DE3337647C1 - Funknetz mit einer Vielzahl von mobilen Stationen - Google Patents
Funknetz mit einer Vielzahl von mobilen StationenInfo
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
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Description
Die Erfindung betrifft ein Funknetz nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
In manchen Anwendungen treten Anordnungen von mobilen
Funkstationen auf, die folgende Merkmale haben:
- - Betrieb im freien Gelände oder Wald, auf dem Wasser oder in der Nähe von Häusern (evtl. unter Einbeziehung von Gebäuden),
- - Anordnungen von vielen (z. B. 50-100) Mobilstationen mit je meist mehreren Endteilnehmern,
- - Gesamtausdehnung des durch die Teilnehmer gespannten Netzes von typisch 500 m bis 20 km, evtl. auch mehr.
Fig. 1 zeigt ein solches beispielhaftes Funknetz mit den
Stationen A, B und C mit unterschiedlicher Zahl von Tele
fonteilnehmern und Datenteilnehmern je Station und einer
über Station B (als Relais) geführten Verbindung zwischen
Telefon 1 der Station A und Telefon N der Station C.
An solche Anordnungen werden bzgl. der Kommunikationsmög
lichkeiten Forderungen gestellt, z. B.
- - Verfügbarkeit aller mit Kabeln realisierbaren Kommunika tions-Dienste, z. B. Fernsprechen/-schreiben/-kopieren und Datenübertragung mit Leistungsmerkmalen, die denen mit Kabeln entsprechen,
- - modulare Ausbaufähigkeit bzgl. der Übertragungskapazi tät,
- - digitale Nachrichtenübertragung mit alternativen Über tragungsraten pro Kanal, z. B. 16/32/64 kbit/s,
- - sehr große mögliche Summendatenrate (Verkehrskapazität) des Kanalbündels des gesamten Funknetzes von z. B. 2.048/4.096/. . .Mbit/s,
- - Anwendung einer Funk-Übertragungstechnik, die nur zu einer geringen Emission von Signalenergie führt.
Unter den bekannten Systemen kommt das in IEEE Trans.
Comm. Vol. COM-28, No. 9, Sept. 1980, Seiten 1616-1624
beschriebene dem erfindungsgemäßen System am nächsten.
Andere relevante Systeme sind in Proceedings of NAECON
1981, IEEE 0547-3578/81/0000-0332, Seiten 332-337 und IEEE
Trans. Comm. Vol. COM-27, No. 12, Dez. 1979, Seiten
1938-1945 beschrieben. Das in IEEE Trans. Comm. Vol.
COM-28, No. 9, Sept. 1980, Seiten 1616-1624 als Konzept
vorgestellte System hat folgende Merkmale:
- - Übertragung nach dem synchronen Zeitmultiplex-Verfahren, wobei ein netzweit gültiger Rahmen ca. 65 ms dauert und in 6 Zeitschlitze (Kanäle) zu je 10 ms Dauer unterteilt ist. Jeder Kanal wird von jeder Station (nach einer Verbindungsaufbauprozedur) fest für die Verbindung zu einer von maximal 6 möglichen Nachbarstationen verwen det. Zwischen diesen 6 Kanälen kann jede Station vermit teln und auch eigene Daten übertragen. Zwischen zwei Stationen können auch bei Bedarf zwei oder mehr Kanäle fest geschaltet werden.
- - Der maximal mögliche Stationsdurchsatz beträgt 100 kbit/s. Bei Bedarf nach mehr Kommunikationskapazität an einem Ort werden dort mehrere gleichartige Stationen aufgestellt.
- - Jedes Stationspaar kommuniziert miteinander unter Nu tzung eines für diese Verbindung individuellen Codewor tes. Eine über Relais geführte Verbindung benutzt ab schnittsweise verschiedene Codeworte, aber dasselbe Frequenzband. Das System verwendet also Codemultiplex.
