DE3337646C2 - Funknetz mit einer Vielzahl von mobilen Stationen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Funknetz nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In manchen Anwendungen treten Anordnungen von mobilen Funkstationen auf, die folgende Merkmale haben:

• - Betrieb im freien Gelände oder im Wald, auf dem Wasser oder in der Nähe von Häusern (evtl. unter Einbeziehung von Gebäuden),
• - Anordnungen von vielen (z. B. 50-100) Mobilstationen mit je meist mehreren Endteilnehmern,
• - Gesamtausdehnung des durch die Teilnehmer gespannten Netzes von typisch 500 m bis 20 km, evtl. auch mehr,
• - keinerlei für die Organisation und Kommunikation des Netzes verantwortliche zentralisierte Funktionen.

Fig. 1 zeigt ein beispielhaftes Funknetz mit Mobilsta­ tionen A, B und C mit unterschiedlicher Zahl von Telefon­ teilnehmern und Datenteilnehmern je Station und einer über Station B (als Relais) geführten Verbindung zwischen Telefon 1 der Station A und Telefon N der Station C.

An solche Funknetze werden bzgl. der Kommunikationsmög­ lichkeiten Forderungen gestellt, z. B.

• - Verfügbarkeit aller mit Kabeln realisierbaren Kommuni­ kations-Dienste, z. B. Fernsprechen/-schreiben/-kopien und Datenübertragung mit Leistungsmerkmalen, die denen mit Kabeln entsprechen,
• - modulare Ausbaufähigkeit bzgl. der Übertragungskapa­ zität,
• - digitale Nachrichtenübertragung,
• - alternative Übertragungsraten pro Kanal, z. B. 16, 32 oder 64 kbit/s,
• - sehr große mögliche Summendatenrate (Verkehrskapazität) des Kanalbündels des gesamten Funknetzes von z. B. 512, 1.024, 2.048 oder 4.096 Mbit/s,
• - Anwendung einer Funk-Übertragungstechnik, die nur zu einer geringen Emission von Signalenergie führt.

Unter den bekannten Funksystemen kommt das in IEEE Trans. Comm. Vol. COM-28, No. 9, Sept. 1980, Seiten 1616-1624 beschriebene der Erfindung am nächsten. Ein anderes relevantes System ist in IEEE Trans. Comm. Vol. COM-27, No. 12, Dec. 1979, Seiten 1938-1945 beschrieben. Das in IEEE Trans. Comm. Vol. COM-28, No. 9, Sept. 1980, Seiten 1616-1624 als Konzept vorgestellte System hat folgende Merkmale:

• - Funknetz mit cm-Wellen (7 GHz) zwischen Bodenstationen für militärische Anwendungen, bei dem jede Station einen Sender und einen Empfänger besitzt und halbduplex arbeitet,
• - bündelnde Sende- und Empfangsantennen mit 6/10 Grad Öffnung bzgl. Azimut/Elevation,
• - Übertragung nach dem synchronen Zeitmultiplex-Verfahren, wo­ bei ein netzweit gültiger Rahmen ca. 65 ms dauert und in 6 Zeitschlitze (Kanäle) zu je 10 ms Dauer unterteilt ist. Je­ der Kanal wird von jeder Station (nach einer Verbindungsauf­ bauprozedur) fest für die Verbindung zu einer von maximal 6 möglichen Nachbarstationen verwendet. Zwischen diesen 6 Ka­ nälen kann jede Station vermitteln und auch eigene Daten übertragen. Zwischen zwei Stationen können auch bei Bedarf zwei oder mehr Kanäle fest geschaltet werden. Auf den Kanä­ len werden nach dem asynchronen Zeitmultiplex-Verfahren Da­ ten zwischen rechnerbestückten Endgeräten und in geringem Umfang paketierte Sprache übertragen.
• - Der maximal mögliche Stationsdurchsatz beträgt 100 kbit/s.
• - Jedes Stationspaar kommuniziert miteinander unter Nutzung eines für diese Verbindung individuellen Codewortes. Eine über Relais geführte Verbindung benutzt abschnittsweise ver­ schiedene Codeworte, aber dasselbe Frequenzband. Das System verwendet also Codemultiplex.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Funknetz der ein­ gangs genannten Art zu schaffen das sich selbst organisiert und dabei ohne für die Organisation und Kommunikation des Net­ zes verantwortliche zentralisierte Funktionen auskommt. Da­ rüber hinaus soll mit dem zu schaffenden Netz alle mit Kabeln realisierbaren Kommunikationsdienste, z. B. Fernsprechen/­ schreiben/-kopien und Datenübertragung zur Verfügung stehen mit Leistungsmerkmalen, die denen mit Kabeln entsprechen.

