ошибки по частоте на приеме, пересчету данной ошибки в необходимую поправку для передачи и передаче данных с поправкой.

[0029] В целом, технический результат достигается в, по меньшей мере, некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения настоящей технологии за счет осуществления способа коррекции частоты при передаче данных в LPWAN сетях, при этом в способ входят следующие шаги:

- на концентраторе получают радиосигнал с антенны;

- затем обрабатывают полученный радиосигнал посредством вычислительного устройства концентратора, причем делят всю полосу пропускания концентратора на участки, по ширине соответствующие полосе сообщения (участок спектра);

- далее принимают сообщения посредством вычислительного устройства концентратора в каждом выделенном на предыдущем шаге участке;

- после чего запоминают для каждого принятого на предыдущем шаге сообщения номера участков спектра, где оно было принято;

- затем формируют посредством вычислительного устройства концентратора метрики качества сигнала для каждого принятого пакета сообщения в каждом участке спектра, где сообщение было принято;

- определяют частоту принятого сообщения как середину участка спектра, где выполняются следующие условия: сообщение было успешно принято в данном участке, а метрика качества сигнала принимает максимальное значение на данном участке по сравнению со всеми участками, где также было принято данное сообщение;

- далее вычисляют ожидаемую частоту радиосигнала на основании данных, содержащихся в сообщении;

- определяют ошибку частоты принятого радиосигнала как разницу между определенной и ожидаемой частотами сигнала;

- формируют частоту отправки сообщения на основании определенной ранее ошибки частоты принятого радиосигнала.

[0030] В некоторых вариантах реализации технического решения дополнительно производится коррекция ошибки частоты концентратора следующим образом:

- выполняют передачу, в по меньшей мере, одного сообщения с помощью передающего устройства концентратора на известной концентратору частоте, доступной для приема концентратором;

- определяют частоту данного сообщения аналогично вышеописанной процедуре, разбивая полосу концентратора на участки и сравнивая метрику качества сигнала для участков, где принято сообщение;

- определяют ошибку частоты концентратора как разницу между определенной на предыдущем шаге частотой сигнала и ожидаемой частотой сигнала, который отправлен с передающей части концентратора и принят на его приемной части;

- формируют частоту отправки сообщения на основании определенных ранее ошибки частоты принятого радиосигнала и ошибки частоты концентратора.

[0031] В некоторых вариантах реализации технического решения при делении полосы пропускания на участки, данные участки пересекаются.

[0032] В некоторых вариантах реализации технического решения концентратор принимает сообщения в каждом участке независимо друг от друга.

[0033] В некоторых вариантах реализации технического решения для формирования метрики качества сигнала используют все сообщение после декодирования.

[0034] В некоторых вариантах реализации технического решения метрикой качества сигнала является средняя мощность сигнала и/или среднее отношение сигнал/шум.

[0035] В некоторых вариантах реализации технического решения вычисление ожидаемой частоты связано со счетчиком переданных сообщений, содержащемся в сообщении, с помощью таблицы.

[0036] В некоторых вариантах реализации технического решения передающая часть концентратора расположена в составе концентратора.

[0037] В некоторых вариантах реализации технического решения передающая часть концентратора представляет собой отдельное устройство.

[0038] В некоторых вариантах реализации технического решения передающее устройство концентратора исполнено в виде интегрированной микросхемы или собрано из отдельных компонентов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0039] Конструкция и преимущества не имеющих ограничительного характера вариантов воплощения настоящего технического решения станут ясны из приведенного ниже подробного описания и прилагаемых чертежей, на которых:

[0040] На Фиг. 1 отображена блок-схема не имеющего ограничительного характера варианта воплощения способа коррекции частоты при передаче данных в LPWAN сетях.

[0041] На Фиг. 2 отображен не имеющий ограничительного характера вариант воплощения системы коррекции частоты при передаче данных в LPWAN сетях.

