Die vorliegende Erfindung betrifft ein Synchronisations
verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und
eine Synchronisationsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 9, d. h. ein Synchronisationsverfahren und
eine Synchronisationsvorrichtung, um eine oder mehrere Ein
heiten unter wiederholter Nachsynchronisation derselben in
vorbestimmter Weise synchron laufend betreiben zu können.
Verfahren und Vorrichtungen dieser Art finden überall dort
Anwendung, wo verschiedene oder gleichartige Elemente oder
Einheiten eines technischen Systems aufeinander abgestimmt
zusammenwirken sollen oder müssen.
Solche Einheiten können beispielsweise, aber bekanntermaßen
bei weitem nicht ausschließlich mehrere Basisstationen eines
nach dem DECT-Standard arbeitenden Funksystems sein, und zwar
insbesondere die Basisstationen eines sogenannten Multicell-
Systems mit der Fähigkeit zum sogenannten Intercell-Handover.
Der prinzipielle Aufbau eines derartigen Systems ist in Fig.
1 veranschaulicht.
Das in der Fig. 1 gezeigte System besteht aus einer gemein
samen Vermittlungsstation 1, daran angeschlossenen Basis
stationen 21, 22 und 23 und mit diesen in Kontakt stehenden
Telekommunikationsendeinrichtungen. Von den besagten Tele
kommunikationsendeinrichtungen können an jede der Basis
station 21, 22 und 23 bis zu 12 Stück angeschlossen werden.
Die Telekommunikationsendeinrichtungen mögen im betrachteten
Beispiel Mobiltelefone 31 sein, von denen in der Fig. 1 je
doch nur ein einziges dargestellt ist. Während die Vermitt
lungsstation 1 und die Basisstationen 21, 22 und 23 über Ver
bindungsleitungen 11, 12 und 13 verbunden sind, kommunizieren
die Basisstationen 21, 22 und 23 und die Mobiltelefone 31
über Funk miteinander.
Der Bereich, innerhalb dessen ein Mobiltelefon 31 mit einer
jeweiligen Basisstation in Kontakt treten kann, wird als
Zelle bezeichnet. Die Zellen der Basisstationen 21, 22 und 23
sind in der Fig. 1 durch die betreffenden Basisstationen 21,
22 und 23 umgebende Kreise 41, 42 und 43 veranschaulicht.
Die Zellen 41, 42 und 43 sind im betrachteten Beispiel so
genannte Mobility-Areas, in welchen das Mobiltelefon 31
selbst während eines Telefonats mit niedriger Geschwindigkeit
(≦ 30 km/h) bewegt werden kann.
Wird die Zelle der mit dem Mobiltelefon 31 in Kontakt stehen
den Basisstation verlassen, so reißt die Verbindung zwischen
dem Mobiltelefon und der betreffenden Basisstation ab. Einem
solchen Abreißen der Verbindung kann in Systemen mit der vor
stehend bereits erwähnten Intercell-Handover-Fähigkeit zuvor
gekommen werden, indem vor dem Abreißen der Verbindung auto
matisch der Aufbau einer neuen Verbindung zu einer nächsten
Basisstation (eine Einbuchung des Mobiltelefons bei einer
nächsten Basisstation) erfolgt, wenn sich das Mobiltelefon 31
schon innerhalb der Zelle dieser nächsten Basisstation befin
det.
Wird beispielsweise das Mobiltelefon 31 längs eines in der
Fig. 1 mit W bezeichneten Weges bewegt, so ist es anfangs
bei der Basisstation 21 eingebucht und wird dann zunächst zur
Basisstation 22 und schließlich zur Basisstation 23 umge
bucht.
Solche Umbuchungen ermöglichen eine lückenlose Verbindung des
Mobiltelefons 31 zu den Basisstationen 21, 22 und 23. Wenn
die Basisstationen 21, 22 und 23 synchron laufen, können wäh
rend des Umbuchens geführte Telefonate unterbrechungsfrei
(ungestört) weitergeführt werden.
