DE3650433T2 - Verfahren zur Synchronisierung von Funksendern in einem lokalen, z.B. nationalen Funknetz. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft
• Synchronisationsverfahren für Funksender in einem örtlichen, z. B. landesweiten Funkrufnetz, wobei dieses Funkrufnetz an ein öffentlich geschaltetes Telefonnetz angeschlossen ist und in der Übertragungssequenz der Rufmeldungen beinhaltet:
• - eine Funkrufnetzeinheit, ausgestattet mit Mitteln zum Empfangen, Verarbeiten und Senden von Meldungen in digitaler Form sowie auch Mittel zur Eingabe von netzbezogenen Parametern von Hand,
• - einen oder mehrere Sendergruppen-Steuereinheiten, jeweils zum Empfangen, Verarbeiten und Übertragen der Synchronisierungsdaten für eine Gruppe von Basisstationen,
• - Basisstationssender-Schnittstellen, die einen Datenkommunikationsanschluß zur Funkrufnetzeinheit aufweisen und die Mittel zum Empfangen, Verarbeiten und Übertragen von Meldungen in digitaler Form aufweisen,
• - Basisstationsfunk-Sender/Empfänger, deren Sender unter der Steuerung der obigen Einheit, Steuereinheit(en) und Schnittstellen, Funksignale übertragen, die sowohl zum Rufen als auch zum Synchronisieren der Basisstationen bestimmt sind, die einen gemeinsamen Überlappungsbereich abdecken.
• Als erstes wird der Durchgang von Anrufinformationen innerhalb des Systems betrachtet. Das Anrufen kann eingeleitet werden durch Verwenden eines Telefongeräts im öffentlich geschalteten Telefonnetz, um die Rufnetz-Codenummer und dann die Codenummer des anzurufenden Empfängers anzuwählen. Der Ruf wird auf der Grundlage der Anrufnetz-Codenummer zu einer Anruf-Endstation geleitet, die die anzurufenden Nummer aufnimmt und sie an eine Anrufnetzeinheit weiterleitet, die in unmittelbarer Verbindung damit steht und ein Basisstationsnetz steuert. Der Datentransfer zwischen dem Anrufterminal und der Anrufnetzeinheit ist eine digitale Information in serieller Form mit einer Geschwindigkeit von 512 Bauds. Das Übertragungsprotokoll bei diesem Transfer stimmt überein mit der POCSAG (Post Office Code Standardization and Advisory Group) Codestruktur.
• Die Anrufnetzeinheit, Gruppensteuereinheiten und senderseitige Schnittstellen sind zusammengeschaltet mittels bidirektionaler Modem-Verbindungen. Die Datenübertragungsmethode ist ein synchrones, meldungsorientiertes Protokoll mit einer Geschwindigkeit von 2400 Baud, in dem die Richtigkeit der Datenübertragung geprüft wird. Der Datenübertragungsblock der eigentlichen Meldungen entspricht dem SDLC Standard, der gemäß der CCITT Empfehlung X.25 Stufe 2 strukturiert ist.
• Die Funkrufnetzeinheit überträgt die Funkrufnummern, die vom Rufterminal her eingehen, als sogenannte Rufmeldung an Gruppensteuereinheiten, die sie ihrerseits zu senderseitigen Schnittstellen weitergeben. In den senderseitigen Schnittstellen werden die Meldungen decodiert und die Rufnummern werden gemäß dem POCSAG Standard in Codewörter umgewandelt. Die Codewörter werden ausgearbeitet, so daß sie einen Stapel bilden, der über Funk ausgestrahlt wird, um von den Empfängern interpretiert zu werden, die die angerufenen Personen bei sich tragen. So lassen sich die Rufmeldungen jederzeit während des Tages von einem beliebigen Telefonsprechgerät, das an das öffentliche Telefonnetz angeschlossen ist, an individuelle Rufempfänger übermitteln. Ein Rufempfänger wird sowohl mit einer Anzeige als auch mit einem Tonsignalausgang versehen. Ein gewöhnlicher Anruf kann wahlweise z. B. vier unterschiedliche Meldungen enthalten, mit anderen Worten, jeder Rufempfänger produziert einen von vier unterschiedlichen Alarmtonsignalen, deren Zweck vorher vereinbart werden kann. Das System kann auch zum Senden von numerischen oder alphanumerischen Informationen an die Anzeige eines Rufempfängers benutzt werden (z. B. die Telefonnummer des Anrufers)
• Die senderseitige Schnittstelle steuert den Funksender so, daß die Informationsbits der POCSAG Stapel in serieller Form mit einer Geschwindigkeit von 512 Baud an den Empfänger übertragen werden. Das auf die Funkübertragung angewandte Modulationsverfahren ist die direkte FSK (Frequency Shift Keying - Frequenzumtastung), wobei die Abweichung ± 4,5 kHz beträgt. Die Trägerwellenfrequenz ist 146,325 MHz. Die positive Frequenzabweichung stellt logisch "0" und die negative Frequenzabweichung logisch "1" dar.
• In einem verhältnismäßig dichten Basisstationsnetz tritt bei der obigen Funkausstrahlung das Problem auf, daß ein Rufempfänger gleichzeitig eine Übertragung von einer Vielzahl von Basisstationen als Summeninformation erhalten kann, deren Richtigkeit um so stärker gefährdet ist, je mehr ihre Teilkomponenten Phasenunterschiede zueinander aufweisen. Das durch diese Phasenunterschiede verursachte Problem wurde unter Laborbedingungen untersucht. Diese Untersuchungen haben gezeigt, daß der Empfang von Meldungen durch den Betrieb von zwei Sendern im schlechtesten Fall wie folgt gestört wird:
• a) Die Stärke der Funksignale in der Nähe des Empfängers ist gleich innerhalb eines Bereichs von 3 dB, und
• b) die Datensignale haben eine minimale Phasendifferenz von wenigstens 1/4 eines Bits.
• Die Bedingung für Punkt a) wird in der Praxis erfüllt, wenn ein Empfänger in einem Bereich steht, der von zwei Sendestationen überlappt und von beiden gemeinsam bedient wird. Hinsichtlich der Synchronisation ist die Situation am schlechtesten, wenn die Abschwächung des Sendesignals in der Hauptsache auf der entfernungsbedingten Abschwächung beruht (freie Fortpflanzungsdämpfung). Wenn man die verwendete Sendestärke, die Wellenlänge und das Signal-Rauschverhältnis in der Praxis berücksichtigt, dann kann ein solcher Überlappungsbereich im schlimmsten Fall auf etwa 3 km geschätzt werden.
• Um Datensignale (512 Bits/s) mit einer maximalen Phasendifferenz von 1/4 eines Bits vorzusehen, müssen die Sender miteinander synchronisiert werden, so daß die Datensignale, die von den Antennen zweier nahe beieinanderliegenden Stationen ausgestrahlt werden, keinen Phasenfehler von mehr als ± 239 us gegenüber einer "korrekten" Nominalphase aufweisen (die Fortpflanzungsverzögerung im Überlappungsbereich liegt bei etwa ± 5 us). Die Synchronisation von weit auseinanderliegenden Sendern ist für Empfangsstörungen nicht signifikant.
• Somit läßt sich das Problem der Störungen in Überlappungsgebieten eliminieren durch Synchronisieren der Signale der Rufsender, so daß es keine signifikanten Phasenunterschiede zwischen nahe beieinanderliegenden Stationen gibt.
• Bereits früher wurden unterschiedliche Lösungen zum Synchronisieren eines ganzen Netzes von Basisstationen vorgeschlagen. Beispiele in dieser Hinsicht sind Zeitzonen- Sendetechnik und sogenannte Leitungssynchronisation, wobei der bedeutendste Vorzug dieser Maßnahmen ihre leichte theoretische Anwendbarkeit ist.
• Die Zeitzonen-Übertragungstechnik bezieht sich überhaupt nicht auf die Synchronisation, sie umgeht nur das Problem. Die Lösung gründet sich auf die Übertragung der Meldungen während vier Zeitzonen, während denen jede Übertragung jeweils mit 1/4 der Gesamtanzahl der Basisstationen gleichzeitig ausgeführt wird. Wenn Stationen, die simultan in jeder Übertragung arbeiten, für jede Übertragung richtig ausgewählt werden, treten keine Überlappungsbereiche auf und das Problem stellt sich nicht. Die Vierteilung gründet sich auf die Tatsache, daß die obige Lösung mit mindestens vier Zeitzonen arbeiten kann. Der Hauptnachteil dieser Technik ist, daß die Gesamtdurchsatzkapazität eines ganzen Basisstationsnetzes nur 1/4 von der beträgt, die mit einer echten Synchronisationstechnik erzielt werden kann.
• Unter Leitungssynchronisation ist zu verstehen, daß die Ausbreitungsverzögerungen bei Datenübertragungsverbindungen zwischen dem Rufterminal und den Basisstationen mit einem festen Wert festgelegt sind. Wenn eine zu sendende Meldung durch diese Art System synchron vom Rufterminal gesendet werden soll, verläßt sie auch die Basisstationen synchron. Dieses System weist jedoch z. B. die folgenden Mängel auf:
• - Es beschränkt die Struktur und das Ausmaß eines Datenübertragungsnetzes, weil es in der Praxis nur mit Direktanschlüssen arbeitet, bei denen keine Modems benutzt werden; und
• - es ist umständlich hinsichtlich Wartung und Bedienung.
• Die Struktur wird eingeschränkt durch die Tatsache, daß nichts außer einem direkten Anschluß zwischen der Basisstation und dem Terminal in der Praxis möglich ist; z. B. ist ein ausgedehntes, Mehrebenen-Rufnetz nicht möglich. Auch die Anwendung von Modems kommt nicht in Frage, weil diese nur in einem ziemlich niedrigen Frequenzbereich (1000 Hz-2000 Hz) arbeiten und ihr Betrieb sowohl beim Senden als auch beim Empfang nicht synchronisiert (phasensynchronisiert) ist. Die darin erzeugten Fehler sind zu grob für Synchronisationserfordernisse. Der Grund für Dienstleistung und Wartung ist, daß die Anschlüsse, die als Verzögerungswerte ausgedrückt, stabil sind, in der Praxis nicht oft vorkommen, und eine mittels besonderer Entzerrer erreichte Situation sich unter dem Einfluß der Zeit und Umgebungsbedingungen verändert und laufend Nachstellen und Wartung erforderlich macht. Somit müssen auch die Verbindungen vorgegeben sein und daher kommt eine willkürlich umgeleitete Verbindung bei Funktionsstörungen nicht in Frage.
