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Dokumentenidentifikation DE69936872T2 20.12.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001123589
Titel SYNCHRONISATION VON ENDGERÄTEN IN EINER FUNKVERBINDUNGSANORDNUNG
Anmelder Nokia Corp., Espoo, FI
Erfinder PULKKINEN, Otto, FIN-00820 Helsinki, FI;
MÄKINEN, Jarmo, FIN-02730 Espoo, FI;
KURU, Lauri, FIN-02270 Espoo, FI
Vertreter Becker, Kurig, Straus, 80336 München
DE-Aktenzeichen 69936872
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 11.10.1999
EP-Aktenzeichen 999490378
WO-Anmeldetag 11.10.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/FI99/00845
WO-Veröffentlichungsnummer 2000025449
WO-Veröffentlichungsdatum 04.05.2000
EP-Offenlegungsdatum 16.08.2001
EP date of grant 15.08.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.12.2007
IPC-Hauptklasse H04B 7/26(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H04Q 7/20(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Synchronisation von Übertragungsperioden von Endgeräten in einem Funkverbindungssystem, das in einem Zeitduplexmodus arbeitet. Insbesondere können die Endgeräte einen gemeinsamen einzelnen Träger gemeinsam nutzen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Moderne terrestrische Mikrowollenfunksysteme liefern eine brauchbare technische Lösung für Telekommunikationsübertragungsverbindungen mit Distanzen von einigen Hundert Metern bis zu 80 km. Solche Systeme werden zunehmend sowohl in zellularen als auch festen Telekommunikationsnetzen entwickelt. Ein Funkverbindungssystem ist insbesondere in städtischen Gebieten eine gute Lösung für Netze auf drahtloser Basis in festen Telekommunikationen und für Basisstationsverbindungen und Basisstations-Basisstationssteuerungen in einer zellularen Kommunikation. Im Gegensatz zu einer Leitung, bei der das Erhalten der Genehmigungen und des Wegerechts mehrere Monate dauern kann, kann eine Mikrowelle sofort in Betrieb genommen werden. Zusätzlich gehen Mikrowellen leicht über schwieriges Gelände, wo Kabel nicht gelegt werden können, und Mikrowellen benötigen kein Ziehen von Gräben oder ein Hindurchziehen von Leitungen durch Röhren, was Wochen oder Monate dauern kann und was die Installationskosten erhöht.

Ein typischer Mikrowellenfunkstandort besteht aus einer in einem Gebäude montierten Basisbandeinheit, einem im Gebäude oder außerhalb des Gebäudes montierten Funkfrequenz-Sende-Empfänger und einer Parabolantenne.

Im Grunde gibt es zwei Typen von Funkverbindungsnetztopologien, die sich im Gebrauch befinden, nämlich Sternnetze und Ringnetze. Natürlich sind kombinierte Ring- und Sternnetze als auch Baumnetze gebräuchlich.

1 zeigt ein Beispiel eines Sternnetzes. Es enthält mindestens eine Telefonvermittlungsstelle und ein oder mehrere Hub-Standorte an strategischen Orten, die Spuren oder Ketten von untergeordneten Standorten vom zentralisierten Hub bedienen. Die Hub-Standorte sind mit der Vermittlungsstelle über eine Übertragungsverbindung verbunden, bei der es sich gewöhnlicherweise um ein Hauptkabel handelt. Ein Sternnetz weist einen Nachteil dadurch auf, dass Ausfälle auf einer einzelnen Übertragungsverbindung viele Standorte beeinflussen können, so dass die Zuverlässigkeit des gesamten Netzes herabgesetzt wird.

2 zeigt ein Netz, das in einer Ringstruktur konfiguriert ist. Diese Struktur erfordert eine gewisse Verkehrslenkungs- und Pflegeintelligenz an passenden Punkten im Netz. Die Kapazität jeder Verbindung im Ring muss ausreichend sein, um alle Standorte in der Schleife zu unterstützen.

Wie oben erwähnt wurde, liefert ein Funkverbindungsnetz eine Lösung für das Verwirklichen eines zellularen Telekommunikationsnetzes. Dann kann unter Bezug auf die 1 und 2 die Vermittlungsstelle eine Mobilvermittlungszentrale sein, der Hub-Standort kann eine Basisstationssteuerung sein, und ein untergeordneter Standort ist eine Basis-Sende-Empfänger-Station. Jede der Funkverbindungen führt eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung aus.