Die Basisstationen werden nach dem DECT-Standard als synchron
laufend angesehen, wenn sie bezüglich des Zeitpunkts des
Aussendens eines Burst (Bit 0 desselben) maximal 4 µs Diffe
renz aufweisen sowie slot-, frame- und scansynchron sind
(siehe hierzu das ETSI-Dokument ETS 300 175-2, Abschnitt
4.2.5).
Was sich hinter dieser Definition verbirgt, läßt sich leich
ter verstehen, wenn man das Format der Daten kennt, die zwi
schen den Basisstationen und den dort eingebuchten Mobil
telefonen übertragenen werden. Dieses Datenformat wird -
soweit vorliegend erforderlich - nachfolgend anhand der Fig.
2 erläutert.
Die Datenübertragung zwischen einer Basisstation, und den (bis
zu 12) dort angemeldeten Mobiltelefonen in nach dem DECT-
Standard arbeitenden Systemen erfolgt in Einheiten von
Frames. Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, setzt sich ein
solcher Frame, genauer gesagt der hier betrachtete DECT-Full-
Slot-Frame aus 24 sogenannten Timeslots bzw. Slots (Full-
Slots) zusammen. Die ersten 12 der 24 Slots werden von der
Basisstation zu den Mobiltelefonen übertragen, und die sich
daran anschließenden zweiten 12 Slots werden von den Mobil
telefonen zur Basisstation übertragen. Genauer gesagt werden
der nullte Slot eines jedem Frame von der Basisstation zu
einem nullten Mobiltelefon, der erste Slot von der Basis
station zu einem ersten Mobiltelefon, der zweite Slot von der
Basisstation zu einem zweiten Mobiltelefon, ..., der elfte
Slot von der Basisstation zu einem elften Mobiltelefon, und
umgekehrt der zwölfte Slot vom nullten Mobiltelefon zur
Basisstation, der dreizehnte Slot vom ersten Mobiltelefon zur
Basisstation, der vierzehnte Slot vom zweiten Mobiltelefon
zur Basisstation, ... und der dreiundzwanzigste Slot vom elf
ten Mobiltelefon zur Basisstation übertragen.
Ein Frame bzw. die 24 Slots eines Frames werden innerhalb von
10 ms übertragen. Jeder Slot umfaßt 480 Bits wird in rund 417
µs übertragen. Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, verteilen
sich die 480 Bis auf ein 32 Bits breites Sync-Feld, ein 388
Bits breites D-Feld, ein 4 Bits breites Z-Feld, und ein 56
Bits breites Guard-Space-Feld.
Für die Übertragung der eigentlich interessierenden Sprach
daten sind 320 Bits innerhalb des D-Feldes reserviert.
Die Basisstation kann also innerhalb von 10 ms 320 Bits um
fassende Sprachdaten zu jedem der Mobiltelefone versenden und
die gleiche Menge an Sprachdaten von jedem der Mobiltelefone
empfangen; die Übertragungsrate für Sprachdaten zwischen der
Basisstation und jedem der Mobiltelefone beträgt also 32
kBit/s in jede Richtung.
Wenn ein gerade geführtes Telefonat durch ein Umbuchen des
Mobiltelefons von einer Basisstation auf eine andere Basis
station nicht gestört oder unterbrochen werden soll, so ist
es erkennbar und in Übereinstimmung mit den vorstehend be
reits erwähnten ETSI-Definitionen erforderlich, daß die
Basisstationen bit-, slot- und framesynchron laufen. D. h. ein
x-tes Bit eines y-ten Slots eines z-ten Frames muß von allen
Basisstationen im wesentlichen gleichzeitig versandt bzw.
empfangen werden.
Darüber hinaus müssen die Basisstationen wie vorstehend be
reits erwähnt scansynchron laufen; durch sogenannte Scan-
Counter in den Basisstationen wird bestimmt, welcher Slot mit
welcher Frequenz zu übertragen ist bzw. übertragen wird.