Das in Proceedings of NAECON 1981, IEEE 0547-3578/81/0000-
0332, Seiten 332-337 und IEEE Trans. Comm. Vol. COM-27,
No. 12, Dez. 1979, Seiten 1938-1945 beschriebene System
JTIDS ist für störunempfindliche, sichere Nachrichtenüber
tragung zwischen in Sichtabstand oder mit Relais über
brückbarer Entfernung befindlichen Stationen taktischer
Gruppierungen vorgesehen und existiert in mehreren Vari
anten, die sich bzgl. des angewandten Zeitmultiplexver
fahrens unterscheiden. Alle Varianten haben folgende
Gemeinsamkeiten: Pulsbreite, Trägermodulation, Datenmodu
lation, Daten- bzw. Zeichencodierung, Übertragung nach dem
Frequenz-Spreiz- und -Sprung-Verfahren.
Ein Puls enthält 5 bit Information, ist 6,4 µs lang und wird
mit einem PN-Code mit 32 Chips zu je 200 ns Dauer spektral
gespreizt. Für jeden zu übertragenden Puls wird zufälig
eine der möglichen Frequenzen im Bereich von 960-1215 MHz
ausgewählt.
Wegen des angewandten Codemultiplex-Verfahrens sind
gleichzeitig 15-20 Netze möglich. Je Netz sind maximal 128
digitale Simplexkanäle zu je z. B. 32 kbit/s möglich.
In der Grundversion von JTIDS wird das synchrone Zeit
multiplex-Verfahren angewandt. Eine Slot dauert 7.8 ms und
enthält 450 bit Nutzdaten. Slots werden zu sog. Epochen
gruppiert, wobei eine Epoche 12.8 min dauert und 98304
Slots hat. Alle Stationen besitzen mindestens eine Slot
pro Epoche, d. h. sie besitzen ständig exklusiv mindestens
einen dieser Slot entsprechenden schmalbandigen Kanal, in
dem sie ihre Daten abstrahlen.
Alle nicht sendenden Stationen sind ständig auf Empfang
geschaltet, so daß sie alle Sendungen anderer Stationen
verfolgen und lesen können. Anstelle der möglichen 98304
Schmalbandkanäle gibt es u. U. weniger, aber entsprechend
breitere Kanäle, die durch Zusammenfassen mehrerer benach
barter Slots pro Periode entstehen.
Eine Epoche ist unterteilt in 64 Rahmen zu je 12 s Dauer.
Jeder Rahmen hat 1536 Slots. Rahmen bestimmen die System
synchronisation. Das Nachrichtenformat ist derart, daß
eine Nachricht genau in eine Slot paßt.
In einer Variante DTDMA von JTIDS besteht eine Epoche aus
78125 Zeichenintervallen (je 12.8 µs). Jedes Intervall ist
prinzipiell frei vergebbar, wobei Teilnetze mit periodi
schen Intervallen möglich sind. Das Verfahren erlaubt eine
flexiblere Vergabe der Übertragungskapazität, erfordert
aber auch deren ständige Verplanung.
In einer zweiten Variante ATDMA (advanced TDMA) von JTIDS
ist es möglich, variabel lange Nachrichten durch Gruppie
rung von Slots zusammenhängend zu übertragen. Das System
erlaubt nebeneinander synchronen und asynchronen Verkehr.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Funknetz der eingangs
genannten Art anzugeben, bei welchem die Übertragungskapa
zität modularisiert werden kann. Die Erfindung ist im
Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Die weiteren Ansprüche
beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen bzw. Ausführungen
der Erfindung.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher
erläutert.