3 zeigt ein Telekommunikationssystem, auf das ein Funkverbindungssystem, das das erfundene Verfahren verwendet, angewandt werden kann. Das System ist ein zellulares Mobilnetz, das eine Mobilvermittlungszentrale mit einem Besuchsregister, Basisstationssteuerungen 31 und 32 und mehrere Basis-Sende-Empfänger-Stationen BTS umfasst. Die Basisstationssteuerungen 31 und 32 entsprechen den Hub-Standorten, wie sie in 2 gezeigt sind. Gewöhnlicherweise sind die Basisstationen und ihre Basisstationssteuerung mit festen Hauptleitungen, wie Koaxialkabeln, verbunden. Aus mehreren Gründen sind Koaxialkabelverbindungen nicht immer möglich. In diesem Beispiel sind die Basisstationen BTS1, ..., BTS4 jeweils direkt mit der Basisstationssteuerung 31 mit Punkt-zu-Punkt-Funkverbindungen verbunden, um so eine Sterntopologie zu bilden, wohingegen die Basisstationen BTS6, ..., BTS8 mit dem Basisstationsstandort BTS5 mit Punkt-zu-Punkt-Funkverbindungen verbunden sind, um so einen anderen Stern zu bilden. In diesem Konzept bedeutet der Basisstationsstandort einen einzelnen Standort, der eine Vielzahl von Teilstrecken (hops) bedient, von denen eine Teilstrecke oder Verbindung gemeinsam ist, wie die Funkverbindung zwischen dem Standort der BTS5 und der Basisstationssteuerung 31. Die Basisstationssteuerung 32 steuert Basisstationen BTS9, ..., BTS118, die aufeinander folgende Funkt-zu-Punkt-Ketten bilden. Mobilstationen MS in einer Zelle kommunizieren mit dem Netz durch die Basisstation der Zelle, so dass es eine Funkverbindung zwischen der MS und der BTS gibt. Die MS in Zelle 4 kommuniziert mit der BTS4.

Ein Teilstreckenträger zwischen der Basisstation und der Basisstationssteuerung kann vier 2 Mbit Kanäle übertragen, wobei jeder von ihnen in 16 Kbits Kanäle aufgeteilt ist. Somit kann ein 2 Mbit Kanal 128 Verbindungen übertragen. Typischerweise beträgt die Teilstreckenlänge nur 500 Meter, wenn es sich beim Netz um ein Mikrozellennetz handelt.

Eine Nachricht, sei es Audio, Video oder Daten, wird auf das Mikrowellensignal, das oft als ein Träger bezeichnet wird, moduliert. Die maximale Distanz zwischen Standorten, auch Teilstreckendistanz genannt, wird hauptsächlich von den Ausbreitungseigenschaften der elektromagnetischen Wellen bestimmt. Je höher die Trägerfrequenz ist, desto größer ist der Verlust des freien Raums oder die Dämpfung durch die Atmosphäre, das heißt desto kürzer sind die erzielbaren Distanzen. Dies bedeutet jedoch auch, dass die Frequenz-Wiedernutzungsdistanzen kürzer sind: die Distanz zwischen Verbindungen, die auf derselben Frequenz arbeiten, kann ohne die Gefahr der Interferenz kürzer sein.

Es gibt drei Typen von Interferenz, die in jedem terrestrischen Funkverbindungsnetz betrachtet werden sollten: 1) Intrasystem-Interferenz tritt auf, wenn ein Funksignal in einem Netz mit mehreren Teilstrecken mit dem Empfänger einer anderen Teilstrecke interferiert; 2) eine externe Störung tritt auf, wenn ein fremdes System ein Signal beeinflusst; 3) Reflexion – von jedem Ding, das eine reflektierende Oberfläche besitzt – kann andere Signale in den Pfad des übertragenen Signals ablenken, und das stärkere Signal wird mit dem schwächeren Signal interferieren.

Funkverbindungen sind traditionellerweise auf vorgeschriebenen Frequenzbändern, die weiter in Frequenzkanäle unterteilt werden, betrieben worden. Die Verwendung von Funkkanälen wird durch lokale Behörden geregelt und basiert auf einer koordinierten Planung. Somit sind in einem vorbestimmten lokalen Gebiet, in dem Funkverbindungen aufzubauen sind, nur eine vorbestimmte Gesamtbandbreite und dann eine vorbestimmte Anzahl von Kanälen für die Funkverbindungen verfügbar.

Wenn eine Vielzahl von Funkverbindungen oder sogenannten Teilstrecken in einem gegebenen Gebiet vorhanden sind, basiert in der geregelten Funkumgebung die Kanalwahl auf einer koordinierten Frequenzplanung. Das heißt, der Kanal, der für eine spezifische Funkverbindung zu einer Zeit zu verwenden ist, ist vorbestimmt.

Die Aufgabe der Frequenzplanung besteht darin, den Funkverbindungen Frequenzen so zuzuweisen, dass Interferenz vermieden wird. Vor der Planung ist es wesentlich, möglichst früh zu bestimmen, welche Bänder lokal für feste Verbindungssystem verfügbar sind, und was die lokale "Verbindungsstrategie" ist. Der Großteil der nationalen Frequenzverwaltungsbehörden hat eine Form der Verbindungsstrategie, die Verbindungslängen und Nettoausgangsleistungen betrachtet.

