DE68914287T3 - Kommunikationssystem. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kommunikationssystem, und insbesondere auf ein System zum Durchschalten von Mobilfunk-(RF)Einheiten auf ein festes Netz oder System, beispielsweise vom Typ PSN, ISDN, LAN oder PBX. Ein bekannter Systemtyp weist eine Basiszentrale auf, die einen oder mehrere Funktransceivers zum Bereitstellen einer Anzahl von Funkfrequenzkommunikationsstrecken, sowie einer Vielzahl von feststehenden Funkports, durch die RF-Signale durch die Luft übertragen und empfangen werden können.
• Beispielsweise stehen in einem zellförmig aufgebauten Funksystem mobile Funkeinheiten mit feststehenden Basisstationen in Verbindung, die mit Funktransceivern ausgestattet sind, welche an eine Vermittlungssteuerzentrale oder an eine Basiszentrale angeschlossen sind, die ihrerseits direkt an das PSTN angeschlossen sind.
• Bei dem vorgeschlagenen Telepunkt-System können schnurlose Telefone (CTs) das PSTN über Funkverbindung mit feststehenden Basisstationen erreichen, die mit Funktransceivern ausgerüstet sind, welche direkt an das PSTN angeschlossen sind.
• Bei beiden Beispielen überbieten sich Funktransceivers und Basisstationen bei der Herstellung der Verbindung zwischen dem mobilen Benutzer und dem PSTN oder einem anderen Netzwerk. Daher sind diese System kompliziert und teuer.
• Ein Beispiel eines solchen Systems ist in der UK-Patentanmeldung Nr. GB 2138652 offenbart, die eine Anzahl von schnurlosen Unterstationen, von denen jede einen Funktionsreceiver besitzt und von denen jede mit den anderen Unterstationen in Verbindung steht, und eine Knotenstation offenbart, die an das PSTN durch Lichtleitfaserstrecken oder andere Einrichtungen verbunden ist. In diesem System enthält jede Unterstation Funktionsreceiver.
• Zukünftige Systeme beabsichtigen eine verbesserte Versorgung bereitzustellen einschließlich der Schaffung vieler kleiner "Funkzellen", so daß viele Basisstationen und Funktransceivers benötigt werden. Schwierigkeiten bei der Suche nach geeignetem Gelände für die Basisstationen sowie die Kosten für ihre Ausrüstung machen derartige herkömmliche Entwicklungen undurchführbar. Mit Gewißheit verringern sie die gewerbliche Attraktivität solcher Projekte. Die vorliegende Erfindung ist bestrebt, ein Kommunikationssystem mit vereinfachter Struktur und verbesserter Leistung zu schaffen.
• In der japanischen Patentanmeldung 55-143854 wird ein Kommunikationssystem beschrieben, das eine Basiszentrale mit einem Funk-Sende-/Empfänger für die Herstellung einer hochfrequenten (HF-)Kommunikationsverbindung, mehrere feste Funkverbindungen, über welche HF-Signale terrestrisch empfangen und gesendet werden können, ein optisches Fasernetz für die Verbindung der HF-Sende-/Empfänger in der Baiszentrale mit den festen Funkverbindungen, mehrere HF-Opto-Schnittstellen, über die HF-Signale eines oder mehrerer optischer Träger moduliert oder demoduliert werden können, umfaßt, wobei die HF-Signale über das optische Fasernetz mittels modulierter optischer Träger übertragen werden können.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Kommunikationssystem geschaffen, das aufweist: eine Basiszentrale mit einem oder mehreren Funktransceivern zur Bereitstellung einer Anzahl von über Funkfrequenz (RF) betriebenen Kommunikationsstrecken, wobei jede Kommunikationsstrecke eine separate Funkfrequenz belegt; eine Vielzahl von feststehenden Funkports, durch die RF-Signale durch die Luft übertragen und empfangen werden können, ein Lichtleitfasernetz zum Zusammenschalten der RF-Transceiver in der Basiszentrale und der feststehenden Funkports, einen Matrixschalter für das Schalten der Funksignale zum selektiven Zusammenschalten der Transceiver und Funkports über das Lichtleitfasernetz, wobei der Matrixschalter dazu eingerichtet ist, eine beliebige Anzahl von Funksignalen selektiv auf einen der optischen Träger zu frequenzmultiplexen, eine Vielzahl von Funkoptischen Schnittstellen, durch die RF-Signale auf ein oder mehrere optische Signale aufmoduliert oder von einem oder mehreren optischen Trägern demoduliert werden können, wobei sich die Schnittstellen zwischen den RF-Transceivern und dem Lichtleitfasernetz und zwischen dem Lichtleitfasernetz und den feststehenden Radioports befinden, wodurch die RF-Signale auf dem Lichtleitfasernetz durch modulierte optische Träger transportiert werden können, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Basiszentrale ausgelegt ist für das Steuern von Anrufweitergabe zwischen Funkports über selektives Schalten der einzelnen Funktransceiver von einem Funkport zu einem anderen Funkport mit dem Matrixschalter und Diversity-Operation durchgeführt wird, indem die Strecken mit zwei oder mehreren Funkports in dem Matrixschalter geschaltet werden.