Die Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merk­ malen gelöst. Die weiteren Ansprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen bzw. Ausführungen der Erfindung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel für ein Funknetz mit 6 Stationen S1 bis S6, welche untereinander (z. B. wegen Hindernissen/-Entfer­ nungen) nicht voll vermascht, sondern nur über die Kanäle Li (i = 1 . . . . 7) verbindbar sind.

• - Nur geringer durch Codespreizung verdeckter Organisations­ verkehr. Empfangsbetrieb der Stationen, wenn kein Sende­ wunsch vorliegt.
• - Übertragung nach dem Zeitmultiplex-Verfahren über trans­ parente halbduplex Kanäle welche für synchrone (Kanaldurchschaltung) und asynchrone (Paket­ vermittlung) digitale Übertragung geeignet sind mit Datenübertragungsraten, die an die Eigenschaften der Verkehre angepaßt sind, z. B. 16, 32 oder 64 kbit/s pro Kanal.
• - Vermittlungskapazität jeder Station entsprechend der Summendatenrate eines Rahmens, z. B. 512, 1024 oder 2048 kbit/s.
• - Existenz evtl. mehrerer zueinander synchroner Rahmen in verschiedenen Frequenzbändern.
• - Betrieb der Stationen halbduplex, d. h. Senden und Emp­ fangen ist nicht gleichzeitig im selben Zeitschlitz möglich.
• - Adressierungs-Verfahren: Punkt-zu-Punkt, Mehrfachad­ ressierung (einer an mehrere), Rundspruch (einer an alle).
• - Verwendung von rundstrahlenden Empfangs-(E-)Antennen und gerichteten Sende-(S-)Antennen. Evtl. auch gerichtete E-Antennen.
• - Schnittstellen an jeder Station für mehrere Fernsprecher und Datenendgeräte.
• - Schnittstelle an jeder Station bzgl. des Fernmelde- Leitungsnetzes mit Gateway-Funktion in der Station.
• - Schichtung der Kommunikations- und Organisations-Proto­ kolle gemäß dem ISO-Architekturmodell, vgl. Computer Networks 5 (1981), Seiten 77-80.

Einzelprobleme und deren Lösung Auf- und Abbau von Verbindungen

Die Kommunikation zwischen zwei Stationen durchläuft drei Phasen: 1) Verbindungsaufbau, 2) Kommunikation und 3) Verbindungsaufbau. Die Nachrichtenübertragung während der Phasen 1) und 3) heißt Signalisierung.

Im Funknetz wird Phase 1), entsprechend üblichen Signali­ sierungsverfahren, mit Datagrammen abgewickelt. Für die Phasen 2) und 3) wird die Existenz einer Verbindung vorausgesetzt, über die nach Ablauf von Phase 2) der Verbindungsabbau angestoßen wird.

Aufnahme und Abmeldung neu ankommender bzw. abgehender Stationen

Es wird angenommen, daß eine sich um Aufnahme in das Funknetz bewerbende Station über die im Netz gültigen Konventionen wie Frequenzen, Codes, Passworte, Schlüssel­ verfahren usw. informiert ist. Sie ist dann im Zustand "Bewerbung". Das gesamte Regelwerk (Protokoll) für die Aufnahme einer Station in das Netz bzw. das Abmelden einer Station vom Netz wird dezentral, mit Hilfe von Mikropro­ zessor-Intelligenz der sich bewerbenden bwz. abmeldenden Station abgewickelt. Das Verfahren wird in einer getrenn­ ten Patentanmeldung beschrieben.

Vermittlungs- und Übertragungstechnik

Information wird über Nachrichtenkanäle übertragen. Dazu muß ein geeignet gewähltes Funkfrequenzband nach festen Regeln genutzt werden. Drei Verfahren sind gebräuchlich und werden in verschiedenen Ausführungen der Erfindung nebeneinander angewandt:

• - synchrones Zeitmultiplex (STDM, synchronous time divi­ sion multiplex)
• - Frequenzmultiplex (FDM, frequency division multiplex)
• - Codemultiplex (CDM, code division multiplex).