Neuere Entwicklungen in der Telekommunikation haben jedoch zu Änderungen in Bezug auf die Frequenzzuweisungen geführt und haben somit Möglichkeiten geschaffen, Funkverbindungen und/oder Teilstrecken in nicht koordinierten Frequenzbändern zu betreiben. Diese spezifischen Bänder sind ohne Regelung gelassen worden in dem Sinn, dass die Auswahl eines Arbeitskanals für ein einzelnes Funkendgerät innerhalb des Bandes nicht von lokalen Behörden gesteuert wird. Stattdessen kann der Kanal frei gewählt werden, so lange wie die allgemeinen Anforderungen, die mit dem Band verknüpft sind, nicht verletzt werden.

Als ein Beispiel spezifiziert der Europäische Telekommunikationsstandard ETS 300408 die minimalen Leistungsparameter für eine Funkausrüstung, die bei Frequenzen um ungefähr 58 GHz arbeitet, und keine koordinierte Frequenzplanung erfordert. Neuerdings ist das Frequenzband von der ETSI erweitert worden, so dass es das Band von 57 GHz bis 58 GHz abdeckt. Somit ist es möglich, 20 Kanäle mit einer Kanaltrennung von 100 MHz zu erhalten. Innerhalb dieses Bandes ist es oft interessant, die Bandbreite unter verschiedenen Verbindungen effizient gemeinsam zu nutzen.

Im Gegensatz zu den oben beschriebenen traditionellen Funkverbindungen in einer regulierten (oder koordinierten) Funkumgebung, werden solche Systeme, die in einem nicht koordinierten Band arbeiten, in einer durch Interferenz begrenzten Umgebung arbeiten. Das heißt, die Signalqualität der empfangenen Signale kann durch Interferenzphänomene, die durch benachbarte Funkverbindungen verursacht werden, verschlechtert werden. Somit ist es von zunehmenden Interesse, zu betrachten, wie die verfügbare Bandbreite von den verschiedenen Systemen effizient gemeinsam genutzt werden kann.

Der gebräuchlichste Weg, um Interferenz zu vermeiden, besteht darin, verschiedene Frequenzen in den Teilstrecken, die sich nahe beieinander befinden, zu verwenden, und die Frequenzen in einer Distanz erneut zu verwenden. Somit basiert eine große Mehrzahl der terrestrischen Funkverbindungssysteme auf dem Frequenzduplexkonzept (frequency division duplex, FDD), bei dem Teilstrecken, die einen gemeinsamen Standort aufweisen, das ist der Hub-Standort, verschiedene Frequenzen verwenden. Wenn man die 3 betrachtet, so können die Kanäle zwischen der Basisstationssteuerung 31, die als ein Hub-Standort dient, und jeder der Basisstationen BTS1, ..., BTS4 beispielsweise verschiedene Frequenzen aufweisen. Ein Duplexkanal wird aus einem Frequenzpaar gebildet, eine Frequenz, die für ein Senden verwendet wird, und eine andere Frequenz, die für ein Empfangen verwendet wird. In FDD-Systemen kann jedoch derselbe Kanal durch ein Teilstreckenpaar in einem Hub-Standort verwendet werden, wenn die Antennen in entgegengesetzte Richtungen strahlen.

Eine Vielzahl von Teilstrecken kann dieselbe Frequenz verwenden, wenn das System auf einem Betrieb im Zeitduplexmodus (time division duplex, TDD) basiert. In diesem Fall senden Endgeräte am Hub-Standort nur während vorbestimmter Sendeperioden, die als Zeitschlitze bezeichnet werden. Die Trägerfrequenz jedes Senders im Hub ist dieselbe, aber jeder der Sender hat seinen eigenen Sendezeitschlitz. Somit variiert das interferierende Signal, das vom Endgerät erzeugt wird, stark.

4 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Hub-Standorts, der mehrere Sende-Empfänger einschließt. In diesem Beispiel ist die Anzahl der Sende-Empfänger dieselbe wie die der Basisstationen, die mit der Basisstationsteuerung 31kommunizieren, siehe 3. Somit enthält der Hub-Standort einen Sende-Empfänger A für eine Kommunikation mit der BTS1 durch eine Antenne 41, einen Sende-Empfänger B für eine Kommunikation mit der BTS2 durch eine Antenne 42, einen Sende-Empfänger C für eine Kommunikation mit der BTS3 durch eine Antenne 43, einen Sende-Empfänger D für eine Kommunikation mit der BTS4 durch eine Antenne 44, und einen Sende-Empfänger E für eine Kommunikation mit der BTS5 durch eine Antenne 45. Jeder Sende-Empfänger ist mit seiner eigenen Antenne verbunden, die wiederum auf die Antenne am entgegengesetzten Ende der Verbindung ausgerichtet ist.

