DE4235719A1 - Zugriffsverfahren in einem fernuebertragungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Fernübertagungssysteme, die über einen Zeitteil-Vielfachzugriffskanal miteinander kommunizieren.

Ein typisches Rufaufbauprotokoll in einem TDMA-System ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt.

Bezugnehmend auf Fig. 1 sind Sendungen, die von einer rufenden entfernten Einheit (mobil oder tragbar) in einer zentralen Einheit einlaufen, auf der linken Seite gezeigt, während ausgehende Sendungen zur rufenden Einheit und zu einer gerufenen Einheit in der Mitte gezeigt sind und einlaufende Sendungen von der gerufenen Einheit auf der rechten Seite gezeigt sind. Der Benutzer der rufenden Einheit drückt seine Sprechtaste (PTT) oder verrichtet irgendeinen anderen Handgriff zur Einleitung der Sendung. Die rufende entfernte Einheit sendet einen "ALOHA"- Zugriffsbefehl auf einem Signalisierungsschlitz. Die Zentraleinheit empfängt diesen bestätigt und sendet einen "AHOY"-Befehl an die gerufene Einheit. Der Zweck des AHOY-Befehls ist es zu prüfen, ob die gerufene Einheit vor dem Versuch des Rufaufbaus verfügbar ist. Dieser Schritt ist nicht wesentlich und dementsprechend in gestrichelten Umrißlinien gezeigt. Die gerufene Einheit bestätigt diesen Befehl im nächsten Signalisierungsschlitz. Die Zentraleinheit empfängt die Bestätigung, und im nächsten Signalisierungsschlitz sendet sie auf dem nach außen gehenden Kanal einen "GOTO CHANNEL"-Befehl an die rufende Einheit zusammen mit der Kennzeichnung des zu verwendenden Verkehrskanals. Anschließend sendet die rufende Einheit auf diesem Verkehrskanal.

Die Buchstaben auf der rechten Seite von Fig. 1 beziehen sich auf Ereignisse in Fig. 2.

In Fig. 2 ist die Sequenz der Ereignisse weiterhin in Form von abgehenden und ankommenden Verbindungen dargestellt, die auf unterschiedliche Frequenzen verteilt und in Schlitze unterteilt sind. Zum Zwecke der Darstellung gibt es fünf Verkehrsschlitze ("Kanäle") für jeden Signalisierungsschlitz ("Kanal"). Die Kanäle sind mit 1 bis 6 numeriert. Kanal 1 ist der Signalisierungskanal. Jeder Schlitz hat eine Dauer von 15 ms. Ein "Rahmen" enthält 6 Schlitze und hat eine Dauer von 90 ms. Es gibt einen kleinen Versatz, der zwischen dem einlaufenden Rahmen und dem abgehenden Rahmen vorhanden ist, wie es im Betrieb typisch ist.

Der Benutzer drückt seine Sprechtaste beim Punkt A. Der nächste einlaufende Signalisierungsschlitz ist zum Zeitpunkt B. In diesem Schlitz sendet die rufende Einheit ihre ALOHA-Zugriffsanforderung. Die Zentraleinheit bestätigt zum Zeitpunkt C, die gerufene Einheit bestätigt zum Zeitpunkt D und die Zentraleinheit sendet den GOTO CHANNEL-Befehl zum Zeitpunkt E. Im Falle des Kanals 2 sendet die rufende Einheit ihre Nachricht zum Zeitpunkt F. Es gibt eine Gesamtverzögerung von 240 ms zwischen dem Drücken der Sprechtaste und dem Beginn der Sendung.

Diese Zugriffsverzögerung ist unerwünscht und insbesondere störend, wenn der Verkehr schwach ist. Bei leichtem Verkehr hat der Benutzer die hohe Erwartung, unmittelbar zum Kanal zuzugreifen. Er ist wahrscheinlich weniger geduldig als wenn er weiß oder erwartet, daß sehr starker Verkehr herrscht.