[0042] На Фиг. 3 отображен не имеющий ограничительного характера вариант воплощения вычислительного устройства, которое делит всю полосу пропускания на участки, по ширине соответствующие полосе сообщения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0043] Не имеющие ограничительного характера варианты воплощения настоящего технического решения могут быть реализованы как компонент распределенной компьютерной системы (централизованной или децентрализованной), компонентами которой являются облачные или локальные серверы, измерительные приборы, маршрутизаторы и т.д., без ограничения.

[0044] В соответствии с не имеющими ограничительного характера вариантами воплощения настоящей технологии в термин «система» входит один или несколько следующих компонентов: компьютерная система или автоматизированная система (АС), ЭВМ (электронно-вычислительная машина), ЧПУ (числовое программное управление), ПЛК (программируемый логический контроллер), компьютеризированная система управления и любые другие устройства, способные выполнять заданную, четко определенную последовательность вычислительных операций (действий, инструкций).

[0045] В соответствии с не имеющими ограничительного характера вариантами воплощения настоящей технологии в термин «сообщение» входит блок данных, размером десять байт или более, формат которого, известен как передающему устройству, так и принимающему устройству, содержание которого позволяет сообщению быть обнаруженным и принятым на принимающем устройстве (будь это абонентское устройство или концентратор).

[0046] Сообщение содержит заранее определенную последовательность бит, называемую «преамбулой», которая используется для первоначального поиска сообщения во входном сигнале, и данные непосредственно сообщения. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения настоящей технологии сообщение также содержит дополнительную служебную информацию, например, счетчик переданных сообщений и т.п. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения настоящей технологии сообщение может далее включать контрольную сумму, избыточный циклический код или другой набор дополнительных данных. Дополнительная информация такого типа может использоваться для контроля правильности приема сообщения. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения настоящей технологии сообщение также может содержать дополнительные данные помехоустойчивого кодирования, которые могут использоваться для исправления ошибок в принятом сообщении.

[0047] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения настоящей технологии термин «концентратор» означает устройство инфраструктуры сети, сконфигурированное для обслуживания группы абонентских устройств. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения настоящей технологии концентратор состоит из принимающего устройства, передающего устройства, вычислительного устройства и в некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения настоящей технологии - других устройств (например, антенн, системы питания и т.д.).

[0048] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения настоящей технологии вычислительное устройство означает устройство, сконфигурированное для производства вычислений исходя из заранее заложенной в него программы. Например, вычислительным устройством может быть персональный компьютер или специализированный вычислитель, такой как система на кристалле, программируемая логическая матрица и т.п.

[0049] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения настоящей технологии абонентское устройство - радиостанция, осуществляющая обмен данными с концентратором.

[0050] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения настоящей технологии принимающее устройство (иногда именуемое радиоприемник) - устройство, предназначенное (в сочетании с антенной) для приема радиосигналов или естественных радиоизлучений и преобразования их к виду, позволяющему использовать содержащуюся в них информацию.

[0051] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения настоящей технологии передающее устройство (иногда также именуемое радиопередатчик или радиопередающее устройство) - электронное устройство для формирования радиочастотного сигнала, подлежащего излучению. Передающее устройство конфигурируется, чтобы генерировать (самостоятельно) переменный ток радиочастоты, который с помощью фидера подводится к передающей антенне, которая, в свою очередь, излучает радиоволны.

[0052] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения настоящей технологии передача сообщений в обоих направлениях осуществляется на частотах, могущих однозначно определяться содержащимися в пакете сообщения данными в случае, когда частоту передачи выбирает передающее устройство, либо на заранее известных передатчику и приемнику частотах. В, по меньшей мере, некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения настоящей технологии у передаваемых сообщений имеется счетчик переданных сообщений, который в форме таблицы связан с частотой.