• Bei der vorliegenden Erfindung wird die Zentralisierung der Sende-/Empfänger in Basiszentralen ausgenutzt, was folglich die Vorteile in bezug auf technischen und kommerziellen Gewinn aufweist, indem die Sende-/Empfänger selektiv über das optische Fasernetz mit den HF-Verbindungen verbunden werden können. Die optischen Signale können in dem optischen Fasernetz durch Multiplexen/Demultiplexen weitergeleitet werden. Das optische Fasernetz kann außerdem für das Wellenlängenabhängige Weiterleiten optischer Signale ausgelegt sein. Die RF-Kommunikationsverbindung kann z. B. gemäß Zeitmultiplex (TDM) oder Frequenzmultiplex (FDM) erfolgen.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden als Beispiel beschrieben, wobei Bezug genommen wird auf die Zeichnungen:
• Fig. 1 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Kommunikationssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
• Fig. 2a ist ein schematisches Blockschaltbild eines optischen Matrixschalters, der Bestandteil der bevorzugten Ausführungsform sein kann;
• Fig. 2b ist ein schematisches Blockschaltbild eines RF-Matrixschalters, der Bestandteil der bevorzugten Ausführungsform sein kann; und
• Fig. 3 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
• Die in Fig. 1 veranschaulichte bevorzugte Ausführungsform ist ein Mehrbenutzer- Funkverteilungssystem mit Gebietsversorgung, das ein optisches Netz 2,4 verwendet, um die feststehenden Funkverteilungsports 1 mit einer zentralisierten Funksignalverarbeitungsbasis und einer anderen Signalverarbeitungs-Basiszentrale 10 zu verbinden. Ein wichtiges Merkmal des Systems besteht in der Verwendung eines optischen Trägers, der mit einem Funkfrequenzsignal moduliert ist, beispielsweise amplitudenmoduliert.
• Sowohl in der Basiszentrale 10, als auch bei den RF-Ports 1 befinden sich in unterschiedlicher Weise angeordnete Funk-/optische Schnittstellen, die ein RF-Signal auf einen optischen Träger aufbringen, oder umgekehrt ein RF-Signal von einem optischen Träger rückgewinnen können. Die Modulation des optischen Trägers kann durch Treiben einer geeigneten Lasereinrichtung mit dem RF-Eingangssignal erreicht werden, derart, daß der Ausgangsstrahl des Lasers durch das RF-Signal wirksam intensitäts- oder amplitudenmoduliert wird. Mit diesem Verfahren kann ein geeigneter optischer Detektor, der das amplitudenmodulierte optische Signal empfängt, ein direktes RF-Ausgangssignal erzeugen. In der vorliegenden Beschreibung wird der Ausdruck Funk-/optische Schnittstelle in diesem beschriebenen Zusammenhang verwendet.
