DE2064352C1 - Funksystem mit einer größeren Anzahl von räumlich verteilt angeordneten Sende-Empfangsstationen - Google Patents

Description

stische Zeichen ausgesendet wird, und zwar wenigstens über die Mehrzahl aller vorhandenen freien Funkwege zu anderen Sende-Empfangs-Stationen im System, daß in jeder Sende-Empfangs-Station eine Auswahleinrichtung vorgesehen ist, die innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne, die mit Sicherheit die maximal für einen Verbindungsaufbau im System benötigte Zeit umfaßt, nur einen Ruf von gegebenenfalls mehreren einlaufenden Rufen nach der gesuchten Sende-Empfangs-Station auswählt, daß in jeder Sende-Empfangs-Station ein Rufzeichen-Speicher vorgesehen ist, in den das ausgewählte Rufzeichen nebst dem charakteristischen Zeichen der Sende-Empfangs-Station, von der sie unmittelbar empfangen wurden, eingeschrieben werden, und daß bei Nichtübereinstimmung des eingespeicherten Rufzeichens mit dem Rufzeichen der zugehörigen Sende-Empfangs-Station das Rufzeichen für sich ausgelesen und an über den Funkweg erreichbare weitere Sende-Empfangs-Stationen gegeben wird, unter Beifügung des charakteristischen Zeichens dieser Sende-Empfangs-Station, während bei Übereinstimmung ein Rückwärtsaufbau der Verbindung zu der rufenden Sende-Empfangs-Station über die im Rufweg zwischen der suchenden und der gesuchten Sende-Empfangs-Station vorhanden gewesenen Sende-Empfangs-Station veranlaßt wird, unter Auswertung der charakteristischen Zeichen in den Speichern der einzelnen Sende-Empfangs-Stationen.

Vorteilhaft ist es bei einem Funksystem dieser Art, wenn in dem System reine Relaisstellen, also nicht für die eigene Nachrichteninformationsabgabe bestimmte Sende-Empfangs-Stationen, an solchen Orten vorgesehen sind, an denen eine Anhäufung des Verkehrsflusses bei Suchvorgängen auftreten kann. Das ist vor allem dann möglich, wenn das System sich aus wenigstens zwei größeren Teilgebieten in der Ausdehnungsfläche zusammensetzt, die nur über einen schmalen Verbindungsweg, also beispielsweise nur eine oder zwei Stationen, miteinander verkehren können.

Von Vorteil ist es ferner, wenn in dem Funksystem zur Auflösung einer Verbindung nur ein Schlußzeichen von der jeweils auflösenden Sende-Empfangs-Station gesendet wird und in den einzelnen Sende-Empfangs-Stationen Auflöseeinrichtungen vorgesehen sind, die bei Empfang dieses Zeichens in der Sende-Empfangs-Station den Sender außer Betrieb setzen und den Empfänger auf Empfang des Dienstkanals schalten.

Mit Vorteil kann auch anstelle eines Schlußzeichens eine Unterbrechung des jeweiligen Empfangssignals vorgesehen sein, die eine Mindestdauer überschreitet, beispielsweise von mehreren Stunden. Diese Mindestdauer ist dadurch bestimmt, daß durch Selektivschwund oder Störer kurzzeitig Empfangsunterbrechungen eintreten können. Solche Störungen dauern im Regelfall maximal einige Sekunden. An ihrer Zeitdauer kann die genannte Abschaltzeit orientiert werden.

Durch die deutsche Offenlegungsschrift 14 66 053 ist ein Funknetz mit einer Zentralstation und davon abhängigen Unterstationen bekannt. Die einzelne Verbindung läuft dabei stets von einer Unterstation über die Zentralstation zu einer anderen Unterstation. Es ist also kein Funknetz mit untereinander gleichberechtigter Unterstationen gegeben.

Durch die deutsche Offenlegungsschrift 18 02 614 ist eine Autobahn-Streckenanlage bekannt. Hierbei handelt es sich nicht um ein Funknetz im Sinne der Erfindung. Demzufolge sind die Funknetz-Probleme im Sinne der Erfindung nicht gegeben, sondern Zonenprobleme für eine in einzelne Funkfelder mit stationären Anlagen unterteilte Funkstrecke.

