BRPI0709779A2 - sistema de transmissço de rÁdio e processo para a sua operaÇço - Google Patents

Abstract

<B>SISTEMA DE TRANSMISSçO DE RÁDIO E PROCESSO PARA A SUA OPERAÇçO<D>A presente invenção se refere a um sistema de transmissão derádio com uma rede ad hoc (31) através da qual podem ser transmitidos pacotes de dados com uma forma de onda predeterminada, com um dispositivo de avaliação (35) para cada nó (30) que avalia a qualidade da transmissãodos pacotes de dados através da rede ad hoc (31) e com um canal de orientação (32). Através do canal de orientação (32) os pacotes de dados são, então, transmitidos quando o dispositivo de avaliação (35) tiver avaliado a qualidade da transmissão dos pacotes de dados através da rede ad hoc (31) como insuficiente.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DETRANSMISSÃO DE RÁDIO E PROCESSO PARA A SUA OPERAÇÃO".

A invenção se refere a um sistema de transmissão de rádio e aum correspondente processo de operação.

Conceitos modernos de redes de rádio bem como os conceitosde Network-Centric-War-fare colocam à disposição informações, de modoapropriado e sem demora de tempo, em todos os locais onde elas serão ne-cessárias. Para isso, são desenvolvidos sistemas de comunicação apropria-dos já com alta intensidade; a eles são colocados requisitos exigentes, porexemplo, alta mobilidade, capacidade de interoperação a máxima possível(por exemplo, também com autoridades civis (BOS)), transparência das re-des (ligada por fio / sem fio, PSTN. ISDN, LAN, WAN / rede de rádio / rádiodirecional, militar/ civil), capacidade de alcance universal, transmissão deinformação no composto reconhecimento/ condução/ atuação: relatório deposição, representação da posição, reconhecimento de amigo e inimigo, da-dos de sensor, fotos de câmeras digitais, rastreamento por GPS, e-mail, in-formações breves, outros serviços de IP, capacidade de conexão em redemóvel espontânea (MANET) e independência de uma infraestrutura.

O tipo da comunicação de participantes de rede de alta mobili-dade como tropas táticas se altera de modo crescente. Até o momento, es-tava em primeiro plano, quase exclusivamente a aplicação "conexão de vozsegura", isto é, voz codificada e resistente em relação a possíveis interferên-cias.

Atualmente, além da radiotelefonia, de modo crescente existe odesejo por uma conexão em rede dos diversos participantes de comunica-ção com capacidade de alcance pessoal. Este tipo de conexão em rede exi-ge uma capacidade de interoperação das técnicas de comunicação e umaintegração das redes ao sistema composto.

Por motivos da capacidade de interoperação, para a conexãoem rede da comunicação de dados através das diversas redes, de longe, énecessário o emprego de protocolos de internet, por exemplo, TCP/ IP. Aconversão técnica de rádio pode ocorrer por banda estreita, por exemplo,com a 1.5 MlL-STD-188-220 Β. O padrão especifica os níveis de protocoloinferiores para uma capacidade de interoperação de aparelhos de rádio táti-cos.

O rádio tático se baseia em canais atualmente com 25kHz delargura de banda, através dos quais normalmente podem ser transmitidos 16kbit/s bruto, com FEC de até 9,6 kbit/s. O emprego de protocolos de internetpadrão para a realização de capacidade de conexão em rede móvel espon-tânea (MANET) na comunicação de rádio militar seria uma solução rápida ede custo em conta. Contudo, isto exige taxas de dados na faixa de Mbit/s e,com isto, larguras de banda na faixa de MHz. Por isto, eles não podem serusados nos canais de rádio largos de somente 25 kHz. Aparelhos de rádiocom grandes larguras de banda deste tipo até hoje não foram empregadosna área tática com exceção do plano da companhia.

Durante a propagação dos sinais de rádio ao longo da superfícieterrestre (portanto, sem propagação no espaço livre como em plataformasvolantes), os aparelhos de rádio com altas taxas de dados e, com isto, gran-des larguras de banda de sinal estão sujeitos às seguintes restrições: paraum emprego eficiente, recomenda-se uma faixa de freqüência maior (225MHz a 400 MHz, mas também até 2 GHz ou acima). Certamente o alcancede sinais de rádio abaixa com o aumento da freqüência. O aumento da po-tência de transmissão amplia este alcance somente de modo moderado. Apotência de transmissão oito vezes maior resulta somente um alcance emdobro.

A largura de banda necessária é proporcional às taxas de dadosdesejadas. Certamente o alcance diminui com o aumento da largura de ban-da. Isto tem como conseqüência que, no caso de um aumento das taxas dedados de 16 kbit/s para 1,6 Mbit/s, o alcance diminui em torno do fator 5.Pelo fato que, em geral, altas larguras de bandas tornam necessárias fre-qüências de transmissão mais altas - uma vez que, por exemplo, a faixa defreqüência tática de 30 MHz até 88 MHz não pode mais ser usada devido àlargura de banda alta e ocupação densa - deve ser considerada uma outraperda em alcance.Tipos de modulação de valor mais alto necessitam de intervalosde interferência mais altos e, por isto, com a mesma potência de transmis-são, causam um alcance menor do que com o emprego de processos demodulação mais simples.

O número dos aparelhos de rádio necessários para a coberturade rádio depende bastante do alcance. Este, por sua vez, depende da faixade freqüência, da distância de interferência necessária, das taxas de dadosou da largura de banda do sinal e da potência de transmissão.

A patente DE 196 51 593 A1 e a patente DE 198 97 931 A1 seocupam com uma otimização destes parâmetros.

Aparelhos de rádio de banda larga para altas taxas de dadossão certamente a solução ideal para a comunicação de rede. Certamente oseu alcance de rádio é limitado. Aparelhos de rádio com canais de 25 kHz secaracterizam por taxas de dados médias, altos alcances e processos de mo-dulação robustos. Por isso, eles são indispensáveis no uso tático. Adicio-nalmente ao rádio de voz seguro eles podem ser conectados em redes dedados atuais e futuras com protocolos apoiados por IP como com a MIL-STD-188-220 B.