Für die Informationsübertragung über nach einem dieser Verfahren gebildeten Kanäle bestehen zwei Möglichkeiten:

• - Kanalvermittlung (Nutzung von Übertragungs-Kapazität auf der Basis von verbindungsorientierten transparenten Kanälen),
• - Paketvermittlung (ATDM, asynchronous time division multiplex). Nutzung der Übertragungs-Kapazität einer kanalvermittelten Verbindung im asynchronen Zeitmulti­ plex-Verfahren für mehrere verschiedene (virtuelle) Verbindungen, vgl. CCITT/X.25 und IEEE Projekt 802.

Beide Verfahren setzen, entsprechend der Zahl zu vermit­ telnder Kanäle und ihrer Datenübertragungsrate, Vermitt­ lungsfunktionen als Teil der Stationen voraus. Die Ver­ mittlungsleistung muß der Summen-Bitrate aller gleichzei­ tigen Kanäle entsprechen.

Kanalvermittlung Anwendung des synchronen Zeitmultiplex-Verfahren im Netz

Die synchrone Übertragung über ein Netz setzt Synchronis­ mus aller Stationen voraus. Um nicht ständig Synchronisa­ tions-Information übertragen zu müssen, werden quarz-sta­ bilisierte, periodisch über Funk synchronisierte Stationen eingesetzt.

Das erfindungsgemäße Funknetz verwendet Übertragungsraten von 16/32 kbit/s laut Empfehlung EUROCOM D/1 bzw. 64 kbit/s gemäß den CCITT-Empfehlungen G. 700 ff für PCM- Sprachübertragung. Dabei wird von Kanälen mit 64 kbit/s Datenrate ausgegangen und die Unterteilung jedes Kanals im Zeitmultiplex in n Unterkanäle (n = 2,4) mit kleineren Datenraten zugelassen. Eine andere mögliche Variante geht von 16 kbit/s Datenrate aus und bildet Kanäle höherer Raten durch Zusammenfassen von n benachbarten Zeitschli­ tzen.

Aus Effizienzgründen wird in bevorzugter Ausführung der Erfindung die Nachrichtenlänge eines Zeitschlitzes mit 1064 bit deutlich größer gewählt, als bei einer PCM-Pri­ märgruppe (8 bit). Ein Kanal wird durch in aufeinander folgenden Rahmen periodisch auftretende Zeitschlitze (slots) gebildet.

Bei 32 Kanälen/Rahmen zu je 64 kbit/s beträgt bei 1064 bit/slot die Rahmenperiode 1/60 s. Fig. 3 zeigt Details eines solchen Rahmens.

Demnach sind ein Rahmenkennungswort und zwischen den Zeitschlitzen Schutzzeiten vorgesehen. Die Nachricht innerhalb jedes Zeitschlitzes wird von einer Synchronisa­ tionspräambel und Organisationsdaten, u. a. einem Kennungs­ bit für den Zustand "Kanal belegt/frei", eingeleitet. Die Summenbitrate aller Kanäle zusammen beträgt 2.048 Mbit/s und entspricht der von 32 PCM-Kanälen zu je 64 kbit/s.

Schleifenlaufzeit bei Sprachübertragung

Die Nachrichtenlänge pro Zeitschlitz berücksichtigt, daß Sprachübertragung nur Schleifenlaufzeiten unterhalb von 200 ms ohne wesentlichen Störeindruck verträgt. In jeder Übertragungsrichtung dürfen deshalb maximal 100 ms Über­ tragungsverzögerung geduldet werden. Jede von einer Über­ tragung berührte Station ist entweder Quelle bzw. Senke der Verbindung oder Relais mit Vermittlungsfunktion.

Schutzzeit

Die Schutzzeiten zwischen Zeitschlitzen werden ausreichend groß gewählt, damit Laufzeitunterschiede verschiedener Verbindungen nicht zur Überlappung von Zeitschlitzen führen können.

Synchronisationspräambel

Stationen sind trotz eigenem Taktnormal nur für begrenzte Dauer fähig, frei laufend synchron zum Netz zu bleiben. Deshalb enthält das Rahmenkennungswort ein Synchronisa­ tionswort.

