DE602004009643T2

DE602004009643T2 - Erweiterung des Radiofrequenzabdeckungsbereiches für ein drahtloses Heimnetzwerksystem

Info

Publication number: DE602004009643T2
Application number: DE200460009643
Authority: DE
Inventors: Lothar Stadelmeier; Frank Dawidowsky
Original assignee: Sony Deutschland GmbH
Current assignee: Sony Deutschland GmbH
Priority date: 2003-08-19
Filing date: 2004-05-03
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2024-05-04
Also published as: EP1509000A1; DE602004009643D1; CN1864368A; CN100579039C

Description

GEGENSTAND UND HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft hauptsächlich das Gebiet der drahtlosen LAN's. Es bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zum Betreiben eines heterogenen Heimnetzwerksystems, welches durch eine Anzahl von verkabelten und/oder drahtlosen LAN's verwirklicht ist, die an eine Backbon-Infrastruktur (d.h. Powerline) angeschlossen sind. Z.B. kann Ethernet und/oder ein drahtloser Cluster somit via des Backbone-Mediums angeschlossen werden.
Die traditionelle drahtlose Heimnetzwerk-Technologie ist typischerweise im Bereich von Sichtlinen-, Infrarot-, unidirektionalen, handgehaltenen Steueranwendungen eingesetzt, d.h. zum Fernsteuern von Videokassettenrekorder, Fernsehern, Heimsicherheits- oder Alarmsystemen. Andere offensichtlich drahtlose Technologie ist an drahtlosen Telefonsystemen angewendet. Jedoch kann keines dieser Systeme als ein robustes Heimnetzelement klassifiziert werden.
Die breiteste Definition des Heimnetzwerks ist jegliche Technologie oder Service, die es ermöglichen Heimvorrichtungen miteinander zu verbinden oder sie zu automatisieren. Eine wesentlich spezifischere Definition schließt das Verlinken von Computern, Peripheriegeräte und elektronische Verbrauchergeräte ein, die innerhalb eines Verbraucherdomizils benutzt werden, um eine verbundene Umgebung zu schaffen. Ein Heimnetzwerk wurde auch beschrieben als eine Ansammlung von Elementen, die die Informationen verarbeiten, managen, transportieren und speichern, wodurch es die Verbindung und die Integration von mehrfachen Computer-, Steuerung-, Monitoring- und Kommunikationsvorrichtungen innerhalb des Verbraucherdomizils ermöglicht.
KURZBESCHREIBUNG DES AKTUELLEN STANDES DER TECHNIK
Es gibt zwei primäre Verfahren für die Einrichtung eines Heimnetzwerks: verkabelt und drahtlos. Drahtlose Technologien schließen u.a. Wi-Fi (IEEE 802.11b, 802.11a und 802.11g), HiperLAN2 und HomeRF (IEEE 802.11) ein. Da die meisten Heimeigner keine neuen Kabel gegenüber der Installation neuer Kabel bevorzugen würden, tendiert das drahtlose Heimnetzwerk die meist bevorzugte Technologie zu sein. Jedoch ist es auch die teuerste Technologie und kann manchmal unzuverlässig sein. Andererseits tendiert verkabelte Heimnetzwerktechnologie, welche unter anderem Ethernet, HomePNA (in Telefonleitungen) und HomePlug (Powerline-Kommunikationssystem) einschließt, in neu gebauten Häusern bevorzugt zu sein, da diese generell zuverlässiger sind und weniger teuere Komponenten erfordern. Viele Magazinzeitschriften argumentieren für HomePNA die ideale Heimnetzwerktechnologie zu sein, dennoch die nähere Überprüfung von jedem Technologiemerkmal, der Komponenten, Kosten, Sicherheit, Lieferanten, Vorteile und Nachteile zeigt, dass es nicht der Fall sein kann, speziell mit der Verbreitung der Breitbandtechnologie und der wachsenden Anzahl der Mehrfach-Computer-Haushalten. Um die vorgeschlagene Idee der Erfindung zu verstehen, ist es notwendig kurz die Hauptmerkmale, Vorteile und Verfehlungen der allgemein benutzten verkabelten und drahtlosen Heimnetzwerktechnologien entsprechend dem Stand der Technik zu beschreiben.
Ethernet, welches auf den Netzwerkstandards IEEE 802.3 und IEEE 802.5 basiert, arbeitet bei 10 Mbps bis 100 Mbps innerhalb eines Bereichs von 150 Meter. Es können zwei einfach mit Netzwerk-Schnittstellenkarten mittels eines Kabels verbundene Computer sein oder so komplex, wie mit mehrfachen Router-Rechnern, Brücken und Hub's, die viele verschiedene Netzwerkvorrichtungen verbinden. Ein 1-Mbps Netzwerk ist zum Teilen unter einigen Internetverbindungen und einigen Druckdiensten geeignet. Jedoch ist es nicht für große Datenübertragungen, Mehrspieler-Spiele oder Multimediaanwendungen bevorzugt. Da der Bedarf für Sprach- und Datenübertragung anwachst, so wachst auch die erforderliche Menge an Bandbreite zum Übermitteln dieser Signale.
Ein Ethernet-Netzwerk benutzt CAT5-Verkabelung, um die Signale zwischen den verbundenen Netzwerkkomponenten zu übertragen. Die Datenübertragung ist auf dem CSMA/CD-Protokoll basiert, welches den Netzwerkvorrichtungen ermöglicht, automatisch die Aktivität auf der Netzwerkleitung zu ermitteln, zu übertragen, wenn der Pfad klar ist, und ein Datenpaket wieder zu versenden, wenn eine Kollision mit einem anderen Paket festgestellt worden ist. Es sind Komponenten erhältlich, die mit den Routing-Daten auf dem Netzwerk behilflich sind. Netzwerkkomponenten sind typischerweise mit einem Hub oder einem Switch verbunden, die den Verkehr auf dem Netzwerk durch Weiter-Reichen des Signals steuern. Wenn ein Benutzer alle Vorrichtungen in einem Netzwerk ohne Rücksicht auf die Sicherheit oder Zugangsverfügbarkeit verbinden will, dann kann er/sie die Peer-To-Peer Architektur mit einem Hub verwenden.