• W084/02436 beschreibt eine verbesserte Methode der Leitungssynchronisation, die man als "Automatische Leitungsverzögerungsausrichtung" oder "Anpassung" bezeichnen kann. Diese Methode ist dadurch gekennzeichnet, daß Leitungsverzögerungen von einem Zentralpunkt aus automatisch durch Messen aller Leitungsverzögerungen vom Zentralpunkt zu einer Vielzahl von Funksendern und Benutzen der besonderen Verzögerungsschaltkreise, die in den Verbindungsleitungen enthalten sind, aneinander angeglichen werden. Der Vorteil dieses Verfahrens im Vergleich zu der herkömmlichen oben besprochenen Leitungssynchronisierungsmethode ist, daß die Leitungsverzögerungen automatisch angeglichen werden. Jedoch ist die Synchronisationsfolge der Methode gemäß W084/02436 - wie im herkömmlichen Leitungssynchronisationsverfahren - immer die gleiche und zeigt daher Nachteile, die ähnlich der oben besprochenen herkömmlichen Methode der Leitungssynchronisation ist, nämlich, daß jede Funksendestation jeweils einzeln synchronisiert wird über eine vorgegebene Route, die keine dynamische Angleichung an Veränderungen in den Verbindungsleitungen zuläßt.
• Der Funkpfad als Verbindung zwischen den Basisstationen ist ein ausgezeichnetes Medium im Hinblick auf die Synchronisation, da die auf Zeit beruhenden Phänomene hinreichend genau, relativ stabil und wohlbekannt sind. Prinzipiell ist die Funksynchronisation zwischen zwei Basisstationen auf dem Stand der Technik bekannt, aber in der Praxis war es noch nicht möglich, eine Funksynchronisationsmethode zu entwickeln, die in der Lage ist, die Synchronisation sogar eines ausgedehnten Funknetzes zu steuern und die Synchronisation mit einer solchen Genauigkeit durchzuführen, daß die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Synchronisationsrunden hinreichend lang ist für die Synchronisation, um die Sendekapazität für Rufmeldungen nicht wesentlich zu reduzieren.
• Die Funksynchronisierung wird mit der gleichen Frequenz ausgeführt wie die tatsächliche Übertragung der Rufmeldungen. Durch Reservieren des Funkpfads selbst für die Synchronisierung reduziert die Synchronisierung die Sendekapazität der Rufmeldungen. Dieser Nachteil läßt sich durch zwei verschiedene Maßnahmen minimieren: a) Durch den Versuch zum Minimieren der Notwendigkeit für die Synchronisierung, d. h. um die Periode zwischen erfolgreichen Synchronisierungsrunden so lange als möglich zu machen, und b) durch Ausführen der Synchronisierung so schnell wie möglich. Zusätzlich muß die Synchronisierung so durchgeführt werden, daß die Rufempfänger die Synchronisierung nicht irrtümlicherweise als Ruf interpretieren.
• Eine Aufgabe der Erfindung ist das Bereitstellen einer Funksynchronisationsmethode für ein Rufnetz des obigen Typs, dessen Verfahren - ohne besondere Voraussetzung für die Geräte und die Struktur eines Rufnetzes - die Steuerung auch eines ausgedehnten Netzes ermöglicht und die Synchronisation mit so hoher Genauigkeit vorsieht, daß die Auswirkungen der Synchronisierung auf die Rufmeldungsübertragungsfähigkeit minimiert wird.
• Zwecks Lösung dieser Aufgaben offenbart die vorliegende Erfindung eine Synchronisationsmethode gemäß Anspruch l.
• Zum Lösen der Aufgabe der Erfindung ist es ferner bedeutsam, daß eine Rufnetzeinheit zum Aufstellen eines Synchronisationsplans benutzt wird, der die Bestimmung einer Synchronisationssequenz auf der Grundlage der Standorte von Sendestationen enthält auf eine Weise, daß die Anzahl der zur Synchronisation erforderlichen Sequenzen möglichst klein gehalten wird, d. h. die Anzahl der Basisstationen, die gleichzeitig parallel synchronisiert werden sollen, im Durchschnitt möglichst groß gehalten wird, und daß die Anrufnetzeinheit benutzt wird, um den Augenblick des Sendens der echten Anrufe festzulegen, so daß der Übertragungssynchronismus unabhängig von der Struktur und den Eigenschaften eines digitalen Übertragungsnetzes ist.
• Die Genauigkeit der Synchronisation läßt sich ferner verbessern durch Ausstatten der Anrufnetzeinheit mit Informationen über die Entfernungen zwischen den Basisstationen auf eine Weise, daß ein Synchronsationsbefehl, der von der Rufnetzeinheit über ein digitales Übertragungsnetz an die senderseitigen Schnittstellen übertragen werden soll, Informationen über die Entfernung zwischen einer Synchronisationsbasisstation und der zu synchronisierenden Basisstation oder über eine durch diese Entfernung bewirkte Signallaufzeitverlängerung enthält, wobei die Phasenkorrektur eines über diese Entfernung zu sendenden Signals in Anspruch 1, Buchstaben g) und h) durch eine Laufzeitverlängerung über die Entfernung zwischen den Basisstationen ergänzt wird.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein sendewegbezogener Identifikator die Zeit zum Starten der Synchronsiationsdurchführung, die im Falle der als Starter gewählten Basisstation der Augenblick ist, an dem die startende Station die Synchronisationsmeldung ausstrahlt, und in den Fällen der übrigen Basisstationen derjenige Augenblick, an dem eine Synchronisationsmeldung von der Basisstation empfangen wird. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, daß die Zeitsynchronisation über das digitale Sendenetz nicht sehr genau zu sein braucht.
• Jetzt soll eine Ausführungsform der Erfindung in genaueren Einzelheiten beschrieben werden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, in denen
• Fig. 1 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Rufnetzes mit Anschluß des Rufnetzes an ein öffentliches Telefonnetz ist.
• Fig. 2 ist ein Blockschaltbild einer Rufnetzeinheit, die Teil des Rufnetzes der Fig. 1 ist.
• Fig. 3 ist ein Blockschaltbild einer Sendergruppensteuereinheit, die Teil des Rufnetzes der Fig. 1 ist.
• Fig. 4 ist ein Blockschaltbild einer senderseitigen Schnittstelle im Rufnetz der Fig. 1.
• Fig. 5 zeigt die Empfänger/Sender der Basisstationen im Rufnetz der Fig. 1 sowie deren Datenübertragungsverbindungen und die darin auftretenden Verzögerungen.
• Fig. 6 zeigt die schematische Bildung und Kompensation einer durch Verzögerungen entstandenen Phasendifferenz.
• Fig. 7 zeigt die zeitliche Verteilung eines Synchronisationssignals, das von Basisstationen gesendet und empfangen wird.
• Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird zunächst die allgemeine Konstruktion eines Rufnetzes beschrieben. Anrufe werden über ein öffentlich geschaltetes Telefonnetz PSTN eingespeist. Die Anrufe können von jedem beliebigen Telefongerät in einem öffentlichen Telefonnetz ausgehen.
• Ein Anrufterminal PT wirkt als Schnittstelle zwischen dem öffentlichen Telefonnetz und dem Rufnetz. Alle Rufgespräche werden durch das Rufterminal PT auf Gültigkeit geprüft und bestätigt. Zu diesem Zweck führt es eine Liste aller Inhaber von Rufempfängern und deren besonderen Servicemerkmale.
• Eine Rufnetzeinheit PNU steuert das gesamte Rufnetz, bestehend aus den Sendergruppensteuereinheiten TGC und den senderseitigen Schnittstellen TSI. Die Operations- und Wartungsfunktionen eines Rufnetzes werden durch E/A- Vorrichtungen gesteuert, die an die Rufnetzeinheit PNU angeschlossen sind. Auch wird die Synchronisierung eines Netzes durch die Rufnetzeinheit PNU eingeleitet.
• Eine Master-Zentraleinheit (CPU85B), rechts im Blockschaltbild der Fig. 2, steuert die gesamte Rufnetzeinheit und enthält einen Speicher, Taktgeber und serielle Schnittstellen für einen Störwertdrucker und ein Bildschirmterminal. Eine Slave-Zentraleinheit (noch eine CPU85B) empfängt die Rufmeldungen von Rufterminal PT und reiht sie in Puffer in einem MEM64-Speicher in eine Warteschlange ein. Die Rufmeldungen zur Sendergruppensteuereinheit TGC werden gesteuert von einer Anzahl spezialisierter E/A-Steuereinheiten (SCC25), von denen jede einen Mikroprozessor und einen Pufferspeicher enthält. Die Rufnetzeinheit gruppiert die Rufmeldungen um und reiht sie zur Übertragung an die Sendergruppensteuereinheit TGC in eine Warteschlange ein. Die Rufnetzeinheit steuert den Betrieb und die Synchronisierung eines Rufnetzes. Sie entscheidet über das Anlaufen des periodischen Funksynchronisationsprozesses der Sender.
• Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer Sendergruppensteuereinheit, das anzeigt, daß sich eine Sendergruppensteuereinheit auf die gleichen Telekommunikationsmodule gründet, die auch in der Rufnetzeinheit benutzt werden.
• Eine einzige SCC25 wird zum Anschluß an die Rufnetzeinheit PNU benutzt (beide Kanäle werden benutzt, wenn die PNU dupliziert wird). Mittels der restlichen sieben SCC25er ist es möglich, die TGC mit bis zu 56 Basisstationen zu verbinden (ein serieller Kanal kann an vier Basisstationen angeschlossen werden). Die Aufgabe der Sendergruppensteuereinheiten TGC ist es, einen Knoten im Netz zu steuern; sie untersuchen die Richtigkeit der Datenpakete, die von der Rufnetzeinheit her eingehen, geben sie weiter an die Basisstationen und stellen den richtigen Eingang von Datenpaketen durch die Basisstationen fest. Die Sendergruppensteuereinheiten TGC haben auf der Vorbereitungsstufe der Synchronisation als Sendevorrichtung für die Kommandodaten an die Basisstationen eine weitere wichtige Funktion. Kleinere Rufnetze können auch ohne die Sendergruppensteuereinheiten aufgebaut werden.