Com a MIL-STD-188-220 B podem ser realizadas redes de auto-organização com roteamento automático, nas quais são apoiadas aplica-ções, que se baseiam no protocolo de internet IP. Com isto, o rádio táticotradicional pode ser ampliado para a rede digital de campo de combate, co-mo está representado na fig. 1.

O sistema de hardware/ software 1 combinado garante a comu-nicação internet/ intranet moderna através de diversos meios de transmis-são. O sistema de gerenciamento e controle de sinal 2 automatiza a comuni-cação de rádio em navios, enquanto que o sistema de gerenciamento e con-trole de sinal 3 organiza a comunicação de rádio das unidades apoiadas emterra. Todos os sistemas de 1 a 3 estão conectados na rede MANET - ad hoc 4.

Redes conectadas por fio de redes de rádio (quase estacioná-rias) com altas taxas de dados como, por exemplo, redes de rádio direcionalse diferenciam consideravelmente em suas propriedades de redes de rádiotáticas móveis. Aparelhos de rádio táticos introduzidos de modo tradicionalatualmente colocam à disposição taxas de dados de até no máximo 16kbit/s. Da geração de aparelhos de rádio que veio recentemente ao mercadosão apoiados até 72 kbit/s.

Aparelhos de rádio para a radioteIefonia tática com taxas de da-dos na ordem de grandeza de Mbit/s se encontram no estágio de desenvol-vimento. Soluções comerciais como, por exemplo, WLAN representam umasolução satisfatória somente em casos excepcionais, uma vez que elas ope-ram exclusivamente em uma freqüência pré-ajustada. A desvantagem es-sencial desta solução é que ela, por exemplo, não é protegida contra interfe-rências específicas. Outras desvantagens de um sistema de um canal sãoevitadas em futuros aparelhos modernos de rádio de banda larga atravésdas propriedades descritas abaixo como, por exemplo, a adaptação da for-ma de onda à qualidade do canal variável.

Forma de onda é, tradicionalmente e também no contexto dorequerimento em questão, o termo para o sinal de rádio no ar e abrange, porexemplo, além do tipo de modulação, taxas de dados e, eventualmente, se-qüência de salto de freqüência ou do código de expansão, também o códigoe a codificação, bem como, em processos modernos, também protocolos.

No emprego móvel, a qualidade e, com isto, a capacidade doscanais de rádio depende da topologia e da natureza do terreno, bem como,da distância a ser coberta.

Isto significa que, a capacidade de canal disponível pode variarentre a taxa de dados máxima de um aparelho de rádio de banda larga de,por exemplo, 2 Mbit/s e a de um aparelho de rádio de banda estreita de al-guns kbit/s. Além disto, as propriedades dos canais de rádio são marcadaspor condições marginais físicas. Estas propriedades são, por exemplo: eva-poração, reflexão, rompimento, flexão, deslocamento de Doppler.

Elas levam a interferências de recepção, propagação de váriasvias e volume de freqüência seletiva e variável no tempo. A propriedade daligação de rádio afetada por isto é, em essência, a qualidade do sinal que édescrita através do intervalo de sinal/ interferência, da deformação do sinal eoscilação do sinal causada pelo canal, e da capacidade do canal (taxa dedados/ largura da banda) derivada disto, da taxa de erro de bit BER (Bit Er-ror Rate) e do alcance.

Em determinados casos de aplicação, em particular, no caso deintervalos maiores dos nós de rádio, as redes de rádio podem apresentar aschamadas passagens estreitas ou gargalos nas redes. A fim de obter umautilização satisfatória das redes, apesar dessas restrições da capacidade eda qualidade de canal possível temporariamente, resultante da mobilidadedas redes de rádio, e de suas propriedades físicas, devem ser examinadasvárias medidas e devem ser realizadas nas futuras redes.

Conforme depreendido da patente DE 10 2005 030 108 A1 nãopublicada previamente, os sistemas modernos de transmissão de rádio sãoconcebidos de tal modo que, eles podem se ajustar de modo adaptativo acenários variáveis de características mais variáveis possíveis. Deste modo,são esperados, por exemplo, cenários que apresentam uma densidade mai-or em aparelhos de radio, que se comunicam entre si, com distâncias meno-res. Para redes de rádio homogêneas deste tipo as redes ad hoc móveisadaptadas com processo de roteamento apropriado são uma solução apro-priada para uma capacidade de alcance completa de todos os participantesda rede.

Contudo, também são possíveis situações, nas quais um ou umnúmero pequeno de nós de rádio devem ser conectados a uma estação derádio central através de uma grande distância. Um outro cenário, que apre-senta um meio entre os extremos apresentados, são redes que densidademenor e distâncias de rádio médias. Além disso, devem ser possíveis formasde passagem entre estes cenários, por exemplo, ilhas de redes parciais comdistâncias de rádio menores, que através de distâncias maiores devem con-servar a conexão com outras redes parciais com grandezas característicassemelhantes.

Caso os aparelhos de rádio sejam operados com alta velocidadede transmissão, então a capacidade de banda larga necessária resultantedisto conduz a alcances de rádio consideravelmente restritos. Se, durante oemprego móvel, um participante da rede se afastar do alcance de rádio dosoutros participantes da rede, então ele é cortado da comunicação. Uma vezque os participantes da rede usam uma forma de onda comum, que se ba-seia em uma largura de banda definida, em geral, o participante da rede "se-parado" não pode conseguir um restabelecimento da ligação de rádio pormeio de medidas unilaterais. É necessário que, os sistemas de rádio tenhamimplementado mecanismos correspondentes para estes casos.

Sistemas de transmissão de rádio de acordo com a patente DE10 2005 030 108 A1 são talhados especialmente para o emprego flexível dealta mobilidade nos mais distintos cenários. Sistemas de rádio concebidosdeste modo se caracterizam por uma capacidade de adaptação altamentedesenvolvida, que capacita o sistema a se adaptar aos canais de rádio comas mais distintas qualidades de canal. Certamente na patente DE 10 2005030 108 A1 não está descrito como os sistemas de rádio solucionam a tarefaque consiste em manter as ligações de rádio exigidas e medir a qualidade decanal.