• Jeder der Funkports 1 besitzt eine Funk-/optische Schnittstelle, die Funkträger von umherbewegten Funkanlagen empfangen und an diese übertragen kann. Die an die zentralisierte Stelle zu sendenden bzw. von dieser zu empfangenden Funkträger werden auf einen optischen Träger aufgebracht oder von ihm abgenommen, beispielsweise wie oben beschrieben. Das die Radioports 1 und die Basiszentrale 10 verbindende optische Netz 2,4 ist im allgemeinen in herkömmlicher Weise aufgebaut, wobei es optische Strecken besitzt, die einen RF Träger/mehrere RFTräger auf einem optischen Träger/mehreren optischen Trägern transportieren. Jede optische Strecke ist als Zweirichtungsstrecke dargestellt. Es können aber auch für jede Richtung getrennte Strecken vorgesehen werden. Im optischen System befinden sich optische Multiplexer/Demultiplexer (M+D) 4. Jeder Multiplexer konzentriert eine Anzahl optischer Träger, beispielsweise X, auf eine Anzahl optischer Strecken, die kleiner als X ist. Der Demultiplexer teilt eine Anzahl optischer Träger auf individuelle optische Strecken auf.
• In der Basiszentrale 10 ist das optische System 2,4 an einen optischen Multiplexer und einen optischen Demultiplexer (M+D) 14 angeschlossen. Der M+D 14 ist (illustrativ) durch M optische Leitungen an einen N · M-Matrixschalter 13 angeschlossen, der weiter unten näher beschrieben wird. Der N · M-Matrixschalter 13 besitzt N RF-Zwischenleitungen zu einer Anzahl (N) von Funktransceivern 15. Die Funktransceivers 15 sind durch einen Schalter 17 an einer Anzahl (K) Kanäle eines anderen Netzes angeschlossen, bei dem es sich um Netze vom Typ ISDN, Zellennetze, LAN, PBX etc. handeln kann. K kann größer als oder gleich groß N sein. Weiter ist in der Basiszentrale 10 eine Zentraleinheit 16 an den Schalter 17, den N · M-Matrixschalter, und an die M+D-Gruppe 14 angeschlossen, um die optische, RF- und die Basisbandleitweglenkung sowie die Vermittlung zu steuern, und um die Zuteilung von RF-Trägern und RF-Kanälen in Verbindung mit mobilen Anlagen zu koordinieren.
• Ein zentraler Teil der Basiszentale 10 ist der N · M-Matrixschalter 13. Dieser multiplexiert jeden beliebigen Träger der N-Funkträger auf jede beliebige Leitung der M optischen Übertragungsleitungen, d. h. keiner, einer oder mehrere der Funkträger kann bzw. können auf irgendeinem der optischen Träger zu irgendeiner Zeit vorhanden sein. Der N · M-Matrixschalter 13 kann in der einen, oder in der anderen Weise konfiguriert sein, wie in den Fig. 2a und 2b dargestellt ist. In jedem Falle plaziert die Funk-/optische Schnittstelle die von den zentralen Transceivers zu übertragenden RF-Träger, auf den oder die optischen Träger, und sie nimmt die von den zentralen Transceivers zu empfangenden RF-Träger von dem bzw. den optischen Trägern ab. Die Umschaltung kann optisch erfolgen (Fig. 2a), so daß sich dann die Funk-/optische Schnittstelle auf der "Funkseite" des Schalters befindet; oder der Schalter kann ein Funkmatrixschalter sein (Fig. 2b), so daß sich dann die Funk-/optische Schnittstelle auf der optischen "Systemseite" des Schalters befindet. In beiden Fällen besteht das Gesamtergebnis darin, daß die N Funkleitungen auf die M optischen Leitungen multiplexiert werden können.