• In Fig. 4 ist ein Blockschaltbild für eine Basisstation dargestellt. Eine Basisstation unterteilt sich in zwei gesonderte Abschnitte, und zwar eine senderseitige Schnittstelle TSI, die der am weitesten entfernte Teil eines Rufnetzes ist, und eine Empfänger/Sender-Hardware, die das augenblickliche Radiofrequenzgerät enthält. Die senderseitige Schnittstelle TSI besteht aus zwei Modulen: Eine TS185A CPU-Platine und ein Standard V.26 Kartenmodem. Die TS185A ist eine modifizierte Version einer Standard-CPU858B-Prozessorkarte, angepaßt zum Steuern eines Funksenders und der Alarmleitungen (s. Fig. 5) Die TSI85A enthält die gesamte Schaltung, die erforderlich ist, eine "intelligente" Basisstation zu schaffen. Eine ihrer wichtigsten Aufgaben ist die Durchführung aller Funktionen, die für eine erfolgreiche Synchronisierung erforderlich sind. Die senderseitige Schnittstelle erkennt und empfängt aus einer Vielpunktmodemleitung diejenigen Meldungen, die spezifisch für sie selbst bestimmt sind. Die Information, die in diesen Meldungen enthalten ist, wird in das POCSAG-Format umgewandelt, gemäß dem dann ein Niederfrequenzsender gesteuert wird. Jedoch kann eine Meldung von der senderseitigen Schnittstelle auch von einer Nichtruf-Informationsnatur sein, z. B. als ein Befehl an die senderseitige Schnittstelle zum Melden ihres Status an die Sendergruppensteuereinheit, zum Aktivieren bzw. Sperren der Basisstation, zum Teilnehmen an der periodischen Funksynchronisierung des Netzes usw.
• Als nächstes wird beschrieben, wie die Funksynchronisierung eines Rufnetzes durch Anwendung der erfindungsgemäßen Methode bewirkt wird.
• Die Rufnetzeinheit PNU bewirkt die Einleitung der Synchronisierung und der damit zusammenhängenden Planung. Aus diesem Grund wird während der Konfiguration des Systems die Rufnetzeinheit mit den folgenden Informationen über Parameter versehen:
• - Das gewünschte Intervall zur Durchführung der Synchronisierung, und
• - die Merkmale anderer Basisstationen innerhalb des "Deckbereichs" jeder Basisstation sowie der Entfernungen zu diesen, mit einer Auflösung von 1 km.
• Die Rufnetzeinheit PNU bestimmt auf der Grundlage der "Überdeckung" oder dadurch erhaltenen Empfangsformationen (Entfernung zwischen den Basisstationen), ob ein System, das das gesamte Land überdeckt, durch Benutzen der bestehenden Funkverbindungen zwischen den Basisstationen als ein einziges Gebiet synchronisiert werden kann. Wenn das nicht der Fall ist, werden dann die unabhängigen, sogenannten isolierten Gebiete definiert, die intern synchronisiert werden können, aber keine Funkverbindung zu anderen Gebieten haben. Wie diese sogenannten isolierten Gebiete definiert sind, wird in weiteren Einzelheiten später noch beschrieben. In diesem Zusammenhang kann gesagt werden, daß das kleinste dieser isolierten Gebiete eine individuelle Basisstation ist, die keine Funkverbindung mit anderen Basisstationen hat. Unter Berücksichtigung der Empfangsverhältnisse zwischen den Basisstationen (nicht nur der Entfernung zwischen den Stationen, sondern auch der Empfindlichkeit eines Empfängers, Höhe der Antennen usw.) kann gefunden werden, daß es angesichts der Rufempfänger in der Praxis kein Problem zwischen solchen isolierten Gebieten aufgrund der Tatsache gibt, daß sie nicht aufeinander synchronisiert sind, so kann gesagt werden, daß unter dem Gesichtspunkt der Synchronisierung solche Gebiete bezeichnet werden können, die unabhängig von einander operieren. In der Praxis heißt das, daß das gesamte System mehrere sogenannte Synchronisierungsstarter beinhalten kann - jeweils einen für jedes isolierte Gebiet.
• Somit beinhaltet auf der Grundlage dessen, was oben gesagt wurde, die Synchronisationsplanungsoperation auch das Suchen eines Starters für jedes isolierte Gebiet. Ein Kriterium in dieser Definition ist das Auswählen eines solchen Starters so, daß die Anzahl der Synchronisierungsfolgen (von einer Station zu einer anderen übermittelte Meldungen) minimiert ist. Das heißt, daß die Anzahl der Basisstationen, die gleichzeitig parallel synchronisiert werden, in jeder Synchronisationssequenz im Durchschnitt möglichst hoch angesetzt wird.
• Die tatsächliche Synchronisierung wird in Gang gesetzt durch Veranlassung, daß die Rufnetzeinheit PNU über das Übertragungsnetz einen Befehl an eine senderseitige Schnittstelle (Schnittstellen) gibt, die auf diese Weise zum Einleiten der Synchronisierung zu einem gegebenen Augenblick ausgewählt werden. Andererseits erhalten die restlichen senderseitigen Schnittstellen TSI des Rufnetzes oder in einem isolierten Gebiet einen Befehl, den Eingang der eingehenden Synchronisationsinformation zu einem gegebenen Augenblick zu erwarten gemäß dem Plan, der von der Rufnetzeinheit ausgearbeitet wurde. Für Basisstationen dieser gleichen Synchronisationssequenz ist dieser Augenblick der gleiche, jedoch mit einer sehr groben Auflösung (1/16 Sek.) im Vergleich zur Genauigkeit, mit der ein 512 Baud Signal synchronisiert werden muß. Eine Synchronisationssequenz benötigt 8/16 Sekunden, so daß die in den Befehlen an die nacheinander synchronisierten Stationen 8/16 Sekunden auseinanderliegen. Der Augenblick dient bei der Synchronisierung als Identifikator der Synchronisationsmeldung, um sicherzustellen, daß ein Synchronisationssignal über die geplante Route empfangen wurde.
• Zusätzlich empfangen in diesem Augenblick die zu synchronisierenden Stationen (die eine Synchronisationsmeldung über den Funkweg erhalten) die Information betreffend die Entfernung, in der die Synchronsierungsstation liegt, wodurch die Signallaufzeit beim Empfang mathematisch kompensiert werden kann, wie später noch genauer erklärt wird. Der Identifikator (Zeit) in einer Synchronisierungsmeldung garantiert, daß der Synchronisationsweg und die entsprechende Entfernung korrekt zueinander in Beziehung gesetzt werden.
• Vor Anlaufen der tatsächlichen Synchronisation, jedoch nach den Synchronisationsbefehlsmeldungen, die im Sendernetz übertragen werden, informiert die Rufnetzeinheit PNU die senderseitigen Schnittstellen TSI über ihre eigene Zeit mit einer Auflösung von 1/16 s. Der Zweck dieser Taktzeit ist, die Taktzeit eines Synchronisationsnetzes und des Rufnetzes grob aufeinander abzustimmen (mit einer Genauigkeit von ein paar Sekunden), jedoch wird das Netz insbesondere auf die Zeit des Starters genau synchronisiert. Etwaige Korrekturen bei der ungefähren Zeit vor dem Anlaufen eines Synchronisationszyklus werden von den senderseitigen Schnittstellen immer mit einer Auflösung von 1/16 s gemacht, wobei im Zusammenhang mit der Neu-Synchronisierung Informationen über die während des Synchronisierungsintervalls aufgelaufene Zeitverschiebung (in der Größenordnung von zehn oder hundert Mikrosekunden) gewonnen werden, wobei diese Verschiebung in der Praxis als Phasenverschiebung zwischen dem aufgenommenen Synchronisationssignal und dem eigenen Taktgeber der TSI empfunden werden.
• Gerade vor dem Augenblick des Anlaufens der Synchronisierung schalten die empfangenden Basisstationen ihre Sender aus und dementsprechend ihre Synchronisationsempfänger ein. Im Moment des Anlaufens der Synchronisation strahlt ein gewählter Starter eine 32 Bit-Synchronisationsfunkmeldung ab. Die gleiche Meldung wird wegen der besseren Zuverlässigkeit wiederholt. Die empfangenden Stationen synchronisieren sich auf diese Meldung selbst, wie später noch beschrieben wird.
• Alle diese empfangenden Stationen, die diese Meldung korrekt empfangen können und auch die in dieser Meldung enthaltene Zeitinformation als gleich mit der von der Rufnetzeinheit her eingehenden Meldung, zusammen mit dem Synchronisationsanlaufbefehl, erkennen, synchronisieren ihre internen Taktgeber so, daß sie in Phase mit bestimmten Bit-Übergängen in der aufgenommenen Funkmeldung sind.
• Anschließend schalten die empfangenden Stationen ihre Synchronisationsempfänger wieder ab und die Sender an. Die für diese Aktionen vorgesehene Zeit in einer Synchronisationssequenz beträgt genau 5/16 Sekunden.
• Auf diese Weise werden diese synchronisierten Stationen Synchronisierungsstationen, die beim Anlaufen einer nachfolgenden Synchronisationssequenz entsprechend eine 32-Bit- Meldung zweimal aussenden. In diesem Stadium nimmt der Starter nicht mehr an der Übertragung teil.
• Die oben beschriebene Synchronisationssequenz wird von der PNU gemäß einem vorgegebenen Plan sooft wiederholt, daß sich die Synchronisation in aufeinanderfolgenden Wellen über das gesamte isolierte Gebiet ausbreitet. Somit wird während des ganzen Synchronisationsvorgangs jede Station einmal auf eine vorinformierte Meldung synchronisiert und überträgt selbst einmal eine Synchronsationsmeldung.
• Jetzt soll eine Synchronisationsmeldung, die zwischen zwei Basisstationen übermittelt wird, in näheren Einzelheiten untersucht werden.
• Die Synchronisierung zwischen zwei Basisstationen schreitet in der Weise fort, daß die synchronisierende Station eine bestimmte 32-Bit-Meldung überträgt. Der Inhalt dieser Funkmeldung ist wie folgt:
• !MF! REV !B ! CNTR ! CRC !EP!
• MF: Länge 1 Bit (D0). Immer 1, so daß die Empfänger der Teilnehmer diese Meldung nicht irrtümlich als Ruf interpretieren.
• REV: Länge 10 Bits (D1-D10). Nullen und Einsen abwechselnd (Umschaltung) für Bitsynchronisation einer Empfangsstation. Beginnt mit Null und endet mit Eins.
• B: Länge 1 Bit (D11). Trennzeichen, das immer Eins ist und somit mit D10 zwei aufeinanderfolgende Einsen bildet.
• CNTR: Länge 9 Bits (D12-D20). Synchronisierungzeitinformation mit einer Auflösung von 1/16 Sekunde. Gibt die Zeit an, die vom Anlaufen der Synchronisierung verstrichen ist und gleichzeitig bis zum Empfänger, wenn die Meldung für ihn bestimmt ist. Wie bereits gesagt, der Empfänger erhält diese Zeitinformation von der Rufnetzeinheit zusammen mit dem Synchronisierungsbefehl. Die Übertragung von 32 Bits mit einer Geschwindigkeit von 512 Bauds nimmt 1/16 Sekunde in Anspruch.
• CRC: Länge 10 Bits (D21-D30). Prüfsumme gemäß Standard POCSAG Code.
• EP: Länge 1 Bit (D31). Gerade Parität wie D0-D31.
• Die Zahlen in der nachstehenden Beschreibung beziehen sich auf die beiliegende Fig. 7.
• 1: Eine synchronisierende Basisstation schaltet ihren eigenen Sender rechtzeitig (3/16 s) vor dem Anlaufen der Übertragung der eigentlichen Synchronisierungsmeldung ein.
• 2: Noch bevor sich notwendigerweise die Senderausgangsleistung stabilisiert hat, wird die Datenleitung mit einem Halbfrequenzvorspann gesteuert. Die Teilnehmerempfänger können das aus zwei Gründen nicht falsch interpretieren:
• a) das sogenannte Meldungs-Flag ist "Eins", und
• b) die Prüfsumme ist falsch.
• Auch eine zu synchronisierende Station kann das nicht falsch interpretieren, weil sie in diesem Stadium einen Vorspann mit korrekter Frequenz erwartet. Der Zweck dieser "Übertragung" ist, den Betrieb sowohl des eigenen als auch der empfangenden Synchronisationsempfänger Rx so zu sichern, daß die eigentliche Synchronisationsmeldung möglichst richtig aufgenommen wird.
• 3. In diesem Stadium arbeitet zuletzt der eigene Empfänger richtig, so daß schließlich die erforderliche Sender- Empfänger-Paarlaufzeitmessung möglich wird.
• 4: Jetzt beginnt die Übertragung der eigentlichen Synchronisationsmeldung. Für 1/16 s wird ein normaler Vorspann übertragen. Zu diesem Punkt wird auch eine Messung ausgeführt, um die gesamte Signallaufzeit im Sender und im Empfänger festzustellen. In einem später gezeigten Berechnungsbeispiel wird diese Laufzeit durch den Ausdruck: ts + tap + tr + tag (siehe Fig. 5) dargestellt. Die Laufzeit wird zusammen mit einer etwaigen, durch die Entfernung (z. B. tn + tbd) verursachten Laufzeit wird durch Phasenkorrektur der übertragenen Daten mit einem entsprechenden Betrag kompensiert. Eine Ausnahme zu dem oben gesagten ist der Synchronisationsstarter, an dem keine Laufzeit und Kompensation definitiv durchgeführt wird, wie im Berechnungsbeispiel angegeben ist. Der Grund dafür ist, daß die Zeitverschiebung, die während des Synchronisationsintervalls aufläuft, auf diese Weise durch eine Messung festgestellt werden kann (Phase 10).
• 5. und 6: Synchronisationsmeldung (zwei) werden übertragen.
• 7: Sobald auch das letzte Bit (Parität) übertragen wurde, wartet man noch weitere 2/512 Sekunden, worauf der Sender ausgeschaltet wird. Für die synchronisierende Station ist für jetzt die Aktion vorbei.
• 8: Eine zu synchronisierende Station ist immer "auf dem Posten". Es gibt zu diesem Zeitpunkt keine absolute Sicherheit über ein ankommendes Signal.
• 9: Ein Synchronisationsempfänger empfängt die ankommende Übertragung, die zu diesem Zeitpunkt noch immer der Halbfrequenzvorspann ist.
• 10: Der Empfänger benutzt den eigentlichen Vorspann, um eine Phasenvergleichsmessung durchzuführen durch Messen der Phasendifferenz zwischen seinem eigenen "Sendetakt" und den eingehenden Daten. Das Ergebnis dieser Messung wird mathematisch korrigiert, um das endgültige Ergebnis (= Zeitverschiebung zwischen den Takten während des Synchronisationsintervalls) zu erhalten und um anschließend die aufgelaufene Zeitverschiebung an die Rufnetzeinheit zu melden. Der erste Teil des Vorspanns wird zurückgewiesen wegen der Phasenkorrektur durch die Senderbasisstation (Punkt 4). Der Vorspann ist in der eigentlichen Synchronisationsmeldung noch immer vorhanden, wie oben gezeigt wurde, und die eigentliche Bit-Synchronisation (genaue Synchronisation) wird durchgeführt bei Übergang einer Flanke der aufgenommenen Daten während des Eingangs des Vorspanns. Die Richtigkeit der ausgeführten Synchronisation wird während des Vorspanns noch weiter geprüft, und wenn festgestellt wird, daß seine Genauigkeit zu schlecht ist, wird die Bit-Synchronisierung wiederholt. Nach der Synchronisation werden die eingehenden Daten in der Mitte eines Bits geprüft. Das ist die erste Stufe der Synchronisation.
• 11. Synchronisationsmeldungen gehen ein. Die Synchronisation auf die Meldungsebene wird mittels des Trennzeichens (B) ausgeführt. Das ist jetzt die zweite Synchronisationsstufe. Als Information, die zusammen mit dem Synchronisationsbefehl vom Rufnetz her eingeht, wird der Empfänger über die Entfernung und die Zeit (D12-D20) in der ersten Meldung der Sequenz informiert, wenn eine an ihn adressierte Synchronisationsmeldung bei ihm eingeht. Wenn die Zeit in der eingegangenen Meldung mit der im Befehl gegebenen übereinstimmt und die Meldung durch weitere Kontrollen als ordnungsgemäß eingegangen befunden wird, wird eine letzte Entscheidung getroffen, darauf synchronisiert zu werden. Das ist die letzte, d.i. die 3. Stufe der Synchronisation.
• Wenn die Zeitinformation in der erhaltenen Meldung nicht übereinstimmt, wird die Situation während der anderen Funkmeldung geprüft, aber die Synchronisierung wird nicht als gültig beibehalten, da sie nicht für diese Station bestimmt war und somit die angegebene Entfernungskorrektur nicht richtig ist. Wenn bestimmt wird, daß eine Synchronisation aus einem der obigen Gründe nicht stattfinden soll, wird die Aktion wieder von Anfang an gemäß Punkt 8 wiederholt.
• 12: Nach dem Lesen des Paritätsbits, des letzten Bits der Meldung, bleibt noch eine Wartezeit von 2/512 Sekunde, dann schaltet der Empfänger ab.
• 13: Nachdem der Empfänger 2/16 s abgeschaltet war, schaltet der Sender ein.
• 14: So wird jetzt die synchronisierte Station selbst zum Sender und das Verfahren wird damit gemäß Punkt 2: - wiederholt. Nach Durchführen der Übertragung schaltet die senderseitige Schnittstelle ihren Sender ab und wartet auf einen Synchronisationsabschlußbefehl von der Rufnetzeinheit und auf etwaige Rufe, die weiter übertragen werden sollen.
• Die Definition der isolierten Gegenden ist wie folgt gemacht:
• In einem symbolischen Sinn enthält der Speicher einer Rufnetzeinheit eine Art Matrix, die von den gegebenen Quelldaten vorgesehen wird. In der Matrix werden alle diejenigen aktiven Stationen, die eine Funkverbindung miteinander haben, mit 1 markiert, während im umgekehrten Fall die Markierung 0 ist. In der Praxis ist das, was oben beschrieben wurde, eine Quelldatentabelle im Speicher einer Rufnetzeinheit, aber im vorliegenden Fall wurde sie als Matrix dargestellt, um sie leichter verständlich zu machen.
• Zum Beispiel:
• Die entsprechenden geografischen Positionen der Basisstationen könnten sein wie folgt:
• Ein Rufnetz baut einen Vektor auf (auch im symbolischen Sinn), um die Gebiete zu suchen, wobei die Anzahl der Elemente in diesem Vektor gleich der der Basisstationen im System ist. Zu diesem Punkt ist der Wert jedes Elements gleich 0.
• Zum Beispiel
• Die isolierten Gebiete werden definiert durch Durchgehen der obigen Matrix und Markieren des Auftretens von Verbindungen, die in der Matrix dargestellt werden, im Vektor.
• Die Suche startet an der ersten Basisstation durch Markieren derjenigen Basisstationen, für die eine Verbindung besteht, im Vektor. In unserem Beispiel wären im Vektor somit die Elemente 1 und 3 zu markieren.
• Dann besteht der Zweck darin, "weitere Verbindungen" zu definieren, die die bereits markierten Verbindungsstationen haben. Aus diesem Grund wird die folgende Station, an der die Markierung angebracht wird, auf der Grundlage der Vektorinhalte bestimmt, während die Matrix als Referenzdatentabelle dient. In unserem Beispiel werden somit weitere Verbindungen für Station 3 gesucht. Wie in der Matrix gezeigt wird, hat 3 Verbindungen zu 1 und 5, also wird Element 5 im Vektor als "neue" Verbindung markiert.
• Das Markieren weiterer Verbindungen wird fortgesetzt wie oben beschrieben. So in unserem Beispiel für die Basisstation Nr 5. Wie in der Matrix gezeigt, hat sie eine Verbindung zur Station 3, also gibt es keine neue Verbindung im Vektor.
• An diesem Punkt kann aus dem Vektorinhalt geschlossen werden, daß es keine weiteren "unbearbeiteten" Verbindungsstationen gibt. Das heißt, daß das isolierte Gebiet definiert ist. In unserem Beispiel wird das Gebiet gebildet gemäß den Vektorelementmarkierungen durch die Stationen 1, 3 und 5.
