WO2001099330A1 - Verfahren zur synchronisation des sende- und empfangsbetriebs von sendern und empfängern in einem telekommunikationsnetzwerk undtelekommunikationsnetzwerk zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zur Synchronisation des Sende- und Empfangsbetriebs von Sendern und Empfängern in einem Telekommunikationsnetzwerk ist im Hinblick auf eine universelle Synchronisation des Sende- und Empfangsbetriebs, insbesondere im Rahmen dezentraler Telekommunikationsnetzwerke, durch die folgenden Schritte gekennzeichnet: Senden von Signalimpulsen mit vorgebbarer und identischer Breite und Taktrate durch mindestens einen Sender; Setzen eines beliebigen Zeitpunkts t0 - während des Sendens der Signalimpulse durch den mindestens einen Sender durch mindestens einen Empfänger; Bilden von Empfangszeitfenstern mit vorgebbarer und normierter oder identischer Breite und mit zu den Signalimpulsen identischer Taktrate ab dem Zeitpunkt t0 durch den mindestens einen Empfänger; Feststellen eines Zeitpunkts t1 eines Signalmaximums des aus den Signalimpulsen des Senders bestehenden oder aus den addierten Signalimpulsen der Sender entstandenen Gesamtsignals in einem vorgebbaren Zeitraum ab dem Zeitpunkt t0 durch den mindestens einen Empfänger in einem Empfangszeitfenster; und Senden von Signalimpulsen der Breite und Taktrate der ursprünglichen Sender durch den mindestens einen Empfänger, wobei ein Signalimpuls im Wesentlichen an einem relativ zu der Taktrate der Empfangszeitfenster um die Zeit DELTA t = t1 t0 verschobenen Zeitpunkt gesendet wird, so dass die durch den mindestens einen Empfänger erzeugte Signalimpulsfolge im Wesentlichen synchron oder im Takt mit der Signalimpulsfolge des ursprünglichen Senders oder der ursprünglichen, das Signalmaximum im Wesentlichen bildenden Sender gesendet wird. Des Weiteren ist ein Telekommunikationsnetzwerk zur Durchführung des Verfahrens angegeben.

Description

VERFAHREN ZUR SYNCHRONISATION DES SENDE- UND EMPFANGSBETRIEBS VON SENDERN UND EMPFANGERN IN EINEM TELEKOMMUNIKATIONSNETZWERK UNDTELEKOMMUNIKATIONSNETZWERK

ZUR DURCHFUHRUNG DES VERFAHRENS

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisation des Sende- und Empfangsbetriebs von Sendern und Empfängern in einem Telekommunikationsnetzwerk. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Telekommunikationsnetzwerk, insbesondere Funknetzwerk, wobei Sender und Empfänger zur Durchführung des obigen Verfahrens ausgebildet sind.

Verfahren der eingangs genannten Art sowie entsprechende Telekommunikationsnetzwerke sind aus der Praxis bekannt. Für den Betrieb eines Telekommunikationsnetzwerks ist es vorteilhaft, wenn sich die Sender und die Empfänger des Netzwerks zeitpunktgenau miteinander verständigen können. Dann können Telekommunika- tions-Verbindungsteilnehmer genaue Sende- und Empfangszeitpunkte festlegen und benutzen, zu denen andere verbindungsfremde Sender nicht senden und damit die betrachteten Empfänger bzw. die betrachtete Verbindung nicht stören. Dazu müssen die Zeitpunkte des Beginns und der Beendigung von Sendeübertragungen von allen am Telekommunikationsnetzwerk beteiligten Sendern und Empfängern gemeinsam bzw. synchron festgelegt werden.

Diese notwendige Synchronisation erfolgt bisher dadurch, dass alle Sender und Empfänger einen gemeinsamen Uhrzeitpunkt bzw. Taktzeitpunkt verwenden, nach dem sie ihre Sende- und Empfangsübertragungszeitpunkte ausrichten und festlegen. Die verwendete Synchronisationsuhr, die einen oder mehrere Zeitpunkt-Signalgeber verwenden kann, wird deshalb als eine zentrale Einrichtung des Telekommunikationsnetzwerks angesehen.

Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass für ein synchronisiertes Telekommunikationsnetzwerk eine solche zentrale Uhr vorliegen bzw. unterhalten und betrieben werden muss. Daneben besteht der weitere Nachteil, dass bei der Verwendung von zentralen Uhren den in Verbindung tretenden Sendern und Empfängern ihre genaue gegenseitige Position bzw. gegenseitige Entfernung bekannt sein muss, um die notwendige Zeitpunktverschiebung der Synchronisationssignale durch eine Laufzeitverzögerung bei der Sendeübertragung berücksichtigen bzw. ausgleichen zu können.

Folglich können dezentrale Telekommunikationsnetzwerke, die ohne zentrale Einrichtungen auskommen sollen, oder Netzwerke, bei denen den einzelnen Teilnehmern der genaue Abstand zu ihren Verbindungspartnern nicht bekannt ist, nicht mittels zentraler Uhren synchronisiert werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie ein Telekommunikationsnetzwerk der eingangs genannten Art anzugeben, wonach eine universelle Synchronisation des Sende- und Empfangsbetriebs, insbesondere im Rahmen dezentraler Telekommunikationsnetzwerke, ermöglicht ist.

Erfindungsgemäß ist die voranstehende Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Telekommunikationsnetzwerk mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17 gelöst. Danach weist das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Schritte auf: Senden von Signalimpulsen mit vorgebbarer und identischer Breite und Taktrate durch mindestens einen Sender; Setzen eines beliebigen Zeitpunkts t₀ - während des Sendens der Signalimpulse durch den mindestens einen Sender - durch mindestens einen Empfänger; Bilden von Empfangszeitfenstern - mit vorgebbarer und normierter oder identischer Breite und mit zu den Signalimpulsen identischer Taktrate - ab dem Zeitpunkts t₀ durch den mindestens einen Empfänger; Feststellen eines Zeitpunkts ^ eines Signalmaximums des aus den Signalimpulsen des Senders bestehenden oder aus den addierten Signalimpulsen der Sender entstandenen Gesamtsignals in einem vorgebbaren Zeitraum ab dem Zeitpunkt t₀ durch den mindestens einen Empfänger in einem Empfangsfenster; Senden von Signalimpulsen der Breite und Taktrate der ursprünglichen Sender durch den mindestens einen Empfänger, wobei ein Signalimpuls im wesentlichen an einem relativ zu der Taktrate der Empfangszeitfenster um die Zeit Δt = t, - 1₀ verschobenen Zeitpunkt gesendet wird, so dass die durch den mindestens einen Empfänger erzeugte Signalimpulsfolge im wesentlichen synchron oder im Takt mit der Signalimpulsfolge des ursprünglichen Senders oder der ursprünglichen Sender gesendet wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sendet zunächst mindestens ein Sender Signalimpulse mit vorgebbarer und identischer Breite sowie vorgebbarer und identischer Taktrate. Meistens senden jedoch mehrere Sender derartige Signalimpulse, wobei hier das Senden noch zufällig und unsynchronisiert sein kann.

Im nächsten Schritt setzt sich mindestens ein Empfänger einen beliebigen Zeitpunkt t₀, wobei dieses Setzen während des Sendens der Signalimpulse durch den mindestens einen Sender oder mehrere Sender erfolgt. Dieser Zeitpunkt t₀ gilt für den oder die Empfänger als zeitlicher Bezugspunkt für das weitere Verfahren.

Der mindestens eine Empfänger bildet nun Empfangszeitfenster ab dem Zeitpunkt t₀, wobei die Empfangszeitfenster eine vorgebbare und normierte oder identische Breite sowie eine mit den Signalimpulsen der Sender identische Taktrate aufweisen. Die Lage der Empfangszeitfenster relativ zum Zeitpunkt t₀ ist hierdurch definiert. Der mindestens eine Empfänger verschiebt nun das Empfangszeitfenster zeitlich.

