DE3789094T2 - Kommunikationssystem mit dynamischer Rahmenlänge und Stationen für ein solches System. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem und eine zentrale Station und eine Nebenstation in einem solchen System. Sie ging aus der Gestaltung eines mobilen Telefon-Fernverbindungssystems hervor, aber ist auch bei anderen Gegebenheiten wie beispielsweise Mehrplatz-Computersystemen und Satelliten-Kommunikationssystemen anwendbar.
• Bei einem solchen Kommunikationssystem müssen einige Einrichtungen vorhanden sein, um zu verhindern, daß Nebenstationen, die ständig Mitteilungen senden, dies nicht alle zur gleichen Zeit durchführen.
• Eine hierfür etablierte Technik (bekannt als dynamische mit Schlitzen arbeitende Rahmenlänge ALOHA) verwendet eine Basisstation, die die Anfangspunkte von "Rahmen" festlegende Synchronisationssignale sendet, von denen jeder eine bestimmte Anzahl von Zeitschlitzen oder Zeitspannen beinhaltet, wobei diese Anzahl in einem Code angegeben wird, der ein Teil des Synchronisierungssignals bildet. Eine Nebenstation, die eine Mitteilung zu senden hat, bemerkt die (durch den Code gegebene) Anzahl von Zeitspannen in einem Rahmen und sendet ihre Mitteilung in einer dieser Zeitspannen, die sie nach einer vorgegebenen Regel, wie dies in der U.S.-Patentschrift 4 398 289 beschrieben ist, auswählt. Dieses System weist den Vorteil auf, daß die Möglichkeiten, daß irgendzwei Nebenstationen gleichzeitig senden um einen Betrag verkleinert werden, der von der Rahmenlänge abhängt. Diese Rahmenlänge kann von der Hauptstation entsprechend der vorherrschenden Bedingungen verändert werden: Eine kurze Rahmenlänge ist unter den Bedingungen eines schwachen Verkehrs bevorzugt um die Wartezeit einer Nebenstation zu verkleinern, die sie vor dem Senden ihrer Mitteilung benötigt; und eine lange Rahmenlänge ist unter starken Verkehrsbedingungen bevorzugt, um die Möglichkeiten, daß zwei oder mehr Nebenstationen in der gleichen Zeitspanne senden, zu reduzieren.
• Diese Erfindung entstand aus der Erkenntnis, daß die Frequenz des Synchronisationssignals von der Nebenstation benutzt werden kann, um die Anzahl der Zeitspannen in einem Rahmen zu definieren, und daß es daher für die Hauptstation unnötig ist, den vorstehend erwähnten Code zu senden und für die Nebenstationen unnötig ist, den vorstehend erwähnten Code zu empfangen.
• Diese Erfindung schafft ein Kommunikationssystem, das umfaßt: eine Zentralstation mit Mitteln zum Senden von Synchronisationssignalen, von denen jedes den Anfang einer Zeitspanne definiert, und mit Mitteln zur Wahl der Intervalle zwischen Synchronisationssignalen von verschiedenen ganzzahligen Vielfachen einer Zeitspanne; und eine Anzahl von Nebenstationen, von denen jede ein Mittel aufweist, das für die zeitliche Koordinierung der Synchronisationssignale verantwortlich ist, und das wirksam ist, eine Mitteilung in eine aus einer Anzahl von zusammen einen Rahmen bildenden Zeitspannen ausgewählte Zeitspanne zu senden, wobei die Dauer des Rahmens durch den zeitlichen Ablauf des Synchronisationssignals bestimmt ist.
• Daher wird bei Ausübung der Erfindung die Notwendigkeit des vorher erwähnten Codes beseitigt, was zu einer höheren gesamten Einsamkeit führt.
• Ohne diesen Code verschwindet die in der Markierung des Anfangs eines jeden Rahmens bestehende Bedeutung des Synchronisationssignals: Sein restlicher Zweck besteht lediglich darin, die Zeitspannen zu synchronisieren. Infolgedessen wird es möglich, eine Rahmenlänge (d. h. die kombinierte Dauer der Gruppe von Zeitspannen, aus denen die Nebenstation eine bestimmte Zeitspanne zum Senden ihrer Mitteilung auswählt) zu erhalten, die größer oder kleiner als die Zeit zwischen Synchronisationssignalen ist. Das für den zeitlichen Ablauf zwischen Synchronisationssignalen verantwortliche Mittel mißt vorzugsweise ein Zeitintervall zwischen zwei benachbarten Synchronisationssignalen. Es bestehen jedoch andere Möglichkeiten. Es kann beispielsweise ein Zeitintervall zwischen den Anfängen von Zeitspannen messen, die nicht von einem Synchronisationssignal angeführt werden; oder es kann einen Code detektieren, dessen Stellen durch das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein eines Synchronisationssignals am Beginn einer jeden Abfolge von Zeitspannen festgelegt sind.