• Andererseits sieht man aber aus dem Vektor, daß noch nicht alle Basisstationen behandelt wurden (die Elemente 2, 4 und 6 wurden noch nicht markiert), so daß die Suche fortgesetzt werden muß. Die Suche nach dem nächsten isolierten Gebiet kann im Prinzip von jeder unmarkierten Basisstation aus anlaufen. In unserem Beispiel ist diese erste unmarkierte Station die Nummer 2. Auf die gleiche Weise wie schon bei der Suche nach dem ersten Gebiet, zeigt die Matrix 4 und 6 als Verbindungsstationen, und so werden diese im Vektor markiert.
• Andererseits ist die Situation nun so, daß keine weiteren unbehandelten Stationen im Beispielsvektor vorkommen, so brauchen auch keine weiteren Verbindungen gesucht zu werden. Es kann also angemerkt werden, daß das zweite isolierte Gebiet aus den Stationen 2, 4 und 6 besteht.
• Als Beispiel wird die Definition isolierter Gebiete für ein zusammenhängendes Gebiet gemacht, wie oben beschrieben.
• Die geografische Position der Stationen könnte sein wie folgt:
• Die entsprechende Matrix ist:
• Wieder beginnt die Suche bei Station 1, deren Verbindungsstation laut Matrix Station 3 ist. Jetzt ist die einzige Möglichkeit, weitere Verbindungsstationen zu finden, die Station 3, deren Verbindungsstationen laut Matrix 1, 4 und 5 sind. Gemäß den Vektormarkierungen wurde Station 1 bereits behandelt, also werden weitere Verbindungen zu den Stationen 4 und 5 gesucht. Als erste wird z. B. Nr. 4 behandelt, deren Verbindungsstationen laut Matrix 2, 3 und 6 sind. Hier wird bemerkt, daß der Vektor keine "freien" Elemente mehr hat, also kann die Suche beendet werden.
• Das letztendliche Ergebnis ist, daß alle Stationen 1-6 ein isoliertes Gebiet bilden, die zur Gänze synchronisiert werden kann.
• Die obigen Beispiele zeigen auch klar genug, warum die Definition der isolierten Gebiete wirklich notwendig ist und warum sie gesondert synchronisiert werden müssen.
• Die Bestimmung von isolierten Gebieten wurde von der Rufnetzeinheit durchgeführt, wenn immer sich der Netzstatus während der Periode zwischen den Synchronisationen ändert (Veränderung der Konfiguration, eine Station ist blockiert, usw.) Diese Notwendigkeit ist augenfällig, wenn wir uns vorstellen, daß die Basisstation 4 in unserem letzten Beispiel blockiert oder ganz aus dem System herausgenommen wird. In diesem Fall enthält das System schließlich zwei isolierte Gebiete anstatt nur eine Gesamtheit zu sein. Ferner kann bemerkt werden, daß zwar die Suche nach solchen Gebieten sich darauf gründet, ihre weiteren Verbindungen zu finden, sie definiert jedoch nicht die optimale Route zur Durchführung der Synchronisation.
• Die Festlegung des Starters wird durchgeführt wie folgt:
• Wenn alle isolierten Gebiete in einem Netz definiert sind, muß für jedes Gebiet ein Starter benannt werden, um den Synchronisationsvorgang anlaufen zu lassen. Ein Kriterium für die Auswahl eines Starters durch die Rufnetzeinheit ist, die Auswahl so zu treffen, daß die Synchronisierung eines isolierten Gebiet möglichst wenig Synchronisierungssequenzen erforderlich macht.
• Aus dem ersten obigen Beispiel sieht man sofort, daß für ein isoliertes Gebiet aus den Stationen 1, 3 und 5 der bevorzugte Starter nicht 1 oder 5 ist, weil dann die Synchronisation die Stationen nacheinander erfassen würde, wie in einer Warteschlange. Schließlich läßt sich das ganze Gebiet mit einer einzigen Synchronisationssequenz synchronisieren, wenn der Starter Nr. 3 ist, die eine Verbindung sowohl zu 1 als auch zu 5 aufweist.
• Eine Matrix, wie sie im Beispiel dargestellt wird, läßt sich in eine Baumstruktur umarbeiten, wobei die Zweige die Synchronisationsmeldungen bedeuten.
• Zum Beispiel
• Der beispielhaften Konfiguration können verschiedene Verzweigungssysteme zugeordnet werden, in Abhängigkeit von den gewünschten Synchronisationsrouten. Die Aufgabe der Rufnetzeinheit ist ganz einfach das Definieren eines Verzweigungssystems, das sich möglichst oft verzweigt und die Anzahl der nachfolgenden Zweige minimiert ist. Wie in unserem Beispiel gezeigt wird, ist die Konfiguration der Fig. a) gegenüber der Fig. b) vorzuziehen, weil die Synchronisation mit nur zwei Sequenzen durchgeführt werden kann: 1.: 3-4, 3-1, 3-5; 2.: 4- 2, 4-6.
• Die optimale Synchronisationsroute wird gefunden wie folgt:
• Station 1 wird mit den Stationen markiert, zu denen sie eine Verbindung hat. Das ist die erste Synchronisationssequenz. Dann werden diese bereits synchronisierten Stationen (Ebene 2) ihrerseits auf ähnliche Weise mit den Verbindungsstationen markiert. Das ist die zweite Synchronisationssequenz. Das Markieren wird in der obigen Weise von Ebene zu Ebene fortgesetzt, bis das gesamte isolierte Gebiet bearbeitet wurde. Das wird gefolgt vom Merken der Anzahl Sequenzen, die für die Synchronisierung eines Netzes erforderlich waren, wenn der Starter die Station 1 war. Der gesamte oben beschriebene Markierungsprozeß wird für jede Station im Gebiet wiederholt: Der gewählte Starter ist dann natürlich diejenige Station, die die kleinste Zahl von Synchronisierungssequenzen aufweist.
• Bereits durch Wählen eines Starters wird die Synchronisierungsroute nach Ebenen bestimmt, wie oben beschrieben wurde. In der ersten Sequenz dient nur der Starter als Sender. In der nächsten Sequenz sind es alle diejenigen, die mit dem Starter verbunden sind. Im allgemeinen nimmt die Anzahl der Sendestationen mit dem Fortschreiten der Synchronisierung zu. Somit sind also auch Situationen möglich, in denen eine Station gleichzeitig von zwei Sendestationen her empfängt. Jedoch ist die auf diese Weise gesendete Information genau die gleiche, weil der Inhalt einer Meldung mit dem Augenblick ihrer Abstrahlung zusammenhängt.
• Zum Beispiel
• In unserem Beispiel muß hier angenommen werden, daß die restliche Netzkonfiguration so ist, daß die Synchronisationsroute eben über Station 5 verläuft.
• Jetzt, nachdem die Stationen 2 und 3 synchronisiert wurden, senden beide gleichzeitig eine Meldung, und Nr. 1 nimmt beide auf. Um eine echte Störung in Nr. 1 zu verursachen, muß die Phasendifferenz der Meldungen mindestens 488 us betragen, und die Intensität muß innerhalb 3 dB gleich sein. In der Praxis ist diese Situation unmöglich, ausgedrückt als Entfernung (3dB = 1,4 km = 4,7 us; 488 us = 146 km = 43 dB). In einer Situation wie dieser wird im internen Synchronisationsplan durch die Rufnetzeinheit der eigentliche Synchronisierer so gewählt, daß er derjenige ist, dessen geografische Entfernung zu der gerade synchronisierten Station kleiner ist als diejenige, die mit der höchsten Wahrscheinlichkeit einer praktischen Situation entspricht. Für eine Station, die synchronisiert wird, stellt sich das als Entfernungsinformation dar, die durch das Netz geliefert wird.
• Wie der Plan jetzt vorbereitet ist, bekommt jede Station die Zeit (mit 1/16 s Auflösung) zum Empfangen einer speziell für sie vorgesehenen Funksynchronisationsmeldung. Die Zeit wird bestimmt auf der Grundlage der Ordinalzahl der Synchronisationssequenz, d.i. Ebene (8/16 s je Sequenz). Zusätzlich wird die obige Entfernungsinformation zur Laufzeitkompensierung gesendet.
• Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf das Verfahren in einem synchronisierten Netz zur sicheren synchronen Übertragung der Rufinformation, ungeachtet der Konfiguration des Übertragungsnetzes in der Praxis.
• Wenn das Netz isolierter Gebiete synchronisiert ist, bedeutet das in der Praxis, daß das Netz genau in der Zeit des Starters läuft. Andererseits stimmt die Zeit des Starters mit der Zeit der Rufnetzeinheit nur mit einer Genauigkeit von ein paar Sekunden auf der Grundlage einer übertragenen Meldung überein, wie oben bereits betont. Dieser Aspekt muß beim Übertragen der eigentlichen Rufmeldungen berücksichtigt werden, um sicherzugehen, daß alle Stationen den gleichen Ruf simultan übertragen.
• Die Rufnetzeinheit tendiert im gewissen Maße dazu, die dabei vom Terminal erhaltenen Rufe zu puffern, um der Basisstation längere gleichzeitige Funkübertragungsperioden zur Verfügung zu stellen. Dieses Puffern ist jedoch so, daß es in einer
• etwaigen Vollastsituation die Rufübertragungen nicht verlangsamt. Beim Senden einer Meldung, die Rufe enthält, zur Basisstation entwirft die Netzstation gleichzeitig einen Plan, um welche Zeit genau die Rufe auf den Funkpfad gelegt werden. Als erstes wird mit einer gewissen Sicherheitsmarge beachtet, daß die Meldung mit Sicherheit alle Basisstationen erreicht hat. Zu dieser Zeit wird weiter eine gewisse Sicherheitsmarge addiert, um etwaige Differenzen in den Taktzeiten zwischen der Rufnetzeinheit und den Basisstationen zu kompensieren. Der Schlußmoment der Funkübertragung wird dann erreich durch Addieren dieser berechneten Zeit zur Real zeit des Taktgebers der Rufnetzeinheit selbst Dieser Augenblick der Übertragung wird in einer Rufmeldung mit einer Auflösung von 1/16 s angegeben. Von da an berechnet die Rufnetzeinheit den Zeitpunkt oder den Moment des Sendens dieser Rufe, wenn der Startmoment genau der ist, der in der Rufmeldung angegeben ist.