Als nächstes stellt der mindestens eine Empfänger einen Zeitpunkt ^ ausgehend vom Zeitpunkt t₀fest, bei dem ein Signalmaximum in einem Empfangszeitfenster auftritt. Das Signalmaximum gehört zum Gesamtsignal, das aus den Signalimpulsen des Senders besteht oder aus den addierten Signalimpulsen der Sender - bei Vorliegen mehrerer Sender - entstanden ist. Dabei ist ein vorgebbarer Zeitraum t t₀ ab dem Zeitpunkt t₀ gewählt. Mit anderen Worten wird ein Signalmaximum aus einem Gesamtsignal ermittelt, das sich aus der Überlagerung der durch Sender gesendeten Signalimpulse zusammensetzt. Dabei haben die Sender - wie oben erwähnt - Signalimpulse mit vorgebbarer und identischer Breite und Taktrate gesendet. Die Signalimpulse werden - je nach Fortschritt der Synchronisierung - mehr oder minder synchron gesendet. Dabei liegt hier eine Überlagerung der Signalimpulse zur Bildung des Gesamtsignals vor. Ein Maximum dieses Gesamtsignals liegt dann vor, wenn schon mehrere Sender in etwa synchron senden. Einem derartigen Signalmaximum wird dann der Zeitpunkt t, zugeordnet. Durch die Bildung der Abfolge von Empfangszeitfenstern ist quasi ein Abscannen eines vorgebbaren Zeitraums ab dem Zeitpunkt t₀ ermöglicht. Der Beginn der Empfangszeitfensterfolge muss also nicht zum Zeitpunkt t₀ erfolgen, sondern kann auch relativ zum Zeitpunkt t₀ in vorgebbarer Weise verschoben sein. Bei einer derartigen Verschiebung ist jedoch sicherzustellen, dass überhaupt Signalimpulse von einem Sender oder mehreren Sendern durch einen oder mehrere Empfänger empfangen werden können.

Im letzten Verfahrensschritt sendet nunmehr der mindestens eine Empfänger Signalimpulse mit der Breite und Taktrate der ursprünglichen Signale der ursprünglichen Sender. Dabei wird jedoch ein beliebiger Signalimpuls im Wesentlichen an einem relativ zu der Taktrate der Empfangszeitfenster um die Zeit Δt = t t₀ verschobenen Zeitpunkt gesendet. Hierdurch wird erreicht, dass der ursprüngliche Empfänger sich quasi mit der Gruppe von Sendern synchronisiert, die das Signalmaximum im Wesentlichen gebildet haben. Dabei wird die durch den mindestens einen Empfänger erzeugte Signalimpulsfolge im Wesentlichen synchron oder im Takt mit der Signalimpulsfolge des ursprünglichen Senders oder der ursprünglichen, das Signalmaximum im Wesentlichen bildenden Sender gesendet.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hört quasi ein Empfänger darauf, zu welchem Zeitpunkt die meisten Sender oder ein Großteil der Sender einen Signalimpuls oder Signalimpulse senden. Diese im Wesentlichen gleichzeitig sendenden Sender senden schon quasi synchron. Entsprechend hängt sich der Empfänger quasi an diese Sender an, um die Anzahl an synchron sendenden Sendern bzw. synchronisierten Senden und Empfängern zu erhöhen.

Bei mehrfacher Abfolge des derartigen Verfahrens durch mehrere Empfänger erfolgt eine Art Selbstsynchronisation oder Autosynchronisation der jeweiligen Empfänger. Im Ergebnis nimmt das Maß an Synchronisation im gesamten Telekommunikationsnetzwerk zu. Das Verfahren lässt sich so oft mit verschiedenen Empfängern durchführen, bis quasi das gesamte Telekommunikationsnetzwerk synchron arbeitet.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren sind keine zentralen Netzwerk-Elemente erforderlich. Des Weiteren ist es auch nicht erforderlich, den genauen Abstand zwischen den Sendern und Empfängern zu wissen, da Laufzeitunterschiede von Signalen aufgrund unterschiedlicher Abstände zwischen den Sendern und Empfängern bei der Durchführung des Verfahrens quasi von selbst mitberücksichtigt werden. Bei dem Verfahrensschritt des Feststeilens des Zeitpunkts t., ist es für den Empfänger unwe- sentlich, wie die genaue Distanzlage der Sender und Empfänger zueinander ist, da für den Empfänger nur ein Signalmaximum wesentlich ist.

Folglich ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine universelle Synchronisation des Sende- und Empfangsbetriebs, insbesondere im Rahmen dezentraler Telekommunikationsnetzwerke, ermöglicht.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass innerhalb der gesamten vorliegenden Beschreibung der Erfindung der Begriff „Breite" im Zusammenhang mit Peaks, Signalimpulsen oder Fenstern im Sinne von zeitlicher Breite oder zeitlicher Dauer zu verstehen ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens könnten die Signalimpulse auf einem vorgebbaren Synchronisierungskanal gesendet werden. Hierdurch wäre eine Signalüberschneidung bzw. Signalüberlagerung mit beispielsweise einem zu übertragenden Datensignal vermieden.