À presente invenção cabe a tarefa de criar um sistema detransmissão de rádio e um processo para a sua operação, com os quais osaparelhos de rádio produzam ou mantenham ligações de rádio nos locaisopostos, que são necessárias para a transmissão de mensagens através deum ou de vários nós de rádio.

A tarefa é solucionada através de um sistema de transmissão derádio de acordo com a reivindicação 1, e de um processo para a operaçãode um sistema de transmissão de rádio de acordo com a reivindicação 14.As reivindicações subordinadas contêm aperfeiçoamentos vantajosos dainvenção.

A seguir será descrito, em detalhes, um exemplo de execuçãoda invenção por meio do desenho. No desenho:

A fig. 1 mostra um exemplo de uma rede digital de campo decombate;

A fig. 2 mostra um diagrama de blocos de uma montagem emcamadas do sistema de transmissão de rádio que pode ser empregado noâmbito da invenção;

A fig. 3 mostra os espaços esperados de ação e movimento;

A fig. 4 mostra MANETs homogêneos com pequenas variaçõesde distância;

A fig. 5 mostra a expansão excedente das distâncias de rádioem MANETs;

A fig. 6 mostra o cenário de um combate de casas;

A fig. 7 mostra um aperfeiçoamento;

A fig. 8 mostra formas de passagem de cenários de alta dinâmi-ca e

A fig. 9 mostra um exemplo de execução da configuração de umnó do sistema de transmissão de rádio de acordo com a invenção.

Para o problema da qualidade e capacidade variantes do tempode canais de rádio, na patente DE 10 2005 030 108 A1 é proposto um paco-te constituído de três soluções:

- otimização da qualidade e capacidade dos links de rádio indivi-duais

- escolha de rota adaptada e otimizada

- escolha de aplicações e/ ou adaptação de aplicações apropria-das

Além disto, a abordagem de solução de acordo com a patenteDE 10 2005 030 108 A1, como representado na fig. 2, prevê uma divisão detarefas entre a área da técnica de rádio clássica (camadas 1 e 2 do modelode camadas ISO/ OSI) e a técnica de rede (camada 3 e acima) e uma coo-peração das duas áreas. Entre estas duas áreas está previsto um ponto deintersecção 10 através do qual podem ser trocados características de quali-dade e, eventualmente, dados de controle, sendo que, os dados de controlesão produzidos como reação às características de qualidade trocadas.

Abaixo do ponto de intersecção 10, isto é, na área de rádio clás-sica, precisam ser tomadas medidas (Phys/ QoC) no bloco 11 da camada 1para analisar o canal de rádio, e definir características de qualidade corres-pondentes, bem como adaptar os canais de rádio através de medidas adap-tativas à respectiva situação topográfica.

As características de qualidade para isto são mencionadas, emapoio à qualidade, definida para a rede, de um serviço QoS (Quality of Ser-vice/ qualidade de serviço) no QoC (Quality of Channel/ qualidade do canal)seguinte. Elas são executadas no bloco de função 11 (Phys/ QoC).

Além disto, precisam ser previstas funções (MAC/ QoC) parapoder controlar o acesso do canal (por exemplo, gerenciamento do link, slotMultiplexing) e o fluxo de dados, isto é, em função da qualidade do canalatual e da prioridade do pacote e de suas exigências à qualidade do canal(classe de serviço CoS). Isto ocorre no bloco de função 12 (MAC/ QoC) dacamada 2. A prioridade dos pacotes pode ser definida ou em relação ao ser-viço ou em relação ao usuário. Isto ocorre, do mesmo modo, no bloco defunção 12 (MAC/QoC).

Acima do ponto de intersecção 10 QoC - QoS, portanto, na áreada rede, precisam ser encontrados caminhos para ajustar a comunicação,com auxílio destes valores de QoC, às propriedades dos canais a serem u-sados.

No bloco de função 13 da camada 3 (QoC/ QoS - gerenciamen-to) precisam ser tomadas, por exemplo, as seguintes medidas:

- seleção dos pacotes de dados de acordo com a prioridade(MAC/ QoC)

- queuing adaptado (MAC/ QoC), isto é, formação de filas de es-pera de acordo com a prioridade

- suporte das funções de MANET (apoio de roteamento de QoC/QoS), por exemplo, através de

- cálculo de alcance com auxílio de cartões digitalizados

- análise de ligação com o auxílio de coordenadas de local tro-cadas

- prognósticos de ligação com o auxílio de vetores de velocidadedos objetos que abrangem as estações de rádio

- determinação das características de qualidade para os linksindividuais através dos aparelhos de rádio

- caracterização das qualidades de caminho nas tabelas de rote-amento

- conversão dos valores de QoC aos valores de QoS e adapta-ção à funcionalidade de IP (adaptação a TCP/ UDP)

- indicação ao usuário sobre a qualidade e a capacidade do ca-nal disponível (ajuste ao QoS/ QoC) e aviso dos serviços disponíveis

- adaptação das aplicações à qualidade e à capacidade do canaldisponível (ajuste ao QoS/ QoC)

- reações e medidas em relação à capacidade do canal, por e-xemplo, priorização, redução de dados ou interrupção, o que é convertido aoplano da aplicação no bloco de função 16 (ajuste ao QoS/ QoC).

Para a coordenação das medidas abaixo e acima do ponto deintersecção 10 as grandezas características de QoC e de QoS precisam serrepresentadas uma sobre a outra. Isto também é necessário pelo motivo quepode ocorrer uma passagem sem interrupção entre as redes de rádio e asredes ligadas por condutor, isto significa que, as características de serviço(mecanismos de QoS) definidas para as redes ligadas por condutor tambémpossam ser convertidas em redes por rádio.