• Beim Planen des Übertragungsmoments der nachfolgenden Rufe werden die obigen Berechnungen entsprechend gemacht und das Ergebnis wird mit dem Endpunkt der vorhergehenden Übertragung verglichen. Wenn diese neuen Rufe vor dem Ende der Übertragung des vorhergehenden Rufs bereit zur Sendung sind (das Übertragungsnetz ist schneller in seiner Mitteilungskapazität), wird das Ende des vorhergehenden Rufs als Augenblick der Übertragung angegeben, die somit ohne Unterbrechung weitergeht. Auch ein neuer Endpunkt wird auf diese Weise berechnet. Wenn jedoch gefunden wird, daß die neuen Rufe nicht alle Basisstationen mit Sicherheit vor dem Ende der Funkübertragung des vorhergehenden Rufs erreicht haben - so kann also eine Unterbrechung in der Funkübertragung eintreten
• - wird das Anlaufen eines neuen Funkübertragungszyklus vorbereitet durch Ausgabe eines Befehls in der Netzmeldung, einen 576-Bit-Vorspann vor dem Senden der Rufe auszusenden, wobei dieser Vorspann vom POCSAG Standard vorgegeben wird. Der Anlaufmoment von Funkübertragungen ist dann explizit wie berechnet. Die vom Vorspann verbrauchte Zeit (18/16 s) wird auch beachtet beim Berechnen der neuen Endzeit der Übertragung.
• Das obige Verfahren setzt die Rufnetzeinheit PNU in die Lage, eine synchronisationsbezogene Information während einer von einer Basisstation ausgeführten und noch im Gang befindlichen Funkübertragung von Rufen zu liefern, weil die PNU ganz genau den Status der Basisstation kennt. Das bietet den Vorteil, daß die Zeit, die für das Senden der Übertragungssynchronisationsbefehle im Datenübertragungsnetz aufgewendet wird, nicht die Rufinformationsübertragungskapazität des Systems beeinträchtigt.
• Als nächstes sollen Probleme der Synchronisation und deren Beibehaltung untersucht werden.
• Die Grundprobleme der Synchronisation sind die hinreichend genaue Realisierung derselben und Beibehaltung der synchronen Operation. Im Lichte dessen, was oben erklärt wurde, ist die Grundlage für die Untersuchung dieser Probleme, daß das datenübertragende Netz selbst die Synchronisation nicht beeinflußt und in der vorliegenden Untersuchung wird Aufmerksamkeit darauf verwandt, was mit der Synchronisationsinformation geschieht, die eine senderseitige Schnittstelle TSI verläßt, und ebenso wird der Status oder die Situation untersucht, die in einem auf diese Weise synchronisierten Netz herrscht.
• Ein praktischer Funksender und synchronisierender Empfänger werden in den nachstehenden Spezifikationen angeben:
• - Zum Beibehalten der Synchronisation ist das Funkgerät in der Lage, eine senderseitige Schnittstelle mit einem Taktsignal mit einer Frequenz von 6,4 MHz zu beliefern, dessen Gesamtgenauigkeit ± 0,3 ppm beträgt. Das Taktsignal verteilt sich auf vier im Sender angeordnete Schnittstellen, wobei die dann erzielte Grundtaktfrequenz 1,6 MHz beträgt.
• Das bedeutet seinerseits, daß die Basissynchronisationsauflösung an einer senderseitigen Schnittstelle 625 ns beträgt. Die Sendertaktfrequenz für eine 512 Baud Übertragung wird mittels eines programmierbaren Teilers vom 1,6 MHz Taktgeber vorgesehen. Die Basisdivisionskonstante beträgt dann 3125.
• - Ein Datensignal, das die senderseitige Schnittstelle TSI verläßt, wird in den Sendergeräten, gemessen von der Antenne aus, um eine bestimmte Zeitkonstante mit einer Ungenauigkeit von ± 40 us verzögert.
• - Ein Datensignal, das an einer senderseitigen Schnittstelle eingeht, wird innerhalb eines Synchronisationsempfängers, gemessen am Signal, das an der Antenne eingeht, um eine bestimmte Zeitkonstante mit einer Ungenauigkeit von ± 40 us verzögert.
• Nachstehend wird das Problem anhand eines praktischen Berechnungsbeispiels unter Bezugnahme auf Fig. 5 erklärt.
• Bezeichnungen:
• Synchronisationssender TCa
• zu synchronisierender Sender TCb
• zu synchronisierender Sender TCc
• nominale Laufzeitverzögerung im Sender (Funkgerät): ts
• nominale Laufzeitverzögerung im Synchronisationsempfänger: tr
• Entsprechende Bezeichnungen:
• TCa Senderlaufzeitabweichung: tap (± 40 us max)
• TCb Senderlaufzeitabweichung: tbp (± 40 us max)
• TCc Senderlaufzeitabweichung: tcp (± 40 us max)
• TCa Empfängerlaufzeitabweichung: taq (± 40 us max)
• TCb Empfängerlaufzeitabweichung: tbq (± 40 us max)
• TCc Empfängerlaufzeitabweichung: tcq (± 40 us max)
• Die nominale Entfernung zwischen den Stationen ist tn = 100 us = 30 km. Da die Entfernungen in der Praxis zwischen 20 und 40 km schwanken, wird die Laufzeit aufgrund der Zweideutigkeit einer Synchronisationsentfernung tdb/tdc = ± 33 us max. vorausgesetzt, die Ausbreitungskompensation geschieht auf der Grundlage dieser nominalen Entfernung anstatt der wahren Entfernung, wie oben beschrieben.
• Beim Synchronisieren verursachte Verzögerungen (TCa synchronisiert TCb und TCc).
• Dateneingang in TCb: (ts + tap) + (tn + tbd) + (tr + tbq)
• Dateneingang in TCc: (ts + tap) + (tn + tcd) + (tr + tcq)
• Wenn die Synchronisierung nur die Korrektur gemäß nominal er Zeit betrifft, wären die Synchronisationsfehler wie folgt:
• TCb: tap + tbd + tbq
• TCc: tap + tcd + tcq
• Die Verzögerungen, die in einer unmittelbar nach der Synchronisierung ausgeführten Übertragung auftreten:
• TCa: (ts + tap)
• TCb: (tap + tbd + tbq) + (ts + tbp)
• TCc: (tap + tcd + tcq) + (ts + tcp)
• Wenn die Teilnehmerempfänger im Überlappungsbereich der Stationen liegen, die gemeinsam zu TCa und TCb gehören, dann ist die Phasendifferenz:
• ts + tap - tap - tbd - tbq - ts - tbp = -(tbp + tbq) - tbd = 113 us max.
• Wenn andererseits der Empfänger im Überlappungsbereich liegt, der gemeinsam zu TCb und TCc gehört, dann ist die Phasendifferenz:
• tap + tbd + tbq + ts + tbp - tap - tcd - txq - ts - tcp = (tbp + tbq) - (tcp + tcq) + tbd - tcd = 226 us max.
• Die obigen Berechnungsbeispiele zeigen, daß der Fehler unmittelbar nach der Synchronisierung relativ merklich ist, weshalb infolge der Takt-Zeitverschiebungsakkumulation der Bedarf nach einer Synchronisation entsprechend unmittelbarer ist. Das reduziert seinerseits die Rufübertragungskapazität eines Netzes.
• Die obigen Synchronisationsprobleme sind gut unterscheidbar und lassen sich wie folgt lösen:
• a) Eine Funk-Sende/Empfangsstation muß solche Eigenschaften aufweisen, daß der Empfänger in der Lage ist, die eigenen Funksendungen der Station zu empfangen. Auf diese Weise kann die senderseitige Schnittstelleneinheit die gesamte Laufzeitabweichung zwischen Sender und Empfänger zusammen mit der Synchronisation messen. Im Normalbetrieb wird dieses Meßergebnis benutzt, die Phase der zum Funksender laufenden Daten in Richtung "falsch" vorzukorrigieren, so daß in Hinsicht auf den Rufsender das Signal in phasenrichtig eingeht. Hier muß darauf hingewiesen werden, daß die Gerätekosten für diese Lösung unbedeutend sind.
• Im Zusammenhang mit der Systemkonfiguration werden die oben gezeigten Verbindungs- und Entfernungsinformationen jeweils an jeder vorhandenen TSI vorgesehen. Mit diesem Verfahren lassen sich die tdb und tcd Fehlerfaktoren erheblich reduzieren gegenüber denen, die im Berechnungsbeispiel angeführt sind.
• Als Ergebnis der kombinierten Auswirkungen der obengezeigten Korrekturen fällt der Phasenfehler unmittelbar nach der Synchronisation auch in der Praxis auf schlimmstenfalls ± 20 us ab, wobei die restliche Zeit für die Zeitverschiebungsakkumulation ± 219us beträgt. Ausgedrückt als Synchronisationsintervall bedeutet das mit der obigen Taktstabilitätsspezifikation etwa 12 Minuten.
• Der Fall läßt sich anhand eines praktischen Rechenbeispiels noch näher erläutern.
• Die gewählte Synchronisationsroute ist z. B.: TCa synchronisiert TCb und TCb seinerseits synchronisiert TCc, wobei diese Situation sogar noch etwas schwieriger ist als im vorherigen Beispiel.
• TCa synchronisiert TCb, das führt zu folgenden Verzögerungen:
• (ts+tap) + (tn+tbd) + (tr+tbg)
• Wie oben im Zusammenhang mit dem Synchronisationsverfahren erklärt wurde, führt TCb (Stufe 4 beim Senden) eine Korrektur aus:
• -(tn+tbd) - (tr+tbg) - (ts+tbp)
• Somit ergibt sich auf einer Datenleitung von der senderseitigen Schnittstelle zum Funkgerät ein Gesamtphasenfehler:
• (ts+tap) - (ts+tbp)
• Auf gleiche Weise kommt es zu folgenden Verzögerungen, wenn TCb TCc synchronisiert:
• (ts+tap) - (ts+tbp) + (ts+tbp) + (tn+tdd) + (tr+tcq) =
• (ts+tap) + (tn+tdd) + (tr+tcq)
• Eine entsprechende Korrektur daran führt zu:
• (ts+tap) - (ts+tcp)
• Somit sind unmittelbar nach der Synchronisation beim Abstrahlen von den Antennen die Verzögerungen wie folgt:
• TCa: (ts+tap)
• TCb: (ts+tap) - (ts+tbp) + (ts+tbp) = (ts+tap)
• TCc: (ts+tap) - (ts+tcp) + (ts+tcp) = (ts+tap)
• Somit verbleibt die Verzögerung im Sender des Starters im System wie "eine Basis", aber das ist unbedeutend unter dem Blickwinkel eines Teilnehmerempfängers, weil sie an allen Stationen gleich ist. Andererseits kann hier darauf hingewiesen werden, daß die Verzögerungen der Sender und Empfänger der Basisstationen nicht gesondert meßbar sein müssen.
• In diesem Zusammenhang wird auf das Beispiel der Fig. 6 verwiesen, unter der Annahme daß die Phasendifferenz eines Signals, das während der Sendung der Station selbst gesendet und empfangen wird, mit 517 us gemessen wird. Aus den angegebenen Quelldaten wird eine Laufzeit von 49 us berechnet. Die Phase des Datensignals an den Sender Tx wird mit der Gesamtverzögerung von 566 us schon vor Einspeisen des Signals an Punkt T verschoben.