Das Senden und Empfangen der Signalimpulse könnte von jedem Sender und/oder Empfänger in vorgebbaren oder zufällig gewählten Zeitintervallen erfolgen. Dabei ist lediglich wesentlich, dass die Signalimpulse zu einer Zeit gesendet werden, zu der mindestens ein Empfänger derartige Signalimpulse empfangen kann.

Sinngemäß könnte jeder Sender und/oder Empfänger nach vorgebbaren oder zufällig gewählten Zeitabständen senden und empfangen. Mit anderen Worten könnte eine Signalimpulsfolge eine Zeit lang gesendet werden und anschließend eine Pause eingelegt werden, bis die Signalimpulsfolge wieder gesendet wird. Die Häufigkeit des Sendens und Empfangens derartiger Signalimpulsfolgen sowie deren Länge ist auf den jeweilige Anwendungsfall abzustellen. Hierbei kann für den jeweiligen Anwendungsfall das optimale Vorgehen ermittelt werden, d. h. ein Vorgehen, bei dem die Synchronisation z. B. möglichst schnell erfolgt.

Im Hinblick auf eine möglichst schnelle Synchronisation könnte mindestens einer der Sender auch einmal zum Empfänger werden und könnte mindestens einer der Empfänger auch einmal zum Sender werden. Hierbei könnte ein Wechsel eines Senders zum Empfänger und eines Empfängers zum Sender zufällig erfolgen.

Die Breite der Empfangszeitfenster könnte im Wesentlichen der Breite der gesendeten Signalimpulse entsprechen. Im Hinblick auf eine möglichst gute Signalauflösung könnte die Breite der Empfangszeitfenster jedoch auch möglichst gering gewählt werden.

Im Hinblick auf ein besonders sicheres Feststellen des Zeitpunkts t, eines Signalmaximums könnte der oder könnten die Empfänger die Zeitlage der Empfangszeitfenster variieren. Hierdurch ist ebenfalls ein besonders schnelles Feststellen des Zeitpunkts ti gewährleistet.

Ebenfalls im Hinblick auf ein besonders sicheres Feststellen des Zeitpunkts t₁ könnte der vorgebbare Zeitraum ab dem Zeitpunkt t₀ mindestens eine vollständige Periode der durch den mindestens einen Sender gesendeten Signalimpulsfolge umfassen. Ansonsten könnte ein Feststellen des Zeitpunkts ^ scheitern.

Hinsichtlich eines besonders sicheren Feststellens des Zeitpunkts t, könnte jeder Empfänger den Verlauf des Gesamtsignals innerhalb der Periode feststellen und vorzugsweise abspeichern. Hierdurch ist eine besonders genaue Analyse der empfangenen Signale ermöglicht.

Das Signalmaximum, das zum Zeitpunkt t, festgestellt wird, könnte ein absolutes Maximum in dem untersuchten Zeitraum sein. Jedoch auch ein relatives Maximum könnte schon ein verbessertes Maß an Synchronisierung begründen.

Je nach Anwendungsfall könnte das Signalmaximum in einem vorgebbaren Zeitintervall festgestellt werden. Im Hinblick auf eine besonders sichere und wirkungsvolle Synchronisation könnte das Senden von Signalimpulsen über mehrere Perioden hinweg erfolgen. Hierdurch wäre ein besonders sicherer Empfang der Signalimpulse durch Empfänger gewährleistet. Das Empfangssignal, das bei einem Variieren der Zeitlage der Empfangszeitfenster variationsabhängig ist, besteht aus den zeitlich folgenden Bereichen von Einzelsenderbeiträgen mit unterschiedlichem Sendezeitpunkt und mit unterschiedlicher Entfernung zum betrachteten Empfänger. Die Beiträge aus unterschiedlicher Sendeentfernung und von unterschiedlichen Sendezeitpunkten können sich überlagern. Insgesamt ist ein Signalverlauf mit stochastischer Hüllkurve zu erwarten, die eine Abfolge von relativen Maxima und Minima zeigt.