Verbindungen über Relais

In jedem Zeitschlitz eines Rahmens darf stets nur genau eine Station senden. Jede über ein Relais laufende Verbin­ dung benötigt pro Teilabschnitt einen individuellen Kanal.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel für die synchrone Kommunikation zwischen Quelle und Senke über zwei Relais R1, R2. Ein Kanal X benötigt auf den drei Teilabschnitten drei ver­ schiedene Zeitschlitze.

Eigenschaften des Funkkanals und Konsequenzen

Wegen Mehrwegeausbreitung und daraus resultierenden Lauf­ zeitunterschieden tritt mit steigender Datenrate zunehmend Zeichendispersion auf. Sie läßt sich u. U. mit Echoentzer­ rern beheben, jedoch nicht annäherungsweise für so große Bitraten, wie sie im vorliegenden Fall angestrebt werden. Übertragungsstörungen durch Dispersion kann man durch geeignete Signalcodierung beseitigen. Deshalb kommt das beschriebene STDM-Verfahren nur innerhalb eines Systems mit Codespreizung in Frage.

Schmalbandige Kanäle innerhalb eines STDM-Systems

Die bisher eingeführten STDM-Kanäle haben eine Bitrate, wie sie für Sprachübertragung bei 64 kbit/s nötig ist. Für manche Datendienste und für Delta-Sprache reichen Kanäle mit kleineren Datenraten aus. Die vorgeschlagene Rahmenstruktur einschließlich der auf die Gegebenheiten des Funkkanals optimierten Zeitschlitzbreite erlaubt auf einfache Weise die Bildung von schmalbandigen Kanälen, ohne daß die in Fig. 3 dargestellte Struktur geändert werden muß: Wie Fig. 5 zeigt, ist lediglich eine Uminter­ pretation der Zugehörigkeit von Zeitschlitzen gleicher Nummer in aufeinanderfolgenden Rahmen nötig, um aus einem Kanal mit z. B. 64 kbit/s z. B. drei schmalbandige Kanäle 1.1, 1.2 und 1.3 mit je 21.3 kbit/s Datenrate zu machen.

Die Grenze dieser Technik ist nur durch den erträglichen Zeitabstand gegeben, der zwischen zwei aufeinander folgen­ den, zum gleichen Schmalbandkanal gehörigen, Zeitschlitzen zugelassen werden kann. Beispielsweise kann man bei der vorgeschlagenen Rahmenpulsfrequenz von 60/s genau 120 Schmalbandkanäle mit der Bitrate 532 bit/s aus dem Zeit­ schlitz Nr. 1 erzeugen. Dabei wird pro Schmalbandkanal nur alle 2 s ein Zeitschlitz mit 1064 bit Inhalt beansprucht. Durch Zusammenfassung von Schmalbandkanälen kann man solche mit unterschiedlichen Datenraten bilden, z. B. ergeben zwei Kanäle mit je 532 bit/s zusammen einen mit 1064 bit/s. Nebeneinander könnten Kanäle mit Raten 532, 1064, 1596, 2128, usw. bit/s existieren, die alle aus dem Zeitschlitz Nr. 1 abgeleitet wurden.

Anwendung des Frequenz-Multiplex-Verfahrens im Netz

Das VDM-Verfahren unterteilt ein gegebenes Frequenzband in mehrere Bänder und erlaubt pro Band die Übertragung von einem oder mehreren Kanälen. Während jedoch das STDM-Ver­ fahren (in Grenzen) erlaubt, benachbarte Zeitschlitze zusammen zu fassen, damit breitere Kanäle zu bilden und dabei eine höhere Flexibilität bzgl. der Übertragungsrate pro Band ermöglicht, legt das FDM-Verfahren ein für alle mal die Bandbreite und damit die maximal mögliche Übertra­ gungsrate fest.

Im erfindungsgemäßen Funknetz wird ein Frequenzband nach dem STDM-Verfahren genutzt und in einer Variante ein zweites Frequenzband zur Übertragung eines Organisations­ kanals. Beide Bänder werden vorzugsweise durch dasselbe Codewort gespreizt.