Übersicht über die Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Zugriff in einem Fernübertragungssystem angegeben, das eine Zentralstation und eine entfernte Einheit aufweist mit Einrichtungen für die Nachrichtenübertragung über einen TDMA-Kanal, enthaltend die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist Gegenstand des Anspruchs 7. Bevorzugte Ausgestaltungen davon sind Gegenstand der Ansprüche 8 bis 10.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Austausch von Befehlen zwischen einer entfernten Einheit und einer Zentraleinheit während des Zugriffs zu einem Kanal nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine typische Aufteilung von einlaufenden und abgehenden Kanälen in einem TDMA-Fernübertragungssystem gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 3 einlaufende und abgehende Verbindungen in einem TDMA-Übertragungssystem gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 4 eine entfernte Einheit gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Die Fig. 1 und 2 sind bereits unter Bezugnahme auf den Stand der Technik erläutert worden. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand der Fig. 3 und 4 erläutert.

Bezugnehmend auf Fig. 3 ist ein TDMA-Rufaufbauprotokoll dargestellt, enthaltend zwei Übertragungsverbindungen auf unterschiedlichen Frequenzen, die beispielsweise um 25 kHz gegeneinander versetzt sind. Die abgehende Leitung von einer Zentraleinheit zu entfernten Einheiten ist durch die Sequenz von Zeitschlitzen 30 dargestellt. Die andere Leitung ist durch die Sequenz von Zeitschlitzen 31 dargestellt. In jeder Leitung ist die Zeit in Rahmen unterteilt, die sechs Zeitschlitze aufweisen, wobei der erste Zeitschlitz ein Signalisierungsschlitz (Kanal) ist und die Schlitze 2 bis 6 Verkehrsschlitze ("Kanäle") sind. Jeder Schlitz hat eine Dauer von 15 ms. Ein Rahmen von sechs Schlitzen hat somit eine Dauer von 90 ms.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Ruf wie folgt aufgebaut. Der Bediener einer entfernten Einheit drückt seine Sprechtaste (oder führt eine äquivalente Handlung zur Anforderung einer Sendung aus), und die entfernte Einheit sendet unmittelbar einen ALOHA-Zugriffsbefehl auf dem ersten verfügbaren Kanal (Signalisierungs- oder Verkehrskanal). Die Art und Weise, in der die entfernte Einheit feststellt, welche Kanäle frei sind, wird unten beschrieben. Diese Sendung eines ALOHA-Zugriffbefehls ist durch den schattierten Verkehrskanal 5 unmittelbar im Anschluß an das Drücken der Sprechtaste (PTT) dargestellt. Die Zentraleinheit empfängt diesen ALOHA-Zugriffsbefehl, und im ersten verfügbaren Schlitz (Verkehrs- oder Signalisierungsschlitz) sendet die Zentraleinheit einen Bestätigungsbefehl und einen AHOI-Befehl (C). Im Beispiel von Fig. 3 werden diese auf dem Signalisierungskanal (Kanal 1 abgehend) übertragen.

Die gerufene Einheit sendet ihre Bestätigung im ersten verfügbaren Zeitschlitz (Verkehrs- oder Signalisierungschlitz), der in dem gezeigten Beispiel der Signalisierungskanal ist (Kanal 1 einlaufend). Die Art und Weise, in der die gerufene Einheit "erkennt", welcher Schlitz verfügbar ist, ist die gleiche wie für die rufende Einheit und wird unten beschrieben.

Die Zentraleinheit sendet den "GOTO CHANNEL"-Befehl im nächsten verfügbaren Schlitz, der in diesem Falle der Kanal 3 abgehend ist. Die Zentraleinheit weist die gerufene Einheit an, auf einen gewählten Kanal zu schalten, der, wenn alle Kanäle frei sind und irgendwelchen anderen Anforderungen ausgesetzt sind, der Kanal des unmittelbar folgenden Zeitschlitzes sein kann - Kanal 3 einlaufend.

