-
Technisches Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Telekommunikationssysteme
und insbesondere drahtlose Telekommunikationssysteme.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Bei
PCS(Personal Communication Service)-Systemen ist es notwendig, exakte
Frequenzen in den Funk-Basisstationen zu erzeugen, um den richtigen
Betrieb des drahtlosen Kommunikationssystems sicherzustellen, ein
Teil dessen die Funk-Basisstationen sind. Außerdem ist eine Phasensynchronisation
der Takte der Funk-Basisstationen auf niedrige Frequenz notwendig.
Die Takte der Funk-Basisstationen
müssen
auf eine exakte niedrige Frequenz wie etwa 0,488 Hz synchronisiert
werden. In PCS-Systemen erfolgt dies normalerweise, indem man eine
der Basisstationen die Hauptbasisstation sein lässt und diese periodisch die
Synchronisationsinformationen über
einen Funkkanal senden lässt.
Das Problem bei diesem Verfahren besteht darin, dass alle Basisstationen
in der Lage sein müssen,
die gesendeten Synchronisationssignale zu empfangen. In größeren PCS-Systemen ist es nicht
möglich,
dass eine Basisstation hinsichtlich der Synchronisierung als Hauptbasisstation
dient, da keine einzige Basisstation zu allen anderen Basisstationen
rundsenden kann. Ein zweites Verfahren, das in PCS-Systemen genutzt
wird, besteht darin, ein separates drahtgebundenes Verteilsystem
vorzusehen, welches Synchronisationssignale für jede der Basisstationen bereitstellt.
Das Problem bei diesem Verfahren sind die zusätzlichen Kosten und der zusätzliche
Wartungsaufwand für
das PCS-System. Eine typische Basisstation in einem PCS-System wickelt maximal
nur drei drahtlose Handgeräte
gleichzeitig ab; somit ist eine große Anzahl von Basisstationen
vorhanden, um einen großen
geographischen Bereich abzudecken. Durch diese große Anzahl
von Basisstationen erhöhen
sich die Kosten für
die Bereitstellung eines separaten drahtgebundenen Verteilsignals
für Synchronisationssignale
oder für
exakte Frequenzen.
-
In
zellulären
Systemen, bei welchen eine Basisstation hunderte drahtloser Handgeräte abwickelt
und bei denen die Synchronisation bei etwa 8 kHz erfolgen muss,
besteht ein Verfahren zur Ausführung
der Synchronisation darin, einen die Erde umrundenden Satelliten
zu nutzen, um ein Synchronisationssignal zu senden. Ein anderes
Verfahren bei zellulären
Systemen besteht darin, drahtgebundene oder faseroptische Leitungen
getrennt von den normalen Teilnehmerverkehr-Kommunikationsleitungen
vorzusehen, um die Basisstationen mit einem zentralen Controller
zu verbinden. Der zentrale Controller sendet die Synchronisationssignale über diese
Verbindungen an die Basisstationen. Bei noch einem weiteren Verfahren
unterbricht der zentrale Controller periodisch die normale Kommunikation
auf den normalen Kommunikationsverbindungen, die zwischen der Basisstation
und dem zentralen Controller verlaufen, sendet dann Synchronisationssignale
auf den Verbindungen und nimmt danach die normale Kommunikation
wieder auf. Obgleich die Kosten für speziell vorgesehene Synchronisationsverbindungen
vermieden werden, bewirkt dieses Verfahren periodische Unterbrechungen
der normalen Kommunikation.
-
Ein
weiteres Verfahren für
zelluläre
Basisstationen ist in dem US-Patent 5,388,102 offenbart. Das in diesem
Patent offenbarte Verfahren erfordert, dass die ISDN-Schnittstellenkarten,
die in dem mit den Basisstationen verbundenen Telekommunikations-Vermittlungssystem
genutzt werden, modifiziert werden, sodass die Synchronisationssignale
in dem Protokoll für
die physikalische Schicht der ISDN-Schnittstelle gesendet werden
können.