• Zwei Wege, auf denen die Erfindung ausgeführt werden kann, werden nun anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen
• Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Zentralstation und zwei Nebenstationen aus einer Anzahl mobiler Nebenstationen darstellt;
• Fig. 2 ein Zeitablauf-Diagramm darstellt, daß das von der Zentralstation gesendete und ein von den Nebenstationen aus Fig. 1 gesendetes Signal zeigt;
• Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm eines Teils der Zentralstation aus Fig. 1 darstellt; und
• Fig. 4 ein schematisches Blockdiagramm einer Zentralstation und einer Nebenstation aus einer Anzahl von Nebenstationen ähnlich derjenigen aus Fig. 1 darstellt, die jedoch zum Gebrauch von sprachübertragenden Signalen als auch von Steuersignalen ausgelegt sind.
• Bezugnehmend auf Fig. 1 weist die Zentralstation 1 einen Empfänger 2 auf, der digitale, von einem Radiosignal mit einer ersten Trägerfrequenz f1 getragene Steuermitteilungen empfängt, die von irgendeiner Nebenstation gesendet werden; und sendet Synchronisationssignale auf einer zweiten Trägerfrequenz f2 von einem Radiosender 3 zu allen Nebenstationen, von denen nur zwei, 6 und 61, dargestellt sind. Die Zentralstation 1 weist ebenfalls ein in schematischer Form durch die Kästen 4 und 5 dargestelltes Steuersystem auf. Der detaillierter in Fig. 3 dargestellte Kasten 4 untersucht das empfangene Signal und nimmt eine Bewertung der vorherrschenden Verkehrsansammlung vor. In dieser Ausführungsform ist das Bewertungsverfahren das folgende. Ein Signal-Anwesenheitsdetektor 43 empfängt von dem Empfänger 2 ein Signalstärken-Anzeigesignal 41, das die empfangene Signalenergie darstellt, und stellt ein logisches Ausgangssignal 46 zur Verfügung, das anzeigt, ob die aktuelle Zeitspanne besetzt ist. Eine Mitteilungsfehler-Prüfeinheit 44 empfängt von dem Empfänger 2 das digital empfangene Signal 42 und bestimmt, ob irgendeine in der aktuellen Zeitspanne vorhandene Mitteilung verstümmelt oder nicht verstümmelt ist, wofür sie in jeder gesendeten Mitteilung enthaltene Standard-Fehlerermittlungscode verwendet. Wenn zwei oder mehr Nebenstationen in dieselbe Zeitspanne gesendet haben, detektiert die Prüfeinheit 44 eine Verstümmelung der Mitteilungen. Die Prüfeinheit 44 liefert ein logisches Ausgangssignal 47, das anzeigt, ob die Zeitspanne eine verstümmelte oder eine unverstümmelte Mitteilung enthält. Eine Zeitspanne-Belegungslogikeinheit 45 empfängt die logischen Ausgangssignale 46 und 47 und bestimmt, ob die aktuelle Zeitspanne leer oder gefüllt und unverstümmelt (d. h. gut) oder verstümmelt ist; ein Ausgangssignal 48, das diese Bestimmung anzeigt, ist einem Zähler/Prozessor 49 zugeführt. Der Zähler/Prozessor 49 akkumuliert über jeden Zeitrahmen die Anzahl der Zeitspannen, die jeweils leer, gut und verstümmelt sind, und leitet von diesen Zahlen gemäß eines vorbestimmten Algorithmus', wie er z. B. in dem U.S.-Patent 4 398 289 (supra) offenbart ist, eine angemessene Länge des Rahmens ab. Ein diese Rahmenlänge anzeigendes Ausgangssignal 50 ist dem Kasten 5 zugeführt, der einen Synchronisationsimpulsgenerator darstellt.
• Der Kasten 5 enthält einen Taktgeber, der gleiche Zeitspannen festlegt. Er erzeugt jedoch Synchronisationsimpulse zu Zeitpunkten, die lediglich die Anfänge von bestimmten Zeitspannen markieren, wobei diese bestimmten Zeiten durch ein Intervall beabstandet ausgewählt werden, das eine Eins-zu-Eins-Funktion der in Kasten 4 bestimmten Rahmenlänge ist und durch das Ausgangssignal 50 dargestellt werden. In dieser speziellen Ausführungsform der Erfindung ist der Abstand zwischen benachbarten Synchronisationsimpulsen halb so groß wie die gewünschte Rahmenlänge gewählt. Jede Nebenstation kann dann die Rahmenlänge (beispielsweise Rahmen 1, Fig. 2) als die doppelte Länge des gerade vorangegangenen Synchronisationsimpulsintervalles (S1-S2, Fig. 2) ermitteln. Diese Synchronisationssignale werden bei 3 gesendet.