Da ein Ethernet-Heimnetzwerk auf einer speziellen Verkabelung und Verbindungen läuft, ist es das sicherste von allen Heimnetzwerk-Technologien. Ein Router kann zwischen dem Hochgeschwindigkeitsmodem und dem Netzwerk hinzugefügt werden, um es von dem äußeren Internet zu „verstecken". Viele Heimnetzwerk-Router beinhalten Firewalls, die für eine zusätzliche Sicherheit konfiguriert werden können. Da ein Netzwerk in sich abgeschlossen ist, würde eine Person sich physikalisch (körperlich) mit ihm zu verbinden haben, um jegliche Information zu erhalten.
HomePlug Powerline Alliance (Home Plug) enthält das Betreiben eines Netzwerks über konventionelle elektrische Hausverdrahtung und arbeitet durch Anschließen eines Gateway-Adapters in einer regulären Wandsteckdose. Der Adapter verschlüsselt hierbei die Daten vor deren Übertragung über die Leistungsleitung unter Benutzung einer 56-Bit Standardverschlüsselung. Ein HomePlug Netzwerk überträgt Daten bei einer Übertragungsgeschwindigkeit zwischen 8 und 14 Mbps und ist mit anderen drahtlosen und HomePNA-Netzwerken kompatibel. Es hat unter jeglichen Heimnetzwerk-Technologien die längste Reichweite, die bis zu 750 Meter erreichen kann. Typischerweise sind HomePlug-Netzwerke fähig, bis zu 256 Vorrichtungen innerhalb eines 450 m² Domizils zu verbinden.
Drahtlose Heimnetzwerk-Technologien, die heute Verwendung finden, schließen Wi-Fi (IEEE 802.11b, 802.11a und 802.11g), HiperLAN2, HomeRF, IrDA und Bluetooth ein. Diese Technologien sind ideal für spezielle Anwendungen (zweckbestimmte Verwendungen), wie Kommunikation und Steuerung der Vorrichtungen. Jedoch erfordert IrDA eine Sichtlinie und Bluetooth hat einen eingeschränkten Bereich von 10 Meter oder näher, was diese Technologien für eine Heimnetzwerk-Infrastruktur unvorteilhaft macht. Folglich wird der folgende Abschnitt nur auf die Wi-Fi und HomeRF Drahtlostechnologien fokussiert.
Wi-Fi, was für „drahtlose Genauigkeit" steht, ist die ideale Technologie für einen Benutzer, der keine neue Verdrahtung in seinem/ihrem Domizil installieren möchte. Es verwendet das 2,4 GHz Frequenzband, die gleiche Frequenz, die bei den Cell- und drahtlosen Telefonen eingesetzt wird, verwendet eine Frequenz-Verschiebungsschlüssel-(FSK) Technologie, die als Direct-Sequence-Spread Spectrum (DSSS) bekannt ist und eine Reichweite von 75–120 Meter in geschlossenen Räumen und 300 Meter in offenen Bereichen hat. Abhängig von dem entsprechend unterlegten IEEE-Standard können Drahtlos-Übertragungsgeschwindigkeiten zwischen 2 Mbps (IEEE 802.11) und 54 Mbps (IEEE 802.11a) variieren.
HomeRF war die erste praktische drahtlose Heimnetzwerk-Technologie und kam Mitte 2000 heraus. HomeRF steht für Heim-Radio-Frequenz, welche Radiofrequenzen benutzt, um Daten über Reichweiten von 22,5 bis 37,5 Meter zu übertragen. Es ist die ideale Technologie für einen Benutzer, der sich die Kosten der teureren Wi-Fi-Komponenten nicht leisten kann, jedoch die Dateien, Druckerdienste und MP3-Musikstreams innerhalb seines/ihres Domizils austauschen möchte. HomeRF benutzt eine Art von Spektrumausweitungs-Technologie, welche ursprünglich durch das Militär entwickelt worden ist. Diese Technologie überträgt Signale unter Verwendung des 2,4-GHz Frequenzbandes und verwendet eine Frequenz-Verschiebungsschlüssel-(FSK) Technologie, die als Frequenzerwartungs-Streusprektrum/Frequency Hoping Spread Spectrum (FHSS) bekannt ist. Außerdem ist HomeRF auf dem Shared Wireless Access Protocol (SWAP) basiert – ein Hybrid-Standard, der in IEEE 802.11 entwickelt worden ist. SWAP kann bis zu 127 Netzwerkvorrichtungen verbinden und überträgt bei Geschwindigkeiten bis zu 2 Mbps. HomeRF verwendet das gleiche Frequenzband und Technologie, welche durch cellulare und drahtlose Telefone benutzt wird, jedoch gibt es wenig bis keine Interferenzen. Da die meisten HomeRF Netzwerke Peer-To-Peer Netzwerke sind, brauchen sie keine Zugangspunkte.
Das Dokument US 578 4573 offenbart eine Lokalbereich-Netzwerksteuerung in welcher ein gemeinsamer physikalischer Verbinder für zwei verschiedene IEEE 802.x Standards benutzt wird.
PROBLEME DER LÖSUNGEN DES STANDES DER TECHNIK
Konventionelle drahtlose Heimnetzwerk-Technologien, solche wie Bluetooth oder HomeRF, die den Konsumenten den drahtlosen Zugang zu Informationen von deren Heimnetzwerk via Funkverbindungen jederzeit und überall ermöglichen, leiden oft unter eingeschränkten Bandbreiten und begegnen einem niedrigen Datendurchsatz und den Skalierungseinschränkungen. Diese Einschränkungen werden bemerkbar sowie der Bedarf für Multimedia-Heimunterhaltungsnetzwerke anwächst. Es kann gezeigt werden, dass ein einzelner koordinierender drahtloser Zugangspunkt oft nicht genug ist, ein typisches Heimnetzwerk abzudecken, insbesondere innerhalb der europäischen solide gebauten Gebäude. Vorhandene Lösungen, die ein ganzes Gebäude abdecken, erfordern daher eine Zuteilung von mehrfachen RF-Kanälen, was eine rare Ressource ist.
Heterogene Heimnetzwerkarchitekturen, die aus verschiedenen Medientypen bestehen (verdrahtet, drahtlos und Powerline) sind komplexe Systeme. Diese Medientypen erfordern typischerweise verschiedene unabhängigen Medienzugangssteuerungs-Schichten (MAC). Das Überbrücken zwischen diesen Medien findet gewöhnlich in einer Hochschicht des unterlegten OSI-Protokoll Stapels (d.h. der TCP/IP-Schicht) statt, welche mehr Prozessorleistung konsumiert und die Gesamtdurchlaufleistung verringert.