São afetados tanto o acesso do canal (acesso ao meio, MAC), oroteamento do MANET no bloco de função 14 da camada 3, como também,os protocolos de transporte TCP/ UDP, nos quais os dados são convertidosno bloco de função 15 da camada 4, e as aplicações das camadas de 5 a 7.Por isto a representação QoC/ QoS precisa ser ampliada em funções adicio-nais, o que ocorre em um bloco de função 13 (gerenciamento de QoC/ QoS).Para isto o bloco de função 13 está ligado, através de outros pontos de in-tersecção 17, 18 e 19, com os blocos de função 14, 15 e 16.

Neste caso, a função do sistema de transmissão de rádio, repre-sentado na fig. 2, pode ser esclarecida como a seguir:

O sistema de transmissão de rádio possui várias camadas deprocessamento para a transmissão de pacotes de dados entre os diversosaparelhos de rádio em um canal de rádio, e abrange várias unidades de fun-ção e uma unidade de controle. Uma primeira unidade de função 11 estálocalizada em uma camada de transmissão de rádio física e analisa o canalde rádio, a fim de determinar a qualidade do canal de rádio QoC.

Uma segunda unidade de função 12 está localizada em umacamada de proteção de dados e controla o acesso ao canal de rádio em fun-ção da qualidade atual do canal de rádio QoC1 e da prioridade dos pacotesde dados a serem transmitidos de acordo com a qualidade QoS do serviçorealizado através dos pacotes de dados. Uma terceira unidade de função 14está localizada em uma camada de intermediação e controla a transmissãodos pacotes de dados.

Uma unidade de controle 13 superior libera os pacotes de dadospara a transmissão através da terceira unidade de função 14 somente, en-tão, quando a qualidade QoS do serviço realizado através dos pacotes ddados corresponder de modo satisfatório à qualidade do canal de funçãoQoC definida na primeira unidade de função 11, isto é, quando para a quali-dade QoS do serviço ou da característica do serviço da aplicação existir umaqualidade mínima QoC do canal de função.

A unidade de controle 13 está ligada com a primeira unidade defunção 11 e com a segunda unidade de função 12 através de um primeiroponto de intersecção 10, e com a terceira unidade de função 14, através deum segundo ponto de intersecção 17.

Além disso, a unidade de controle 13 está ligada com uma quar-ta unidade de função 15, de preferência, através de um terceiro ponto deintersecção 18 em uma camada de transporte. A quarta unidade de função15 converte os pacotes de dados em um protocolo de transporte correspon-dente, por exemplo, TCP/ UDP.

A unidade de controle 13 coloca o correspondente protocolo detransporte TCP/ UDP na base da qualidade QoS do serviço realizado atra-vés dos pacotes de dados e da qualidade QoC do canal de função, determi-nada na primeira unidade de função 11 e controla, de modo correspondentea quarta unidade de função.

De preferência, a unidade de controle 13 está em ligação, atra-vés de um quarto ponto de intersecção 19, com uma quinta unidade de fun-ção 16 em uma camada de aplicação. Se1 para a transmissão através daterceira unidade de função 14, os pacotes de dados não puderem ser libera-dos, então pela quinta unidade de função 16 é emitida uma correspondentecomunicação ao usuário. Neste caso, também podem ser mostrados ao u-suário todos os serviços disponíveis atualmente.

Neste caso, a unidade de controle 13 controla a terceira unidadede função 14, de tal modo que, através de transmissão apropriada (rotea-mento) esta unidade de função coloca à disposição a capacidade de trans-missão do canal de rádio necessária para a respectiva qualidade QoS doserviço realizado através dos pacotes de dados.

De preferência, a unidade de controle 13 executa uma seleçãodos pacotes de dados de acordo com a prioridade exigida pela respectivaqualidade QoS do serviço realizado através dos pacotes de dados. Depoisdisso a terceira unidade de função 14 é controlada para a realização datransmissão dos pacotes de dados nesta seqüência.

A unidade de controle 13 também pode executar um prognósticoda futura qualidade do canal de rádio a se desenvolver com base nos veto-res de velocidade definidos dos aparelhos de rádio que se movimentam.

Resumindo, esta abordagem de solução da patente DE 10 2005030 108 A1 pode ser descrita, de tal modo que, a determinação permanentenecessária no emprego móvel de possíveis caminhos (caminhos de rádio)da rede (MANET) é apoiada através de processos inteligentes. Os canais derádio são adaptados, através de medidas adaptativas, à respectiva situaçãotopográfica, e a respectiva capacidade e qualidade do canal dos caminhosde rádio individuais são marcados e considerados de modo correspondentedurante o transporte dos pacotes de dados.

Certamente, com esta abordagem de solução da patente DE 102005 030 108 A1 as ligações de rádio somente podem ser mantidas atravésde distâncias de rádio limitadas. Em cenários, nos quais devem ser cobertasdistâncias de rádio maiores, são necessárias medidas adicionais que serãodescritas a seguir.O alcance de sistemas de rádio em ligações de solo e solo é de-terminado das seguintes grandezas: ele é tanto menor quanto maior for afreqüência de uso. Ele é tanto menor quanto maior for a taxa de dados ou alargura de banda de uso ou quanto maior for a qualidade do tipo de modula-ção usada. Ele é tanto maior quanto maior for a potência de transmissão. Eleé tanto maior quanto mais alto for o ganho da antena. Ele é tanto maiorquanto mais alto for o ponto da base da antena.

Na operação estacionária os três últimos parâmetros de rádio,isto é, a altura da antena, o ganho da antena e a potência de transmissão,podem ser ampliados para cobertura de distâncias de rádio maiores. No em-prego móvel isto é somente muito limitado ou não é possível de modo al-gum, ignorando-se o bem discutível emprego técnico e operacional de esta-ções de relê suportadas pelo ar, como corpos de aeronaves não tripulados,balões, helicópteros, etc. Por este motivo, para o emprego móvel precisa serencontrada uma solução, que também possibilite a sistemas de rádio comantenas simples e baixas e potência de transmissão menor, por exemplo,manpacks, determinar a alteração da qualidade do canal e reagir contra aexpansão excedente de distâncias de rádio.