Eine direkte Implementierung des TDD-Prinzips im Funkverbindungssystems würde es jedem Sende-Empfänger in einem Hub erlauben, seine eigene Zeitsteuerung zu verwenden. Dies könnte erfolgen, wenn jede Teilstrecke eine Frequenz verwendet, die sich von den Frequenzen der anderen Teilstrecken unterscheidet. In diesem Fall interferiert ein Sendesignal von einem Sender im Hub nicht mit dem Empfang im Empfänger eines benachbarten Sende-Empfängers, wegen der unterschiedlichen Frequenzen.

Es würde sich jedoch ein Problem ergeben, wenn alle Teilstrecken in einem Hub dieselbe Frequenz verwenden würden. Der Grund dafür ist klar aus 4 erkennbar. Wenn die Strahlungskeulen der Antennen 41 und 42 in im wesentlichen verschiedene Richtungen gerichtet sind, könnte die Antenne 41 ein Signal auf einer Frequenz senden, während die Antenne 42 gleichzeitig ein Signal auf derselben Frequenz empfängt. Wegen der divergenten Antennenkeulenrichtung würde Energie von der Antenne 41 nicht signifikant zur Antenne 43 austreten. Somit würde die Interferenz an der Antenne 42, die von der Antenne 41 verursacht wird, vernachlässigbar sein. In der Praxis ist es jedoch sehr wahrscheinlich, dass eine Gleichkanalinterferenz zu hoch ist, was somit die Verwendung derselben Frequenz verhindert.

Die Situation ist beträchtlich schlechter, wenn die Antennen in dieselbe Richtung zeigen. Dann könnte Strahlungsleistung von der sendenden Antenne zur empfangenden Antenne austreten, um dort eine große Interferenz zu bewirken. Durch die sehr hohe Signalstärke könnte das empfangene Interferenzsignal den Empfänger entweder in die Sättigung treiben oder ihn sogar beschädigen. Wenn jedes Endgerät an einem Hub-Standort seine eigene Impulsfolgenrate und Zeitsteuerung beim Senden verwendet, so ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Endgerät zur selben Zeit sendet, zu der ein anderes Endgerät empfängt, sehr hoch.

Das oben erwähnte Problem führt zur Tatsache, dass das interferierende Signal, das von einem Endgerät erzeugt wird, zeitlich stark variiert. Die Teilstreckendichte von Funkverbindungen, die in einem Zeitduplexmodus in einem Frequenzband arbeiten, insbesondere im nicht koordinierten 58 GHz-Band, ist nicht nur durch die Interferenz, die durch entfernte Verbindungen verursacht wird, beschränkt, sondern auch durch die beträchtliche Interferenz, die von Endgeräten verursacht wird, die sich am selben Hub-Standort befinden.

Die US-5,448,570 offenbart ein Kommunikationssystem, das eine Mobilkommunikation im Zeitmultiplex ausführt unter Verwendung von Funk in einem Dienstgebiet, in welchem eine Vielzahl von Basisstationen angeordnet sind, die mit einer zentralen Station durch ein Kommunikationsnetz verbunden sind.

Die US-4,646,291 offenbart eine Synchronisationsvorrichtung in einem Telekommunikationssystem des Zeitmultiplextyps, in welchem Information in zugewiesenen Zeitschlitzen in einer Einwegdatenübertragung zwischen einer Vielzahl gleicher Sender/Empfänger-Module, die mit einem gemeinsamen Bus verbunden sind, übertragen wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren der Synchronisation von Sende- und Empfangsperioden einer Gruppe von Endgeräten in einem festen Funkverbindungssystem gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein festes Funkverbindungssystem gemäß Anspruch 7 bereitgestellt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die mögliche Teilstreckendichte von TDD-Funkverbindungen mit einer einzigen Frequenz zu erhöhen, indem dicht beieinander angeordneten Endgeräten ermöglicht wird, einen einzigen Kanal zu verwenden. Dies ist möglich, wenn die Sende- und Empfangsperioden der Endgeräte synchronisiert sind, so dass die Sendeperiode irgend eines der Endgeräte in einer Endgerätgruppe sich nicht mit der Empfangsperiode irgend eines der Endgeräte in der Gruppe überlappt. Die Endgerätgruppe kann alle Endgerät im Hub oder ein Teil von ihnen enthalten. Die Synchronisation verhindert die direkte Interferenz von eine sendenden Funkgerät zu einem empfangenden Funkgerät im selben Hub. Die Synchronisation durch die Erfindung entfernt die gegenseitige Gleichkanalinterferenz der Endgeräte effektiv. Somit können die Endgeräte denselben Übertragungskanal verwenden, was wiederum die maximale Teilstreckendichte in einem gegebenen geographischen Gebiet erhöht.

Die Synchronisation wird erzielt, indem ein Endgerät an einem Hub-Standort als ein Supermasterendgerät gewählt wird. Dieses Endgerät gibt dem Rest der Endgeräte im Hub eine Zeitsteuerung vor. Diese Endgeräte verwenden das empfangende Zeitsteuerungssignal als ein Referenzsignal, um ihre eigene Zeitsteuerung einzustellen, das heißt für das Einstellen des Startzeitpunkts und des Endzeitpunkts der Sende- und Empfangsperioden in einer Weise, dass kein Endgerät eine Impulsfolge sendet, während ein Endgerät empfängt.