Anwendung des Codemultiplex-Verfahren im Netz

Beim CDM-Verfahren wird die Nachricht einem Träger aufmo­ duliert und das sich ergebende, im Vergleich zur Kanal­ bandbreite B des Systems schmalbandige Signal durch Modu­ lation mit Hilfe eines den Kanal kennzeichnenden Codewor­ tes auf die Kanalbandbreite B spektral gespreizt. Dabei ist die Taktfrequenz des Codewortes groß gegenüber der Bandbreite b des Nachrichtensignals. Z. B. fallen 10 bis 100 Codetakte auf einen Nutzbit-Takt des Nachrichtensig­ nals. Man spricht anstelle vom Codetakt auch vom Chiptakt, um ihn vom Takt der Nutzbits unterscheiden zu können. Auf jedes Nutzbit fallen z. B. 10 bis 100 Chips. Nach einer HF-Aufwärtsmischung gelangt das Signal zur Aussendung.

Durch Verwendung unterschiedlicher, geeignet ausgewählter Codeworte können entsprechend viele Übertragungskanäle in der Kanalbandbreite B untergebracht werden. Am Empfänger-Eingang überlagern sich additiv im gleichen Frequenzband n breitbandig codierte Signale (von n Sen­ dern), die leistungsmäßig entsprechend den unterschiedli­ chen Dämpfungen der Übertragungsstrecke gedämpft sind. Der Empfänger gewinnt nach HF-Abwärtsmischung die für ihn bestimmte Nachricht aus dem Überlagerungsgemisch mit Hilfe seines Codewortes. Dazu wird das Empfangssignal mit dem synchronisierten Codewort multipliziert. Die dadurch bewirkte spektrale Komprimierung hebt das gewünschte Signal frequenzmäßig aus den übrigen durch Produktbildung noch weiter gespreizten Spektren heraus, so daß es mit einem der Nutzsignalbandbreite entsprechenden Bandpaßfil­ ter herausgesiebt werden kann.

Synchronisation auf den Chiptakt

Die Synchronisation (auch Aquisition oder Korrelation genannt) des im Empfänger erzeugten Codewortes auf das empfangene Codewort stellt eines der Hauptprobleme bei Übertragung durch Codespreizung dar. Sie kann verschieden aufwendig realisiert werden und benötigt entsprechend viel Zeit, z. B. bei -20 dB SNR am Empfänger ca. 150 bis 1000 mal die Codewort-Länge, bei kleinerem Pegel entsprechend mehr. Die Aquisitionsdauer hängt von der geforderten Erfolgs­ wahrscheinlichkeit Pd ab, daß die Synchronisation tatsäch­ lich und nicht nur scheinbar geglückt ist. Man unterschei­ det serielle und parallele Aquisition und Mischformen davon.

Nach erfolgreicher Aquisition besteht ein synchroner Kanal, für den der Erhalt des Codewort-Synchronismus (Tracking) ständig zu gewährleisten ist. Dazu ist für jeden von einer Station gleichzeitig betreibbaren Kanal eine gesonderte Tracking-Einrichtung erforderlich.

Multiplex-Fähigkeiten des CDM-Verfahrens

Im Kanal der Breite B können gleichzeitig so viele Kommu­ nikationsbeziehungen existieren, wie Codeworte vorhanden sind: Das Frequenzband wird also mehrfach durch Code­ spreizung genutzt.

Da es u. U. sehr viele Codeworte (= Kanäle) gibt, ist es für eine neu zum Netz stoßende Station S2 schwierig, sich bemerkbar zu machen:

Dafür ist es erforderlich, daß eine schon vorhandene Station S1, die außerdem in Empfangsreichweite von S2 ist, gerade das von S2 benutzte Codewort ausprobiert. Offen­ sichtlich ist es dann zweckmäßig, für die Anmeldung ein Codewort zu reservieren und alle Stationen zu verpflich­ ten, sich ständig um Aquisition des Synchronismus dieses Codewortes zu bemühen.

Auch für bereits dem Netz angehörige Stationen ist es zeitaufwendig, mit anderen Stationen Verbindungen herzu­ stellen, denn die Zielstation (bzw. ein Relais auf der Route dorthin) muß sich auf das ausgestrahlte Codewort synchronisieren, was bei großer Zahl von Codeworten sehr zeitaufwendig sein kann.

Deshalb wird in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung auf Codemultiplex verzichtet und Codespreizung mit nur einem Codewort angewandt.