Im Unterschied zu den oben beschriebenen bekannten Syste
men hat das erfindungsgemäße Funknetz folgende Merkmale:
- - Mobile Funkgeräte für die digitale Nachrichtenübertra gung unter Nutzung von mm-Wellen;
- - Codespreizung des zu übertragenden Signals systemweit in der Regel nur mit einem Codewort;
- - Ausstattung der Mobilstationen mit Vermittlungsfunktion, so daß nach Bedarf synchrone transparente Verbindungen nach dem Kanalvermittlungsverfahren zwischen Endteil nehmern auf-/abgebaut werden können, so daß z. B. ein Netz mit möglichen Verbindungen gemäß Fig. 2 entsteht; Fig. 2 zeigt ein Beispiel für ein Funknetz mit 6 Sta tionen S1 bis S6, welche untereinander (z. B. wegen Hindernissen/Entfernungen) nicht voll vermascht, sondern nur über die Kanäle Li (i = 1. . .7) verbindbar sind.
- - Übertragung nach dem Zeitmultiplex-Verfahren über trans parente semi- bzw. vollduplex Kanäle, welche für syn chrone (Kanaldurchschaltung) und asynchrone (Paketver mittlung) digitale Übertragung geeignet sind mit Daten übertragungsraten, die an die Eigenschaften der Verkehre angepaßt sind, z. B. 16/32/64 kbit/s pro Kanal;
- - Vermittlungskapazität jeder Station entsprechend der Summendatenrate eines Rahmens, z. B. 512/1024/2048 kbit/s;
- - Existenz evtl. mehrerer zueinander synchroner Rahmen in verschiedenen Frequenzbändern;
- - Schnittstellen an jeder Station für mehrere Fernsprecher und Datenendgeräte;
- - Schnittstelle an jeder Station bzgl. des Fernmelde-Lei tungsnetzes mit Gateway-Funktion in der Station;
- - Schichtung der Kommunikations- und Organisations-Proto kolle gemäß dem ISO-Architekturmodell, vgl. Computer Networks 5 (1981), Seiten 77-80.
Information wird über Nachrichtenkanäle übertragen. Dazu
muß ein geeignet gewähltes Funkfrequenzband nach festen
Regeln genutzt werden. Drei Varianten sind gebräuchlich
und werden nebeneinander angewandt:
- - synchrones Zeitmultiplex (STDM, synchronous time divi sion multiplex)
- - Frequenzmultiplex (FDM, frequency division multiplex)
- - Codemultiplex (CDM, code division multiplex).
Für die Informationsübertragung über nach einem dieser
Verfahren gebildeten Kanäle bestehen zwei Möglichkeiten:
- - Kanalvermittlung (Nutzung von Übertragungs-Kapazität) auf der Basis von verbindungsorientierten transparenten Kanälen),
- - Paketvermittlung (ATDM, asynchronous time division multiplex). Nutzung der Übertragungs-Kapazität einer kanalvermittelten Verbindung im asynchronen Zeitmulti plex-Verfahren für mehrere verschiedene (virtuelle) Verbindungen, vgl. CCITT/X.25 und IEEE Projekt 802.
Die synchrone Übertragung über ein Netz setzt Synchronis
mus aller Stationen voraus. Um nicht ständig Synchronisa
tions-Information übertragen zu müssen, werden quarzsta
bilisierte, periodisch über Funk synchronisierte Stationen
eingesetzt.
Das erfindungsgemäße Funknetz verwendet Übertragungsraten
von 16/32 kbit/s laut Empfehlung EUROCOM D/1 bzw. 64 kbit/s
gemäß den CCITT-Empfehlungen G. 700ff für PCM-Sprachüber
tragung. Dabei wird von Kanälen mit 64 kbit/s Datenrate
ausgegangen und die Unterteilung jedes Kanals im Zeitmul
tiplex in n Unterkanäle (n = 2,4) mit kleineren Datenraten
zugelassen. Eine andere mögliche Variante geht von
16 kbit/s Datenrate aus und bildet Kanäle höherer Raten
durch Zusammenfassen von n benachbarten Zeitschlitzen.
Aus Effizienzgründen wird die Nachrichtenlänge eines
Zeitschlitzes mit 1064 bit deutlich größer gewählt, als bei
einer PCM-Primärgruppe (8 bit). Ein Kanal wird durch in
aufeinander folgenden Rahmen periodisch auftretende Zeit
schlitze (slots) gebildet.