Die Gesamtzeit zwischen dem Drücken der Sprechtaste (PTT) und dem Zugriff zu dem Verkehrskanal im gezeigten Beispiel beträgt 75 ms. Obgleich dies ein "Bestfall"-Zustand ist, stellt es doch eine wesentliche Verringerung gegenüber den 240 ms dar, die für den schlechtesten Fall im typischen bekannten System erläutert wurden.

Jede entfernte Einheit überwacht die abgehende Leitung und empfängt und decodiert Befehle, die an andere entfernte Einheiten adressiert sind. Wenn die Zentraleinheit einen GOTO CHANNEL-Befehl aussendet, dann erkennt eine entfernte Einheit diesen Befehl und nimmt den Kanal zur Kenntnis, der zugewiesen worden ist, obgleich der Befehl nicht für die betreffende entfernte Einheit bestimmt ist. Auf diese Weise kann die entfernte Einheit ein Protokoll von Kanälen aufbauen, die zugewiesen worden sind, und von Kanälen, die noch frei sind. Ein Kanal wird als frei aufgenommen, wenn ein Kanalfreigabebefehl empfangen wird oder, falls in einem System ein solcher Befehl nicht existiert, durch Erkennung einer Nicht-Verkehrs-Charakteristik in jenem Zeitschlitz, in welchem Falle der Kanal als freigeworden erkannt wird. Die Nicht-Kanal-Charakteristik ist ein unmodulierter Träger, ein Leerlaufmuster oder überhaupt kein Träger, (abhängig vom Senderaufbau) kann aber auch jede Nicht-Verkehrs-Charakteristik sein, wie im Stand der Technik.

Wenn der Gesamtverkehr auf einem Kanal zunimmt, sinkt der Nutzen der Erfindung. Wenn vier von fünf Verkehrskanälen besetzt sind, dann ist somit die Verbesserung im üblichen Maße herabgesetzt.

Bezugnehmend auf Fig. 4 sind Details einer entfernten Einheit dargestellt. Die entfernte Einheit enthält eine Antenne 40, die mit einem Duplexer 41 verbunden ist, der seinerseits mit einer HF-Empfangsschaltung 42 und einer HF-Sendeschaltung 43 verbunden ist. Die Empfangsschaltung 42 ist mit einem A/D-Wandler 44 verbunden und die Sendeschaltung 43 ist mit einem D/A-Wandler 45 verbunden. Die Wandler 44 und 45 sind Eingang bzw. Ausgang eines digitalen Signalprozessors, der verschiedene Funktionen ausführt, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es sind somit ein Demodulator 46, ein Modulator 47, ein Kanalformatierer 48, eine Nachschlagetabelle 49, ein Kanalfehlercodierer 50 und ein Sprachcodierer 51 vorgesehen. Der Sprachcodierer 51 ist mit einem A/D-Wandler 52 für die Gegensprechverbindung mit einem Handapparat verbunden. Der Sprachcodierer 51 und der Wandler 52 können selbstverständlich in einem Datenübertragungssystem ersetzt sein.

Die entfernte Einheit kommuniziert mit einer Zentraleinheit 11.