GEGENSTAND DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Angesichts der oben erwähnten Erklärungen ist es der vordergründige Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Ausweiten des RF-Abdeckungsbereichs eines heterogenen Netzwerksystems vorzuschlagen.
Ferner sollte die Betriebsleistung, die zum Überbrücken zwischen verschiedenen Typen von Medien, die via des Heimnetzwerksystems verbunden sind, benötigt wird, verringert werden. Die Gesamtdurchlaufleistung sollte erhöht werden.
Dieser Gegenstand ist durch Mittel der Merkmale der unabhängigen Ansprüche erreicht. Vorteilhafte Merkmale sind in den Unteransprüchen definiert. Weitere Gegenstände und Vorteile der Erfindung sind aus der detaillierten Beschreibung offensichtlich, welche nun folgt.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Das vorgeschlagene Herangehen der vorliegenden Erfindung ist hauptsächlich für ein Verfahren für die Ausweitung des RF-Abdeckungsbereichs eines heterogenen Heimnetzwerksystems bestimmt, welches durch eine Anzahl von verkabelten (d.h. Ethernet) und/oder drahtlosen Lokalbereich-Netzwerken (WLAN's) aufgebaut ist, die mit einem Backbone verbunden sind, der eine Anzahl von Brücken zu den verkabelten Clustern und drahtlos-zu-verdrahtet Backbone-Brücken aufweist.
Im Gegensatz zu konventionellen Lösungen nach dem Stand der Technik kombiniert die vorliegende Erfindung Heimnetzwerk-Medienelemente verschiedener untereinander mittels des Heimnetzwerksystems in verschiedenen RF/PHY-Schichten verbundener Multimediadaten-Typen und ermöglicht eine einfache Erweiterung der RF-Abdeckung ohne der Notwendigkeit neuer Frequenz-Ressourcen oder jeglichem Verlust der Bandbreite.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Vorteile und vorstellbare Anwendungen der vorliegenden Erfindung resultieren sowohl von den Unteransprüchen wie von der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführung der Erfindung, wie in den folgenden Zeichnungen dargestellt:
1a zeigt ein Beispiel eines heterogenen Heimnetzwerksystems, das innerhalb eines Gebäudes installiert ist, welches aus einer Anzahl von verkabelten und/oder drahtlosen LAN's, die an ein Backbone-Netzwerk angeschlossen sind, gebildet ist, wobei das Heimnetzwerksystem eine Anzahl von verkabelten und drahtlosen Anschlüssen aufweist, die via des Backbon-Netzwerks untereinander verbunden sind,
1b zeigt einen logischen Netzwerkaufbau für das Heimnetzwerksystem,
2 zeigt eine analoge Frontend-Architektur für die Modulator/Demodulator-Stufe eines drahtlosen RF-Transceivers, wobei die gleiche MAC-Schicht für gesamtes Netzwerk derart benutzt wird, dass das betreffende IF-Signal eines über einen zugeteilten RF-Kanal eines drahtlosen Lokalbereich-Netzwerks übertragenen RF-Signals im Backbon-Medium und im drahtlosen Lokalbereich-Netzwerk benutzt wird,
3 zeigt eine analoge Frontend-Architektur eines drahtlosen RF-Transceivers mit einer PHY-Schicht-Konvertierungsstufe, wobei die gleiche MAC-Schicht, aber verschiedene PHY-Schichten im Backbone-Medium und im drahtlosen Lokalbereich-Netzwerk benutzt sind,
4 zeigt den Aufbau einer OFDM-Nachricht, die OFDM-Symbole und eingefügte Guard-Intervalle aufweist,
5 zeigt eine Ausführung der vorliegenden Erfindung einschließlich einer PHY-Schicht-Konvertierungsstufe und zweier physikalischer Schichten, und
6 zeigt den Aufbau und die Signalverzögerungen einer OFDM-Nachricht bei der Benutzung der OFDM-Technik in der Ausführung der 5.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Im Folgenden sollte eine Ausführung der vorliegenden Erfindung, wie in den 1a bis 3 dargestellt, im Detail erklärt werden. Die Bedeutung der den Bezugkennziffern und den Zeichen in diesen Figuren zugeordneten Symbole kann der angefügten Tabelle entnommen werden.
Wie in 1a + b dargestellt, agiert ein Backbon-Netzwerk 106, das eine Steuerinstanz 104 hat, als ein virtueller Zugangspunkt 108 (AP) und einige RF/PHY-Konverter 111a–e sind vorgesehen eine Anzahl von verteilten drahtlosen (WT₁, WT₂, WT₃, WT₄, WT₅, WT_m+1 und WT_m+2) und/oder verkabelten Anschlüssen (T_m) via diesem virtuellen Zugangspunkt 108 untereinander zu verbinden. Jeder dieser RF/PHY-Konverter 111a–e bedient hierbei einen relativ kleinen Bereich (d.h. einen einzelnen Raum 102a–e eines vernetzten Gebäudes). Zusammen mit den assoziierten verkabelten oder drahtlosen Anschlüssen bildet der virtuelle AP 108 ein ganzes Heimnetzwerksystem 100a, welches einfach durch Hinzufügen neuer RF/PHY-Konverter zum Backbon-Netzwerk 106 erweitert werden kann.
Wenn das Backbone-Netzwerk 106 eine OFDM-Technik verwendet, ist der Mehrfach-Pfad-Empfang des Empfängers solange konstruktionsbedingt überladen, wie verschiedene Signale innerhalb eines definierten Intervalls eintreffen (des so genannten Guard-Intervalls). Hierfür kann der virtuelle Zugangspunkt 108 an verschiedenen Standpunkten (d.h. Antennen in verschiedenen Räumen) empfangen und übertragen werden, obgleich die übertragenen Signale verschiedene Reichweiten auf dem Backbone-Medium haben.
Hierfür ist jedes Medium, das OFDM verwendet, für das Backbone-Netzwerk nach vorliegender Erfindung bevorzugt. Beispiele sind:

– Powerline Kommunikationen
– 5 GHz WLAN-Systeme (802.11a, HiperLAN2)
– 2,4 GHz WLAN-Systeme (802.11g)

Bedingt durch die Harmonisierung zwischen dem Backbone-Medium und den drahtlosen Lokalbereich-Netzwerken 102a, b, c, e, können zwei Szenarien für die Verbindung der verteilten drahtlosen Anschlüsse (WT₁, WT₂, WT₃, WT₄, WT₅, WT_m+1 und WT_m+2) und verkabelter Kommunikationsvorrichtungen (T_m) mit einem Heimnetzwerksystem 100a wie in 2 und 3 dargestellt, betrachtet werden:

– wenn das betreffende IF-Signal eines RF-Signals, das via eines zugeteilten RF-Übertragungskanals eines drahtlosen LAN 102a, b, c, e zu übertragen oder zu empfangen ist, auf dem Medium des Backbone-Netzwerks 106 benutzt ist, kann ein konventioneller drahtloser RF-Transceiver mit einer analogen Frontend-Architektur, die einen Modulator/Demodulator 206 mit einer einzelnen Up-/Down-Konvertierungsstufe 204a und einen lokalen Oszillator 204b aufweist, benutzt werden eine Anzahl von verteilten drahtlosen (WT₁, WT₂, WT₃, WT₄, WT₅, WT_m+1 und WT_m+2) und verkabelten Anschlüssen (T_m) via dem virtuellen Zugangspunkt 108 untereinander zu verbinden, um ein Heimnetzwerksystem 100a zu bilden. Diese Lösung ist z.B. für Heimnetzwerksysteme geeignet, wo ein Powerline-Kommunikationssystem als Heimnetzwerk-Backbone 106 dient. In diesem Fall wird das IF-Spektrum des RF-Signals, das via eines zugeteilten RF-Übertragungskanals eines drahtlosen LAN's 102a, b, c, e empfangen worden ist, im Hauptnetz benutzt. Dabei wird die gleiche MAC-Schicht für das ganze Netzwerk verwendet, welches aus den drahtlosen LAN's 102a, b, c, e und dem Backbone-Netzwerk 106 besteht, derart, dass das betreffende IF-Signal eines via des RF-Übertragungskanals übertragenen RF-Signals im Backbone-Medium und in betreffenden drahtlosen LAN's 102a, b, c, e benutzt wird.
– Im Fall wenn ein PHY-Schicht-Signal auf dem RF-Übertragungskanal nicht genau auf ein Signal im Backbone-Netzwerk 106 abgebildet wird, eine PHY-Sicht-Überbrückungsprozedur vorgeschlagen wird. In diesem Szenario sind die gleiche MAC-Schicht, aber verschiedene PHY-Schichten im Backbone-Medium und dem betreffenden drahtlosen Lokalbereich-Netzwerk 102a, b, c, e verwendet. Dabei ist ein drahtloser RF-Transceiver, der eine PHY-Schicht-Konvertierungsstufe aufweist, die für die Konvertierung des digitalen RF-Signals bei der Zentralfrequenz f1 in das andere Modulationsschema bei der Zentralfrequenz f2 oder vice versa benötigt wird, eingeführt, um bestmögliche Datenübertragung an beiden Medientypen zu garantieren. Die PHY-Schicht-Konvertierungsprozedur (S5) umfasst dabei die Schritte von Empfangen (S5a) eines RF-Signals von einem drahtlosen LAN 102a, b, c, e, Zuteilen (S5b) eines Backbone-Mediums, Konvertieren (S5c) des RF-Signals aus einer digitalen Modulation zur anderen, und Übermitteln (S5d) des erhaltenen RF-Signals mittels des zugeteilten Backbone-Mediums. In Gegensatz dazu, ist die inverse PHY-Schicht-Konvertierungsprozedur (S5'), die durch die Schritte gekennzeichnet ist von einem Empfangen (S5a') eines digitalen Signals von einem Backbone, Zuteilen (S5b') eines einzelnen RF-Übertragungskanals eines drahtlosen LAN's 102a, b, c, e, mittels einer drahtlosen PHY-Sicht-Konvertierungsstufe 112a–e, Konvertieren (S5c') des Signals von einem Modulationsschema zum anderen und Übermitteln (S5d') des erhaltenen RF-Signals über den zugeteilten RF-Übertragungskanal.