• Die bei 2 empfangenen Mitteilungen überbringen Information von den Nebenstationen zu der Zentralstation 1 und werden zur Ausgabe in einem Mitteilungsspeicher 21 gespeichert.
• In einer Nebenstation 6 (die eine der vielen ähnlichen Nebenstationen wie auch Nebenstation 61 ist) empfängt ein Empfänger 7 die Synchronisationssignale von der Zentralstation. Die Synchronisationssignale werden in einem Synchronisations-Mitnahmemechanismus 8 verwendet, der Zeitablaufsignale erzeugt, die gleichzeitig mit denen von der Uhr im Kasten 5 erzeugten Signale sind, wobei diese Zeitablaufsignale einen Zug von gleichen Zeitspannen definieren.
• Bei Empfang jedes Synchronisationssignals mißt ein Zeitglied 9 die Anzahl N der Zeitspannen zwischen dem Synchronisationssignal und dem unmittelbar vorhergehenden Synchronisationssignal. Ein Kasten 10 leitet aus diesem Wert N die aktuell erforderliche Länge eines Rahmens her, die in diesem speziellen Beispiel 2N beträgt.
• Ein Mechanismus 11 empfängt zu sendende Mitteilungen und wählt am Ende jedes Rahmens eine Zeitspanne in einem nächsten Rahmen (der durch Kasten 10 festgelegt ist) aus, in dem die nächste Mitteilung gesendet werden soll. Diese Wahl kann zufällig sein, erfolgt jedoch in diesem speziellen Beispiel nach einer vorgegebenen Regel, wie dies in unserer Patentschrift Nr. GB-2166929 A ausgeführt ist. Eine solche Regel ist wie folgt. Jede Nebenstation enthält ein Mittel, das eine Identitätsnummer festlegt, die unterschiedlich zu der Identitätsnummer jeder anderen Nebenstation ist. Die Nebenstation enthält ebenfalls Mittel, die die Identitätsnummer durch die Anzahl der Zeitspannen in einem Rahmen teilen und die den bei dieser Division auftretenden Rest bestimmen. Die für die Übertragung zu verwendende Zeitspanne wird dann abhängig von dem berechneten Rest gewählt, und kann z. B. die (R+1)te Zeitspanne sein, wobei R der Rest ist.
• Ein Sender 12 empfängt die Synchronisationspulse von 8 und sendet Mitteilungen in die gewählte Zeitspanne.
• Fig. 2 zeigt das gesendete Signal, das gedanklich in Zeitspannen unterteilt ist, die zu Zeitpunkten t1, t2 . . . beginnen. Die Synchronisationssignale werden zu Zeitpunkten S1, S2 . . . gesendet. Bei dem bei 10 in jeder Nebenstation ermittelten Ende jedes Rahmens wird ein neuer Rahmen definiert, dessen Länge, wie oben festgestellt, zweimal der Anzahl der Zeitspannen zwischen den unmittelbar vorhergehenden zwei Synchronisationspulsen ist. Infolgedessen beträgt der in Fig. 2 dargestellte Rahmen 2 zweimal die Anzahl der Zeitspannen zwischen S2 und S3, d. h. 2 · 4 = 8; und der Rahmen 3 beträgt zweimal die Anzahl der Zeitspannen zwischen S5 und S6, d. h. 2 · 3 = 6. Die in Fig. 2 gezeigten Mitteilungen M1, M2 und M3 werden in eine bei 11 gewählte Zeitspanne eines jeden Rahmens gesendet.
• Bei diesem Beispiel verwenden die digitalen, von den Sendern 1 und 12 und den Empfängern 2 und 7 gesendeten Signale eine Basisbandminimum-Umschaltemodulation bei 300 baud (bits pro Sekunde), obgleich jede Form der digitalen Modulation verwendet werden kann.
• Bei einem in Fig. 4 gezeigten weiteren Beispiel der Erfindung, bei dem zu Fig. 1 gemeinsame Teile mit denselben Bezugszeichennummern bezeichnet sind, enthalten die gesendeten Mitteilungen Betriebs-Anfragemitteilungen, die den Aufbau von Zweiweg-Sprechverbindungen zwischen Nebenstationen betreffen, und die über die Verbindung 22 durch die Zentralstation 1 übertragen werden, wobei die in Fig. 4 gezeigte Vorrichtung ein Teil eines mobilen Radio-Fernverbindungssystem bildet.