Durch die deutsche Offenlegungsschrift 18 17 115 ist

ein Synchronisationsverfahren für ein Funknetz mit Frequenzsprung-Betrieb bekannt. Es wird hierbei eine besondere Verteilung der Frequenz-Zeitfolge in der Zeit-Frequenzebene vorgeschlagen.

Das Problem eines Verbindungsaufbaues in einem Funknetz mit untereinander gleichberechtigten Stationen wird dabei jedoch nicht behandelt.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung näher erläutert.
In der F i g. 1 ist zunächst ein Frequenzschema gegeben. Innerhalb des durch schraffierte Grenzen angedeuteten Frequenzbereiches sind beispielsweise N+1 Frequenzbereiche geschaffen, deren jeder eine Bandbreite hat, die der für die einzelnen Sende-Empfangs-Stationen benötigten radiofrequenten Bandbreite entspricht. Zwischen den einzelnen schmalen Frequenzbereichen können Frequenzlücken vorhanden sein. Beispielsweise arbeitet eine erste Station im Zehntel-Sekundenabstand zunächst auf dem Teilfrequenzberich I, dann auf dem Teilfrequenzbereich III, usw., während eine andere Station zunächst auf dem Teilfrequenzbereich II, dann auf dem Teilfrequenzbereich IV, usw. arbeitet. Für die Zwecke der Erfindung besteht die einzelne Sende-Empfangs-Station im Prinzip aus einer Anlage, wie sie in der F i g. 2 im Blockschaltbild dargestellt ist. Von einer Sende-Empfangs-Antenne 31, die eine Rundstrahlantenne sein kann oder auch eine Kombination von mehreren Richtantennen, die in verschiedenen Richtungen arbeiten, führt die Antennenzuleitung zu einem Sende-Empfangs-Umschalter 21.

Dieser ist einerseits mit dem Sender 23 und andererseits mit dem Empfänger 22 verbunden. Das im Empfänger erhaltene Ausgangssignal wird über eine noch zu erläuternde Auswahlvorrichtung 25 einem Speicher 24 eingeschrieben, soweit es sich um das Rufzeichen und charakteristische Zeichen der Station handelt, von der das Zeichen empfangen wurde. Aus dem Speicher 24 können die Kriterien auch ausgelesen werden und dann im Bedarfsfall über eine Auswahlvorrichtung entnommen und dem Sender 23 zur Aussendung über die Antenne 31 zugeführt werden. Da angenommen ist, daß es sich um einzelne Funkteilnehmer handelt, ist mit dem Sender 23 eine Sprecheinrichtung bzw. ein Mikrofon 28 verbunden, dessen Ausgangssignal dem Modulator im Sender 23 zugeführt wird, während der Empfängerausgang mit einer Wiedergabeeinrichtung (wie einem Lautsprecher oder einem Fernhörer) 27 verbunden sein kann. An den entsprechenden Anschlußstellen 29, 30 können indessen gegebenenfalls auch sogenannte Teilnehmerkonzentratoren, wie eine kleine Nebenstellen-Fernsprechanlage mit Leitungen und Verteilerschrank, angeschlossen sein. Wird eine solche Sende-Empfangs-Station als reine Relaisstelle betrieben, so sind 29 und 30 über einen Zwischenspeicher verbunden, der in einem ersten Arbeitszyklus den Empfänger 22 über den Schalter 21 auf die Antenne aufgeschaltet und ein Einschreiben des Empfängers-Ausgangssignals in den Zwischenspeicher veranlaßt, während in einem zweiten Abschnitt des Arbeitszyklus eine Umschaltung der Sende-Antenne 31 auf den Sender 23 veranlaßt wird,

6> der dann unter Leerung des Zwischenspeichers dessen Information als Modulationssignal erhält. Dieser Zwischenspeicher ist mit 32 bezeichnet, wie in der F i g. 2 strichliert angedeutet ist.

Die Arbeitsweise eines erfindungsgemäßen Funksystems wird nachstehend anhand eines Beispiels erläutert.