A qualidade do canal pode ser acompanhada permanentementeatravés da análise do canal de rádio usado. Esta análise pode ocorrer tantoem um canal sem tráfego de rádio, bem como, em um canal ocupado. Noprimeiro caso podem ser determinados e indicados o tamanho e o tipo dossinais de interferência, no segundo caso são analisados os sinais de mensa-gem. Uma vez que, neste caso, se trata de parâmetros técnicos conhecidos como, por exemplo, o tipo de modulação, a taxa de dados, etc., a análise docanal pode ocorrer de forma bem detalhada, com relação aos critérios dequalidade como distância de interferência e sinal, grandezas característicasde Fading, taxa de erro de bit, etc. Uma vez que, em um nó de rádio, emgeral, são recebidos os sinais de vários pontos opostos, estas característicasde qualidade podem ser alocadas aos caminhos de rádio individuais nacomposição da rede.

Com este método pode ser concluída, por exemplo, a distânciado ponto oposto com auxílio da intensidade de campo do sinal. Se na opera-ção da rede também forem trocadas as coordenadas das localizações dosnós de rádio, as distâncias podem ser calculadas e, por meio de mapas emodelos de propagação, pode ser determinado o alcance e os parâmetrosde rádio necessários para isto.

Aparelhos de rádio modernos de banda larga irão usar taxas dedados de até alguns Mbit/s e, com isto, larguras de banda de vários MHz.Por vários motivos, esta transmissão irá ocorrer em faixas de freqüênciasmais altas, por exemplo, na faixa de algumas centenas de MHz, ou até den-tro da faixa de GHz. Certamente a distância de rádio que pode ser cobertacom isto é bem reduzida. Sob condições desfavoráveis ela pode ser limitadaa alguns 100 m. Nesta faixa de freqüência, exigências por uma cobertura deum alcance de alguns 10 km também poderiam ser cobertas somente comlarguras de bandas de uso muito estreitas, e somente através de estaçõesde relê situadas altas.

Se a qualidade do canal se alterar, então por meio destes resul-tados de análise com uma adaptação dos parâmetros de rádio pode-se rea-gir contra esta alteração, por exemplo, com uma adaptação da largura debanda do sinal e da correspondente taxa de dados ou da alteração do tipode modulação ou da codificação. Por meio da distribuição da informação decanal na rede, cada nó de rádio pode escolher os parâmetros de rádio óti-mos para a comunicação com um parceiro, em particular, quando adicional-mente são conhecidas as posições dos nós de rádio através da troca de co-ordenadas.

Certamente não se pode recorrer a estes métodos quando a ca-pacidade de adaptação da forma de onda usada na freqüência de uso (maisalta) selecionada fica esgotada na atual distância de rádio. Neste caso, co-mo é evidente acima, a freqüência de uso e a largura de banda de uso pre-cisam ficar consideravelmente mais baixas. Com processos de rádio táticostradicionais, de acordo com o terreno, podem ser cobertos alcances de rádiode até alguns 10 km, por exemplo, com uma largura de banda de uso de 25kHz na faixa de VHF de 30 a 88 MHz. O uso da faixa de HF com as largurasde bandas usuais ali de, por exemplo, 3kHz permite alcances de rádio aindamaiores.

Se um nó de rádio se encontrar em uma distância de rádio atualque, mesmo com adaptação, não pode mais ser coberta com a forma deonda usada, então, de acordo com a invenção, como última alternativa sóresta o emprego de processos com faixas de freqüência baixas, isto é, o u-so, de acordo com a invenção, de um chamado canal de orientação. A largu-ra de banda e a faixa de freqüência destes processos se orientam de acordocom as máximas distâncias de rádio esperadas nos respectivos cenários deação. Uma vez que o instante da expansão excedente dos caminhos de rá-dio não pode ser previsto a priori, de modo vantajoso, os nós de rádio devemestar prontos para a recepção permanente para sinais deste tipo. De modoalternativo, no caso de conhecimento da qualidade de canal, através de en-tendimento na rede, este canal de orientação pode ser coordenado a aquelenó de rádio, que com grande probabilidade não pode mais ser alcançado. Acomunicação na rede para este nó é, então, realizada através deste canal; onó que não pode ser mais alcançado irá, então, se comunicar através destecanal de orientação. Por isso, os nós de rádio precisam estar preparadospara a recepção do canal de orientação, somente para o caso em que um oumais nós de rádio não possam ser mais alcançados com o processo detransmissão com alta taxa de dados na rede ad hoc.

Esta preparação de recepção pode ser realizada de diversasformas. Possíveis soluções são: comutação cíclica do nó de rádio para arecepção de um sinal de orientação e/ou uso de um receptor separado paraa recepção de um sinal de orientação e/ou uso de um receptor de Guard-Software integrado para a recepção de um sinal de orientação e/ou uso deum receptor de Guard-Hardware integrado para a recepção de um sinal deorientação.

Este sinal de orientação é projetado, de tal modo que, ele podecobrir o máximo alcance para o cenário esperado. Se isto for usado, então,com o método descrito acima da análise de um sinal de uso, a estação querecebeu o sinal de orientação pode determinar as propriedades do canal edisto determinar por extrapolação a máxima largura de banda, que pode serusada, para a distância de rádio existente.

A vantagem da presente invenção reside no fato de que, comaparelhos de rádio adaptativos podem ser cobertos todos os alcances derádio desde que fisicamente possível.

Para isto necessita-se da permanente análise do canal de uso jámencionada acima, por exemplo, através de uma análise de um canal semtráfego de rádio, com determinação e indicação de tamanho e tipo dos sinaisde interferência e/ou uma análise dos sinais de mensagem de um canal o-cupado com análise do diagrama de constelação e/ou análise da distânciade interferência do sinal e/ou análise de grandezas características de fadinge/ou análise de taxas de erro de bit e coordenação dos resultados da análiseaos caminhos de rádio na composição da rede.