Der Rest der Endgeräte gibt wiederum eine Zeitsteuerung an die Endgeräte, die am entgegengesetzten Ende der Teilstrecke angeordnet sind. Aus diesem Grund werden sie Masterendgeräte genannt. Somit enthält ein Hub ein Supermasterendgerät und ein oder mehrere Masterendgeräte. Sowohl das Supermasterendgerät als auch die Masterendgeräte sind mit dem gemeinsamen Bus verbunden. Über diesen Synchronisationsbus empfangen die Masterendgeräte das Zeitsteuerungssignal, das vom Supermasterendgerät gesandt wird.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sendet das Supermasterendgerät durch den Synchronisationsbus auch Information über die Kanalnummer, die von den Masterendgeräten verwendet werden soll, zusätzlich zum Zeitsteuerungssignal. Diese Information kann während der Inbetriebnahme der anderen Endgeräte im Hub verwendet werden. Die anderen Endgeräte müssen diesen Kanal verwenden, es sei denn, dass irgend eine externe Interferenz aus der Richtung ihrer Antennen diese Kanal unbenutzbar macht.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird genauer unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben:

1 zeigt ein Beispiel eines Funknetznetzes des Sterntyps;

2 zeigt ein Verbindungsnetz, das in einer Ringstruktur konfiguriert ist;

3 zeigt ein zellulares Netz, das Funkverbindungen verwendet;

4 zeigt einen Hub-Standort mit Sende-Empfängern;

5 zeigt einen Hub-Standort gemäß der Erfindung;

6A zeigt Sende- und Empfangsperioden des Supermasters;

6B zeigt ein Zeitsteuerungssignal vom Supermaster;

6C zeigt die Sende- und Empfangsperioden des Masters;

7 zeigt zwei Hub-Standorte;

8 zeigt einen Hub-Standort mit zwei Synchronisationsbussen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

5 entspricht 4, aber zeigt zusätzliche Elemente gemäß der Erfindung. Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, ist jedes Endgerät mit einer Taktschaltung versehen, die eine Zeitsteuerung für den Sende-Empfänger gibt. Die Taktschaltung basiert auf einem internen Oszillator. Normalerweise folgt jeder Sende-Empfänger seiner eigenen Zeitsteuerung, die unabhängig von den Zeitsteuerungen der anderen Sende-Empfänger ist. Nun wird eines der Endgeräte ausgewählt, als ein Supermaster zu dienen, während der Rest der Endgeräte als Master gewählt wird. In 5 ist das Endgerät mit dem Sende-Empfänger E der Supermaster.

Wie der Name anzeigt, so gibt der Supermaster die Zeitsteuerung nicht nur an seinen eigenen Sende-Empfänger sondern auch an andere Sende-Empfänger. Für diesen Zweck sind der Supermaster und die Master mit einem gemeinsamen Bus verbunden, durch den sie Information gemeinsam nutzen.

Die Information, die der Supermaster an den Bus sendet, könnte nur aus dem Taktsignal bestehen, wobei sie vorzugsweise aber auch Information über die Sende- und Empfangsperioden des Supermasters enthält. Somit kann die Zeitsteuerung die Start- und Endzeitpunkte dieser Perioden enthalten. Zusätzlich könnte die Information auch die Nummer des Kanals, die die Master verwenden müssen, einschließen. Dies ist sehr nützlich, wenn eine neue Funkverbindung aufzubauen ist und wenn ein Ende dieser Verbindung im Hub angeordnet ist.

Die Master empfangen Information vom Bus, und die Sende-Empfänger in den Mastern stellen ihre eigenen Sende- und Empfangsperioden so ein, dass sich die Sendeperioden nicht mit der Empfangsperiode irgend eines der Master und mit der des Sende-Empfängers, der mit dem Supermaster verbunden ist, überlappen. Darüber hinaus wirkt jeder Master auch als ein Teilstreckenmaster, der die TDD-Impulsfolgenrate, die vom Sende-Empfänger am entgegengesetzten Ende der Verbindung zu verwenden ist, diktiert. Mit anderen Worten, der Master ist einerseits ein abhängiges Gerät im Verhältnis zum Supermaster und andererseits ein Master für den Sende-Empfänger am entgegengesetzten Ende der Teilstrecke.

Es werde angenommen, dass eine Funkverbindung zwischen der Basisstationssteuerung, die den Hub-Standort darstellt, und der Basisstation BTS5 eingerichtet ist. Dann empfängt das Endgerät C am Hub-Standort, nachdem es eingerichtet wurde, Information vom gemeinsamen Bus, worauf sein Sende-Empfänger sich automatisch auf die Frequenz abstimmt, die vom Sende-Empfänger des Supermasterendgeräts verwendet wird, und, geführt vom Zeitsteuerungssignal des Supermasters beginnt zu senden und zu empfangen. Der Master sendet eine Zeitsteuerung und die Kanalinformation auf dem Kanal, den es verwenden muss, an die Basisstation 5, die ihre Sende-Impulsfolgenrate entsprechend einstellt.