Wenn die entfernte Einheit (mobiler oder tragbarer Sendeempfänger) eingeschaltet wird, dann beginnt er, Sendungen von der Zentralstation zu empfangen, und er synchronisiert mit Bursts, die von der Zentralstation empfangen werden. Dies wird mittels eines Synchronworts erreicht, das von der Zentralstation zu Beginn eines jeden Rahmens oder Zeitschlitzes empfangen wird. Diese Signale werden über die HF-Empfangsschaltung 42 aufgenommen, im Demodulator 46 demoduliert und im Kanalformatierer 48 mittels eines Synchronalgorithmus bekannter Art identifiziert. Die Einheit bleibt in einem Leerlauf zustand, in dem die Empfangsschaltung 42 aktiv ist. Die Einheit empfängt, moduliert und decodiert die Signalisierungsinformation, die von der Zentraleinheit in den Signalisierungszeitschlitzen empfangen wird. In dieser Information sind die Kanalzuweisungsbefehle zu anderen Benutzern im Funknetz enthalten. Beispielsweise kann die Einheit mit der Nummer 20 einen Befehl "GOTO CHANNEL" empfangen. Dieser Befehl wird identifiziert, und in der Nachschlagetabelle 49 wird ein Kennzeichen gesetzt, das angibt, daß der Kanal mit Nummer 2 zugewiesen worden ist und besetzt ist. Die Nachschlagetabelle 49 hat einen Kennzeicheneingang für jeden der fünf Verkehrskanäle. Wenn der Verkehr zunimmt und weitere Kanäle zugewiesen werden, dann werden die Kanalzuweisungsbefehle in der Tabelle 49 aufgezeichnet. Wenn das System von den Kanalfreigabebefehlen Gebrauch macht, dann bewirkt der Empfang eines Kanalfreigabebefehls, daß das Kennzeichen für jenen Kanal in der Tabelle 49 gelöscht wird. Wenn kein Kanalfreigabebefehl verwendet wird, das heißt, wenn ein Kanal nur durch Beendigung der Sendung freigegeben wird, dann wird das Kennzeichen Bit in der Tabelle 49 gelöscht, wenn die Einheit ermittelt, daß in jenem Zeitschlitz kein Verkehr mehr stattfindet.

Innerhalb einer kurzen Zeitdauer nach dem Einschalten hat die Einheit Kenntnis über den Verkehr auf den Kanälen erlangt, und dies wird in der Tabelle 49 gespeichert.

Als eine Alternative zur Überwachung von "GOTO CHANNEL"-Befehlen kann die Einheit einfach ermitteln, ob Verkehr auf den einzelnen Kanälen vorhanden ist. Dies schafft eine schnellere Kenntnis über die existierende Verkehrsinformation.

Verschiedene Kombinationen von Kanal zuweisungs- und -freigabekanälen und Verkehrsmessungen können da zu verwendet werden, die Tabelle 49 aufzubauen.

Wenn der Bediener die Sprechtaste (nicht dargestellt) drückt, dann prüft der Kanalformatierer 48 die Tabelle 49, um einen freien Kanal zu ermitteln. Der Kanalformatierer 48 setzt ein Telegramm zur Aussendung an die Zentralstation, um das mit einem Synchronwort beginnt und einen ALOHA-Zugriffsanforderungsbefehl enthält. Der Kanalformatierer 48 gibt dieses Telegramm an den Modulator 47 zu Beginn des ersten unbenutzten Verkehrskanalschlitzes, wie durch die Tabelle 49 angegeben. Das Telegramm wird zur Sendeschaltung 43 durchgeleitet, die zum geeigneten Zeitpunkt eingeschaltet wird, und das Telegramm wird über die Antenne 40 übertragen.

Die Zentralstation, die jene ist, die die Kanalzuweisungen aussendet und die Kanalfreigabebefehle empfängt, erkennt, wenn in einem gegebenen Zeitschlitz kein Verkehr vorhanden ist. Die Zentralstation führt eine vergleichbare Nachschlagtabelle von Kanälen und ihren Zuweisungen.

Die Betriebsweise in der Zentralstation ist wie folgt: Die Zentralstation wird dazu vorbereitet, eine ALOHA- Zugriffanforderung von irgendeiner der Einheiten im Netz zu empfangen. Wenn sie dementsprechend die ALOHA-Zugriffsanforderung empfängt (und unter der Annahme, daß keine Kollisionen vorhanden sind, das heißt, keine weiteren Einheiten gleichzeitig und im selben Zeitschlitz eine ALOHA-Zugriffsanforderung aussenden), empfängt sie das Telegramm, decodiert daraus die Identität der den Zugriff anfordernden Einheit und sendet im unmittelbar nachfolgenden Signalisierungszeitschlitz (Schlitz 1 in Fig. 3) eine Bestätigung und eine AHOI-Sendung, die die gerufene Einheit identifiziert.