O processo para a manutenção de ligações de rádio por meio deanálise permanente do canal de rádio, e distribuição dos parâmetros de ca-nal na rede de rádio serve para o ajuste adaptativo da forma da onda (porexemplo, tipo de modulação, tipo de codificação, largura de banda do sinal epotência de transmissão, efeito da direção da antena).

O processo para a produção e manutenção de conexões de rá-dio por meio de um canal de orientação robusto e de banda estreita servepara o caso em que a comunicação normal não é mais possível através daforma de onda padrão adaptativa, uma vez que, os parâmetros do canal pio-raram, bem como, serve para a recepção da comunicação de um participan-te em uma rede com parâmetros de canal desconhecidos.

As propriedades do canal de orientação são, em particular: baixafreqüência, pequena largura de banda processo de modulação robusto ecodificação, bem como, eventualmente uma potência de transmissão maisalta em comparação com o canal de uso propriamente dito.

A ilustração da fig. 1 serve para a contemplação de futura cone-xão em rede de rádio. Contudo, ela representa uma grande simplificação edescreve o ambiente esperado de fato somente de modo insuficiente. Ascondições representadas, isto é, o terreno, é extremamente simples e con-trolável, as distâncias de rádio são extremamente pequenas, a densidadedos nós de rádio é alta, estão disponíveis instalações estacionárias com an-tenas altas e estão disponíveis estações de relê apoiadas no ar, não descre-vem de modo suficiente as reais situações e possíveis características depotência de modernos sistemas de rádio. Na prática, em particular, no avan-ço de tropas ou em ações de combate móveis, se trata de grandes espaçosque precisam ser cobertos através de rádio.

A fig. 3 mostra os espaços de ação e movimentação esperadosno contexto da divisão e da brigada. A distribuição de nós de rádio nestesespaços agora, de modo algum, pode sempre ser esperada como quasehomogênea com pequenas distâncias de rádio. Freqüentemente pode ocor-rer também a formação de ilhas de redes de rádio com distâncias maioresentre estas ilhas. As possibilidades de ação flexíveis móveis dinâmicas serefletem em uma variedade de possíveis cenários, nos quais os sistemas derádio devem possibilitar uma comunicação segura. O contexto desta varie-dade de cenários deve ser coberto por meio de alguns exemplos representa-tivos.

Como mostra a fig. 4, existem cenários que apresentam umadensidade maior de aparelhos de rádio, que se comunicam entre si, comdistâncias menores. Para redes de rádio homogêneas deste tipo, as redesad hoc móveis adaptadas com processos de roteamento apropriados sãouma solução apropriada.

No caso de emprego móvel chega-se forçosamente a situações,nas quais surgem distâncias maiores de estações para seus MANETs ouentre os MANETs que não podem ser mais cobertas através do alcance dorádio de uma forma de onda de banda larga.

Se, como ilustrado na fig. 5, no emprego móvel, um participanteda rede se distanciar do alcance do rádio dos outros participantes da rede,então ele é cortado da comunicação. Se os participantes da rede usaremuma forma de onda não adaptativa comum, que se baseia em uma largurade banda definida, então, através de medidas unilaterais, em geral o partici-pante da rede "separado" não pode conseguir nenhum restabelecimento daconexão de rádio.

Contudo também são possíveis situações, nas quais um ou umpequeno número de nós de rádio devem ser conectados a uma estação derádio central através de uma distância grande, ou em um terreno com condi-ções de propagação desfavoráveis.

Esta situação pode ser encontrada, por exemplo, como mostra-da na fig. 6, no combate de casas, em tropas de espreita ou patrulhas. Parti-cularmente no último caso, em viagens através de uma região a ser contro-lada, são possíveis grandes distâncias em relação à estação de rádio cen-trai, por exemplo, à posição de combate da companhia, o que está ilustradona fig. 7. Contudo, é necessário que, também nestes casos, a patrulha tenhaou possa efetuar ligação de rádio para a estação de base. Em viagens emterrenos difíceis, por exemplo, na montanha, ou em distâncias que visivel-mente excedem o alcance de cerca de 20 km a ser coberto normalmentecom o rádio tático, serão necessárias medidas especiais.

Além disso, devem ser possíveis formas de passagem entre es-tes cenários, por exemplo, ilhas de redes parciais com distâncias de rádiomenores, que devem manter, através de distâncias maiores, a conexão comoutras redes parciais com grandezas características semelhantes.

A fig. 8 deve ilustrar, quais formas mistas de cenários são possí-veis. Nas redes parciais (MANET 1, 2, 3, PRR; Personal Role Radio) existeuma ligação, contudo elas estão tão separadas no espaço que, a ligaçãoentre as redes parciais não é mais possível com a forma de onda usada den-tro da MANET. Os dois veículos fora da MANET, em virtude de sua grandedistância, não podem mais ser alcançados a partir das redes parciais.

A fig. 9 mostra um nó 30 do sistema de transmissão de rádio deacordo com a invenção. O sistema de transmissão de rádio abrange a redead hoc 31 descrita anteriormente, e um canal de orientação 32, sendo que,cada nó 30 está em ligação tanto com a rede ad hoc 31 como também como canal de orientação 32.

No exemplo de execução representado na fig. 9, para a comuni-cação através da rede ad hoc existe um aparelho de rádio da rede 33, e paraa comunicação através do canal de orientação 32, existe uma faixa de VHF(Very High Frequency, de 30 MHz a 88 MHz) e/ou um aparelho de rádio deHF (para a faixa de HF, de 10 MHz a 30 MHz). Através do aparelho de rádioda rede 33 é comunicado para os canais da rede ad hoc 31, que se encontra na faixa de SHF de alguns GHz, enquanto que através do aparelho de rádiode VHF/ HF é comunicado com o canal de orientação 32, que se encontra-,de preferência, na faixa de HF, portanto, na faixa de ondas curtas ou na fai-xa de VHF. Se o canal de orientação 32 se encontrar em uma freqüênciamais baixa que a rede ad hoc 31, isto leva, em geral, a um alcance maior, detal modo que nós de rádio, que não podem mais ser alcançados através darede ad hoc 31, ainda podem se comunicar através do canal de orientação32.