Sobald die Empfänger die Mittellinien-Zeitpunktlage bzw. Mitte des absoluten Maximums oder Maximums ihres gegebenenfalls variationsabhängigen Empfangssignals und die Peakbreite des Empfangssignalmaximums festgestellt haben und wieder zur Sendergruppe wechseln, stellen sie den Sendezeitpunkt für ihre Synchronisierungs- signale bzw. Signalimpulse nach der gemessenen Mittellinien-Lage ein und beginnen, die Synchronisationssignale bzw. Signalimpulse zu senden. Hierdurch erfolgt eine Anpassung an das Maximum.

Da bei einer statistisch angenommenen homogenen Verteilung bzw. konstanten Flächendichte der Telekommunikationsnetzwerk-Teilnehmer die Zahl aller Teilnehmer mit ähnlichem Abstand um den betrachteten Empfänger mit zunehmendem Radius um den Empfänger quadratisch zunimmt, aber die Signalleistungsbeiträge der Teilnehmer mit zunehmendem Abstand zum Empfänger quadratisch abnehmen, wird eine gegebenenfalls variatiorisabhängige Empfangssignalkurve mit konstantem Plateau bzw. eine eher symmetrische Empfangssignalkurve erwartet.

Der Sendezeitpunkt wird genau um die halbe Peak- oder Plateaubreite - ausgehend von der Mittellinie - zeitlich avanciert oder vorgezogen. Dadurch fällt der Sendezeitpunkt des betrachteten Empfängers mit den Sendezeitpunkten der größten Gruppe von Telekommunikationsnetzwerk-Teilnehmern mit ähnlicher mittlerer Entfernung zum betrachteten Empfänger innerhalb der Zeitfenster zusammen. Mit fortschreitendem Verfahren suchen sich alle Empfänger die Sendezeitpunktlage dieser größten Gruppe der Sender und treten im alternierenden Sendebetrieb zu dieser Gruppe hinzu. Alle anderen Gruppen von Sendern mit anderen Zeitpunktlagen werden fortschreitend reduziert. Nach einer bestimmten Zeit bzw. nach einer bestimmten Anzahl von Sendebetriebs- und Empfangsbetriebswechseln schaukelt sich das variationsabhängige Empfangssignal zu einer Resonanzkurve auf, deren Breite nur noch durch die Sendersignalbeiträge zum gleichen Sendezeitpunkt aus unterschiedlicher Entfernung zum Empfänger gebildet wird. Als wesentliche Verfahrensschritte dienen hierbei die Bestimmung der Peak- oder Plateaubreite des Signalmaximums sowie das Vorziehen des Sendezeitpunkts von der Mitte des Signalmaximums - der Zeitpunkt t, - aus um die halbe Peak- oder Plateaubreite.

Die Breite der Resonanzkurve spiegelt dann nur noch den Signallaufzeitbereich bzw. die Größe des betrachteten Flächenbereichs wieder. Der Flächenbereich ist der Bereich aller Sender, deren Signale am betrachteten Empfängerort hörbar sind. Je kleiner der Flächenbereich des Sender-Empfängerensembles ist, desto schärfer bzw. schmaler wird diese Resonanzkurve. Im Grenzfall unendlicher Signalausbreitungsgeschwindigkeit oder der räumlichen Zusammenziehung des Kontraktionsbereichs auf einen Punkt nähert sich die Resonanzkurve einer Kronecker-Deltafunktion, wobei unter Kontraktionsbereich der räumliche Bereich zu verstehen ist, innerhalb welchem sich alle synchronisierten Sender und Empfänger noch gegenseitig empfangen können. Die Halbbreite der Resonanzkurve gibt dann die Unscharfe des Sendezeitpunkts wieder.

Durch dieses erfindungsgemäße Vorgehen wird der Einfluss der Signallaufzeit auf die Synchronisation berücksichtigt bzw. kompensiert. Die Sendezeitfensterbreite bzw. die Sendeimpulslänge der Signalimpulse auf dem Synchronisationskanal wird vorteilhafterweise gleich der Empfangszeitfensterbreite eingestellt, um eine maximale Auflösung der Telekommunikationsnetzwerk-Teilnehmergruppen mit ähnlichem Abstand zum Empfänger zu erreichen.