Jede Station sendet nur in dem ihr zugewiesenen Zeit­ schlitz, während empfangende Stationen aus Gründen der Synchronisation nach Möglichkeit ständig mithören, aber nur in ihrem Empfangszeitschlitz das Nachrichten-Nutzsig­ nal auswerten. Da es zu jeder Zeit nur ein gültiges Code­ wort im System gibt, reicht pro Station ein Paar von Modulatoren bzw. Demodulatoren aus.

Man muß bei Systemen mit großer spektraler Spreizung mit erheblichen Pegelschwankungen der verschiedenen Verbin­ dungen am Empfänger rechnen, die pro Zeitschlitz getrennt berücksichtigt werden müssen. Deshalb kann in Weiterbildung der Erfindung jede Station ihren Empfänger für jeden Kanal bzgl. der Empfangspegel-Dynamik und anderer Kanal­ eigenschaften auf den im vorangegangenen Rahmen festge­ stellten Pegel einstellen.

Der wesentliche Aufwand für die Übertragung codegespreiz­ ter Signale liegt im Empfänger. Strebt man minimalen S/E-Aufwand an, so ist die Verwendung nur eines Codewortes in allen Bändern optimal. Die Lösung ist allerdings nicht sehr frequenzökonomisch, was jedoch bei der geringen Reichweite bei mm-Wellen im oberen Frequenzbereich weniger bedeutend ist.

Anwendung des Paketvermittlungs-Verfahrens im Netz

Das asynchrone Zeitmultiplex-Verfahren ATDM hat sich in vielen Anwendungen bei Funknetzen bewährt. Typisch ist, daß die gesamte im Übertragungskanal verfügbare Bitrate jeder Verbindung für eng begrenzte Dauer zur Verfügung steht, so daß die Übertragungsdauer einer festen Daten­ menge deutlich kürzer ist, als bei FDM- oder STDM-Systemen mit gleicher gesamter Datenübertragungsrate. Innerhalb von Paketen herrscht Bitsynchronismus.

Anstelle von kanalorientierten (geschalteten) Verbindungen zwischen Nachrichtenquelle und -senke, wie bei STDM bzw. FDM, werden bei ATDM meistens virtuelle Verbindungen benutzt, die nur jeweils für die Dauer der Übertragung auf physikalische Übertragungskapazität zugreifen. Eine ATDM- Variante kommt auch ohne virtuelle Verbindungen aus und verwendet stattdessen Datagramme. In einer Weiterbildung der Erfindung wird die Möglichkeit genutzt, in jedem nach dem STDM- oder FDM-Verfahren gewonnenen Kanal auch nach dem ATDM-Verfahren zu übertragen.

Kennzeichnend für das erfindungsgemäße Funknetz ist unter anderem, daß die Signalisierung und das Netzmanagement nach dem ATDM-Verfahren abgewickelt werden, während die Nachrichtenübertragung kanalvermittelt abläuft.

Aufwand für die Vermittlung in jeder Station

Die Vermittlung zwischen bei einer Station ein- und ausge­ henden Kanälen erfordert als Teil der Station interne rechnergesteuerte, nach dem Zeitmultiplex-Verfahren be­ nutzte Verbindungswege. Die Koppelanordnung KA jeder Station kann zwischen beliebigen kommenden und gehenden Kanälen durchschalten, vgl. Fig. 6. Eine Verbindung be­ steht aus zwei Kanälen, je einem für jede Übertragungs­ richtung. In Fig. 6 vermittelt eine Station beispielsweise die Verbindungen a, b und c.

Beim erfindungsgemäßen Funknetz haben alle Stationen denselben Rahmentakt, so daß bei einer Station im Zeit­ schlitz Z1 empfangene Daten stets nur in einen zeitlich später liegenden Zeitschlitz vermittelt werden. Abweichend von Vermittlungen leitungsgebundener Netze werden in Stationen nicht Zeitschlitzinhalte des ankommenden Rahmens in den zeitlich nachfolgenden Rahmen vermittelt, sondern in den nächsten freien Zeitschlitz (meist desselben Rahmens).

Gatewayfunktionen des Netzes

Es gibt keine besonders für die Verbindung des Netzes mit anders organisierten Netzen ausgestatteten Gateway-Sta­ tionen. Stattdessen ist jede Station ausreichend ausge­ stattet, um den Übergang zum Leitungsnetz selbst reali­ sieren zu können. Jede Station besitzt deshalb eine geeignete Leitungs-Schnittstelle (typisch 6-drähtig, 4-Draht und E u. M). Verbindungen zu anderen Netzen werden über geeignete Leitungsnetze realisiert.