Um einen derartigen Gleichlauf der Basisstationen gewähr
leisten zu können, bedarf es einer mehr oder weniger häufig
und regelmäßig wiederholten (Nach-)Synchronisation der Basis
stationen. Die Nachsynchronisation wird dabei jeweils auf
Veranlassung durch die Vermittlungsstation 1 hin durch die
Basisstationen 21, 22 und 23 selbst durchgeführt.
Am häufigsten (in zeitlichen Abständen von normalerweise weit
weniger als 1 Sekunde) muß verständlicherweise die bitmäßige
Nachsynchronisation der Basisstationen 21, 22 und 23 durch
geführt werden. Diese Nachsynchronisation wird durch die Ver
mittlungsstation 1 eingeleitet, wozu diese gleichzeitig an
alle Basisstationen 21, 22 und 23 ein Synchronisationssignal
versendet, anhand dessen die Basisstationen jeweils über
prüfen können ob sie bitmäßig synchron laufen (ob sie ein
bestimmtes Bit zu einem von der Vermittlungsstation vorge
gebenen Zeitpunkt versenden oder empfangen). Bei Bedarf fin
det in den Basisstationen eine entsprechende Korrektur statt.
Die Korrektur erfolgt zu einem Zeitpunkt, zu dem das vorste
hend bereits erwähnte Guard-Space-Feld eines Slots übertragen
wird. Das besagte Guard-Space-Feld enthält keine Nutzdaten
und ermöglicht es dadurch, die bitmäßige Nachsynchronisation
ohne Störungen des Betriebs der Basisstation und/oder der
daran angeschlossenen Mobiltelefone durchzuführen.
Anders verhält es sich bei der slot-, frame- und scanmäßigen
Nachsynchronisation der Basisstationen. Diese wird zwar nur
relativ selten (beispielsweise einmal pro Tag) durchgeführt,
stellt aber einen massiven Eingriff in das System dar.
Wie die bitmäßige Nachsynchronisation der Basisstationen wird
auch deren slot-, frame- und scanmäßige Nachsynchronisation
durch die Vermittlungsstation 1 veranlaßt. Die Durchführung
der Nachsynchronisation kann dabei auf unterschiedliche Art
und Weise erfolgen.
Eine erste Möglichkeit besteht darin, auf Veranlassung der
Vermittlungsstation hin sämtliche Basisstationen in einen
definierten Zustand zu versetzen (zurückzusetzen). Ein der
artiges Rücksetzen stört bzw. unterbricht jedoch zwangsläufig
den Betrieb der Basisstationen, und zwar sowohl der asynchron
laufenden als auch der bis dahin synchron laufenden Basis
stationen.
Um derartige Störungen nach Möglichkeit zu vermeiden, kann
vorgesehen werden, eine solche Nachsynchronisation nur dann
durchzuführen, wenn tatsächlich eine Asynchronität vorliegt.
Hierzu wird durch die Vermittlungsstation unter Einholung
entsprechender Informationen von den Basisstationen zunächst
ermittelt, ob diese jeweils synchron oder asynchron laufen
(ob in den Basisstationen vorgesehene Slot-, Frame- und Scan-
Zähler von der Vermittlungsstation vorgegebene Werte aufwei
sen). Nur wenn sich dabei herausstellt, daß wenigstens eine
der Basisstationen asynchron läuft, wird anschließend die
Durchführung der Nachsynchronisation der Basisstationen be
fohlen. Durch ein derartiges Vorgehen lassen sich zwar durch
Nachsynchronisationen verursachte Betriebsstörungen des
Systems minimieren, doch erfordert die hierfür erforderliche
wiederholte bidirektionale Kommunikation zwischen der Ver
mittlungsstation und den Basisstationen einen nicht unerheb
lichen Aufwand. Abgesehen davon wird dadurch der Austausch
von Status- und Steuerinformationen (Signalisierungsdaten)
zwischen der Vermittlungsstation und den Basisstationen für
längere Zeit (mehrere Millisekunden) mehr oder weniger voll
ständig für die Nächsynchronisation benötigt; ein gegebenen
falls erforderlicher Austausch anderer Signalisierungsdaten
zwischen der Vermittlungsstation und den Basisstationen kann
während dieser Zeit nicht oder allenfalls beschränkt erfol
gen.