Não é obrigatoriamente necessário que, o aparelho de rádio darede 33 e o aparelho de rádio 34 para o canal de orientação sejam separa-dos um do outro. Pelo contrário, o aparelho de rádio 34 para o canal de ori-entação também pode ser integrado como componente de hardware oucomponente de software no aparelho de rádio da rede 33.

Além disso, é possível que, o aparelho de rádio da rede seja li-gado simplesmente através de comando na faixa de freqüência do canal deorientação. Neste caso, esse aparelho de rádio processa também o canal deorientação. Nessa característica o canal de orientação pode ser operadosomente de modo alternado com o canal de uso.

Um dispositivo de avaliação 35 avalia constantemente a quali-dade da transmissão dos pacotes de dados através da rede ad hoc 31. Namedida que a transmissão através da rede ad hoc 31 não é mais satisfatória,um dispositivo de comutação 36 é comutado de tal modo que, o aparelhoterminal 37 não se comunica mais através do aparelho de rádio da rede 33,mas através do aparelho de rádio 34 para o canal de orientação. A avaliaçãoda qualidade dos pacotes de dados, que serão transmitidos para a rede ad hoc 31, pode ocorrer de múltiplas formas. Por exemplo, como já foi mencio-nado, pode ser realizada uma análise do diagrama de constelação e/ou dadistância de interferência do sinal e/ou das grandezas características de Fa-ding e/ou das taxas de erro de bit.

O dispositivo de avaliação 35 avalia um canal da rede ad hoc 31ocupado não com o tráfego de rádio, de forma apropriada, através da deter-minação do tamanho e/ou do tipo dos sinais de interferência para esse ca-nal. Um canal da rede ad hoc 31 ocupado com o tráfego de rádio é avaliado,de forma apropriada, pelo dispositivo de avaliação 35, pelo contrário, pormeio de uma análise dos sinais de mensagem dos pacotes de dados trans-mitidos para esse canal.

Além disso, é apropriado se, o dispositivo de comutação 36 foroperado de tal modo que, ciclicamente também, então, seja comutado parao canal de orientação, se o dispositivo de avaliação 35 avaliar a transmissãoatravés da rede ad hoc 31 como suficientemente qualitativa. Isto tem a van-tagem que, nós de rádio 30 da rede podem constatar durante a comutaçãocíclica para o canal de orientação 32, se ali transmite um outro nó, que nãopode mais ser alcançado através da rede ad hoc 31. Um nó 30 desse tipo,que durante a comutação cíclica constata que, ele pode se comunicar com ooutro nó através do canal de orientação 32, os dados desse nó isolado pelarede ad hoc 31, então, pode alimentar novamente na rede ad hoc 31 e, as-sim, manter a comunicação com o nó isolado.

É razoável se for comunicado, através do canal de orientação 32com um tipo de modulação robusta, isto é, em geral de valor mais baixo, porexemplo, baixo valor PSK (Phase Shift Keying) ou FSK (Frequency Shift Ke-ying) ao invés de através da rede ad hoc 31. Também é razoável, se para acomunicação através do canal de orientação 32 for empregada uma prote-ção contra erro aperfeiçoada, que, então, condiciona uma taxa de dados Ú-teis mais baixa que para a comunicação através da rede ad hoc 31. Tambémpara a comunicação através do canal de orientação 32 deverá ser emprega-da uma taxa de dados mais baixa que para a comunicação através da redead hoc 31. Eventualmente, para a comunicação através do canal de orienta-ção, também pode ser empregada uma potência de transmissão mais altaque para a comunicação através da rede ad hoc 31.

O canal de orientação pode ser empregado, adicionalmente, pa-ra consultar a identidade e a posição de nós de rádio que podem ser inte-grados potencialmente na MANET. Para isso, o nó de rádio que consultapode transmitir ou uma vez, por exemplo, iniciado pelo operador, ou tambémciclicamente, por exemplo, a cada segundo, uma mensagem correspondentepara o canal de orientação. Um nó de rádio que recebe, então, pode respon-der a essa mensagem no canal de orientação. Com isso, também é possívelidentificar aparelhos de rádio, que não dispõem de funcionalidade de MA-NET, contudo, recebem o canal de orientação e através desse canal tam-bém podem transmitir novamente. O emprego do canal de orientação é van-tajoso, para isso de forma especial, uma vez que, como já foi mencionado,ele dispõe de um alcance maior e, com isso, a MANET também pode rece-ber conhecimento sobre aparelhos de rádio que se encontram fora de seualcance. Esse conhecimento pode ser empregado, por exemplo, para o re-conhecimento de amigo e inimigo.

A invenção não está restrita ao exemplo de execução represen-tado. Eventualmente o canal de orientação também pode ser um certo canalda rede ad hoc, que é equipado como canal de chamada generalizado (ca-nal de Hailing). Todas as características descritas anteriormente podem sercombinadas entre si opcionalmente no contexto da invenção.

Claims (25)

1. Sistema de transmissão de rádiocom uma rede ad hoc (31) com vários nós (30), através da qualpodem ser transmitidos pacotes de dados com uma forma de onda prede-terminada,com um dispositivo de avaliação (35) para cada nó (30) que ava-lia a qualidade da transmissão dos pacotes de dados através da rede ad hoc(31) ecom um canal de orientação (32), através do qual, os pacotes dedados podem ser, então, transmitidos quando o dispositivo de avaliação (35)tiver avaliado a qualidade da transmissão dos pacotes de dados através darede ad hoc (31) como insuficiente.

2. Sistema de transmissão de rádio de acordo com a reivindica-ção 1, caracterizado pelo fato de que, o canal de orientação (32) tem umafreqüência de transmissão mais baixa que a rede ad hoc (31), em particular,na faixa de HF (10 MHz - 30 MHz) ou faixa de VHF (30 MHz - 88 MHz).