Bei 32 Kanälen/Rahmen zu je 64 kbit/s beträgt bei 1064
bit/slot die Rahmenperiode 1/60 s. Fig. 3 zeigt Details
eines solchen Rahmens.
Demnach sind ein Rahmenkennungswort und zwischen den
Zeitschlitzen Schutzzeiten vorgesehen. Die Nachricht
innerhalb jedes Zeitschlitzes wird von einer Synchronisa
tionspräambel und Organisationsdaten, u. a. einem Kennungs
bit für den Zustand "Kanal belegt/frei", eingeleitet. Die
Summenbitrate aller Kanäle zusammen beträgt 2.048 Mbit/s
und entspricht der von 32 PCM-Kanälen zu je 64 kbit/s.
In jedem Zeitschlitz eines Rahmens darf stets nur genau
eine Station senden. Jede über ein Relais laufende Verbin
dung benötigt pro Teilabschnitt einen individuellen Kanal,
vgl. Fig. 4.
Die Figur zeigt ein Beispiel für die synchrone Kommunika
tion zwischen Quelle und Senke über zwei Relais R1, R2.
Ein Kanal X benötigt auf den drei Teilabschnitten drei
verschiedene Zeitschlitze.
Ein modularer Ausbau des Systems, beginnend bei einem Netz
mit relativ geringer Kanalzahl, aber Ausbaufähigkeit auch
für sehr viele Kanäle, ist bei Anwendung des STDM-Verfah
rens möglich durch geeignete Wahl der Zahl von Kanälen je
Rahmen und der Zahl gleichzeitig verfügbarer Rahmen pro
Funknetz. Mehrere STDM-Rahmen nebeneinander können wahl
weise durch Frequenz- oder Codemultiplex verfügbar gemacht
werden.
Im erfindungsgemäßen Funknetz wird die Kommunikationskapa
zität durch wählbare Zahl von benutzten Frequenzbändern,
die alle mit demselben Codewort gespreizt sind und je
einen gleich strukturierten Rahmen übertragen können,
modularisiert.
Dabei sind die Rahmen verschiedener Frequenzbänder zu
einander völlig synchron. Nachfolgend wird von einem
Teilbündel gesprochen und damit werden die in einem sol
chen Rahmen in einem Frequenzband verfügbaren Kanäle
gemeint, vgl. Fig. 5.
Da die Mobilstationen halbduplex ausgeführt sind, können
sie maximal so viele Kanäle gleichzeitig betreiben, wie
ein Rahmen enthält, jedoch können die Kanäle verschiedenen
Teilbündeln angehören.
Durch Erhöhung der Zahl der Teilbündel eines Netzes wird
also nicht die Zahl von einer Station erreichbarer Kanäle
vergrößert, sondern nur die Kanalzahl des Gesamtbündels.
Ein vergrößertes Gesamtbündel erhöht die Zahl gleichzeitig
möglicher Verbindungen.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, die Zahl der
Kanäle pro Rahmen, die in Fig. 3 beispielhaft mit 32
angegeben ist, durch Programmierung der Mobilstationen
veränderbar zu machen. Eine solche Programmierung kann
z. B. bei der manuellen Vorbereitung der Station für die
Teilnahme an einem bestehenden Netz mit Hilfe eines steck
baren ROM-Speichers erfolgen.
Die Beeinflussung der Kommunikationskapazität des Systems
- und damit jeder Station - erfolgt unter Beibehaltung der
Bandbreite der durch die Funkteile der Stationen definier
ten FDM-Kanäle durch Veränderung der Datenübertragungsrate
innerhalb des in einem Band übertragenen Rahmens: Bei
unveränderter Rahmenperiodendauer wird beispielsweise
die Bitrate auf 512 kbit/s geviertelt, so daß anstelle von
32 Kanälen nur noch 8 Kanäle verfügbar sind. Ebenso ist
auch eine Vervielfachung der Kanalzahl von 32 auf z. B. 64
oder 128 Kanäle denkbar.