Von den genannten Möglichkeiten zur Nachsynchronisation ist
keine voll zufriedenstellend; unerwünschte Beeinträchtigungen
des Systems treten in beiden Fällen auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
das Synchronisationsverfahren gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 bzw. die Synchronisationsvorrichtung gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9 derart weiterzubilden,
daß durch Nachsynchronisationen verursachte Beeinträchtigun
gen des die zu synchronisierenden Einheiten enthaltenden
Systems auf ein Minimum reduzierbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnen
den Teil des Patentanspruchs 1 (Verfahren) bzw. durch die im
kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 9 (Vorrichtung) ge
löst.
Demnach ist vorgesehen,
- - daß die Nachsynchronisation eingeleitet wird, bevor ein
durch diese beeinflußbarer Parameter eine bestimmte Größe
aufweisen sollte (kennzeichnender Teil des Patentanspruchs
1) bzw.
- - daß eine Synchronisationssteuereinrichtung vorgesehen ist,
durch welche die Nachsynchronisation eingeleitet wird, be
vor ein durch diese beeinflußbarer Parameter eine bestimmte
Größe aufweisen sollte (kennzeichnender Teil des Patent
anspruchs 9).
Dadurch kann durch die synchron laufend zu betreibenden Ein
heiten jeweils selbst entschieden werden, ob sie Abweichungen
vom momentanen Soll-Zustand aufweisen, und eine gegebenen
falls vorzunehmende Nachsynchronisation (Angleichung an den
Soll-Zustand) kann auch gleich, d. h. ohne gesonderte externe
Veranlassung und/oder Steuerung in dem jeweils erforderlichen
Umfang durchgeführt werden.
Legt man den Zeitpunkt der Einleitung der Nachsynchronisation
und/oder die Art und Weise der Nachsynchronisation so fest,
daß die vom Soll-Zustand oder der Soll-Größe abweichenden
Parameter einer jeweiligen Einheit nach erfolgter Nach
synchronisation genau die Werte aufweisen, die sie aufweisen
würden, wenn die synchronisierte Einheit synchron gelaufen
wäre, so kann die angestrebte Nachsynchronisation selbst dann
erreicht werden, wenn nicht alle (von beliebig vielen) in
Gleichlauf zu bringenden Einheiten nachsynchronisiert werden.
Eine derartige Synchronisation ist in mehrfacher Hinsicht
vorteilhaft: Einerseits ist es - anders als bisher - nicht
erforderlich, daß alle in Gleichlauf zu bringenden Einheiten
zurückgesetzt oder in sonstiger Weise manipuliert werden, und
andererseits kann die Kommunikation zwischen einer die Nach
synchronisation einleitenden Synchronisationssteuereinrich
tung und den zu synchronisierenden Einheiten auf ein Minimum
beschränkt werden.
Es wurden mithin ein Verfahren und eine Vorrichtung gefunden,
deren Verwendung es auf einfache Weise ermöglicht, durch
Nachsynchronisationen verursachte Beeinträchtigungen eines
die nachzusynchronisierenden Einheiten enthaltenden Systems
auf ein Minimum zu reduzieren.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei
spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen
Fig. 1 den Aufbau eines sogenannten Multicell-DECT-Systems,
und
Fig. 2 das Format der Daten, die zwischen einer Basisstation
und mit dieser kommunizieren könnenden Telekommunika
tionsendeinrichtungen ausgetauscht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vor
richtung werden nachfolgend anhand der Nachsynchronisation
von miteinander in Gleichlauf zu bringenden Basisstationen
eines DECT-Funksystems beschrieben. Die Anwendung der Erfin
dung ist jedoch nicht auf einen derartigen Einsatz be
schränkt; sie ist grundsätzlich auch bei beliebigen anderen
zu synchronisierenden oder in Gleichlauf zu bringenden Ein
heiten anwendbar.