• Die Vorteile des System der bevorzugten Ausführungsform sind tiefgehender Art. Ein Benutzer kann mit einem geeigneten RF Transceiver, beispielsweise einem schnurlosen Telefon (CT), durch jeden beliebigen Funkport 1 Zugang zum äußeren Netz erhalten und dabei an einen freien Transceiver der N Transceivers 15 angeschlossen werden. Unter der Voraussetzung, daß RF-Kapazität verfügbar ist, können alle N Transceivers mit Anrufen an/von einem besonderen Port der Funkports 1 befaßt werden; oder es wird die Verwendung der Transceivers unter den Funkports des Systems verteilt, was wahrscheinlicher ist. Hier liegt ein Schlüsselvorteil des Systems: die Zentralisierung der Funktransceivers. Beim vorliegenden System werden die Funktransceivers zentralisiert, was eine wirtschaftliche Nutzung ermöglicht und die Wartung erleichtert, etc.. Andere bedeutende Vorteile umfassen die Möglichkeit der Übergabe zwischen Ports, die unterschiedliche Zonen oder Gebiete versorgen, durch einfaches Umschalten zwischen optischen Trägern, d. h., durch Umschalten innerhalb des N · M-Matrixschalters 13. Auch kann die Nutzung der Diversity leicht durch Schalten oder Verknüpfen von Strecken auf zwei oder mehrere Ports erreicht werden, um das Leistungsverhalten mobiler Stationen zu verbessern, die von diesen Ports versorgt werden. Weiter kann ein vorteilhafter Gebrauch des RF-Systems erzielt werden, weil jeder beliebige der dem Dienst zugeteilten Träger, statt einem gegebenen Teilnehmertelefon, durch die zentralisierte Basis einer gegebenen Zone oder Zelle dynamisch zugewiesen werden kann. Ein RF-Träger kann also beiden Zonen 1 und 4, aber unterschiedlichen Benutzern, zugeteilt werden. Ein anderes mal könnte der RF Träger nur der Zone 3 zugeteilt werden. Die Gesamtzahl der Benutzer kann im gesamten System mehr oder weniger konstant bleiben, doch kann sich die Benutzerdichte innerhalb des Systems verändern. Beispielsweise können alle Benutzer von der Zone 1 zur Zone 4 überwechseln, wobei alle zentralen Transceivers kontinuierlich aktiv bleiben. Falls Transceivers weit weg in jeder Zone plaziert sind, wäre die gleiche Anzahl von Transceivern erforderlich wie die, die bei einer Zentralstelle in jeder der Zonen benötigt würde, um die Spitzenverkehrsnachfrage während des Tages zu bedienen, obwohl sie die meiste Zeit frei blieben. Es würde dann eine um das Vierfache größere Anzahl von Transceivern der zentralisierten Konfiguration für das System der Fig. 1 benötigt, woraus sich die verbesserte Bündelfunkleistung des zentralisierten Schemas ergibt, das die Kosten der Bereitstellung von Transceivern und der Ausrüstungsmenge im Gelände minimiert und eine potentielle Verringerung im Hinblick auf Wartungs- und Installationskosten bietet.
• Die Verbindungsübergabe erfordert einen Wechsel des Basistransceivers, wenn eine mobile Station mehrere Zonen durchquert. Dies ist nicht länger notwendig, da der Schalter, Block 3, einfach den aktiven Transceiver für eine gegebene mobile Station von der einen Zone zur anderen entsprechend dem von der mobilen Station durchgeführten Übergang umschaltet. Die Übergabeunterbrechung ist somit auf eine potentiell sehr kurze optische oder Funk-Schaltzeit reduziert (verglichen mit der wesentlich längeren Periode, die zum Umschalten zwischen Transceivern benötigt wird).
• Die Spektrumeffizienz vieler Funkverteilungssysteme wird gesteigert, wenn die RF-Übertragungen im System synchronisiert werden. Dies ist schwierig, falls die Transceiver über mehrere Plätze verteilt sind, ist aber unkompliziert, wenn sie zentralisiert sind.
• Eine alternative Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt und gleicht derjenigen der Fig. 1, ausgenommen, daß das optische System kein Multiplexen/Demultiplexen beinhalten. Es gibt also keine M+D 4, und die M-Ausgänge des N · M- Schalters 13 sind direkt an die Funkports 1 angeschlossen. Es gibt daher eine permanente 1 : 1-Entsprechung zwischen den optischen Leitungen im N · M-Schalter 13 und den Funkports 1.