Die mobile oder tragbare Einheit empfängt die Bestätigung und das AHOI sendet seine Bestätigung im nächsten verfügbaren Zeitschlitz (Verkehrs- oder Signalisierungsschlitz). Der weitere Ablauf ist wie oben beschrieben.

Wenn der Verkehr zunimmt, verlassen sich die Einheiten mehr und mehr auf einen vorbestimmten Signalisierungskanal für die Signalisierung, bis die Kanäle gesättigt sind, bis keine Kanäle mehr für die Zuweisung verfügbar sind, und alle weitere Signalisierungsinformation wird auf dem entsprechenden einlaufenden oder abgehenden Signalisierungskanal gesendet.

Wenn zwei entfernte Einheiten gleichzeitig und in sich störender Weise ALOHA-Zugriffsanforderungen gleichzeitig im selben Zeitschlitz aussenden und mit einer Signalstärke, daß es nicht möglich ist, eine oder beide Signale zu unterscheiden, dann gibt es eine Kollision, und eine oder beide Einheiten müssen von neuem versuchen. Das System der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vermindert die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen, weil die Signalisierungssendungen nicht alle auf denselben Signalisierungskanal gezwungen werden.

Es versteht sich, daß eine entfernte Einheit gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer weiteren entfernten Einheit kommunizieren kann, die alle ihre Signalisierungen auf dem Signalisierungskanal ausführt (in Übereinstimmung mit dem typischen bekannten System). Die Zugriffszeitverminderung ist dann nicht so groß, jedoch noch immer beträchtlich.

Es versteht sich auch, daß es nicht wichtig ist, daß die zentrale Einheit dazu eingerichtet ist, Signalisierungen auf Signalisierungskanälen und Verkehrskanälen auszusenden. In einem System, in dem die Zentraleinheit nur Signalisierungen auf dem Signalisierungskanal aussendet, ergibt sich dennoch eine wesentliche Verringerung der Zugriffszeit, weil die rufende Einheit nicht bis zum nächsten einlaufenden Signalisierungszeitschlitz warten muß, bevor sie ihren ALOHA-Zugriffsbefehl aussendet. In einem Teil der Fälle wird sie unter Verwendung eines freien Verkehrskanals ihre ALOHA-Zugriffsanforderung rechtzeitig für die Zentraleinheit aussenden, um die Anforderung zu empfangen und ihre Bestätigung und AHOI-Sendungen im unmittelbar nachfolgenden abgehenden Signalisierungszeitschlitz auszusenden. Dies allein kann zu einer Zugriffszeit von nur 150 ms im beschriebenen Beispiel führen, obgleich die nachfolgende Signalisierung im Signalisierungskanal ausgeführt werden kann.

Claims (10)

1. Zugriffsverfahren in einem Fernübertragungssystem mit einer Zentralstation (11) und einer entfernten Einheit (10) mit Einrichtungen zur Nachrichtenübertragung über eine TDMA-Leitung, enthaltend:
Schaffen vorbestimmter Signalisierungsschlitze und vorbestimmter Verkehrsschlitze zur Aussendung von Signalisierungsinformation und Verkehrsinformation von der Zentralstation zu der entfernten Einheit während relativ starken Verkehrs;
Schaffen vorbestimmter Signalisierungsschlitze und vorbestimmter Verkehrsschlitze für die Übertragung von Signalisierungsinformation und Verkehrsinformation von der entfernten Einheit zur Zentralstation während relativ starken Verkehrs; gekennzeichnet durch folgende Maßnahmen:
der entfernten Einheit wird erlaubt, die Signalisierungsinformation in einem Verkehrsschlitz während relativ leichten Verkehrs auszusenden,
Empfangen der Signalisierungsinformation an der Zentralstation während des Verkehrsschlitz es und Behandeln der Information als Signalisierungsinformation.