Merke, dass beide digitale Modulationsschemas eher Bänder im RF-Bereich verwenden können als die Konvertierung in den IF-Bereich, wie in der ersten Ausführung vorgeschlagen.
Unabhängig von dem betreffenden Szenario ermöglicht die vorliegende Erfindung die Benutzung einer gemeinsamen MAC-Schicht, die durch die zentrale Backbone-Steuerung 104 gesteuert ist, welche die einfachste Integration aller möglichen Heimnetzwerksystem-Medienelemente ermöglicht. Das Backbon-Netzwerk 106 erscheint dabei für die Außenwelt als eine einzelne alles steuernde Instanz. Andere Medientypen können an das Backbone-Netzwerk 106 durch die Nutzung einer speziellen Vorrichtung mit einem Protokollstapel angeschlossen werden, der oben eine entsprechende Konvergenz-Schicht hat, und welche als ein Terminal innerhalb des Backbone-Netzwerks 106 agiert.
Um zu erklären, wie ein virtueller Zugangspunkt 108 an verschiedenen Standorten mit Hilfe der OFDM-Multiplex-Technik empfangen und übertragen kann, werden nun die Hauptmerkmale von OFDM kurz diskutiert. Wie in 4 dargestellt, ist eine OFDM-Nachricht aus hintereinander folgenden Symbolen (..., n – 1, n, n + 1, ...) kombiniert, die durch die so genannten Guard-Intervalle (GI) separiert sind. Ein wichtiger Vorteil des OFDM-Systems gegenüber anderen Multiplexsystemen ist, dass sie im Falle eines Mehrfachpfad-Empfangs eine sehr gute Leistung zeigen. Ein Grund für dieses verbesserte Verhalten ist die Einführung von Guard-Intervallen in der multiplexten Nachricht. Entsprechend der Theorie hat die Dauer T_GI des Guard-Intervalls größer zu sein als die längste Echolänge des Ausbreitungspfades. Eine direkte Folge, genannt Merkmal F0, ist die, dass alle verschiedenen Signalpfade, die Phasenschritte in dem Signal zum Zeitpunkt dessen Eintreffens verursachen, in dem Empfänger vor dem Ende des Guard-Intervalls verfügbar sind. Mit anderen Worten, der Empfänger hat alle Signale, die ein Symbol n tragen und über verschiedene Pfade übertragen worden sind, vor dem Empfang des nächsten Symbols n + 1 erhalten. Alle Signalpfade, die beim Empfänger während des Guard-Intervalls eintreffen sind hierfür konstruktiv überlagert und beitragend, ohne Interferenzen mit dem empfangenen Signal.
Die vorliegende Erfindung verwendet das Merkmal F0 durch Ausweitung des Guard-Intervalls für mehr als eine physikalische Schicht.
5 stellt eine Ausführung eines heterogenen Heimnetzwerksystems 500 nach vorliegender Erfindung dar, die eine Konvertierungsstufe 505 für physikalische Schicht und zwei physikalische Schichten Phy1 und Phy2 umfasst.
Das Signal, das zwischen einem Knoten 1 501 und einem Knoten 2 503 der ersten physikalischen Schicht Phy1 übertragen wird, benutzt zumindest einen Übertragungspfad und möglicherweise einige Übertragungspfade im Falle z.B. eines drahtlosen Backbone-Zugangsknotens. Die Dauer T1 ist der maximale Verzögerungspfad der physikalischen Schicht Phy1, was die längste Übertragungsdauer zwischen dem Knoten 1 501 und dem Knoten 2 503 bedeutet. In gleicher Weise ist die Dauer T2 der maximale Verzögerungspfad der zweiten physikalischen Schicht Phy2 zwischen einem Knoten 1 502 und einem Knoten 2 504.
Die Knoten 2 503, 504 beider physikalischer Schichten Phy1 und Phy2 bilden die PHY-Schicht-Konvertierungsstufe 505. T_p ist die Verzögerung in der PHY-Schicht-Konvertierungsstufe 505.
6 zeigt den Aufbau und die Verzögerungen einer OFDM-Nachricht, wenn die OFDM-Technik in dem heterogenen Heimnetzwerksystem 500 benutzt wird, das in 5 präsentiert ist. Die vorliegende Erfindung macht den Gebrauch von dem obigen detaillierten Merkmal F0 des OFDM entsprechend welchem alle Signale, die ein Symbol n über eine Vielzahl von Pfaden übertragen, empfangen sind, bevor das Guard-Intervall beendet ist, das dem Symbol n folgt, d.h. vor dem Empfang des nächsten Symbols n + 1. Das ist sichergestellt, wenn die Dauer des Guard-Intervalls T_GI größer ist, als der längste Verzögerungspfad.
Im Fall der Ausführung nach 5 ist das Merkmal F0 sichergestellt, wenn die Gesamtverzögerung, die bestehend aus:

– dem längsten Signalpfad in der physikalischen Schicht Phy1 T1,
– der Bearbeitungszeit in der Konvertierungsstufe 505T der physikalischen Schicht, und
– dem längsten Signalpfad in der physikalischen Schicht Phy2 T2

500

Wenn die Gesamtlaufzeit eines Signals von dem sendenden Knoten 501 der ersten physikalischen Schicht Phy1 über die Konvertierungsstufe 505 für physikalische Schicht zum Zielknoten 502 der zweiten physikalischen Schicht Phy2 die Dauer des Guard-Intervalls des OFDM-Signals nicht überschreitet, d.h. wenn die folgende Gleichung erfüllt ist: TGI > T1 + Tp + T2 (Gl. 1)dann kann das heterogene Netzwerksystem 100a von dem Standpunkt der MAC-Schicht als ein gemeinsames System angesehen werden.