• Die beschriebene Ausführungsform der Erfindung basiert auf der Verwendung des Frequenzvielfachzugriffs, bei dem jede Kommunikationsstrecke mit einer anderen Funkfrequenz arbeitet. Als Alternative kann der Zeitvielfachzugriff verwendet werden, bei dem jede Kommunikationsstrecke in einem einzelnen Funkkanal über getrennte Zeitschlitze läuft. In diesem Falle kann es in der Basiszentrale 10 immer noch Mehrfachtransceivers geben, um die Verkehrsnachfrage zu bewältigen und somit an den Funkverteilungsports 1 eine Frequenz-/Zeitschlitzwiederverwendung bereitzustellen. Die Verbindung von den Transceivern 15 zum Matrixschalter wird dann durch N-Funkstrecken mit jeweils P-Zeitschlitzen geschaffen, die insgesamt N · P-Verbindungen von den Transceivern 15 zum Matrixschalter 13 herstellen. Eine Erweiterung dieses Ansatzes liegt in der Möglichkeit eines Hybridzeit- und Frequenzgetrenntlagen-Zugriffsystems, mit Mehrfachfunkträgern und mehreren Zeitschlitzen für jeden Träger.
• Ein Beispiel einer Ausbildungsform eines RF-Schalters ist in Fig. 4 dargestellt. Die Figur zeigt den RF-Matrixschalter in einem Vorführgerät für ein Dreipunkt-Verteilungssystem. Der RF-Matrixschalter stellt die Zwischenverbindungen der vier Funktransceivers 51 (mit ihren zugehörigen Trennschaltungen 52) mit den drei Schaltungen her, von denen jede über ein Faserpaar einen Verteilungspunkt speist. Zweirichtungsfunkverbindungen für alle Kombinationen der Basiseinheit und den Verteilungspunkten (D. P.) werden über Schalter hergestellt, die entweder eine Durchschaltung oder eine Entkopplung des Verbindungspfades erlauben. Die Schalter stehen unter der Kontrolle eines Computers.
• Die vom Funktransceiver 51 kommenden oder an diesen gehenden Signale werden in vier 3-Weg-Kombinatoren 53 (diese sind in Wirklichkeit 4-Weg-Kombinatoren, wobei der Reserveausgang den Abtastempfänger (52) speist) aufgeteilt/kombiniert, wobei jede Ausgabe/Eingabe einen Schalter durchläuft, der die betreffende Ausgabe/Eingabe abtrennen kann. Von den Schaltern laufen die Signale zu den Eingängen eines der drei 4-Weg-Kombinatoren 55 und somit gehen sie ankommen sie von den D. P über eine der drei RF-/optischen Schnittstellen 56.
• Diese Schalter stehen unter Mikroprozessor-Kontrolle und ermöglichen es der RF-Matrix, jeden Transceiver auf jede beliebige Verknüpfung der Verteilungspunkte zu schalten und umgekehrt einen Verteilungspunkt auf jede beliebige Verknüpfung der Transceivers zu schalten. Eine Basiseinheit kann also alle Verteilungspunkte gleichzeitig einspeisen, und dann durch Ändern der Schalter nur einen einzigen Verteilungspunkt speisen.
• Zwei Beispiele der Elemente für den optischen Schalter sind in Fig. 5 dargestellt. Es gibt zwei Basistechnologien: (i) Massivoptikeinrichtungen (Bulk Optic Devices), und (ii) Transversalwelleneinrichtungen (Guided Wave Devices).
• Ein Massivoptikschaltelement, dargestellt in Fig. 5(a), verwendet eine mechanische oder physikalische Neuorientierung des optischen Pfades, um das Umschalten der einlaufenden optischen Signale zwischen den Ausgangsports zu erreichen. Ein Beispiel dieses Schaltertyps wird unten für einen Einzeleingang dargestellt, der zwischen zwei Ausgängen umschaltbar ist. Andere Schaltkonfigurationen, die diesen Typ als Basisbaublock benutzen, erleichtern die Bildung von 2 · 2- und 2 · 4-Schaltern.
• Ein Schaltelement einer Transversalwelleneinrichtung, die in Fig. 5(b) dargestellt ist, benutzt den elektrooptischen Effekt, um die optische Ausbreitungscharakteristik von Schaltwellenleitern durch das Anlegen elektrischer Felder zu verändern. Ein Beispiel dieses Einrichtungstyps ist das Mach-Zender-Interferometer (MZI), das in Fig. 5(b) dargestellt ist. Dieser Schaltertyp kann von einer einfachen 2 · 2-Schaltmatrix zu einer nicht-sperrenden 8 · 8-Schaltmatrix erweitert werden.