Außerdem
macht dieses Verfahrenes auch erforderlich, die interne Busstruktur
des Telekommunikationssystems zu modifizieren, um die notwendige
Taktung für
die modifizierten ISDN-Schnittstellenkarten bereitzustellen. Das
Problem bei diesem Verfahren besteht darin, dass es nicht gut zur
Nutzung mit einer Reihe von Telekommunikations-Vermittlungssystemen
anpassbar ist.
-
Ein
weiteres Problem bei PCS-Systemen besteht darin, dass ein PCS-System
entweder direkt mit dem öffentlichen
Telefonnetz oder einem Firmenkommunikationssystem über ISDN-Telekommunikationsverbindungen
verbunden ist. Für
eine gute Übertragung
muss das PCS-System eine Frequenzeinrastung (Frequenz-Lock) mit
dem Netztakt des öffentlichen
Telefonnetzes oder des Firmenkommunikationssystems aufrechterhalten.
Das PCS-System tut dies, indem es seine Frequenz auf die Übertragungsfrequenz
einer ISDN-Telekommunikationsverbindung
zwischen dem PCS-System und dem externen System einrastet. Übertragungsdaten
gehen verloren, wenn aufgrund eines Frequenzunterschieds zwischen
dem PCS-System und dem
externen System ein Schlupf auftritt. Wenn ein Schlupf auftritt,
gehen Daten verloren, weil zu viele Daten empfangen werden, wenn
der Netztakt schneller als der Takt des PCS-Systems ist, oder, wenn
nicht genug Daten empfangen werden, weil der Netztakt langsamer
als der Takt des PCS-Systems
ist. Um Schlupfereignisse in dem PCS-System zu vermeiden, müssen Funk-Basisstationen
des PCS-Systems mit den internen Netzschnittstellen des PCS-Systems
frequenzgerastet sein, welche ihrerseits mit dem externen System
frequenzgerastet sein müssen.
Infolgedessen ist es bei einem PCS-System nicht möglich, einen
zentralisierten hochgenauen Takt zu nutzen und diesen Takt über die
internen Telekommunikationsverbindungen an die Funk-Basisstationen
zu verteilen.
-
Im
Stand der Technik fehlt also ein einfaches und kostengünstiges
Verfahren zum Bereitstellen einer exakten Frequenzinformation von
einer zentralisierten Einheit eines PCS-Systems für die Funk-Basisstationen.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung ist darauf ausgerichtet, diese und andere
Mängel
und Nachteile des Standes der Technik zu lösen. Erfindungsgemäß wird in
einem Kommunikationssystem eine Frequenz eines Präzisionsfrequenzoszillators
genutzt, um einen numerisch gesteuerten Oszillator anzusteuern,
dessen Frequenz mittels einer berechneten Zahl derart angepasst
wird, dass sie gleich jener eines von einer externen Quelle abgeleiteten
Frequenzsignals ist. Die berechnete Zahl, die genutzt wird, um den
numerisch gesteuerten Oszillator anzupassen, wird dann an jede einer
Anzahl von Untereinheiten übertragen.
Jede Untereinheit weist einen anderen numerisch gesteuerten Oszillator
auf, der durch eine Frequenz angesteuert wird, die von einer internen
Kommunikationsverbindung abgeleitet wird, welche die Untereinheit
mit dem Kommunikationssystem verbindet, und der andere numerisch
gesteuerte Oszillator wird durch die berechnete Zahl derart gesteuert, dass
seine Frequenz mit der Frequenz des Präzisionsoszillators übereinstimmt.
Die Frequenz der internen Kommunikationsverbindung wird durch den
Präzisionsoszillator
gesteuert. Bei einer zweiten Ausführungsform wird ein von einer
externen Quelle abgeleitetes Frequenzsignal genutzt, um einen numerisch
gesteuerten Oszillator anzusteuern, dessen Frequenz durch eine berechnete
Zahl derart angepasst wird, dass sie gleich jener eines Präzisionsfrequenzoszillators
ist. Die berechnete Zahl, die genutzt wird, um den numerisch gesteuerten Oszillator
anzupassen, wird dann zu jeder einer Anzahl von Untereinheiten übertragen.