Somit, obwohl der verkabelte 102d und drahtlose 102a, b, c, e LAN's, die das Netzwerk 100a bilden, verschiedene OFDM-basierende physikalische Schichten repräsentieren ist das heterogene Netzwerk 100a fähig eine gemeinsame MAC-Schicht für alle verkabelte 102d und drahtlose 102a, b, c, e LAN's zu benutzen. Die Konvertierung des Signals zu dem gemeinsamen Protokoll findet in den verkabelten 109 und drahtlosen 111a, b, c, e Backbone-Zugangsknoten, z.B. in der Konvertierungsstufe 505 der physikalischen Schicht statt. Tabelle: Dargestellte Merkmale und deren betreffende Bezugskennzeichen

Nr.	Technischer Merkmal (Systemkomponente oder Bearbeitungsschritt)
100a	Heimnetzwerksystem, welches durch eine Anzahl von verkabelten (102d) und drahtlosen LAN's (102a, b, c, e) gebildet ist, die mit einem Backbone-Netzwerk 106 verbunden sind, wobei das Heimnetzwerksystem 100a eine Anzahl von drahtlosen Anschlüssen WT₁, WT₂, WT₃, WT₄, WT₅, WT_m+1 und WT_m+2 und einer verkabelten Kommunikationsvorrichtung T_m aufweist, die miteinander via eines virtuellen Zugangspunktes (AP) verbunden sind
100b	Logischer Netzwerkaufbau für das Heimnetzwerksystem 100a
101	Abdeckungsbereich einer Netzwerkumgebung mit untereinander verbundenen drahtlosen (WT₁, WT₂, WT₃, WT₄, WT₅, WT_m+1 und WT_m+2) und verkabelten Kommunikationsvorrichtungen (Tm)
102a	Raum Nr.1 einer vernetzten Gebäudeumgebung in dem Abdeckungsbereich eines drahtlosen Heimnetzwerksystems 100a, worin zwei drahtlose Anschlüsse (WT₁ and WT₂) an ein Backbon-Netzwerk 106 via einer ersten RF/PHY-Konvertierungsstufe 111a angeschlossen sind
102b	Raum Nr.2 des vernetzten Gebäudes in dem Abdeckungsbereich 101 des drahtlosen Heimnetzwerksystems 100a, worin ein drahtloser Anschluss (WT₃) an das Backbon-Netzwerk 106 via einer zweiten RF/PHY-Konvertierungsstufe 111b angeschlossen ist
102c	Raum Nr.3 einer vernetzten Gebäudeumgebung in dem Abdeckungsbereich des drahtlosen Heimnetzwerksystems 100a, worin zwei drahtlose Anschlüsse (WT₄ and WT₅) an das Backbon-Netzwerk 106 via einer dritten RF/PHY-Konvertierungsstufe 111c angeschlossen sind
102d	Raum Nr. n des vernetzten Gebäudes in dem Abdeckungsbereich des drahtlosen Heimnetzwerksystems 100a, worin ein drahtloser Anschluss (WT_m) an das Backbone-Netzwerk 106 via eines verkabelten Backbone-Zugangsknotens 109 angeschlossen ist

Nr.	Technischer Merkmal (Systemkomponente oder Bearbeitungsschritt)
102e	Raum Nr. (n + 1) einer vernetzten Gebäudeumgebung in dem Abdeckungsbereich des drahtlosen Heimnetzwerksystems 100a, worin zwei drahtlose Anschlüsse WT_m+1 and WT_m+2 an das Backbone-Netzwerk 106 via einer vierten RF/PHY-Konvertierungsstufe 111e angeschlossen sind
104	Steuerinstanz des Netzwerksystems, die an das Backbone-Netzwerk 106 angeschlossen ist
106	Backbone-Netzwerk, das eine Anzahl drahtloser (111a–e) und/oder verkabelter Backbone-Zugangsknoten (109) des Heimnetzwerksystems 100a untereinander verbindet
108	Virtueller Zugangspunkt, bestehend aus dem Backbone-Netzwerk 106 und einer Anzahl drahtloser (111a–e) und/oder verkabelter Backbone-Zugangsknoten (109)
109	Verkabelter Backbone-Zugangsknoten, welcher die verkabelte Kommunikationsvorrichtung T_m, die im Raum Nr. n positioniert ist, mit dem Backbone-Netzwerk 106 verbindet
110a	Tx/Rx Antenne eines ersten drahtlosen RF-Transceivers 112a
110b	Tx/Rx Antenne eines zweiten drahtlosen RF-Transceivers 112b
110c	Tx/Rx Antenne eines dritten drahtlosen RF-Transceivers 112c
110e	Tx/Rx Antenne eines vierten drahtlosen RF-Transceivers 112e
111a	RF/PHY-Konvertierungsstufe des ersten drahtlosen RF-Transceivers 112a, welcher die drahtlosen Anschlüsse WT₁ und WT₂, die im Raum Nr. 1
111b	positioniert sind, mit dem Backbone-Netzwerk 106 verbindet RF/PHY-Konvertierungsstufe des zweiten drahtlosen RF-Transceivers 112b, welcher den drahtlosen Anschluss WT3, der im Raum Nr. 2 positioniert ist, mit dem Backbone-Netzwerk 106 verbindet
111c	RF/PHY-Konvertierungsstufe des dritten drahtlosen RF-Transceivers 112c, welcher die drahtlosen Anschlüsse WT₄ und WT₅, die im Raum Nr. 3 positioniert sind, mit dem Backbone-Netzwerk 106 verbindet
111e	RF/PHY-Konvertierungsstufe des vierten drahtlosen RF-Transceivers 112e, welcher die drahtlosen Anschlüsse WT_m+1 und WT_m+2, die im Raum Nr. (n + 1) positioniert sind, mit dem Backbone-Netzwerk 106 verbindet