Claims (5)

1. Kommunikationssystem, das aufweist: eine Basiszentrale mit einem oder mehreren Funktransceivern (15) zur Bereitstellung einer Anzahl von über Funkfrequenz (RF) betriebenen Kommunikationsstrecken, wobei jede Kommunikationsstrecke eine separate Funkfrequenz belegt; und eine Vielzahl von feststehenden Funkports (1), durch die RF-Signale durch die Luft übertragen und empfangen werden können, ein Lichtleitfasernetz (2, 4) zum Zusammenschalten der RF-Transceiver (15) in der Basiszentrale und der feststehenden Funkports, einen Matrixschalter (13) für das Schalten der Funksignale zum selektiven Zusammenschalten der Transceiver (15) und Funkports (1) über das Lichtleitfasernetz (2, 4), wobei der Matrixschalter dazu eingerichtet ist, eine beliebige Anzahl von Funksignalen selektiv auf einen der optischen Träger zu frequenzmultiplexen, eine Vielzahl von Funk-/optischen Schnittstellen vorhanden ist, durch die RF-Signale auf ein oder mehrere optische Signale aufmoduliert, oder von einem oder mehreren optischen Trägern demoduliert werden können, wobei sich die Schnittstellen zwischen den RF-Transceivern und dem Lichtleitfasernetz und zwischen dem Lichtleitfasernetz und den feststehenden Radioports befinden, wodurch die RF-Signale auf dem Lichtleitfasernetz durch modulierte optische Träger transportiert werden können, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiszentrale ausgelegt ist für das Steuern von Anrufweitergabe zwischen Funkports über selektives Schalten der einzelnen Funktransceiver (15) von einem Funkport (1) zu einem anderen Funkport (1) mit dem Matrixschalter.

2. Kommunikationssystem nach Anspruch 1, bei dem eine Diversity-Operation durch Verbinden der Strecken mit zwei oder mehr Funkports in dem Matrixschalter vorgenommen wird.

3. Kommunikationssystem, das aufweist: eine Basiszentrale mit einem oder mehreren Funktransceivem (15) zur Bereitstellung einer Anzahl von über Funkfrequenz (RF) betriebenen Kommunikationsstrecken, wobei jede Kommunikationsstrecke eine separate Funkfrequenz belegt und eine Vielzahl von feststehenden Funkports (1), durch die RF-Signale durch die Luft übertragen und empfangen werden können, ein Lichtleitfasernetz (2, 4) zum Zusammenschalten der RF-Transceiver in der Basiszentrale und der feststehenden Funkports einen Matrixschalter (13) für das Schalten der Funksignale zum selektiven Zusammenschalten der Transceiver (15) und Funkports (1) über das Lichtleitfasernetz (2, 4), wobei der Matrixschalter dazu eingerichtet ist, eine beliebige Anzahl von Funksignalen selektiv auf einen der optischen Träger zu frequenzmultiplexen, eine Vielzahl von Funk-/optischen Schnittstellen vorhanden ist, durch die RF-Signale auf ein oder mehrere optische Signale aufmoduliert, oder von einem oder mehreren optischen Trägern demoliert werden können, wobei sich die Schnittstellen zwischen den RF-Transceivern und dem Lichtleitfasernetz und zwischen dem Lichtleitfasernetz und den feststehenden Radioports befinden, wodurch die RF-Signale auf dem Lichtleitfasernetz durch modulierte optische Träger transportiert werden können, dadurch gekennzeichnet, daß die Diversity-Operation durch das Verbinden der Strecken mit zwei oder mehr Funkports in dem Matrixschalter erfolgt.

4. Kommunikationssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem ein Multiplexieren/Demultiplexieren der optischen Signale im Lichtleitfasernetz stattfindet.

5. Kommunikationssystem nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei dem das Lichtleitfasernetz (2, 4) eine Wellenlängenleitweglenkung der optischen Signale umfaßt.