[0053] Частоты передачи сообщений определяются абонентским устройством 210. Это может быть связано с тем фактом, что концентратор 220 сконфигурирован, чтобы принимать сообщения во всей полосе, используемой системой связи, и конкретный способ определения частоты не является важным для приема на концентраторе 220 и дальнейшей обработки. С другой стороны, абонентское устройство 210 сконфигурировано, чтобы принимать сообщения только на одной, заранее выбранной частоте. Архитектура системы коррекции частоты при передаче данных в LPWAN сетях подробно показана на Фиг. 2.

[0054] Как показано на Фиг. 1 способ в соответствии с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами воплощения настоящей технологии основан на предпосылке наличия возможности измерения частоты принимаемых сигналов на входе концентратора.

[0055] Шаг 110: на концентраторе получают радиосигнал с антенны.

[0056] На шаге 110 принимающее устройство 230 концентратора 220 получает, по меньшей мере, один радиосигнал, несущий сообщение, с антенны и определяет частоту данного принятого сигнала следующим образом.

[0057] Шаг 120: обрабатывают полученный радиосигнал посредством вычислительного устройства концентратора, причем делят всю полосу пропускания концентратора на участки, по ширине соответствующие полосе сообщения.

[0058] На шаге 120 вычислительное устройство 240 концентратора 220 обрабатывает полосу частот, на которой могут передаваться сообщения. Вычислительное устройство 240 концентратора 220 делит всю полосу на участки, по ширине соответствующие полосе сообщения, как показано на Фиг. 3. Способ расположения участков по отношению друг к другу не имеет особенных ограничений. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения настоящей технологии участки могут перекрываться.

[0059] Например, в соответствии с некоторыми, в по меньшей мере, не имеющими ограничительного характера вариантами воплощения настоящей технологии общая анализируемая полоса на приеме может составлять 50000 Гц, при этом участки полосы пропускания могут составлять 100 Гц с шагом 25 Гц. То есть, 0-100 Гц, 25-125 Гц и так далее. В данном конкретном примере видно, что полосы перекрываются, но это необязательно в каждом конкретном не имеющем ограничительного характера варианте воплощения настоящей технологии.

[0060] Шаг 130: принимают сообщения посредством вычислительного устройства концентратора в каждом выделенном на шаге 120 участке.

[0061] После выполнения данной предобработки на шаге 120 концентратор 220 принимает сообщения в каждом участке полосы пропускания концентратора 220. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения настоящей технологии прием на шаге 130 может выполняться независимо.

[0062] Шаг 140: для каждого принятого сообщения в памяти вычислительного устройства хранятся номера участков спектра, где оно было принято.

[0063] На шаге 140 сообщение может быть принято в нескольких участках входной полосы, даже находящихся за пределами полосы радиосигнала, несущего сообщение, в силу искажений в радиоканале и несовершенства самого приемника. В качестве примера, подобная ситуация может иметь место из-за наличия интермодуляционных искажений либо из-за погрешностей, возникающих из-за использования упрощенных вычислительных методов и вычислений с фиксированной точкой.

[0064] Например, сообщение с полосой 100 Гц может быть принято в нескольких соседних перекрывающихся участках входной полосы. Например, на участках 100-200 Гц, 110-210 Гц, 120-220 Гц. Видно, что данные участки перекрываются, и, если сообщение передано на участке 110-210 Гц, оно также может быть принято на перекрывающихся участках, в зависимости от используемых алгоритмов приема. Также при достаточной мощности сообщение может быть принято и в других участках спектра, например, из-за искажений при перегрузке входного тракта принимающего устройства.

[0065] Шаг 150: формируют посредством вычислительного устройства концентратора метрику качества сигнала для каждого принятого пакета сообщения в каждом участке спектра, где сообщение было принято.

[0066] Для каждого принятого пакета сообщения концентратором 220 по заранее выбранному правилу формируется метрика качества сигнала. Для формирования данной метрики может использоваться все сообщение, а не только пилотные символы, так как после успешного приема сообщение известно целиком.