Nr.	Technischer Merkmal (Systemkomponente oder Bearbeitungsschritt)
112a	erster drahtloser RF-Transceiver 112a, der im Raum Nr. 1 des vernetzten Gebäudes positioniert ist
112b	zweiter drahtloser RF-Transceiver 112b, der im Raum Nr. 2 des vernetzten Gebäudes positioniert ist
112c	dritter drahtloser RF-Transceiver 112c, der im Raum Nr. 3 des vernetzten Gebäudes positioniert ist
112d	vierter drahtloser RF-Transceiver 112d, der im Raum Nr.(n + 1) des vernetzten Gebäudes positioniert ist
200	analoge Frontend-Architektur für die kombinierte Modulator/Demodulator-Stufe eines drahtlosen RF-Transceivers, die für eine Down-Konvertierung eines RF-Signals, das via eines zugeteilten RF-Übertragungskanals eines drahtlosen Lokalbereich-Netzwerks 102a, b, c, e empfangen wird, von einem RF-Band in ein Band mittlerer Frequenz (IF) benötigt wird oder eine Up-Konvertierung eines IF-Signals, das von dem IF-Band zu einem RF-Band zu übertragen ist, wobei die gleiche MAC-Schicht für das ganze Netzwerk benutzt wird, derart dass betreffendes IF-Signal eines RF-Signals, das via eines zugeteilten RF-Übertragungskanals eines drahtlosen Lokalbereich-Netzwerks 102a, b, c, e übertragen worden ist, auf dem Backbon-Medium und im verkabelten Backbon-Netzwerk 106 benutzt ist
202	Tx/Rx Antenne des drahtlosen RF-Transceivers
204	Modulator/Demodulator-Stufe des drahtlosen RF-Transceivers
204a	Up-/Down-Konvertierungsmixer der Modulator/Demodulator-Stufe 204
204b	lokaler Oszillator der Modulator/Demodulator-Stufe, welcher ein annähernd sinusförmiges Oszillatorsignal liefert
300	analoge Frontend-Architektur eines drahtlosen RF-Transceivers mit einer PHY-Konvertierungs-Stufe, die für eine PHY-Schicht Konvertierung eines RF-Signals, das via eines zugeteilten RF-Übertragungskanals eines drahtlosen Lokalbereich-Netzwerks 102a, b, c, e empfangen wird, von einem RF-Band bei einer Zentralfrequenz f₂ zu einer anderen Frequenz f₁ oder vice versa benötigt wird, wobei die gleiche MAC- Schicht, aber verschiedene PHY-Schichten auf dem Backbone-Medium und auf den drahtlosen Lokalbereich- Netzwerken 102a, b, c, e

Nr.	Technischer Merkmal (Systemkomponente oder Bearbeitungsschritt)
	benutzt werden
302	Tx/Rx Antenne des drahtlosen RF-Transceivers
304	PHY-Schicht Konvertierungsstufe des drahtlosen RF-Transceivers
500	Heterogenes Heimnetzwerksystem
501	Knoten 1 einer ersten physikalischen Schicht Phy1, betrachtet als Sendeknoten
502	Knoten 1 einer zweiten physikalischen Schicht Phy2, betrachtet als Zielnoten
503	Knoten 2 einer ersten physikalischen Schicht Phy1, der ein Teil einer Konvertierungsstufe 505 einer physikalischen Schicht ist
504	Knoten 2 einer zweiten physikalischen Schicht Phy2, der ein Teil einer Konvertierungsstufe 505 einer physikalischen Schicht ist
505	Konvertierungsstufe einer physikalischen Schicht
μC	zentrale Backbone-Steuerinstanz (μC) des Backbone-Netzwerks 106, welche die gemeinsame Medienzugangs-Steuerschicht (MAC) steuert
SOa	Schritt Nr. 0a: Zuteilen einer Anzahl von verkabelten und/oder drahtlosen Übertragungskanälen
S0b	Schritt Nr. 0b: Überbrücken zwischen Heimnetzwerk-Medienelementen verschiedener Datentypen auf zugeteilten Übertragungskanälen in einer vordefinierten Schicht des unterlegten Protokollstapels
S1	Schritt Nr. 1: Benutzung einer gemeinsamen Medienzugangs-Steuerschicht (MAC) für das ganze Netzwerksystem 100a, die für den Zugang zu verschiedenen Backbone-Medien des verkabelten Backbone-Netzwerks 106 benötigt wird
S2	Schritt Nr. 2: Zugreifen auf die Backbone-Medien des Backbone-Netzwerks 106
S2'	Schritt Nr. 2': Integration/Einbinden der Heimnetzwerk-Medienelemente verschiedener Multimedien-Datentypen, die durch das Heimnetzwerksystem 100a untereinander verbunden sind
S3	Schritt Nr. 3: Benutzen von verschiedenen physikalischen (PHY) Schichten auf den Backbone-Medien und in den drahtlosen Lokalbereich-Netzwerken 102a, b, c, e

Nr.	Technischer Merkmal (Systemkomponente oder Bearbeitungsschritt)
S4	Schritt Nr. 4: Abbilden einer PHY-Schicht-Repräsentation eines RF-Signals, das via eines zugeteilten RF-Übertragungskanals eines drahtlosen Lokalbereich-Netzwerks 102a, b, c, e übertragen wird, auf ein IF-Signal in einem Backbone-Medium in dem verkabelten Backbone-Netzwerk 106
S5	Schritt Nr. 5: PHY-Schicht-Konvertierungsprozedur
S5'	Schritt Nr. 5': inverse PHY-Schicht-Konvertierungsprozedur
S5a	Schritt Nr. 5a: Empfangen eines RF-Signals von einem drahtlosen Lokalbereich-Netzwerk 102a, b, c, e
S5b	Schritt Nr. 5b: Zuteilen eines Backbone-Mediums, das an das Backbone-Netzwerk 106 angeschlossen ist
S5c	Schritt Nr. 5c: Down-Konvertieren des RF-Signals von einem RF-Band zu einem betreffenden IF-Band
S5d	Schritt Nr. 5d: Übertragen des erhaltenen IF-Signals via des zugeteilten Backbone-Mediums
S5a'	Schritt Nr. 5a': Empfangen eines IF-Signals von einem Backbone-Medium, das an das Backbone-Netzwerk 106 angeschlossen ist
S5b'	Schritt Nr. 5b': Zuteilen eines einzelnen RF-Übertragungskanals eines drahtlosen Lokalbereich-Netzwerks 102a, b, c, e, das via eines drahtlosen Zugangspunktes 112a–e mit dem verkabelten Ethernet-LAN 106 verbunden ist
S5c'	Schritt Nr. 5c': Up-Konvertieren des IF-Signals von dem IF-Band zum betreffenden RF-Band
S5d'	Schritt Nr. 5d': Übertragen des erhaltenen RF-Signals via des zugeteilten RF-Übertragungskanals