Der prinzipielle Aufbau des betrachteten DECT-Systems unter
scheidet sich - abgesehen von den die Nachsynchronisation der
Basisstationen betreffenden Details - nicht von dem in Fig.
1 veranschaulichten System.
Auch das in Fig. 2 veranschaulichte Format der Daten, die
zwischen den Basistationen 21, 22 und 23 und den daran ange
schlossenen bzw. anschließbaren Telekommunikationsendeinrich
tungen (repräsentiert durch das Mobiltelefon 31) ausgetauscht
werden, ist unverändert. Der Vollständigkeit halber sei an
dieser Stelle jedoch erwähnt, daß es neben in der Fig. 2 ge
zeigten und unter Bezugnahme darauf beschriebenen sogenannten
Full-Slots (480 Bits) auch Half-Slots (240 Bits) und Double-
Slots (960 Bits) gibt.
Wie bisher bedarf es auch weiterhin einer mehr oder weniger
häufig und regelmäßig wiederholten Überprüfung und gegebenen
falls Nachsynchronisation der Basisstationen, wobei diese
bit-, slot-, frame- und scansynchron laufend sein bzw. ge
macht werden müssen.
Die Bitsynchronität das Basisstationen kann wie bisher oder
beliebig anders erreicht werden.
Die Slot-, Frame- und Scansynchronität wird unter Auswertung
und gegebenenfalls Verstellung von die Slots, Frames bzw.
Scans zählenden Slot-, Frame- und Scan-Zählern überprüft und
erzwungen. Die Art und Weise, in der dies beim vorliegend be
trachteten Beispiel geschieht, unterscheidet sich jedoch
grundlegend von der bisherigen Praxis.
Gleich bleibt lediglich, daß die Nachsynchronisation durch
die Vermittlungsstation 1 eingeleitet (angestoßen) wird. Die
Vermittlungsstation 1 versendet hierzu an alle Basisstationen
des Systems einen Nachsynchronisationsbefehl.
Der Zeitpunkt, zu dem der Nachsynchronisationsbefehl versandt
wird, ist so gewählt, daß zum Zeitpunkt des Empfangs des Be
fehls durch die Basisstationen die in Gleichlauf zu bringen
den Parameter vorbestimmte Werte (Größen) aufweisen müssen,
welche den betreffenden Basisstationen bekannt sind. Die vor
bestimmten Werte der in Gleichlauf zu bringenden Parameter
sind entweder fest oder veränderlich in den Basisstationen
eingestellt (gespeichert) und/oder werden den Basisstationen
zusammen mit dem Nachsynchronisationsbefehl oder zu anderen
Gelegenheiten übermittelt und/oder werden unter Auswertung
anderweitig erhaltener Informationen (beispielsweise unter
Auswertung einer von einem Satelliten oder einem sonstigen
Sender versandten Zeitinformation) berechnet.
Auf den Empfang des Nachsynchronisationsbefehls hin wird in
den Basisstationen ermittelt, ob die in Gleichlauf zu brin
genden Parameter die vorbestimmten Größen aufweisen. Genauer
gesagt wird durch jede Basisstation überprüft, ob die Zähler
stände deren Slot-, Frame- und Scan-Zähler den den Basissta
tionen bekannten Soll-Werten entsprechen.
Diejenigen Basisstationen, bei denen die Überprüfung ergibt,
daß die Zählerstände den Soll-Werten entsprechen, müssen
nicht synchronisiert werden; für diese Basisstationen ist die
von der Vermittlungsstation befohlene Nachsynchronisation mit
der Feststellung der noch vorhandenen Synchronität beendet.