Im eigentlichen Sende-/Empfangsbetrieb für Nutzinformation in den Nicht-Synchroni- sierungskanälen kann das Empfangszeitfenster variabel - ausgehend vom Triggerzeitpunkt - retardiert oder avanciert gesetzt werden, um z. B. nur den Kontakt mit Sendern einer definierten Entfernung zum betrachteten Empfänger zu wählen. Die Lage des Empfangszeitfensters bzw. die Retardierung oder Avancierung ΔT = ΔS/c gibt das Entfernungsverhältnis ΔS auf dem Signalübertragungsweg wieder, wobei c die Signalausbreitungsgeschwindigkeit ist.

Umgekehrt können die Empfänger aus der Verschiebung ΔT - die gewünschte Retardierung oder Avancierung - der Empfangssignalzeitlage zum Triggerzeitpunkt die Entfernung der Verbindungsnachbarn feststellen bzw. bestimmen. Kennen drei Nachbarn innerhalb eines Kontraktionsbereichs ihren gegenseitigen Abstand, so bilden sie eine Basis, von der aus jeder Funkverbindungsabstand automatisch ausgemessen werden kann, sofern je zwei in Verbindung stehende Netzteilnehmer die Entfernung zu mindestens einem gemeinsamen Nachbarn kennen, der im Schnittbereich ihrer Kontraktionsbereiche liegt. Wenn nach einer bestimmten Betriebszeit alle Netzteilnehmer die Entfernungen zu ihren nächsten Nachbarn kennen, so ist das Netz vollständig vermessen und die absoluten geometrischen Positionen der Netzteilnehmer zueinander können von einer zentralen Stelle aus diesen Daten berechnet werden. Der Funkbetrieb dieses erfindungsgemäßen Synchronisationsverfahrens stellt ein terrestrisch gestütztes „Ground Positioning System" dar.

Die Erfindung garantiert eine Konvergenz zu einem einzigen gemeinsamen Taktzeitpunkt innerhalb eines Gebiets bzw. Kontraktionsbereichs, in dem alle für den Empfänger hörbaren Sender enthalten sind, selbst wenn anfänglich eine stochastische zeitliche Verteilung von Taktzeitpunkten der einzelnen Sender vorliegt. Das Telekommunikationsnetz hat sich nach einer gewissen Zeit von selbst und vollständig automatisch ohne eine zentrale Steuerung synchronisiert. Die Laufzeiten der Sendersignale sind durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Synchronisation berücksichtigt.

Es liegt eine Autosynchronisation bzw. ein Autosynchronisationsverfahren vor. Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine Synchronisationspräzision von wenigen Mikrosekunden erreichbar. Die Beschränkung liegt in der endlichen Ausbreitungsgeschwindigkeit der Funksignale in beispielsweise räumlich bis zu 1 Kilometer ausgedehnten Kontraktionsbereichen. Für eine Strecke von 1km benötigt ein elektromagnetischer Puls ca. 3,33 Mikrosekunden Laufzeit. In erfindungsgemäßer Weise ist des Weiteren ein Telekommunikationsnetzwerk, insbesondere Funknetzwerk, angegeben, wobei Sender und Empfänger zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet sind.

Insbesondere können die Sender und Empfänger ihre gegenseitigen Abstände und/oder Positionen durch Ausmessen der Signallaufzeiten beim Verschieben ihrer Empfangszeitfenster bestimmen. Dabei ist durch den Betrieb des Telekommunikationsnetzwerks ein terrestrisch gestütztes „Ground Positioning System" gebildet ist.

Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die Erfindung den synchronisierten Sende- und Empfangsbetrieb in vollkommen dezentral organisierten Telekommunikationsnetzwerken und in Telekommunikationsnetzwerken ermöglicht, bei denen die genaue Position bzw. der gegenseitige Abstand von Verbindungsteilnehmern nicht bekannt ist. Die Erfindung ermöglicht den Aufbau solcher Telekommunikationsnetzwerke. Die Erfindung ermöglicht des Weiteren das genaue Ausmessen bzw. die Positionsbestimmung der Netzteilnehmerabstände bzw. der Netzteilnehmer.

Die Erfindung ist beispielsweise im Rahmen eines Funknetzwerks anwendbar. Sie ist aber prinzipiell auch in anderen Telekommunikationsnetzwerkarten wie beispielsweise Festleitungsnetzwerken anwendbar.