Claims

Verfahren zum Betreiben eines heterogenen OFDM-basierten Netzwerksystems (100a), welches verdrahtete (102d) und/oder drahtlose LAN's (102a, b, c, e) umfasst, die an einem virtuellen Zugangspunkt (108) angeschlossen sind, der ein Backbone-Netzwerk (106), eine Steuerinstanz (104), Verdrahtet-zu-backbone-Brücken (109) und/oder drahtlos-zu-backbone-Brücken (112a–e) zu dem Backbon-Netzwerk (106) umfasst, wobei die Verdrahtet-zu-backbone-Brücken (109) und/oder drahtlos-zu-backbone-Brücken (112a–e) jeweils die zugehörigen RF/PHY-Konvertierungsstufen (111a–e) aufweisen, die jeweils von einer ersten physikalischen Schicht (PHY1) zu einer zweiten physikalischen Schicht (PHY2) konvertieren, wobei das Guard-Interval des OFDM-Systems größer gesetzt ist als die für eine Konvertierungsstufe erforderliche Zeit und die maximale Gesamtverzögerung zwischen zwei Knoten des OFDM-basierten Netzwerksystems (100a), und wobei eine einzelne gemeinsame Medien-Zugangssteuerung-Schicht (MAC) für das heterogene Netzwerksystem (100a) benutzt ist, welches für den Zugang (S2) zu verschieden Medien des Backbone-Netzwerks (106) und die Einbindung (S2') von Netzwerkmedienelementen verschiedener Multimedien-Datentypen, die durch das Netzwerksystem (100a) verbunden sind, erforderlich ist.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine PHY-Schicht-Konvertierungsprozedur (S5), die die Schritte umfasst Empfangen (S5a) eines RF-Signals von einem drahtlosen LAN (102a, b, c, e), Zuteilen (S5b) eines mit dem Backbone-Netzwerk (106) verbundenen Backbone-Mediums, Down-Konvertieren (S5c) des RF-Signals eines RF-Bands zu einem zugehörigen IF-Band, und Übermitteln (S5d) des erhaltenen IF-Signals mittels des zugeteilten Backbone-Mediums.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine inverse PHY-Schicht-Konvertierungsprozedur (S5), die die Schritte umfasst Empfangen (S5a') eines digitalen Signals von einem Bachbone, Zuteilen (S5b') eines einzelnen RF-Übertragungskanals eines drahtlosen LAN's (102a, b, c, e), das mit dem verkabelten Backbone-Netzwerk (106) mittels einer Kabellos-zu-backbone-Brücke (112a–e) verbunden ist, Konvertieren (S5c') des Signals von der physikalischen Schicht des Backbone-Mediums zu einem zugehörenden modulierten Signal in dem RF-Band, und Übermitteln (S5d') des erhaltenen RF-Signals über den zugeteilten RF-Übermittlungskanal.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Medien-Zugangssteuerung (MAC) Schicht durch eine zentrale Backbone-Steuerinstanz (104) des Backbone-Netzwerks (106) gesteuert ist.
Heterogenes OFDM-basiertes Netzwerksystem (100a), welches verdrahtete (102d) und/oder drahtlose LAN's (102a, b, c, e) umfasst, die an einem virtuellen Zugangspunkt (108) angeschlossen sind, der ein Backbone-Netzwerk (106), eine Steuerinstanz (104), Verdrahtet-zu-backbone-Brücken (109) und/oder drahtlos-zu-backbone-Brücken (112a–e) zu dem Backbone-Netzwerk (106) umfasst, wobei die Verdrahtet-zu-backbone-Brücken (109) und/oder Kabellos-zu-backbone-Brücken (112a–e) entsprechend die zugehörigen RF/PHY-Konvertierungsstufen (111a–e) umfassen, die entsprechend von einer ersten physikalischen Schicht (PHY1) zu einer zweiten physikalischen Schicht (PHY2) konvertieren, wobei das Sicherheitsinterval des OFDM-Systems größer gesetzt ist, als die für eine Konvertierungsstufe erforderliche Zeit und die maximale Gesamtverzögerung zwischen zwei Knoten des OFDM-basierten Netzwerksystems (100a), und wobei eine einzelne gemeinsame Medien-Zugangssteuerung-Schicht (MAC) für das heterogene Netzwerksystem (100a) benutzt ist, welches für den Zugang (S2) zu verschieden Medien des Backbone-Netzwerks (106) und die Einbindung (S2') von Netzwerkmedienelementen verschiedener Multimedien-Datentypen, die durch das Netzwerksystem (100a) verbunden sind, erforderlich ist.
Heterogenes OFDM-basiertes Netzwerksystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede drahtlos-zu-backbone-Brücke (112a, b, c, e) eine PHY-Schicht-Konvertierungsstufe (304) für die Anbindung der PHY-Schicht-Darstellung eines über ein kabelloses, lokales Bereichs-LAN (102a, b, c, e) übermittelten RF-Signals an ein Signal des Backbone-Mediums umfasst.
Heterogenes OFDM-basiertes Netzwerksystem nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Backbone-Netzwerk (106) und seine Steuerinstanz (104) ein Leistungskommunikation-System ist, welches ausgelegt ist das IF-Spektrum eines mittels eines zugeteilten RF-Übermittlungskanals empfangenen RF-Signals des kabellosen, lokalen Bereichs-LAN's (102a, b, c, e) zu nutzen.