Claims (4)

1. Eine Synchronisationsmethode für Funksender in einem örtlichen, d.i. landesweiten Rufnetz, wobei dieses Rufnetz an ein öffentliches Telefonnetz angeschlossen ist und in der Übertragungssequenz der Rufmeldungen enthalten sind:

- Eine Rufnetzeinheit (PNU), die mit Mitteln zum Empfangen, Bearbeiten und Übertragen von Meldungen in Digitalform, sowie mit Mitteln zum Einspeisen netzbezogener Parameter von Hand ausgerüstet ist,

- eine oder mehrere Sendergruppensteuereinheiten (TGC), jeweils zum Empfangen, Bearbeiten und Senden von Synchronisationsdaten an eine Gruppe von Basisstationen,

- Basisstationssenderseitige Schnittstellen (TSI), die eine Datenübermittlungsverbindung zur Rufnetzeinheit (PNU) aufweisen und die Mittel zum Empfangen, Bearbeiten und Senden von Meldungen in digitaler Form aufweisen,

- Basisstationsfunk-Sender/Empfänger (Tx, Rx), deren Sender (Tx) unter der Steuerung der obigen Einheit, der Steuereinheit/en und der Schnittstellen Funksignale übertragen, die sowohl zum Rufen als auch zum Synchronisieren der Basisstationen dienen und die ein gemeinsames Überlappungsgebiet abdecken,