2. Fernübertragungssystem mit einer Zentralstation (11) und wenigstens einer entfernten Einheit (10), die zur Kommunikation über einen TDMA-Kanal eingerichtet sind,
wobei die entfernte Einheit gekennzeichnet ist durch Einrichtungen zum Aussenden von Signalisierungsinformation in einem Signalisierungsschlitz während relativ starken Verkehrs und zum Aussenden von Signalisierungsinformation selektiv in einem Signalisierungsschlitz oder einem Verkehrsschlitz während relativ schwachen Verkehrs und
die Zentralstation durch Einrichtungen gekennzeichnet ist zum Empfangen der Information während des Verkehrsschlitzes und zum Behandeln der Information als Signalisierungsinformation.

3. System nach Anspruch 2, bei dem die Zentralstation Einrichtungen zum Aussenden einer Bestätigung und zum Einleiten einer Kanalzuweisung in Abhängigkeit vom Empfang der Signalisierungsinformation im Verkehrsschlitz enthält.

4. System nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Einrichtung in der entfernten Einheit zum Aussenden von Signalisierungsinformation eine Einrichtung zum Aussenden einer Kanalzugriffsanforderung enthält.

5. System nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Zentralstation eine Einrichtung zum Aussenden eines Kanalzuweisungsbefehls in einem Verkehrsschlitz bei relativ schwachem Verkehr enthält.

6. System nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem die entfernte Einheit eine Einrichtung (49) zum Überwachen von Kanalzuweisungsbefehlen an andere entfernte Einheiten und zum Speichern der Identifikationen zugewiesener Kanäle und zum Identifizieren der dem Verkehr nicht zugewiesenen Zeitschlitze daraus enthält.

7. Entfernte Einheit (10) zur Nachrichtenübertragung in einem Funkfernübertragungssystem, enthaltend eine Zentralstation (11) und wenigstens eine entfernte Einheit, die dazu eingerichtet sind, über mehrere Kanäle miteinander zu kommunizieren, enthaltend mehrere Verkehrskanäle und wenigstens einen vorbestimmten Signalisierungskanal, wobei jeder Kanal eine Folge von Zeitschlitzen enthält, die mit Zeitschlitzen der anderen Kanäle verschachtelt sind, gekennzeichnet durch:
Einrichtungen (49) zum Überwachen der Benutzung von Kanälen durch andere entfernte Einheiten;
Einrichtungen zum Aussenden einer Signalisierung auf einem Verkehrskanal, der als unbenutzt ermittelt wurde;
Einrichtungen zum Aussenden einer Signalisierung auf den vorbestimmten Verkehrskanal, wenn kein unbenutzter Verkehrskanal vorhanden ist, dessen Zeitschlitz vor dem Zeitschlitz des vorbestimmten Verkehrskanals erscheint.

8. Entfernte Einheit nach Anspruch 7, bei der die Einrichtung zum Überwachen der Kanalbenutzung eine Einrichtung zum Identifizieren von Kanalzuweisungsbefehlen, die an andere entfernte Einheiten adressiert sind, enthält.

9. Entfernte Einheit nach Anspruch 7 oder 8, bei der die Einrichtung zum Überwachen der Kanalbenutzung eine Einrichtung zum Identifizieren von Kanalfreigabebefehlen, die an andere entfernte Einheiten adressiert sind, enthält.

10. Entfernte Einheit nach Anspruch 7, 8 oder 9, bei der die Einrichtung zum Überwachen der Kanalbenutzung eine Einrichtung zum Identifizieren von Funkaktivität auf dem Kanal enthält.