Schnittstellen zu den stationseigenen Teilnehmern

Jede Station verfügt über mehrere Schnittstellen zum Anschluß digitaler Fernsprecher und ebenso über mehrere Schnittstellen zum Anschluß von datenorientierten Endgerä­ ten, z. B. Fernschreiber, Sichtgeräte, Fernkopierer usw.

Signalisierung

Signalisierung, d. h. Übertragung von Verbindungsauf- bzw. abbau-Information, wird nach dem ATDM-Verfahren abge­ wickelt. Sie kann als Inkanal- oder Außerkanal-Signalisie­ rung realisiert sein. Inkanal-Signalisierung wird angewen­ det, wenn Stationen über den Belegtzustand aller in ihrem S/E-Bereich verfügbaren Kanäle informiert sind. Die dafür notwendige Information wird in einer Ausprägung der Erfin­ dung durch ein Kanalverwaltungsnetz verteilt, in einer anderen Ausprägung durch dezentrale Informationsgewinnung durch die Stationen selbst gewonnen. Die Außerkanal-Signa­ lisierung lehnt sich an Standardverfahren an. Sie ist entsprechend CCITT-Empfehlung SS.7 oder EUROCOM D/1 (IIA3), für das gesamte Kanalbündel realisiert und wird gegebenenfalls über ein getrenntes Kanalnetz abgewickelt.

Dezentral organisiertes Netz-Management

Funktionen des Netz-Managements sind

• - An- und Abmeldung von Stationen beim Netz,
• - Verwaltung des Teilnehmerverzeichnisses, d. h. Zuordnung von Stationsnamen zu Adressen des Netzes,
• - Verwaltung des Verzeichnisses der Stationsmerkmale,
• - Überwachung der Stationen bzgl. Funktion und Beachtung von Vorschriften und Rechten,
• - Rekonfiguration des Netzes und Vorbereitung/Steuerung von Ortswechseln von Stationen zur Erhaltung/Verbesse­ rung der Konnektivität,
• - Schlüsselmittel-Verwaltung usw.

Es ist bisher üblich, solche Funktionen einer als temporä­ rem Master deklarierten Station zuzuweisen und vorzusehen, daß andere Stationen diese Funktionen übernehmen können (Master transfer). Im betrachteten Netz werden diese Funktionen dezentral mit Hilfe stationsinterner Software ausgeführt.

Organisationsnetz und Kommunikationsnetz

Das Funknetz ist logisch aufteilbar in ein Kommunikations­ system KOMSYS und ein Organisationssystem ORGSYS. Kanäle können nach Bedarf wahlfrei dem KOMSYS bzw. ORGSYS zuge­ ordnet werden. Dem KOMSYS zugewiesene Kanäle werden nur für Nachrichtenübertragung (Fernsprechen/-schreiben/-ko­ pieren und Datenübertragung) eingesetzt. Alle für die Verwaltung des KOMSYS notwendigen Verkehre wie Signalisie­ rung, An-/Abmelden, Netzmanagement, Synchronisation usw. werden über Kanäle des ORGSYS abgewickelt. Kanäle des ORGSYS unterscheiden sich in ihren Merkmalen nicht notwen­ dig von denen des KOMSYS.

Getrennter ORGSYS-Kanal für Neuanmeldungen

Die erste Kontaktaufnahme einer neuen Station mit dem Funknetz ist für nicht synchronisierte Stationen besonders schwierig herzustellen. Deshalb wird dafür vorzugsweise ein getrennter FDM-Kanal mit einer Datenrate von ca. 16 kbit/s vorgesehen, vgl. Fig. 7. Es besteht sonst die Gefahr der Stö­ rung des normalen Netzverkehrs durch neu ankommende Stationen.

Systemvarianten

Das Funknetz soll bei bzgl. der Anforderungen an Kanalkapazi­ tät und Verdeckung des Funkverkehrs unterschiedlichen Anwen­ dungen einsetzbar sein. Deshalb werden Varianten unterschie­ den, die sich in der Verdeckung von Teilen des Funkverkehrs unterscheiden. Die Nachrichtenübertragung im KOMSYS erfolgt in allen Varianten mit Hilfe codegespreizter Signale, wobei

• - systemweit nur ein Codewort eingesetzt wird,
• - Bänder nach dem FDM-Verfahren verfügbar gemacht werden,
• - Kanäle nach Bedarf synchron oder asynchron genutzt werden.