Im normalen Betrieb müssen die Takte der Masterendgeräte nicht mit dem Takt des Supermasterendgeräts phasenverriegelt werden. Dies wird unter Bezug auf die 6A, 6B und 6C erläutert.

6A zeigt wechselnde Sende- und Empfangsperioden des Supermasterendgeräts. Die Start- und Endzeitpunkte der Perioden sind mit dem internen Takt des Supermasters gekoppelt. In diesem Beispiel gibt es keine freie Perioden (idle periods) zwischen Senden und Empfangen. Die Dauer einer freien Periode hängt von der Teilstreckenlänge ab. Wenn die Länge die längstmöglich ist, so gibt es überhaupt keine freie Periode. Dies ergibt sich aus der Ausbreitungsverzögerung zwischen Endpunkten der Verbindung, und deswegen wird alle Zeit, die für das Senden einer Impulsfolge reserviert ist, benötigt.

6B zeigt ein mögliches Zeitsteuerungssignal, das der Supermaster an den gemeinsamen Bus sendet. Der Zeitsteuerungspuls erhebt sich immer beim Wechsel einer Periode.

6C zeigt Sende- und Empfangsperioden eines Masterendgeräts. Der Master hat zwei Alternativen, um sein eigenes Senden und Empfangen zu steuern. Zunächst kann er das Zeitsteuerungssignal verwenden, das vom gemeinsamen Bus erhalten wird, als ein Referenzsignal für eine Phasenregelschleife PLL. Die PLL gibt dann das genaue Taktsignal, das mit dem Takt des Supermasters phasenverriegelt ist. Als zweites kann er seinen eigenen internen Takt verwenden, aber zugleich darauf achten, dass die Phasendifferenz zwischen seinem eigenen Takt und dem Takt des Supermasters innerhalb einer vorbestimmten Grenze liegt. Der letztere Fall ist in 6C gezeigt. Die gestrichelte Linie zeigt Sende- und Empfangsperioden, wenn die Zeitsteuerung direkt an den inneren Takt gebunden wurde. Die Phasendifferenz zwischen dem Zeitsteuerungssignal und dem internen Takt ist &Dgr;T, wenn sie in Zeiteinheiten ausgedrückt wird. Statt des Einstellens des internen Takts durch die Größe von &Dgr;T stellt der Master die Zeitpunkte des Starts und des Endes des Sendens ein. Eine gewisse Zeitdifferenz, sagen wir einmal 1 &mgr;s, ist dennoch erlaubt. Somit folgen die Sende- und Empfangsperioden entsprechenden Perioden des Supermasterendgeräts.

Wenn das Funkverbindungssystem zwei benachbarte Hub-Standorte einschließt, wobei beide mit mehreren Endgeräten versehen sind, so enthält ein Hub-Standort nur ein Supermasterendgerät, wobei der Rest der Endgeräte Master ist. Somit wird die Zeitsteuerung, die der Supermaster angibt, nicht nur von den Masterendgeräten im selben Hub sondern auch von einer Vielzahl von Endgeräten in Hubs in einer Distanz von einer Teilstrecke verwendet. Zusätzlich können ein oder mehrere Endgeräte Slave-Endgeräte sein. Dies wird später erläutert.

Die Bedeutung des obigen Absatzes wird unter Bezug auf 7 geklärt. Der Hub-Standort A enthält fünf Endgeräte, von denen eines, das mit der Bezugszahl 71 bezeichnet ist, der Supermaster ist. Andere Endgeräte, die das Endgerät 72 einschließen, sind Master. Ein anderer Hub-Standort B enthält auch fünf Endgeräte. Das Endgerät 74 wirkt als Supermaster, der eine Zeitsteuerung an die Master 75, 76, 77 gibt. Das Endgerät 73 am Hub-Standort B kommuniziert mit dem Endgerät C am Hub-Standort A, und deswegen müssen ihre Sende- und Empfangsperioden synchronisiert werden. Dies wird so erreicht, dass das Masterendgerät C im Hub A eine Synchronisationsinformation an das Endgerät C am entgegengesetzten Ende der Teilstrecke gibt. Das letztere Endgerät ist nicht mit dem gemeinsamen Bus verbunden und kann aus diesem Grund als ein Slave-Endgerät bezeichnet werden.

Alle Endgeräte am selben Hub-Standort brauchen den gemeinsamen Bus nicht gemeinsam nutzen. In Abhängigkeit von den geographischen Richtungen der Antennenkeulen ist es in gewissen Fällen vorteilhaft, zwei oder mehr Endgerätegruppen aus den Endgeräten zu bilden. Endgeräte innerhalb derselben Gruppe sind mit demselben gemeinsamen Bus verbunden, und ein Endgerät der Gruppe ist der Supermaster, der Rest sind Master. Somit kann ein Hub-Standort mehrere Supermasterendgeräte einschließen.