Angenommen wird, daß z.B. 50Teilnehmer — Teilnehmer-Nr. 301 bis 350 — etwa zufällig auf einer Fläche von 5Ox 150 km verteilt sind. Jede Teilnehmerstation besitzt eine charakteristische Frequenzfolge; die 51. Folge ist für einen gemeinsamen Organisationskanal bzw. den Dienstkanal reserviert. Die Stationen arbeiten mit einem Frequenzwechselverfahren mit 10 Hz Hopping-Frequenz. Der Grundaufbau der einzelnen Teilnehmer entspricht dem der F i g. 2. Will nach F i g. 3 z. B. der Teilnehmer 317 mit dem Teilnehmer 351 sprechen, so sendet die Station 317 nach der Wahlaufnahme im nächsten Sprungintervall des Organisationskanals eine Suchmeldung nach Fig.4 aus. Sie beginnt mit einem Startpuls, der die genaue Zeitbeziehung — auch für die spätere Weitergabe — festlegt. Die nun folgende Zeit bis zum nächsten Frequenzwechsel ist in 50 Phasen (entsprechend den maximal 50 Teilnehmern) eingeteilt. In Phase 317 wird nun die Ausgangs-Station, in Phase 331 die Ziel-Station markiert. Für die Übertragung wird vorteilhaft Amplitudenmodulation mit einem Modulationsgrad von 100% genommen. Die Marken können, wie gezeigt, durch ihre Länge unterschieden werden. Nach Absendung des Startimpulses wird der Empfänger wieder eingeschaltet. Wird vor Aussendung der nächsten Marke eine Marke aus einer anderen Suchmeldung empfangen, so wird die Sendung abgebrochen und z. B. nach 0,5 s wiederholt. Das soll beim Beispiel nur für die rufende, also die Ausgangs-Station gelten.

In Fig.3 ist eingezeichnet, daß Station 311 und 322 die Suchmeldung aufnehmen. Die Stationen speichern Ausgangs-Station 317 und Ziel 331 jeweils im Speicher 24 für einen späteren Rückwärts-(RW-)Aufbau ab und geben im nächsten Hopping-Intervall die Suchmeldung in modifizierter Form (F i g. 5 und 6) weiter. Startpuls und Zielmarke sind gleichgeblieben; als Ausgangs-Marke setzen die Relaisstationen jedoch ihr Rufzeichen ein. Im Beispiel werden nun die Sendungen der Stationen 322 und 311 in der Ziel-Station 331 praktisch gleichzeitig empfangen, da als Zeitbezugspunkt die Sendung von Station 317 genommen wurde. Die Laufzeitunterschiede 311-»-331 bzw. 322-* 331 fallen nicht ins Gewicht, da sie beim Beispiel im Höchstfall 100 μβ betragen.

Am Ausgang des Empfängers von Station 331 erscheint nun als Summe der Suchmeldungen von Station 311 und 323 ein Rahmen nach Fig.7. Die Station 331 erkennt sich als Ziel und wählt z. B. unter den angebotenen Ausgangs-Marken die der Station 322 für den Rückwärts-Aufbau der Verbindung aus. Die Ausgangs-Marken können auch nach der Feldstärke codiert mit z. B. 3 Bit eingetragen werden, so daß die am kräftigsten einfallende Station ausgewählt wird. Schließlich wäre auch eine Auswahl nach organisatorischen Gesichtspunkten denkbar, wobei immer die anhand ihrer Nummer als am wenigsten wichtig oder auch als reine Relaisstelle erkannte Station als Relais verwendet wird.

Die Station 331 setzt nun im nächsten Sprungintervall des Organisations-Kanals, z. B. im Intervall π+2, einen vollen Burst ab, in dem sehr redudant Absender und Ziel, hier 331—322, angegeben sind. Die Station 323 (F i g. 3) stoppt daraufhin sofort die Weitergabe der Suchmeldung (3. Schritt), so daß im gezeigten Beispiel keine größere Ausbreitung eintritt. Bei einem komplizierten Netz könnte jedoch durchaus eine Ausbreitung der Suchmeldung bis zu den äußersten Ausläufern oder sogar auf irgendeinem Umweg eine Rückkehr zu bereits berührten Stationen erfolgen. Die gespeicherte Zielinformation wird daher in allen Stationen noch so lange, z.B. max. 2Sekunden, gehalten, daß solche Irrläufer nicht zu einem Kreislauf führen können.