wobei die Synchronisationsmethode die folgenden Aktionen beinhaltet:

a) die Rufnetzeinheit (PNU) und die Steuereinheit/en der Sendergruppe (TGC) werden benutzt, um einen Synchronisationsplan aufzustellen, einschließlich:

- einer Bestimmung der Synchronisationssequenz,

- einer Wahl einer Basisstation zum Anlaufenlassen der Synchronisation,

- einer Bestimmung eines sequenzgebundenen Identifikators für jede Basisstation, und

- einer Bestimmung der Entfernungen zwischen den Basisstationen entlang der Routen, entlang denen die Funksynchronisationssignale gemäß der ausgewählten Synchronisationssequenz erfaßt werden;

b) die Rufnetzeinheit (PNU) und die Sendergruppensteuereinheit/en werden benutzt, um über das Datensendernetz an die senderseitigen Schnittstellen (TSI) einen Synchronisationsbefehl zu senden, der gemäß dem Synchronisationsplan enthält:

- Informationen darüber, ob die Basisstation, bei der der Befehl eingeht, der Starter der Synchronisation ist oder nicht,

- einen sequenzbezogenen Identifikator, aufgrund dessen eine zu synchronisierende Basisstation nur ein solches Synchronisationssignal identifiziert und akzeptiert, das über die bestimmte Route eingeht, und

- Informationen über die Laufzeit eines Synchronisationssignals;

c) das Synchronisationssignal wird vom Sender (Tx) einer Basisstation, die gemäß dem Synchronisationsbefehl als Synchronisationsstarter ausgewählt wird, übertragen;

d) das Synchronisationssignal wird von den Empfängern (Rx) der Basisstationen innerhalb deren Empfangsbereich empfangen und die Identifikationsinformation im empfangenen Signal wird mit dem sequenzbezogenen Identifikator verglichen, der im Synchronisationsbefehl angegeben wird;

e) wenn der Vergleich in Buchstabe d) zeigt, daß das aufgenommene Synchronisationssignal zwecks Synchronisation der empfangenden Basisstation ausgesandt wurde, wird der Takt/Signalsender der empfangenden Basisstation auf das Synchronisationssignal synchronisiert;

f) der Sender der Basisstation, der als Starter bestimmt wurde, wird abgeschaltet und die Empfänger der eben synchronisierten Basisstationen werden zum Abstrahlen des Synchronisationssignals einer zweiten Synchronisationssequenz eingeschaltet;

g) die Synchronisation der Basisstationen, die während der zweiten Synchronisationssequenz synchronisiert werden sollen, wird durchgeführt gemäß Buchstaben d) und e) mit dem Zusatz jedoch, daß der eigene Empfänger einer Synchronisationsbasisstation ein Signal aufnimmt, das von der gleichen Station abgestrahlt wird, und noch vor der Übertragung der eigentlichen Synchronisationsmeldung die Phase eines zu übertragenden Signals korrigiert wird, d. h. zeitlich nach vorne verschoben wird in einem Ausmaß, das der Summe der erzeugten Verzögerungen, die im Sender/Empfänger entstehen, und der im Synchronisationsbefehl angegeben Laufzeit entspricht; und

h) eine erforderliche Anzahl von Synchronisationsfolgen wird ausgeführt, bis auch die letzten Basisstationen ein Synchronisationssignal abgestrahlt haben, das von anderen Basisstationen nicht mehr empfangen wird, sondern dessen einzige Aufgabe es ist, die Phase des Takt/Signalsenders eben dieser Station zur Kompensation der Laufzeit und der im Sender/Empfänger entstehenden Verzögerung zu korrigieren.

2. Eine Synchronisationsmethode gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rufnetzeinheit (PNU) benutzt wird, um einen Synchronisationsplan aufzustellen, der die Festlegung der Synchronisationsreihenfolge der Basisstationen auf der Grundlage der Position der Stationen enthält, so daß die Anzahl der Sequenzen, die zur Synchronisation benötigt werden, möglichst klein ist, d. h., die Anzahl der in jeder Synchronisationssequenz gleichzeitig parallel zu synchronisierenden Stationen im Durchschnitt möglichst groß ist.

3. Eine Synchronisationsmethode gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rufnetzeinheit (PNU) den Augenblick zur Übertragung der Rufinformationen über die Funksender festlegt, wobei der Synchronismus der Übertragungen unabhängig von der Struktur und den Eigenschaften eines digitalen Datenübertragungsnetzes ist.

4. Eine Synchronisationsmethode gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der sequenzbezogene Identifikator die Zeit zum Anlaufen der Synchronisationsdurchführung ist, die im Falle, daß eine Basisstation als Starter gewählt wurde, der Augenblick ist, an dem die Starterstation eine Synchronisationsmeldung abstrahlt, und im Falle, daß andere Basisstationen gewählt werden, der Augenblick ist, an dem die Synchronisationsmeldung von der Basisstation empfangen wird.