3. Sistema de transmissão de rádio de acordo com a reivindica-ção 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que, o canal de orientação (32) temum tipo de modulação mais robusta que a rede ad hoc (31), em particular, devalor mais baixo PSK (Phase Shift Keying/ chave de mudança de fase) ouFSK (Frequency Shift Keying/ chave de mudança de freqüência).

4. Sistema de transmissão de rádio de acordo com uma das rei-vindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de que, o canal de orientação(32) tem um código de valor mais baixo que a rede ad hoc (31).

5. Sistema de transmissão de rádio de acordo com uma das rei-vindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de que, o canal de orientação(32) tem uma proteção contra erro melhor e/ou um código melhor que a redead hoc (31).

6. Sistema de transmissão de rádio de acordo com uma das rei-vindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de que, o canal de orientação(32) tem uma potência de transmissão mais alta que a rede ad hoc (31).

7. Sistema de transmissão de rádio de acordo com uma das rei-vindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de que, o dispositivo de avalia-ção (35) avalia um canal da rede ad hoc (31) não ocupado com o tráfego derádio por meio da determinação do tamanho e/ou do tipo dos sinais de inter-ferência sobre o canal.

8. Sistema de transmissão de rádio de acordo com uma das rei-vindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de que, o dispositivo de avalia-ção (35) avalia um canal da rede ad hoc (31) ocupado com o tráfego de rá-dio por meio da análise dos sinais de mensagem dos pacotes de dadostransmitidos para o canal.

9. Sistema de transmissão de rádio de acordo com a reivindica-ção 8, caracterizado pelo fato de que, o dispositivo de avaliação (35) realizauma análise do diagrama de constelação e/ou da distância de interferênciado sinal e/ou de grandezas características de fading e/ou das taxas de errode bit.

10. Sistema de transmissão de rádio de acordo com uma dasreivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de que, cada nó (30) do sis-tema de transmissão de rádio apresenta um dispositivo de comutação (36),que comuta a recepção cíclica entre uma freqüência da rede ad hoc (31) e afreqüência do canal de orientação (32).

11. Sistema de transmissão de rádio de acordo com a reivindi-cação 10, caracterizado pelo fato de que, a transmissão para o canal de ori-entação e/ou para a recepção do canal de orientação é empregado um apa-relho de rádio da rede.

12. Sistema de transmissão de rádio de acordo com uma dasreivindicações de 1 a 11, caracterizado pelo fato de que, para a recepção docanal de orientação (32) cada nó (30) do sistema de transmissão de rádiotem um receptor e transmissor (34) separado.

13. Sistema de transmissão de rádio de acordo com uma dasreivindicações de 1 a 11, caracterizado pelo fato de que, cada nó (30) dosistema de transmissão de rádio tem um módulo de hardware ou de softwarepara a recepção do canal de orientação (32), que está integrado em um apa-relho de rádio da rede pertencente ao nó (30).

14. Processo para a operação de um sistema de transmissão derádio com uma rede ad hoc (31), através da qual podem ser transmitidospacotes de dados com uma forma de onda predeterminada e com um canalde orientação (32), sendo que, a qualidade da transmissão dos pacotes dedados através da rede ad hoc (31) é continuamente avaliada e os pacotesde dados podem ser, então, transmitidos quando a qualidade da transmissãodos pacotes de dados tiver sido avaliada como insuficiente através da redeadhoc(31).

15. Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizadopelo fato de que, o canal de orientação (32) é operado com uma freqüênciade transmissão menor que a rede ad hoc (31), em particular, na faixa de HF(10 MHz - 30 MHz) ou na faixa de HF (30 MHz - 88 MHz).

16. Processo de acordo com a reivindicação 14 ou 15, caracteri-zado pelo fato de que, o canal de orientação (32) é operado com um tipo demodulação de valor mais baixo que a rede ad hoc (31), em particular, PSK(Phase Shifting Key/ chave de mudança de fase) ou FSK (Frequency ShiftingKey/ chave de mudança de freqüência).

17. Processo de acordo com uma das reivindicações de 14 a 16,caracterizado pelo fato de que, o canal de orientação (32) é operado comuma proteção contra erro melhor que a rede ad hoc (31).

18. Processo de acordo com uma das reivindicações de 14 a 17,caracterizado pelo fato de que, o canal de orientação (32) é operado comuma taxa de dados menor que a rede ad hoc (31).

19. Processo de acordo com uma das reivindicações de 14 a 18,caracterizado pelo fato de que, o canal de orientação (32) é operado comuma capacidade de transmissão mais alta que a rede ad hoc (31).

20. Processo de acordo com uma das reivindicações de 14 a 19,caracterizado pelo fato de que, um canal da rede ad hoc (31) não ocupadocom o tráfego de rádio é avaliado por meio da determinação do tamanhoe/ou do tipo dos sinais de interferência sobre o canal.

21. Processo de acordo com uma das reivindicações de 14 a 20,caracterizado pelo fato de que, um canal da rede ad hoc (31) ocupado com otráfego de rádio é avaliado por meio da análise dos sinais de mensagem dospacotes de dados transmitidos para o canal.

22. Processo de acordo com a reivindicação 21, caracterizadoatravés de uma análise do diagrama de constelação e/ou da distância desinal de interferência e/ou de grandezas características de fading e/ou dastaxas de erro de bit.

23. Processo de acordo com uma das reivindicações de 14 a 22,caracterizado pelo fato de que, em cada nó (30) do sistema de transmissãode rádio a recepção cíclica é comutada entre uma freqüência da rede ad hoc(31) e a freqüência do canal de orientação (32).

24. Processo de acordo com uma das reivindicações de 14 a 23,caracterizado pelo fato de que, o canal de orientação é empregado para aconsulta da identidade de um nó de rede, e para a consulta de sua posição.

25. Processo de acordo com a reivindicação 24, caracterizadopelo fato de que, essa consulta ocorre ou uma vez, iniciada pelo usuário, oude forma cíclica, controlada através do nó.