[0067] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения настоящей технологии в качестве метрики качества сигнала может использоваться средняя мощность сигнала или среднее отношение сигнал/шум. В качестве примера, отношение сигнал-шум может находиться в пределах от 0 до 30дБ. Для этих метрик наилучшим значением будет являться максимальное значение.

[0068] Шаг 160: определяют частоту принятого сообщения как середину участка спектра.

[0069] После формирования метрик в качестве частоты сообщения вычислительным устройством 240 концентратора 220 выбирается в рамках шага 160 середина участка спектра, в котором сообщение было успешно принято и связанная с ним метрика достигает наилучшего значения.

[0070] Выбранный участок спектра отрабатывается, например, исходя из выполнения следующих условий:

- сообщение было успешно принято в данном участке,

- метрика качества сигнала принимает максимальное значение на данном участке по сравнению со всеми участками, где также было принято данное сообщение.

[0071] Например, сообщение может быть принято в канале 200-300 Гц, причем оценка отношения сигнал/шум для принятого сигнала может составлять 10дБ. В качестве другого примера, сообщение может быть принято в канале 225-325 Гц, причем оценка отношения сигнал/шум составляет 15дБ. В этом случае будет выбран канал 225-325 Гц и частота 275 Гц, т.е. в качестве определенной приемной частоты будет рассматриваться середина этого канала.

[0072] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения настоящей технологии способы настоящей технологии могут быть обобщены следующим образом:

- использование целого сообщения, прошедшего обработку и декодирование, для оценки метрики;

- рассмотрение только тех участков спектра, где успешно принято сообщение, а не тех, где может быть сильная помеха.

[0073] Шаг 170: вычисляют ожидаемую частоту принятого сообщения на основании данных, содержащихся в сообщении.

[0074] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения настоящей технологии ожидаемая частота сообщения фиксирована (т.е. заранее определена) для всех сообщений от данного абонентского устройства 210 и заранее известна. В других не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения настоящей технологии ожидаемая частота сообщения определяется по таблице на основании счетчика переданных сообщений, который передается в самом сообщении. В других не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения настоящей технологии частота сообщения определяется по заранее известной концентратору 220 и абонентскому устройству 210 формуле или по таблице в зависимости от данных, передаваемых в сообщении, например, с помощью вычисления контрольной суммы сообщения и сопоставления одного из байт контрольной суммы и частоты по заранее известной таблице.

[0075] Шаг 180: определяют ошибку частоты принятого радиосигнала как разницу между определенной и ожидаемой частотами сигнала.

[0076] В рамках шага 180 концентратор 220 определяет ошибку между частотой сигнала, определенной на концентраторе 220, и ожидаемой частотой сигнала (которая вычисляется на основании пакета сообщения) по следующей формуле:

[0077] где Δf_{ul_rx} - разница между ожидаемой частотой сообщения абонентского устройства 210 и частотой, на которой сообщение было принято, f_{exp_ul} - ожидаемая частота сообщения, f_{rx_ul} - частота принятого концентратором 220 сообщения, определенная описанным выше способом.

[0078] В состав данной ошибки входят как погрешность передатчика абонентского устройства 210, так и ошибка измерения частоты концентратором 220.

[0079] Где Δf_user - абсолютная погрешность частоты абонентского устройства 210, Δf_{bs_rx} - абсолютная погрешность частоты принимающей части 230 концентратора 220.

[0080] Также оценивается ошибка генератора передающей части 250 концентратора 220 относительно его принимающей части 230. При этом передающая часть 250 может быть расположена на другом устройстве, в составе концентратора 220 или удаленно относительно концентратора 220. Оценивание этой ошибки позволяет дополнительно скомпенсировать ошибку задающего генератора принимающего устройства относительно генератора передающего устройства. В частности, это позволяет использовать разные генераторы для принимающей части 230 концентратора и передающей части 250 концентратора.