Claims (7)

1. Kommunikationssystem mit: einer Zentralstation (1) mit Mitteln (5, 3) zum Senden von Synchronisationssignalen, von denen jedes den Anfang einer Zeitspanne definiert, und Mittel (4) zur Wahl der Intervalle zwischen Synchronisationssignalen von verschiedenen ganzzahligen Vielfachen einer Zeitspanne; und eine Anzahl von Nebenstationen (6, 61), von denen jede ein Mittel (10, 11, 12) aufweist, das für den zeitlichen Ablauf der Synchronisationssignale verantwortlich ist und das wirksam ist, eine Mitteilung in eine aus einer Anzahl von zusammen einen Rahmen bildenden Zeitspannen ausgewählte Zeitspanne zu senden, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Rahmens durch den zeitlichen Ablauf der Synchronisationssignale bestimmt ist.

2. Kommunikationssystem nach Anspruch 1, in dem das für den zeitlichen Ablauf des Synchronisationssignales verantwortliche Mittel ein Zeitintervall zwischen zwei benachbarten Synchronisationssignalen mißt.

3. Kommunikationssystem nach Anspruch 2, bei dem die Anzahl der Zeitspannen einen "Rahmen" einer Länge definiert, die unterschiedlich zu dem Zeitintervall ist.

4. Zentralstation (1) für ein Kommunikationssystem, das weiterhin eine Anzahl von Nebenstationen (6, 61) aufweist, wobei die Zentralstation (1) Mittel (5, 3) zum Senden von Synchronisationssignalen zu jeder Nebenstation (6, 61) aufweist, von denen ein jedes den Anfang einer Zeitspanne definiert, und Mittel (4) aufweist, die auf die beobachtete Belegung der Zeitspannen durch von den Nebenstationen (6, 61) empfangene Signale reagieren, um gemäß eines vorbestimmten Algorithmus, die Intervalle zwischen den Synchronisationssignalen von unterschiedlicher Vielfachheit einer Zeitspanne zu wählen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer eines Rahmens durch den zeitlichen Ablauf der Synchronisationssignale bestimmt ist.

5. Nebenstation eines Kommunikationssystems, das eine Zentralstation nach Anspruch 4 und wenigstens eine weitere Nebenstation aufweist, wobei die Nebenstation ein Mittel umfaßt, das auf den zeitlichen Ablauf der von der Zentralstation empfangenen Synchronisationssignale anspricht und so die Anzahl der Zeitspannen gleicher Länge bestimmt, die einem Rahmen variabler Länge zugewiesen werden sollen, und das wirksam ist, eine Mitteilung innerhalb einer aus dem Rahmen ausgewählten Zeitspanne zu der Zentralstation zu senden.

6. Nebenstation nach Anspruch 5, bei der das auf den zeitlichen Ablauf des Synchronisationssignales ansprechende Mittel ein Zeitintervall zwischen zwei benachbarten Synchronisationssignalen mißt.

7. Nebenstation nach Anspruch 6, bei der die Anzahl der Zeitspannen einen "Rahmen" einer Länge definiert, die unterschiedlich zu dem Zeitintervall ist.