Nach Abgabe des Bursts für den Rückwärts-Aufbau schaltet die Station 331 sofort die Übertragungsrichtung to um und setzt den Empfänger auf die stationseigene Frequenzfolge. Station 322 gibt im nächsten Hopping-Intervall den Burst für den Rückwärts-Aufbau aufgrund der gespeicherten Information an Station 317 weiter und schaltet ebenfalls um. Nun setzt Station 317 seinen Sender auf die Frequenzfolge 322 und gibt in zwei bis drei Bursts Synchronisierinformationen für die eigentliche Informationsübertragung, sofern diese Synchronzeichen erfordert, über 322 nach 331. Nach Durchgabe dieser Bursts wird die Strecke automatisch wieder umgeschaltet, und der Teilnehmer 317 hört das Freizeichen von Teilnehmern 331 bzw. dann dessen Meldung. Die weitere Gesprächsabwicklung geht in gewohnter Weise vor sich. Nach jedem Loslassen der Sprechtaste wird im nächsten Hopping-Intervall ein Umschaltburst abgeschickt. Nach Ende dieses Bursts wird die Station wieder umgeschaltet. Auch in der Relaisstation 322 wird nach Durchgabe des Umschaltbursts die Übertragungsrichtung umgeschaltet Ist der Burst am anderen Ende der Strecke aufgenommen, so wird unverzüglich umgeschaltet und z. B. ein Lichtzeichen abgegeben. Dem ersten Burst in der neuen Richtung wird ein kurzes Kennzeichen vorgesetzt, das evtl. vorgesehene Auswertegeräte auf der jetzigen Empfangsseite wieder einschaltet. Durch Drücken der Sprechtaste wird praktisch nur noch das Mikrofon zugeschaltet. In Fig.8 ist das Zeitdiagramm bei Übertragung in Gesprächsrichtung 331->-322-»-317 dargestellt.

Der Umschaltburst sollte sehr redundant und gegen Nachahmung gesichert übertragen werden. Sollte eine Verschlüsselung nötig sein, so muß sie von einem End-Teilnehmer zum anderen durchlaufen. Es empfiehlt sich hierfür, den Umschaltburst mit einer aus einem Zufallsgenerator der Frequenzsprung-Steuerung abgeleiteten binären Zufallsfolge (Spreizcode) zu senden und die Auswertung in einem Serien-Korrelator vorzunehmen. Damit isteine Störbefreiung von ca. 20 dB möglich. Auslösung soll erfolgen, wenn z. B. 2 Sekunden lang kein Träger mehr empfangen wurde. Zur Beschleunigung der Auslösung könnte jedoch auch zusätzlich oder allein noch ein dem Umschaltburst ähnlicher Auslöseburst vorgesehen werden.

Aus Fig.8 ist zu ersehen, daß trotz des Wechselsprechbetriebes eine Zeitkompression der Signale um etwa Faktor 2 zweckmäßig ist, um, wie die Zeile von Station 322 zeigt, mit normalen Stationen als Relais auszukommen. Die tatsächliche Übertragungs-Bitrate dürfte bei ca. 3 kBit liegen, wenn für die Sprachaufbereitung ein Vocoder mit 1,2 kBit vorgesehen wird. μ Konferenz- und Prioritätsgespräche sind an sich realisierbar. Sie dürften beim vorgesehenen Charakter des Netzes jedoch im Regelfall ohne größere Bedeutung sein. Die Übertragung von Daten, Faksimili und Wechselstromtelegraphie ist in Halb-Duplex möglich. fcS Ein Besetzt-Zeichen ist im Funksystem nach der Erfindung nicht erforderlich. Meldet sich ein Teilnehmer aus irgenwelchen Gründen nicht, so verläuft die Suche. Die tatsächliche Sendezeit bei der Durchgabe von