Jede Untereinheit weist einen weiteren numerisch gesteuerten Oszillator
auf, der durch eine Frequenz angesteuert wird, die von einer internen
Kommunikationsverbindung abgeleitet wird, welche die Untereinheit
mit dem Kommunikationssystem verbindet, und der weitere numerisch
gesteuerte Oszillator wird durch die berechnete Zahl derart gesteuert,
dass seine Frequenz mit der Frequenz des Präzisionsoszillators übereinstimmt.
Die interne Kommunikationsverbindung wird zu der externen Quelle
frequenzgerastet.
-
Vorteilhafterweise
ist das Kommunikationssystem ein PCS-System und die Untereinheiten sind Funk-Basisstationen.
Die externe Quelle kann vorteilhafterweise eine externe Kommunikationsverbindung sein,
die das PCS-System mit einem Telekommunikationsvermittlungssystem
verbindet.
-
Diese
und andere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand der
folgenden Beschreibung einer veranschaulichenden Ausführungsform
der Erfindung, im Zusammenhang mit der Zeichnung genommen, deutlicher
werden.
-
Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
-
1 stellt
in Form eines Blockdiagramms ein drahtloses Telekommunikationssystem
dar, in welchem eine veranschaulichende Ausführungsform der Erfindung verkörpert ist;
-
2 stellt
in Form eines Ablaufdiagramms die Vorgänge dar, die von einer Frequenzsteuerung
in einem Vermittlungsknoten des drahtlosen Telekommunikationssystems
ausgeführt
werden;
-
3 stellt
in Form eines Blockdiagramms eine andere Ausführungsform der Erfindung dar;
und
-
4 stellt
in Form eines Ablaufdiagramms Vorgänge dar, die von einer Frequenzsteuerung
bei der zweiten Ausführungsform
ausgeführt
werden.
-
Detaillierte Beschreibung
-
1 stellt
ein Blockdiagramm eines drahtlosen Telekommunikationssystems dar.
Der Vermittlungsknoten 101 stellt Telekommunikationsvermittlungsdienst
für drahtlose
Handgeräte
bereit, die einen solchen Dienst über Basisstationen 121 bis 131 anfordern.
Der Knotenprozessor 108 stellt über den Bus 119 und
das Netz 104 sowie geeignete BRIund PRI-Verbindungen Steuerung
für die
Basisstationen bereit. Das Netz 104 stellt die Vermittlung
zwischen einem öffentlichen
Telefonnetz, das durch die BRI-Leitung 116 bis PRI-Leitung 117 angeschlossen
ist, und den Basisstationen 121 bis 131 bereit.
Die Basisstationen sind untereinander über BRI- oder PRI-Schnittstellen
innerhalb des Vermittlungsknotens 101 sowie eine entsprechende
Schnittstelle innerhalb der Basisstation verbunden. Beispielsweise
ist die Basisstation 121 mit dem Vermittlungsknoten 101 über die
PRI-Verbindung 118 verbunden,
welche durch die PRI-Schnittstellen 107 und 122 abgeschlossen wird.
Der Fachmann könnte
sich ohne Weiteres vorstellen, dass der Vermittlungsknoten 101 ein
beliebiges von einer Reihe von Kommunikationssystemen darstellen
könnte
und dass die Basisstationen beliebige von einer Reihe von Untereinheiten
in einem solchen Kommunikationssystem sein könnten.
-
Die Übertragungsfrequenz
der PRI-Verbindung 117 wird von der PRI-Schnittstelle 103 unter
Nutzung von im Fachgebiet allgemein bekannten Verfahren rückgewonnen
und an die Frequenzrückgewinnungsschaltung 111 übertragen.
Die Frequenzrückgewinnungsschaltung 111 führt allgemein
bekannte Glättungsverfahren an
dem rückgewonnenen
Frequenzsignal aus und überträgt dieses
Frequenzsignal an den Frequenzkomparator 114. Der numerisch
gesteuerte Oszillator 112 wird durch die Frequenzsteuerung 109 gesteuert,
welche eine Zahl N mit 32 Bit in den Oszillator 112 eingibt,
um dessen Frequenz derart zu steuern, dass sie gleich jener ist,
die durch die Frequenzrückgewinnungsschaltung 111 erzeugt
wird. Der numerisch gesteuerte Oszillator 112 nutzt das
von dem Präzisionsoszillator 113 erzeugte
Frequenzsignal als seine Referenzfrequenz. Die beiden von dem Oszillator 112 und
der Frequenzrückgewinnungsschaltung 111 erzeugten
Frequenzsignale werden von dem Frequenzkomparator 114 verglichen.