Die Erfindung verwendet in vorteilhafter Weise einen Synchronisierungskanal. Jeder Sender oder Empfänger sendet oder empfängt auf dem Synchronisierungskanal in bestimmten, beispielsweise stochastisch gewählten, Zeitabständen für eine bestimmte, beispielsweise stochastisch gewählte, Zeitdauer mit einer vorzugsweise vorgegebenen gemeinsamen Taktrate Synchronisierungsimpulse mit einer Normimpulslänge und einer Normsendeleistung. Die in Betrieb befindlichen Telekommunikationsnetzteilnehmer zerfallen in zwei Gruppen. Die eine Gruppe sendet Synchronisie- rungssignale und die andere Gruppe empfängt Synchronisierungssignale. Die einzelnen Teilnehmer können sich dabei zufällig für eine bestimmte zufällige Zeitdauer abwechselnd der einen oder der anderen Gruppe zuschalten. Die Häufigkeit dieser Zuschaltungen könnte so eingestellt werden, dass das Telekommunikationsnetzgebiet in Bezug auf die Synchronisation zusammenhängend wird, d. h. dass jeder Netzgebietsbereich mit jedem anderen synchronisationsmäßig zusammenhängt. Alle Teilnehmer, die in Betrieb sind und die Signalimpulse empfangen, können die Zeitlage eines Empfangszeitfensters variieren, beispielsweise „scannen" oder „wob- beln", und messen ihre Empfangsleistung z. B. auf dem Synchronisierungskanal im Empfangszeitfenster. Die Teilnehmer können die Zeitlage der „scanabhängigen" maximalen Empfangsleistung feststellen. Die Breite der Empfangszeitfenster kann normiert sein oder gegebenenfalls zugunsten einer möglichst guten Signalauflösung möglichst minimiert werden.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 in einer schematischen Darstellung die Zeitlage der Empfangszeitfenster relativ zu den Sender-Signalimpulsen, wobei hier drei verschiedene Situationen gezeigt sind,

Fig. 2 in einem Diagramm die Empfangsleistung relativ zur Empfangszeitfenster-Variation und

Fig. 3 in einem Diagramm die Entwicklung der Empfangsleistung in Abhängigkeit von der Empfangszeitfenster-Variation.

In Fig. 1 ist in einer schematischen Darstellung die relative Zeitlage der Empfangszeitfenster zu den Sender-Signalimpulsen gezeigt. Dabei sind drei Situationen gezeigt, wobei die mittlere Situation den größten Überlapp zwischen Empfangszeitfenstern und Sender-Signalimpulsen zeigt. Die erste und die dritte Situation zeigen jeweils zeitlich verschobene und damit unsynchronisiertere Zeitlagen. Die Größe der geschwärzten Bereiche zeigt dabei das Maß der Synchronisation. Fig. 2 zeigt in einem Diagramm die Empfangsleistung P als Funktion der Empfangszeitfenster-Variation Δt. Zum Zeitpunkt Δ^ liegt eine weitgehende Synchronisation vor. Die geschwärzten Bereiche in dem Diagramm korrespondieren mit den geschwärzten Bereichen in Fig. 1.

Fig. 3 zeigt die Entwicklung der Empfangsleistung P in Abhängigkeit von der Variation der Empfangszeitfenster und damit die Anpassung der Signalimpulse der ursprünglich als Empfänger arbeitenden Sender. Dabei sind drei Stufen der Synchroni- sierungs-Entwicklung gezeigt, wobei die Stufe 1 mit der durchgezogenen Linie eine anfängliche Stufe zeigt. Die Stufe 2, die durch kurze Striche gezeigt ist, stellt einen mittleren Synchronisationszustand dar und die Stufe 3, die durch große Striche dargestellt ist, zeigt einen hohen Synchronisierungsgrad in Form eines schmalen und hohen Peaks ohne Nebenmaxima wie im Falle der Stufen 1 und 2.