Dies wird in Bezug zu 8 erläutert. Die Antennen, die mit den Sende-Empfängern A, B, C verbunden sind, strahlen in Richtungen, die nahe genug beieinander liegen, um eine hohe gegenseitige Interferenz zu verursachen, wenn ein Endgerät auf einem TDD-Kanal sendet, während das andere Endgerät auf demselben Kanal empfängt. Andererseits strahlen die Antennen, die mit den Sende-Empfängern D, E, F verbunden sind, in Richtungen, die auch zu einer hohen gegenseitigen Interferenz führen können, aber die keine Interferenz mit dem Empfang der Sende-Empfänger A, B, C ergeben. Aus diesem Grund wird eine Gruppe aus den Endgeräten A, B und C gebildet, und sie sind mit dem gemeinsamen Bus 1 verbunden. Ein Endgerät, in 8 das Endgerät C, ist der Supermaster, der die Zeitsteuerung für die anderen angibt. Eine zweite Gruppe wird aus den Endgeräten D, E und F ausgebildet, und diese Endgeräte sind mit einem anderen gemeinsamen Bus 2 verbunden. Das Endgerät D wirkt als Supermaster.

Ungeachtet der Anzahl der Gruppen kann die Auswahl des Supermasterendgeräts unter den Masterendgeräten, die mit demselben Bus verbunden sind, entweder automatisch oder manuell in der Aufbauphase der Verbindungsteilstrecken erfolgen. Die Kanalnummer, die der Supermaster über den gemeinsamen Bus sendet, kann während des Einrichtens der anderen Endgeräte, die mit dem Bus verbunden sind, verwendet werden. In diesem Fall werden die anderen Endgeräte denselben Kanal verwenden, wenn nicht eine externe Interferenz aus der Richtung ihrer Antennen das Verwenden dieses Kanals verhindert. Dann muss ein Endgerät einen anderen TDD-Kanal verwenden, das heißt die Trägerfrequenz muss geändert werden.

Obwohl die Gruppen der Antennen im wesentlichen in verschiedene Richtungen strahlen, ist es in der Praxis sehr wahrscheinlich, dass die verschiedenen Richtungen allein keine gute Signaltrennung beim Empfang garantieren. Ein Signal von einer Gruppe strahlt zu einem Empfänger einer benachbarten Gruppe, um so eine hohe Interferenz zu verursachen. Aus diesem Grund ist es empfehlenswert, dass sich die Frequenzen unter den Gruppen voneinander unterscheiden.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist die, dass das Supermasterendgerät seinen internen Impulsfolgenphasenoszillator verwendet, um einen Rahmen zu erzeugen, der die Kanalnummer enthält. Die Masterendgeräte, die mit demselben Bus verbunden sind, verwenden eine Phasenverriegelungstechnik, um ihre Impulsfolgenzeitsteuerung mit dem Supermaster zu synchronisieren. Der Start des N Bit Rahmens wird als Synchronisationsreferenz verwendet. Der Bus und seine Schnittstelle implementieren eine festverdrahtete Oder-Operation oder eine festverdrahtete Und-Operation. Das physikalische Busmedium kann aus einem Koaxialkabel bestehen.

Die Erfindung ermöglicht es den TDD-Endgeräten, an einem Hub-Standort denselben Funkkanal zu verwenden, um somit die Spektrumsnutzung zu verbessern. Der Interferenzpegel ist auf den Pegel begrenzt, der während den Empfangsimpulsfolgen von Endgeräten in der Nähe erzeugt wird. Sogar in dem Fall, bei dem derselbe Funkkanal nicht verwendet wird, reduziert die Erfindung die Gefahr der Blockierung der Empfänger und der anderen Endgeräte im Hub.


Anspruch[de]
Verfahren zum Synchronisieren von Übertragungs- und Empfangs-Zeitspannen einer Gruppe von Endgeräten in einem festen Funkverbindungssystem, das im Zeitduplex-Modus arbeitet und in dem die Gruppe von Endgeräten an einem Knotenpunkt angeordnet ist, umfassend die Schritte:

– Einrichten eines gemeinsamen Busses;

– Auswählen eines Endgeräts aus der Gruppe als ein Super-Master-Endgerät (71), welches ein Synchronisierungssignal an den gemeinsamen Bus sendet;

– Auswählen des Restes der Endgeräte aus der Gruppe als Master-Endgeräte (72), welche das Synchronisierungssignal von dem gemeinsamen Bus empfangen;

– Zeitsteuern von Übertragungs-Zeitspannen von jedem einzelnen Master-Endgerät (72) gemäß dem Synchronisierungssignal, das von dem gemeinsamen Bus empfangen wird, derart, dass die Übertragungs-Zeitspannen weder mit Empfangs-Zeitspannen der anderen Master-Endgeräte (72) noch mit denen des Super-Master-Endgeräts (71) überlappen; und