Die Frequenzsteuerung 109 spricht auf den von dem Komparator 114 ausgeführten Vergleich
an, indem sie die Frequenz des numerisch gesteuerten Oszillators 112 anpasst.
Das Ausgangssignal des Oszillators 112 wird genutzt, um
die Übertragungsfrequenz
von internen Schnittstellen wie etwa der PRI-Schnittstelle 107 zu
steuern. Numerisch gesteuerte Oszillatoren dieser Art sind im Fachgebiet
allgemein bekannt, und Beispiele für solche Oszillatoren sind
in US-Patent 4,933,890 angeführt. Die
Frequenzsteuerung 109 führt
die folgende Berechnung aus:
-
-
Wenn
die Frequenzsteuerung 109 das Ausgangssignal des numerisch
gesteuerten Oszillators 112 derart angepasst hat, dass
es innerhalb eines vorgegebenen Bereichs gleich dem des Präzisionsoszillators 113 ist, überträgt die Frequenzsteuerung 109 die
resultierende Zahl N an den Knotenprozessor 108. Der Knotenprozessor 108 nutzt
eine Benutzerinformationsnachricht, um diese Zahl über verbindende
Leitungsschnittstellen an die Basisstationen 121 bis 131 zu übertragen.
Der Fachmann könnte
außerdem
leicht ersehen, dass logische Verbindungen einzeln auf D-Kanälen der
Kommunikationsverbindungen, welche die Basisstationen und den Knotenprozessor 108 verbinden,
aufgebaut werden könnten.
Jeder dieser logischen Kanäle
könnte dann
genutzt werden, um die abgeleitete Zahl an jede Basisstation zu übertragen.
Beispielsweise sendet der Knotenprozessor 108 die Zahl
zu einer in dem Stations-Controller 128 ausgeführten Anwendung über die PRI-Schnittstelle 107,
die PRI-Verbindung 118 und die PRI-Schnittstelle 122.
Der Stations-Controller 128 teilt dann die Zahl 232 durch N und sendet das Ergebnis an den
numerisch gesteuerten Oszillator 124, der mit dem numerisch
gesteuerten Oszillator 112 identisch ist. Die Frequenz,
die genutzt wird, um den numerisch gesteuerten Oszillator 124 anzusteuern,
wird dann von der PRI-Verbindung 118 durch die PRI-Schnittstelle 122 und die
Frequenzrückgewinnungsschaltung 123 rückgewonnen.
Die resultierende Frequenz, die von dem numerisch gesteuerten Oszillator 124 erzeugt
wird und an den Frequenzgenerator 126 übertragen wird, ist innerhalb einer
vorgegebenen Grenze gleich der von dem Präzisionsoszillator 113 erzeugten
Frequenz. Der Frequenzgenerator 126 nutzt dann das von
dem Oszillator 124 empfangene Frequenzsignal, um andere
Frequenzen zu erzeugen, die von der Übertragungseinheit 129 benötigt werden,
um mit drahtlosen Handgeräten
zu kommunizieren. Eine dieser Frequenzen ist das 0,488 Hz-Signal. Außerdem steuert
der Stations-Controller 128 die Übertragungseinheit 129 und
nutzt die Übertragungseinheit 129,
um mit drahtlosen Handgeräten
zu kommunizieren.
-
2 stellt
in Form eines Ablaufdiagramms die Schritte dar, die von der Frequenzsteuerung 109 ausgeführt werden.