Bei der Stufe 1 liegt ein weitgehend unsynchronisierter Zustand vor, wobei sich hier rein zufällig zwei Maxima ausgebildet haben, die auf zwei Gruppen von Teilnehmern hindeuten, die in gewissem Umfang relativ zueinander synchronisiert sind. Bei der Stufe 2 hat schon das Synchronisierungsverfahren Wirkung gezeigt, und zwar insoweit, als sich das höhere Maximum der Stufe 1 weiter verstärkt hat und das niedrigere Maximum der Stufe 1 reduziert hat. Bei der Stufe 3 ist das Synchronisierungsverfahren schon soweit fortgeschritten, dass nur noch ein hohes Maximum vorhanden ist. Die ursprüngliche zweite Gruppe von geringfügig synchronisierten Sendern hat sich ganz aufgelöst und der ersten Gruppe mit dem höheren Maximum angeschlossen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Autosynchronisierungsverfahren, bei dem sich die Teilnehmer in einem Telekommunikationsnetzwerk durch wiederholtes Anwenden des Verfahrens sukzessive synchronisieren.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Verfahren zur Synchronisation des Sende- und Empfangsbetriebs von Sendern und Empfängern in einem Telekommunikationsnetzwerk, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die folgenden Schritte:

- Senden von Signalimpulsen mit vorgebbarer und identischer Breite und Taktrate durch mindestens einen Sender;

- Setzen eines beliebigen Zeitpunkts t₀ - während des Sendens der Signalimpulse durch den mindestens einen Sender - durch mindestens einen Empfänger;

- Bilden von Empfangszeitfenstern - mit vorgebbarer und normierter oder identischer Breite und mit zu den Signalimpulsen identischer Taktrate - ab dem Zeitpunkt t₀ durch den mindestens einen Empfänger;

- Feststellen eines Zeitpunkts t, eines Signalmaximums des aus den Signalimpulsen des Senders bestehenden oder aus den addierten Signalimpulsen der Sender entstandenen Gesamtsignals in einem vorgebbaren Zeitraum ab dem Zeitpunkt t₀ durch den mindestens einen Empfänger in einem Empfangszeitfenster; und

- Senden von Signalimpulsen der Breite und Taktrate der ursprünglichen Sender durch den mindestens einen Empfänger, wobei ein Signalimpuls im Wesentlichen an einem relativ zu der Taktrate der Empfangszeitfenster um die Zeit Δt = t₁ - t₀ verschobenen Zeitpunkt gesendet wird, so dass die durch den mindestens einen Empfänger erzeugte Signalimpulsfolge im Wesentlichen synchron oder im Takt mit der Signalimpulsfolge des ursprünglichen Senders oder der ursprünglichen, das Signalmaximum im Wesentlichen bildenden Sender gesendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Signalimpulse auf einem vorgebbaren Synchronisierungskanal gesendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sender und/oder Empfänger in vorgebbaren oder zufällig gewählten Zeitintervallen sendet und empfängt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sender und/oder Empfänger nach vorgebbaren oder zufällig gewählten Zeitabständen sendet und empfängt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Sender auch einmal zum Empfänger wird und dass mindestens einer der Empfänger auch einmal zum Sender wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechsel eines Senders zum Empfänger und eines Empfängers zum Sender zufällig erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Empfangszeitfenster im Wesentlichen der Breite der gesendeten Signalimpulse entspricht.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Empfangszeitfenster möglichst gering gewählt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Empfänger die Zeitlage der Empfangszeitfenster zum Feststellen des Zeitpunkts t eines Signalmaximums variiert oder variieren.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgebbare Zeitraum mindestens eine vollständige Periode der durch den mindestens einen Sender gesendeten Signalimpulsfolge umfasst.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Empfänger den Veriauf des Gesamtsignals innerhalb der Periode feststellt und vorzugsweise abspeichert.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Signalmaximum ein absolutes Maximum in dem untersuchten Zeitraum ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalmaximum in einem vorgebbaren Zeitintervall festgestellt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Senden von Signalimpulsen über mehrere Perioden hinweg erfolgt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Peakbreite des Signalmaximums bestimmt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Sendezeitpunkt von der Mitte des Signalmaximums - der Zeitpunkt t, - aus um die halbe Peakbreite vorgezogen oder zeitlich verzögert wird.

17. Telekommunikationsnetzwerk, insbesondere Funknetzwerk, wobei Sender und Empfänger zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16 ausgebildet sind.

18. Telekommunikationsnetzwerk nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender und Empfänger ihre gegenseitigen Abstände und/oder Positionen durch Ausmessen der Signallaufzeiten beim Verschieben ihrer Empfangszeitfenster bestimmen.

19. Telekommunikationsnetzwerk nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Betrieb des Telekommunikationsnetzwerks ein terrestrisch gestütztes „Ground Positioning System" gebildet ist.