Die Varianten unterscheiden sich darin, welche Verkehre bei der Neuanmeldung bzw. der Signalisierung offen bzw. durch Codespreizung verdeckt übertragen werden. Der offene Verkehr wird in einem vom KOMSYS verschiedenen FDM-Band über das ORGSYS übertragen.

Claims (9)

1. Funknetz zur digitalen Nachrichtenübertragung im mm-Wel­ len-Frequenzbereich mit einer Vielzahl von nach dem Halbdup­ lex-Verfahren arbeitenden Mobilstationen, an die jeweils ein oder mehrere Endteilnehmer angeschlossen sind, bei welchem Funknetz

• - die Mobilstationen so ausgebildet sind, daß sie je einen oder mehrere eigene Endteilnehmer über Funkkanäle mit ande­ ren Endteilnehmern verbinden können;
• - jede Mobilstation fähig ist, als Vermittlung (Relais) direkt oder unter Zwischenschaltung weiterer als Relais fungieren­ der Mobilstationen zwischen vielen paarweise kommunizieren­ den Mobilstationen zu fungieren;
• - jede Mobilstation in ihrer gleichzeitig erfüllbaren Funktion als Mobilstation und Relais für die digitale Nachrichten­ übertragung Kommunikationsverbindungen mit entsprechenden Endgeräten anderer Mobilstationen über transparente Zeitmul­ tiplexkanäle herstellen und die Vermittlung einer großen Zahl von Kanälen benachbarter Mobilstationen wahrnehmen kann;

dadurch gekennzeichnet,

• - daß die in Funkreichweite befindlichen benachbarten Mobil­ stationen einen Übertragungskanal nur für die Dauer einer Kommunikationsverbindung oder alternativ hierzu ständig auf­ recht erhalten, um im letzteren Fall die einmal zwischen Mobilstationen eingerichteten Übertragungskanäle nach Bedarf für weitere Kommunikationsverbindungen zu nutzen,
• - daß die Vermittlung innerhalb jeder Mobilstation aus einem Zeitschlitz (Kanal) eines systemweit synchronen Rahmens in den nächsten freien Zeitschlitz (Kanal) desselben oder des nachfolgenden Rahmens erfolgt;
• - daß synchrone Schmalbandkanäle gebildet werden, indem einem Schmalbandkanal nicht alle einem Kanal zugehörigen Zeit­ schlitze, sondern nur Zeitschlitze jedes n-ten der aufeinan­ derfolgenden Rahmen (n = 2, 3, . . .) zugeordnet werden, und
• - daß die Schmalbandkanäle über Relais geführt werden.

2. Funknetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle auch über unterschiedliche im Netz benutzte Frequenzbänder übertragenen Nachrichten mit demselben Codewort spektral gespreizt werden.

3. Funknetz nach Anspruch 1 mit Benutzung unterschiedlicher Codewörter, so daß ein Codemultiplex-System entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß Codeworte Verbindungen zwischen Endgeräten zugeordnet werden.

4. Funknetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Codeworten zugeordneten Verbindungen über Relais geführt werden.

5. Funknetz nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Mobilstation mit Hilfe einer Rechnersteuerung ihren Empfänger für jeden Kanal bezüglich der Empfangspegel-Dynamik und der Kanal-Eigenschaften auf die im vorangegangenen Rahmen festgestellten Werte einstellt.

6. Funknetz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- die synchronen digitalen Übertragungskanäle nach dem asynchronen Zeitmultiplex-Verfahren für paketorientierte Kommunikation genutzt werden, derart, daß sich viele Mobilstationen die Übertragungskapazität eines Kanales bzw. Schmalbandkanales unter Verwendung eines Zufalls- Zugriffsprotokolls teilen,

• - derartig genutzte Kanäle selbst auch über Relais geführt sein können.

7. Funknetz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Mobilstation eine oder mehrere Schnittstellen besitzt, die ihr die Verbindung mit dem Leitungswahlnetz ermöglicht (Gatewayfunktion).

8. Funknetz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Mobilstation je eine oder mehrere Schnittstellen zum Anschluß von Fernsprechern und datenorientierten Endgeräten besitzt.