Diese Flexibilität ist bei unverändertem Codespreizverfah
ren vorgesehen und führt dazu, daß der Empfang bei ver
kleinerter Datenübertragungsrate unempfindlicher gegen
durch Umwege bedingte Signal-Laufzeitunterschiede wird.
Das Mobilfunknetz hat also durch Verkleinerung der
Rahmen-Datenrate die Möglichkeit, sich nicht nur auf die
erforderliche Kommunikationskapazität des Teilnehmerkrei
ses, sondern auch auf die übertragungsbedingte Störsitua
tion des Funkfeldes einzustellen.
In Erweiterung der unter a) beschriebenen Ausführungsform
wird durch Programmierung der Stationen die Möglichkeit
geschaffen, die Basisbandbreite des Sende- und Empfangs
signals der zu übertragenden Datenrate anzupassen. Bei
unveränderter Chiprate des Codespreizverfahrens kann
dadurch, bei Reduktion der Übertragungsrate, neben erhöh
ter Unempfindlichkeit gegen Mehrwegeausbreitung der Verar
beitungsgewinn im Empfänger gesteigert und damit ein
besseres Signal-zu-Rauschverhältnis erzielt werden.
Das erfindungsgemäße System unterscheidet zwischen drei
Varianten:
Variante 1: Verzicht auf Codemultiplex, d. h. Verwendung nur eines Codewortes zur Spreizung aller benutzten Bänder.
Variante 2: Verwendung je eines Codewortes je Band.
Variante 3: Verwendung je eines Codewortes pro Verbindung, von der Quellstation bis zur Zielstation, evtl. über Relais.
Variante 1: Verzicht auf Codemultiplex, d. h. Verwendung nur eines Codewortes zur Spreizung aller benutzten Bänder.
Variante 2: Verwendung je eines Codewortes je Band.
Variante 3: Verwendung je eines Codewortes pro Verbindung, von der Quellstation bis zur Zielstation, evtl. über Relais.
Jede Station sendet nur in dem ihr zugewiesenen Zeit
schlitz, während empfangende Stationen aus Gründen der
Synchronisation nach Möglichkeit ständig mithören, aber
nur in ihrem Empfangszeitschlitz das Nachrichten-Nutzsig
nal auswerten.
Claims (6)
1. Funknetz mit folgenden Merkmalen:
- - das Funknetz wird im mm-Wellen Frequenzbereich betrie ben, wobei halbduplex-fähige Mobilstationen je einen oder mehrere eigene Endteilnehmer über Funkkanäle mit anderen Endteilnehmern verbinden können;
- - jede Mobilstation ist fähig, als Vermittlung (Relais) zwischen vielen paarweise kommunizierenden benachbarten Mobilstationen zu fungieren, wobei diese nicht selbst Quelle oder Senke der übertragenen Information sein müssen;
- - jede Mobilstation kann in ihrer gleichzeitig erfüllbaren Funktion als Station und Relais die Kommunikation meh rerer eigener synchron oder asynchron übertragender Endgeräte mit entsprechenden Endgeräten anderer Mobil stationen über transparente Zeitmultiplexkanäle für die digitale Übertragung von Sprache, Fernschreiben, Fern kopien, Daten usw. verfügbar machen und die Vermittlung einer großen Zahl von Kanälen benachbarter Mobilstatio nen wahrnehmen;
- - alle Kommunikationsbeziehungen laufen entweder verbin dungsorientiert ab, so daß in Funkreichweite befindliche benachbarte Mobilstationen einen Übertragungskanal nur für die Dauer einer Kommunikationsbeziehung aufrecht erhalten, oder Verbindungen werden nicht ständig für jede Kommunikationsbeziehung auf- und abgebaut, sondern bleiben nach ihrer Einrichtung zwischen den Stationen bestehen und werden nach Bedarf genutzt (fest geschalte tes Netz);
- - jeder ein Teilbündel erzeugende Zeitmultiplex-Rahmen wird in einem eigenen Frequenzband übertragen;
- - alle auch über unterschiedliche im Netz benutzte Fre quenzbänder übertragenen Nachrichten werden mit demsel ben Codewort spektral gespreizt;
- - Kanäle unterschiedlicher, zeitlich parallel existieren der und dabei Teilbündel bildender Rahmen überlappen sich zeitlich, entsprechend ihrer Platzadresse im jewei ligen Rahmen, so daß von jeder Mobilstation zu jeder Zeit nur ein Kanal aus einem der Teilbündel genutzt werden kann;
- - alle Kanäle auch unterschiedlicher Frequenzbänder sind aus der Sicht jeder Mobilstation Teil eines Gesamtbün dels;
- - die Vermittlung innerhalb jeder Mobilstation erfolgt aus einem Zeitschlitz (Kanal) eines systemweit auch bzgl. der Teilbündel synchronen Rahmens in einen zeitlich später liegenden Zeitschlitz (Kanal) desselben oder des nachfolgenden Rahmens desselben oder eines anderen Teilbündels.