– Hinzufügen von Informationen über die Funkfrequenz, die von dem Super-Master-Endgerät (71) verwendet wird, auf dem Synchronisierungssignal.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend:

– Senden von Synchronisierungsinformationen von dem Master-Endgerät (72) an ein entferntes Endgerät an einem anderen Ende der Funkverbindung;

– Zeitsteuern von Übertragungs- und Empfangs-Zeitspannen des entfernten Endgeräts gemäß der empfangenen Synchronisation.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend den Schritt, die Funkfrequenz der Sender/Empfänger der Master-Endgeräte (72) auf die Frequenz einzustellen, die von dem Super-Master-Endgerät (71) über den gemeinsamen Bus bekanntgegeben wird. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Gruppe von Endgeräten alle Endgeräte (71, 72) in dem Knotenpunkt umfasst. Verfahren nach Anspruch 1, wobei auf das Hinzufügen eines neuen Endgeräts in der Gruppe hin, weiter umfassend:

– Anbinden des neuen Endgeräts an den gemeinsamen Bus;

– Empfangen des Synchronisierungssignals und von Informationen über die Funkfrequenz von dem gemeinsamen Bus;

– Ausführen der Zeitsteuerung und Frequenz-Zeitsteuerung in dem neuen Endgerät gemäß dem Synchronisierungssignal und den Informationen über die Funkfrequenz.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei auf das Ausbleiben des Synchronisierungssignals auf dem gemeinsamen Bus hin, weiter umfassend:

– automatisches Auswählen von einem der Master-Endgeräte (72) als ein neues Super-Master-Endgerät (71).
Festes Funkverbindungssystem, das im Zeitduplex-Modus arbeitet, umfassend:

– mindestens einen Knotenpunkt, einschließend eine Anzahl von Knotenpunkt-Sender/Empfängern, die auf der gleichen Funkfrequenz arbeiten;

– eine Anzahl von gerichteten und sektoriellen Antennen, die in verschiedene Richtungen weisen, wobei jede Antenne mit dem jeweiligen Sender/Empfänger verbunden ist;

– mehrere entfernte Stationen, von denen jede mindestens einen entfernten Sender/Empfänger aufweist, der mit einem vorbestimmten Knotenpunkt-Sender/Empfänger durch eine Funkverbindung kommuniziert;

wobei der Knotenpunkt weiter umfasst:

– einen gemeinsamen Bus, mit dem die Knotenpunkt-Sender/Empfänger verbunden sind;

– ein Super-Master-Endgerät (71), das aus den Knotenpunkt-Sender/Empfängern ausgewählt ist und das ein Synchronisierungssignal an den gemeinsamen Bus sendet;

– Master-Endgeräte (72), die den Rest der Knotenpunkt-Sender/Empfänger ausmachen und die das Synchronisierungssignal von dem gemeinsamen Bus empfangen;

wobei jedes einzelne Master-Endgerät die Zeitsteuerung von Übertragungs-Zeitspannen gemäß dem Synchronisierungssignal, das von dem gemeinsamen Bus empfangen wird, derart einstellt, dass die Übertragungs-Zeitspannen weder mit Empfangs-Zeitspannen der anderen Master-Endgeräte (72) noch mit denen des Super-Master-Endgeräts (71) überlappen; und

wobei das Super-Master-Endgerät (71) Informationen über die von dem Super-Master-Endgerät (71) verwendete Funkfrequenz an den gemeinsamen Bus sendet.
Festes Funkverbindungssystem nach Anspruch 7, wobei die Master-Endgeräte (72) Synchronisierungsinformationen an die entsprechenden entfernten Endgeräte an den anderen Enden der Funkverbindungen senden. Festes Funkverbindungssystem nach Anspruch 8, wobei die entfernten Endgeräte deren Zeitsteuerung in Reaktion auf empfangene Synchronisierungsinformationen korrigieren. Festes Funkverbindungssystem nach Anspruch 7, wobei auf das Hinzufügen eines neuen Sender/Empfängers zu dem Knotenpunkt hin:

– der neue Sender/Empfänger sich an den gemeinsamen Bus anbindet, um das Synchronisierungssignal davon zu empfangen;

– in Reaktion auf das Signal Zeitsteuerung ausführt.
Festes Funkverbindungssystem nach Anspruch 7, wobei in Reaktion auf das Verschwinden des Synchronisierungssignals von dem gemeinsamen Bus hin eines der Master-Endgeräte (72) sich automatisch in das Super-Master-Endgerät (71) verwandelt. Festes Funkverbindungssystem nach Anspruch 7, wobei ein Master-Endgerät (72) sich selbst nur dann auf die Funkfrequenz einstellt, wenn eine Störung, die durch externe Quellen verursacht wird, unterhalb eines vorbestimmten Niveaus liegt.






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