[0081] Передающее устройство 250 концентратора 220 может быть реализовано в виде интегрированной микросхемы либо быть собрано из компонентов. Например, в конкретных не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения настоящей технологии передатчиком 250 может быть приемопередатчик АХ5043. Следует отметить, что в качестве передающего устройства может использоваться любое другое альтернативное устройство, сконфигурированное для отправки сообщений с определенной периодичностью (каждые 5 минут, без ограничения), которое сконфигурировано для отправки пакетов на фиксированной частоте f_{exp_tx}. Частота сообщений, предназначенных для оценки ошибки генератора передающей части 250 концентратора 220 относительно его принимающей части 230, заранее известная концентратору 220, и лежит в диапазоне частот, в котором осуществляют передачу данных абонентские устройства 210. Например, в России могут использоваться диапазоны 864-865МГц, либо 868.7-869.2МГц. Эти пакеты принимаются приемной частью 230 этого же концентратора 220, и вычисляется вторая ошибка частоты по следующей формуле:

[0082] где Δf_{tx_rx} - разница между ожидаемой частотой сообщения, отправленного передающей частью концентратора 220, и частотой, на которой это сообщение было принято, f_{exp_tx} - известная частота сообщения, отправленного передающей частью концентратора 220, f_{rx_tx} - частота принятого концентратором 220 сообщения, отправленного передающей частью 250 этого же концентратора 220, определенная описанным выше способом.

[0083] Вычисление данной поправки позволяет в дальнейшем использовать ее для компенсации расхождения в частотах между приемной и передающей частью приемного устройства.

[0084] В состав данной ошибки входят как погрешность передатчика абонентского устройства 210, так и ошибка измерения частоты абонентским устройством 210:

[0085] где Δftx - абсолютная погрешность частоты передающей части 250 концентратора, Δfbs_rx - абсолютная погрешность частоты принимающей части 230 концентратора.

[0086] Шаг 190: формируют частоту отправки сообщения на основании определенной ранее ошибки частоты принятого радиосигнала.

[0087] Частота отправки сообщения определяется по следующей формуле

[0088] При отправке сообщения передающее устройство добавляет к этой частоте свою ошибку, которая, как можно видеть выше, будет скомпенсирована при добавлении поправки, вычисленной с использованием двух оцененных ошибок установки частоты.

[0089] Вычисленная таким образом частота в точности соответствует реальной частоте, на которую настроено принимающее устройство абонентского устройства 210, с учетом его погрешности.

[0090] При условии, когда частоты передачи от абонентских устройств 210 к концентратору 220 и обратно равны, то есть:

Формула 5

[0091] Формула частоты отправки сообщения принимает вид f_{exp_tx}=f_{exp_di}+df₁-df₂.

[0092] Абонентское устройство 210 принимает переданное сообщение благодаря тому, что его частота совпадает с ожидаемой.

[0093] В одном из не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения настоящей технологии радиочастотные принимающие устройства и передающие устройства могут быть выполнены на, по меньшей мере, одном полупроводниковом кристалле. Такие микросхемы выполняют различные частные функции радиочастотных преобразований сигнала: усиление, ослабление, изменение центральной частоты и т.п.

[0094] В других не имеющих ограничительного характера вариантах воплощения настоящей технологии каждое радиочастотное принимающее устройство может быть выполнено на одной полупроводниковой микросхеме, а также и каждое радиочастотное передающее устройство выполнено на одной полупроводниковой микросхеме. В этом случае используются микросхемы с более высокой степенью интеграции так, что все необходимые функции принимающего и передающего устройства выполняются только одной микросхемой (за исключением простых необходимых внешних элементов и генератора опорного сигнала).

[0095] Компоненты не имеющих ограничительного характера вариантов воплощения настоящей технологии могут быть реализованы с помощью электронных компонентов, используемых для создания цифровых интегральных схем, что очевидно для специалиста в данном уровне техники и не описано в явном виде, так как данная реализация является базовой, общеупотребимой повсеместно во многих технических решениях. Для реализации блоков могут использоваться микросхемы, логика работы которых определяется при изготовлении, или логика работы которых задается посредством программирования. Для программирования используются программаторы и отладочные среды, позволяющие задать желаемую структуру цифрового устройства в виде принципиальной электрической схемы или программы на специальных языках описания аппаратуры: Verilog, VHDL, AHDL и др.