Der Entscheidungsblock 201 bestimmt, ob die PRI-Schnittstelle 103 stabil
ist. Wenn die PRI-Schnittstelle 103 stabil ist, sendet
der Knotenprozessor 108 eine Nachricht darüber an die
Frequenzsteuerung 109. Block 202 führt die
anfängliche
Frequenzeinrastung des Oszillators 112 auf die von der
PRI-Schnittstelle 103 abgeleitete
Frequenz aus. Nachdem die anfängliche
Frequenzeinrastung ausgeführt
ist, die bei Initialisierung erfolgen wird, liest Block 203 die
Ausgabe des Komparators 114 aus. Der Entscheidungsblock 204 stellt
dann fest, ob diese Ausgabe im Rahmen eines vorgegebenen Maximums
liegt. Wenn die Übertragungsfrequenz
der PRI-Schnittstelle 103 aus
der vorgegebenen maximalen Grenze herausdriftet, wird die Frequenzsteuerung 109 den
numerisch gesteuerten Oszillator 112 im Hinblick auf diese
Drift nicht anpassen. Vielmehr werden der Vermittlungsknoten 101 und
die mit diesem in Verbindung stehenden Basisstationen einfach die Frequenz
des Oszillators 112 nutzen. Block 209 führt jedoch
eine Fehlerkorrektur aus, die schließlich die erneute Ausführung des
Entscheidungsblocks 201 beinhaltet. Wenn die Antwort im
Entscheidungsblock 204 JA lautet, berechnet der Block 206 "N". Block 207 sendet das berechnete "N" an den Knotenprozessor 108,
welcher diese Zahl dann wiederum an jeden der Stations-Controller
aus 1 sendet. Nach Ausführung von Block 207 sendet
Block 208 die Zahl, welche "N" geteilt
durch 232 darstellt, an den numerisch gesteuerten
Oszillator 112. Nach Ausführung von Block 208 wird
die Steuerung zurück
an Block 203 übertragen.
-
3 stellt
in Form eines Blockdiagramms ein drahtloses Telekommunikationssystem
gemäß einer zweiten
Ausführungsform
der Erfindung dar. Bei dieser Ausführungsform wird die Übertragungsfrequenz
der internen Schnittstellen auf die Übertragungsfrequenz einer externen
Schnittstelle frequenzgerastet. Der Vermittlungsknoten 301 stellt
Telekommunikationsvermittlungsdienst für drahtlose Handgeräte bereit,
die einen solchen Dienst über
Basisstationen 321 bis 331 anfordern. Der Knotenprozessor 308 stellt über den
Bus 319 und das Netz 304 sowie geeignete BRI-
und PRI-Verbindungen
Steuerung für
die Basisstationen bereit. Das Netz 304 stellt die Vermittlung
zwischen einem öffentlichen
Telefonnetz, das durch die BRI-Leitung 316 bis PRI-Leitung 317 angeschlossen
ist, und den Basisstationen 321 bis 331 bereit.
Die Basisstationen sind untereinander über BRI- oder PRI-Schnittstellen
innerhalb des Vermittlungsknotens 301 sowie eine entsprechende Schnittstelle
innerhalb der Basisstation verbunden. Beispielsweise ist die Basisstation 321 mit
dem Vermittlungsknoten 301 über die PRI-Verbindung 318 verbunden,
welche durch die PRI-Schnittstellen 307 und 322 abgeschlossen
wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform
werden die BRI- und PRI-Verbindungen, welche die Basis stationen
mit dem Vermittlungsknoten 301 verbinden, zu der Übertragungsfrequenz
der PRI-Verbindung 317 frequenzgerastet.
-
Die Übertragungsfrequenz
der PRI-Verbindung 317 wird von der PRI-Schnittstelle 303 unter
Nutzung von im Fachgebiet allgemein bekannten Verfahren rückgewonnen
und wird an die Frequenzrückgewinnungsschaltung 311 übertragen.
Die Frequenzrückgewinnungsschaltung 311 führt allgemein
bekannte Glättungsverfahren
an dem rückgewonnenen
Frequenzsignal aus und überträgt dieses
Frequenzsignal an den numerisch gesteuerten Oszillator 312.
Der Oszillator 312 wird von der Frequenzsteuerung 309 gesteuert,
welche eine Zahl mit 32 Bit in den Oszillator 312 eingibt,
sodass dessen Frequenz derart gesteuert wird, dass diese gleich der
von dem Präzisionsoszillator 313 erzeugten
ist. Die beiden von den Oszillatoren 312 und 313 erzeugten Frequenzsignale
werden von dem Frequenzkomparator 314 verglichen. Die Frequenzsteuerung 309 spricht auf
den von dem Komperator 314 ausgeführten Vergleich an, indem sie
die Frequenz des numerisch gesteuerten Oszillators 312 anpasst.