2. Funknetz nach Anspruch 1 mit Benutzung unterschiedli
cher Codeworte, so daß ein Codemultiplex-System entsteht,
dadurch gekennzeichnet, daß Codeworte Verbindungen zwi
schen Endgeräten, evtl. über Relais, zugeordnet sind.
3. Funknetz nach Anspruch 1 mit Benutzung unterschiedli
cher Codeworte, so daß ein Codemultiplex-System entsteht,
dadurch gekennzeichnet, daß Codeworte einzelnen Rahmen
(Teilbündeln) und damit individuellen Frequenzbändern
zugewiesen sind.
4. Funknetz nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß bei unveränderter Chiprate des Code
spreizverfahrens die Kanalzahl pro Zeitmultiplex-Rahmen
durch Programmierung der Mobilstationen festlegbar ist bei
unveränderter Basisbandbreite des Funkkanals und unverän
dertem Codespreizverfahren, wobei die Datenübertragungs
rate der einzelnen Kanäle des Rahmens unverändert bleibt,
sich also nur die Summen-Datenübertragungsrate des Rahmens
ändert.
5. Funknetz nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß bei unveränderter Chiprate des Code
spreizverfahrens die Kanalzahl und gleichzeitig die Basis
bandbreite des Funkkanals für die Nachrichtenübertragung
durch Programmierung der Mobilstationen festlegbar ist.
6. Funknetz nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich
net, daß die Mobilstationen mittels steckbarer ROM-Spei
cher programmierbar sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19833337647 DE3337647C1 (de) | 1983-10-17 | 1983-10-17 | Funknetz mit einer Vielzahl von mobilen Stationen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19833337647 DE3337647C1 (de) | 1983-10-17 | 1983-10-17 | Funknetz mit einer Vielzahl von mobilen Stationen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3337647C1 true DE3337647C1 (de) | 2003-07-03 |
Family
ID=6212011
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19833337647 Expired - Lifetime DE3337647C1 (de) | 1983-10-17 | 1983-10-17 | Funknetz mit einer Vielzahl von mobilen Stationen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3337647C1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8514790B2 (en) | 2009-01-22 | 2013-08-20 | Intel Mobile Communications GmbH | System and method for optimizing network wireless communication resources |
-
1983
- 1983-10-17 DE DE19833337647 patent/DE3337647C1/de not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (6)
Title |
---|
In: IEEE Transactions on Communications, Vol. COM-27, No. 12, December 1979, Seiten 1938 bis 1945 * |
In: IEEE Transactions on Communications, Vol. COM-28, No. 9, September 1980, Seiten 1616 bis 1624 * |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US8514790B2 (en) | 2009-01-22 | 2013-08-20 | Intel Mobile Communications GmbH | System and method for optimizing network wireless communication resources |
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8304 | Grant after examination procedure |