Anders verhält es sich bei den Basisstationen, bei denen die
Überprüfung ergibt, daß einer oder mehrere der zu überprüfen
den Zählerstände nicht den Soll-Werten entsprechen. In diesen
Basisstationen wird eine Nachsynchronisation durchgeführt,
durch welche diese in einen Zustand versetzt werden, in dem
sie sich befinden würden, wenn die betreffende Basisstation
bestimmungsgemäß (synchron) gelaufen wäre. Hierzu müssen zu
mindest die besagten Zählerstände auf Werte gebracht werden,
die sie haben würden, wenn die betreffende Basisstation bis
dahin bestimmungsgemäß (synchron) gelaufen wäre.
Die Basisstationen müssen in der Lage sein, die Zählerstände
und/oder sonstige Basisstations-Zustände durch die Synchroni
sation gezielt so zu verändern, daß sich dadurch die gefor
derte Angleichung an die momentanen Soll-Werte bzw. Soll
zustände ergibt.
Sofern die Basisstationen die Zählerstände und Zustände nur
durch ein vollständiges oder teilweises Rücksetzen oder der
gleichen verändern und deshalb oder aus anderen Gründen nur
ganz bestimmte Zählerstände und/oder Zustände einstellen kön
nen, muß der Synchronisationsbefehl der Vermittlungsstation
zu einem Zeitpunkt versandt werden, der so gewählt ist, daß
die vorbestimmten Zählerstände und Zustände, die sich als
Folge der Durchführung einer gegebenenfalls erforderlichen
Synchronisation einstellen, genau denjenigen Zählerständen
und Zuständen entsprechen, welche sich eingestellt hätten,
wenn die betreffende Basisstation bestimmungsgemäß (synchron)
gelaufen wäre.
Sind die Basisstationen hingegen in der Lage, sich gezielt so
zu synchronisieren, daß sich dabei mehr oder weniger beliebig
wählbare Zählerstände und Zustände einstellen, so kann der
Synchronisationsbefehl zu beliebigen Zeitpunkten abgesetzt
werden, wobei jedoch auch in diesem Fall sichergestellt sein
muß, daß die vorbestimmten Zählerstände und Zustände, die
sich als Folge der Durchführung einer gegebenenfalls erfor
derlichen Synchronisation einstellen, genau denjenigen Zäh
lerständen und Zuständen entsprechen, welche sich eingestellt
hätten, wenn die betreffende Basisstation bestimmungsgemäß
(synchron) gelaufen wäre.
Die Synchronisierung einer Basisstation wird in der Regel den
Abbruch der Verbindungen zu den dort eingebuchten Mobiltele
fonen zur Folge haben. Es kann daher in Betracht gezogen wer
den, die bestehenden Verbindungen in definierter Weise zu be
enden (sofern möglich ein Einbuchen bei im Augenblick nicht
zu synchronisierenden benachbarten Basisstationen zu veran
lassen). Unabhängig davon sollte nach erfolgter Synchronisa
tion dafür gesorgt werden, daß die abgebrochenen Verbindungen
automatisch neu aufgebaut werden.
Aus den vorstehenden Erläuterungen wird deutlich, daß die
Synchronisierung der Basisstationen eines DECT-Systems den
Betrieb des Systems nicht mehr als unter den gegebenen Um
ständen unbedingt erforderlich stört; Beeinträchtigungen fin
den nur im Bereich derjenigen Basisstationen statt, deren Be
trieb ohnehin gestört ist.
Es wurden mithin ein Verfahren und eine Vorrichtung gefunden,
deren Verwendung es auf einfache Weise gestattet, durch Nach
synchronisationen verursachte Beeinträchtigungen eines die
nachzusynchronisierenden Einheiten enthaltenden Systems auf
ein Minimum zu reduzieren.