[0096] Некоторые части описания не имеющих ограничительного характера вариантов воплощения настоящей технологии представлены в виде алгоритмов и символического представления операций с битами данных в памяти технического решения. Такие описания и представления алгоритмов представляют собой средства, используемые специалистами в области обработки данных, чтобы наиболее эффективно передавать сущность технического решения другим специалистам в данной области. В настоящем документе и, в целом, алгоритмом называется последовательность вычислительных операций, приводящих к требуемому результату. Операции требуют физических манипуляций с физическими величинами. Обычно, хотя и не обязательно, эти величины принимают форму электрических или магнитных сигналов, которые можно хранить, передавать, комбинировать, сравнивать и подвергать другим манипуляциям.

[0097] Однако следует иметь в виду, что все эти термины должны быть связаны с соответствующими физическими величинами, и что они представляют собой просто удобные названия, применяемые к этим величинам. Если иное специально и недвусмысленно не указано в формуле изобретения, следует принимать, что везде по тексту такие термины как «определение», «вычисление», «расчет», «получение», «установление», «изменение» и т.п., относятся к действиям и процессам вычислительного устройства, например, системы на кристалле, или аналогичного электронного вычислительного устройства, которое работает с данными и преобразует данные, представленные в виде физических (например, электронных) величин в регистрах и памяти вычислительного устройства, в другие данные, аналогичным образом представленные в виде физических величин в памяти или регистрах вычислительного устройства, либо других подобных устройствах хранения, передачи или отображения информации.

[0098] Не имеющие ограничительного характера варианты воплощения настоящей технологии могут иметь другие конкретные формы в рамках конструкций, способов или других существенных характеристик не имеющих ограничительного характера вариантов воплощения настоящей технологии в соответствии с приведенным в данном документе подробным описанием и нижеследующей формулой изобретения. Описанные не имеющие ограничительного характера варианты воплощения настоящей технологии должны рассматриваться во всех отношениях только как иллюстративные и не ограничительные. Таким образом, объем правовой охраны не имеющих ограничительного характера вариантов воплощения настоящей технологии определен в независимых пунктах прилагаемой формулы изобретения, а не предыдущим описанием.

1. Способ коррекции частоты при передаче данных в энергоэффективной сети дальнего радиуса действия (low-power wide-area network - LPWAN), включающей в себя концентратор, соединенный с возможностью связи с антенной, способ, осуществляемый при помощи вычислительного устройства, соединенного с концентратором, при этом в состав способа входит:

- получение посредством концентратора с антенны радиосигнала, несущего сообщение с абонентского устройства;

- обработка посредством вычислительного устройства радиосигнала, при этом в обработку входит:

- деление всей полосы пропускания концентратора на участки спектра, имеющие ширину, соответствующую ширине полосы сообщения;

- прием посредством вычислительного устройства сообщений в, по меньшей мере, каком-то участке спектра;

- определение посредством вычислительного устройства количества участков спектра, где происходит прием сообщения;

- формирование посредством вычислительного устройства метрики качества сигнала для каждого принятого сообщения в каждом участке спектра, где сообщение было принято;

- определение посредством вычислительного устройства фактической частоты принятого сообщения как середины данного участка спектра на основании выполнения данным участком спектра условия:

- сообщение было успешно принято в данном участке спектра,

- метрика качества сигнала имеет максимальное значение в данном участке спектра по сравнению со всеми другими участками спектра, где также было принято данное сообщение;

- вычисление посредством вычислительного устройства ожидаемой частоты радиосигнала на основании данных, содержащихся в сообщении;