Numerisch gesteuerte Oszillatoren dieser Art sind im Fachgebiet
allgemein bekannt, und Beispiele für solche Oszillatoren sind
in US-Patent 4,933,890 angeführt.
Wenn die Frequenzsteuerung 309 das Ausgangssignal des numerisch
gesteuerten Oszillators 312 derart angepasst hat, dass
es innerhalb eines vorgegebenen Bereichs gleich jenem des Präzisionsoszillators 313 ist, überträgt die Frequenzsteuerung 309 die
resultierende Zahl an den Knotenprozessor 308. Der Knotenprozessor 308 nutzt
eine Benutzerinformationsnachricht, um diese Zahl über verbindende
Leitungsschnittstellen an die Basisstationen 321 bis 331 zu übertragen.
Ein Fachmann auf dem Gebiet könnte
außerdem
leicht ersehen, dass logische Verbindungen einzeln auf D-Kanälen der
Kommunikationsverbindungen, welche die Basisstationen und den Knotenprozessor 308 verbinden,
aufgebaut werden könnten.
Jeder dieser logischen Kanäle
könnte
dann genutzt werden, um die abgeleitete Zahl an jede Basisstation
zu übertragen.
Beispielsweise sendet der Knotenprozessor 308 die Zahl
zu einer in dem Stations-Controller 328 ausgeführten Anwendung über die
PRI-Schnittstelle 307, die
PRI-Verbindung 318 und die PRI-Schnittstelle 322. Der Stations-Controller 328 sendet
dann diese Zahl an den numerisch gesteuerten Oszillator 324,
welcher mit dem numerisch gesteuerten Oszillator 312 identisch
ist. Die Frequenz, die genutzt wird, um den numerisch gesteuerten
Oszillator 324 anzusteuern, wird dann von der PRI-Verbindung 318 durch
die PRI-Schnittstelle 122 und die Frequenzrückgewinnungsschaltung 323 rückgewonnen.
Die resultierende Frequenz, die von dem numerisch gesteuerten Oszillator 324 erzeugt
wird und an den Frequenzgenerator 326 übertragen wird, ist gleich
der von dem Präzisionsoszillator 313 erzeugten
Frequenz. Der Frequenzgenerator 326 nutzt dann das von
dem Oszillator 324 empfangene Frequenzsignal, um andere
Frequenzen zu erzeugen, die von der Übertragungseinheit 329 benötigt werden,
um mit drahtlosen Handgeräten
zu kommunizieren. Eine dieser Frequenzen ist das 0,488 Hz-Signal. Außerdem steuert
der Stations-Controller 328 die Übertragungseinheit 329 und
nutzt die Übertragungseinheit 329,
um mit drahtlosen Handgeräten
zu kommunizieren.
-
4 stellt
in Form eines Ablaufdiagramms die, Schritte dar, die von der Frequenzsteuerung 309 ausgeführt werden.
Der Entscheidungsblock 401 bestimmt, ob die PRI-Schnittstelle 303 stabil
ist. Wenn die PRI-Schnittstelle 303 stabil ist, sendet
der Knotenprozessor 308 eine Nachricht darüber an die
Frequenzsteuerung 309. Block 402 führt die
anfängliche
Frequenzeinrastung des Oszillators 312 auf die von der
PRI-Schnittstelle 303 abgeleitete
Frequenz aus. Nachdem die anfängliche
Frequenzeinrastung ausgeführt
ist, die bei Initialisierung erfolgen wird, liest Block 403 die
Ausgabe des Komparators 314 aus. Block 406 berechnet "N". Block 407 sendet das berechnete "N" an den Knotenprozessor 308,
welcher diese Zahl dann wiederum an jeden der Stations-Controller
aus
-
3 sendet.
Nach Ausführung
von Block 407 sendet Block 408 "N" an den numerisch gesteuerten Oszillator 312.
Nach Ausführung
von Block 408 wird die Steuerung zurück an Block 403 übertragen.