Suchmeldungen ist so gering, daß ein merklich erhöhter Stromverbrauch oder eine leichte Peilbarkeit der Stationen nicht zu befürchten ist. Werden diese Suchmeldungen für die Nachstimmung des Stations-Taktgebers benützt, so ergibt sich eine Art Frequenzmittelung im ganzen Netz. Man kann jedoch auch eine Station zur Hauptstation ernennen, die z. B. jede volle Stunde ein spezielles Zeitzeichen in das Netz sendet. Bei einer Frequenzgenauigkeit des Stations-Frequenznormals von < 10~⁸/Monat ist eine tägliche Synchronisie-

rung noch voll ausreichend. Eine absolute Neueinphasung wird zweckmäßig durch Kontakt mit einer bereits laufenden Station vorgenommen. Wechselteine Station das Netz, so kann sie sich durch Empfang beliebiger Suchmeidungen auf der Organisations-Frequenzfolge selbst einphasen.

Bei Bedarf können auf dem Organisations-Kanal auch andere Befehle als solche für Verkehrsabwicklung und Dienstgespräche an alle freien Teilnehmer durchgegeben werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

809 617/146

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Funksystem mit einer größeren Anzahl von in einem zu versorgenden Gebiet räumlich verteilt angeordneten Sende-Empfangs-Stationen, die insbesondere nach einem Frequenzwechselverfahren (frequency-hopping) untereinander verkehren, bei dem ein der Verkehrsabwicklung zwischen den einzelnen Sende-Empfangs-Stationen dienender Dienstkanal vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verbindungsaufbäu zwischen zwei Sende-Empfangs-Stationen über den Dienstkanal von der rufenden Sende-Empfangs-Station das Rufzeichen der gesuchten Sende-Empfangs-Station zusammen mit einem für die rufende Station charakteristischen Zeichen ausgesendet wird, und zwar wenigstens über die Mehrzahl aller vorhandenen freien Funkwege zu anderen Sende-Empfangs-Stationen im System, daß in jeder Sende-Empfangs-Station eine Auswahleinrichtung vorgesehen ist, die innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne, die mit Sicherheit die maximal für einen Verbindungsaufbau im System benötigte Zeit umfaßt, nur einen Ruf von gegebenenfalls mehreren einlaufenden Rufen nach der gesuchten Sende-Empfangs-Station auswählt, daß in jeder Sende-Empfangs-Station ein Rufzeichen-Speicher (24 in Fig. 2) vorgesehen ist, in den das ausgewählte Rufzeichen nebst dem charakteristischen Zeichen der Sende-Empfangs-Station, von der sie unmittelbar empfangen wurden, eingeschrieben werden, und daß bei Nichtübereinstimmung des eingespeicherten Rufzeichens mit dem Rufzeichen der zugehörigen Sende-Empfangs-Station das Rufzeichen für sich ausgelesen und an über den Funkweg erreichbare weitere Sende-Empfangs-Stationen gegeben wird, unter Beifügung des charakteristischen Zeichens dieser Sende-Empfangs-Station, während bei Übereinstimmung ein Rückwärts-Aufbau der Verbindung zu der rufenden Sende-Empfangs-Station über die im Rufweg zwischen der suchenden und der gesuchten Sende-Empfangs-Station vorhanden gewesenen Sende-Empfangs-Stationen veranlaßt wird, unter Auswertung der charakteristischen Zeichen in den Speichern (24 in F i g. 2) der einzelnen Sende-Empfangs-Stationen.

2. Funksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem System reine Relaisstellen an solchen Orten vorgesehen sind, an denen eine Anhäufung des Verkehrsflusses bei Suchvorgängen auftreten kann.

3. Funksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auflösung einer Verbindung ein Schlußzeichen von der jeweils auflösenden Sende-Empfangs-Station gesendet wird und in den einzelnen Sende-Empfangs-Stationen Auflöseeinrichtungen vorgesehen sind, die bei Empfang dieses Zeichens in der Sende-Empfangs-Station den Sender außer Betrieb setzen und den Empfänger auf Empfang des Dienstkanals schalten.

4. Funksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle eines Schlußzeichens eine Unterbrechung des jeweiligen Empfangssignals vorgesehen ist, die eine Mindestdauer überschreitet, beispielsweise von mehreren Sekunden.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Funksystem mit einer größeren Anzahl von in einem zu versorgenden Gebiet räumlich verteilt angeordneten Sende-Empfangs-Stationen, die insbesondere nach einem Frequenzwechselverfahren (frequency-hopping) untereinander verehren, bei dem ein der Verkehrsabwicklung zwischen den einzelnen Sende-Empfangs-Stationen dienender Dienstkanal vorgesehen ist.

Bei Funksystemen mit einer größeren Anzahl von ίο Sende-Empfangs-Stationen ist es zur Sicherung gegen störende Funkteilnehmer üblich, der einzelnen Sende-Empfangs-Station nicht eine bestimmte Sendefrequenz zuzuordnen, sondern in dem für den Betrieb des Funksystems vorgesehenen Frequenzbereich wenigstens eine Sendefrequenz mehr als Teilnehmer vorhanden sind vorzusehen und nach einem bestimmten Variationsschema die einzelnen Stationen ihre Sendefrequenzen wechseln zu lassen. Beispielsweise werden bei 50 Teilnehmern 51 frequenzverschiedene Sendefrequenzen benötigt. Der einzelne Teilnehmer wechselt beispielsweise im Abstand von 100 ms nach einem vorgegebenen Schema seine Sendefrequenz durch Auswahl aus den 51 Sendefrequenzen, wobei darauf zu achten ist, daß im gesamten Funksystem jede Sendefrequenz nach Möglichkeit immer nur einmal in jedem Zeitabschnitt auftritt. Der 51. Kanal kann als Dienstkanal im Funksystem verwendet werden und vor allem auch der Verkehrsabwicklung dienen. Beispielsweise schalten alle Sende-Empfangs-Stationen, die gerade keine Verbindung zu einer anderen Station unterhalten, ihren Sender ab und betreiben ihren Empfänger auf dei für den Dienstkanal im System vorgesehenen Frequenzfolge. Über diesen Dienstkanal erhalten sie dann eine Mitteilung über einen für sie vorliegenden Ruf und auch Hinweise für den Aufbau einer Verbindung zu einer rufenden Station.

Für Maschennetze dieser Art ist es durch die deutsche Patentschrift 12 99 734 bekanntgeworden, den Ruf Vorgang nach Art eines Schneeballsystems im Netz durchzuführen. Es wird von der rufenden Station zu allen von dieser aus erreichbaren Stationen der Ruf gegeben, dort ein Vergleich mit den Rufzeichen der jeweils angeschlossenen Teilnehmer durchgeführt und bei Nichtübereinstimmung der Ruf weitergegeben zu den von dieser Station erreichbaren Stationen. Bei jeder Weitergabe wird dem Rufzeichen ein weiteres Wegkriterium für den Rufweg beigefügt, so daß bei Ankunft des Rufzeichens in der gesuchten Station dieses eine Vielzahl von Wegkriterien mitbringt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein dem Schneeballsystem ähnliches Verfahren zum Aufbau von Verbindungen bei einem Funksystem der einleitend geschilderten Art zu schaffen, jedoch mit wesentlicher Vereinfachung der gesamten Suchtechnik und der Technik des Aufbaues von Verbindungen.

Ausgehend von einem Funksystem mit einer größeren Anzahl von in einem zu versorgenden Gebiet räumlich verteilt angeordneten Sende-Empfangs-Stationen, die insbesondere nach einem Frequenzwechselverfahren (frequency-hopping) untereinander verkehren, bei dem ein der Verkehrsabwicklung zwischen den einzelnen Sende-Empfans-Stationen dienender Dienstkanal vorgesehen ist, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Verbindungsaufbau zwischen zwei Sende-Empfangs-Stationen über den Dienstkanal von der rufenden Sende-Empfangs-Station das Rufzeichen der gesuchten Sende-Empfangs-Station zusammen mit einem für die rufende Station charakteri-