- определение посредством вычислительного устройства ошибки частоты принятого радиосигнала как разницы между фактической и ожидаемой частотами сигнала;

- формирование посредством вычислительного устройства частоты отправки сообщения на основании ошибки частоты принятого радиосигнала.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что включает следующие шаги:

- выполнение коррекции ошибки частоты концентратора при помощи:

- передачи с помощью передающего устройства концентратора, по меньшей мере, одного дополнительного сообщения на известной концентратору частоте, доступной для приема концентратором;

- формирования ошибки частоты концентратора как разницы между фактической частотой и ожидаемой частотой, по меньшей мере, одного дополнительного сообщения;

- при этом формирование частоты отправки сообщения далее производится на основании ошибки частоты полученного радиосигнала и ошибки частоты концентратора.

3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что участки спектра пересекаются.

4. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что прием посредством вычислительного устройства сообщений в, по меньшей мере, некоторых участках спектра состоит в приеме сообщений независимо в, по меньшей мере, некоторых участках спектра.

5. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что формируют посредством вычислительного устройства метрику качества сигнала для данного полученного сообщения в каждом участке спектра, где было получено сообщение:

с декодированием данного полученного сообщения;

с использованием всего декодированного данного полученного сообщения для формирования метрики качества сигнала.

6. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что метрика качества сигнала далее определяется на основании, по меньшей мере, одного из следующих параметров: (i) средняя мощность сигнала и (ii) среднее отношение сигнал/шум.

7. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что вычисление посредством вычислительного устройства ожидаемой частоты радиосигнала далее основано на счетчике переданных сообщений, содержащемся в сообщении, при этом счетчик переданных сообщений определяется в таблице.

8. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что передающее устройство концентратора расположено в составе концентратора.

9. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что передающее устройство концентратора исполнено в виде одного из следующего: интегрированная микросхема или сборка отдельных компонентов.

10. Система коррекции частоты при передаче данных в сети LPWAN, содержащая:

- антенну принимающего устройства, сконфигурированную для направления полученного сигнала с передающего устройства на концентратор;

- концентратор, сконфигурированный для приема радиосигнала с антенны принимающего устройства;

- вычислительное устройство, связанное с концентратором, при этом вычислительное устройство сконфигурировано для:

- приема концентратором с антенны принимающего устройства радиосигнала, несущего сообщение;

- обработки посредством вычислительного устройства радиосигнала, при этом в обработку входит:

деление всей полосы пропускания концентратора на участки спектра, имеющие ширину, соответствующую ширине полосы сообщения;

- приема посредством вычислительного устройства сообщений в, по меньшей мере, каком-то участке спектра;

- определения посредством вычислительного устройства количества участков спектра, где происходит прием сообщения;

- формирования посредством вычислительного устройства метрики качества сигнала для каждого принятого сообщения в каждом участке спектра, где сообщение было принято;

- определения посредством вычислительного устройства частоты принятого сообщения как середины данного участка спектра, где в данном участке спектра выполняется условие:

- сообщение было успешно принято в данном участке спектра,

- метрика качества сигнала принимает максимальное значение в данном участке спектра по сравнению со всеми другими участками спектра, где также было принято данное сообщение;

- вычисления посредством вычислительного устройства ожидаемой частоты радиосигнала на основании данных, содержащихся в сообщении;

- определения посредством вычислительного устройства ошибки частоты принятого радиосигнала как разницы между определенной и ожидаемой частотами сигнала;

- формирования посредством вычислительного устройства частоты отправки сообщения на основании ошибки частоты принятого радиосигнала.

11. Система по п. 10, характеризующаяся тем, что передающее устройство концентратора расположено в составе концентратора.

12. Система по п. 10, характеризующаяся тем, что передающее устройство концентратора исполнено в виде одного из следующего: (i) интегрированная микросхема и (ii) сборка отдельных компонентов.

13. Система по п. 10, характеризующаяся тем, что в состав концентратора далее входит принимающее устройство и передающее устройство.