CH625091A5 - Method for transmitting information via radio - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Informationsübertragung für ortsfeste und bewegliche Teilnehmersta-tionen im Grossraum eines Funknetzes, das aus mehreren Funkkonzentratoren mit einer gegenseitigen räumlichen Anordnung mit sich überlappenden Funkbereichen besteht und das einen Frequenzverteilungsplan für die Funkkonzentratoren aufweist, der Gleichkanalstörungen im jeweiligen Funkbereich einschliesslich einer erweiterten Randzone weitgehend ausschliesst.

Für mobile öffentliche und nichtöffentliche Funkdienste existieren eine ganze Reihe von Funknetzen unterschiedlicher Struktur. Hierbei wird zwischen dem öffentlich beweglichen Landfunk (ÖbL) und dem nichtöffentlich beweglichen Landfunk (NÖbL) unterschieden. Der öffentlich bewegliche Landfunk umfasst die mobilen Fernsprechteilnehmer, die über Funkvermittlungen mit den Wählvermittlungen des öffentlichen Fernsprechnetzes verbunden werden können. Zu den Teineh-mergruppen des nichtöffentlich beweglichen Landfunks gehören die öffentlichen Sicherheitsorgane, wie Polizei, Feuerwehr, Unfalldienste und Katastrophenschutz sowie Dienstleistungsgruppen wie Taxiunternehmen, Transportunternehmen, Industriefunk, Geschäftsfunk, Bauunternehmungen und dergleichen mehr. Für den Grossteil der Teilnehmer am nichtöffentlichen Landfunk, der am Fernverkehr nicht interessiert ist, genügen für die Informationsübertragung die lokalen Funkkonzentratoren. Diese Teilnehmergruppen werden also nicht über die Funkfernsprechvermittlung geführt, sondern in einem internen Koppelfeld durchgeschaltet Neben diesen mobilen Funkdiensten bestehen auch Funkdienste für ortsfeste Teilnehmer, die jedoch ausschliesslich auf dünn besiedelte Gebiete beschränkt sind.

Neben der Übertragung von Sprachinformation sind auch Informationsübertragung in Form von Texten und stehenden Bildern gefragt. Eine weitere Form von Funkdiensten kann in der Aussendung eines Rufs, beispielsweise eines Personenrufs oder Notrufs bestehen.

Die unterschiedlichen Funkdienste, wie auch die unterschiedlichen Teilnehmergruppen und die daraus resultierende Vielfalt von unterschiedlichen Funknetzen bedingen eine ausgesprochen schlechte Frequenzökonomie. Auch ist der Kostenaufwand für die technischen Einrichtungen teilweise ausserordentlich hoch, weil die Funkkonzentratoren jeweils für die zu erwartende Spitzenbelastung innerhalb des betreffenden Funkbereichs ausgelegt werden müssen. Den weiteren Ausbau der Funkdienste steht im Bereich des nichtöffentlich beweglichen Landfunks vor allem die ungenügende Frequenzökonomie und im Bereich des öffentlich beweglichen Landfunks die ausserordentlich hohen Investitionskosten entgegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere für mobile Funkdienste, eine Lösung anzugeben, die sowohl die Frequenzökonomie solcher Systeme wesentlich verbessert als auch den technischen Aufwand für die Funkkonzentratoren für eine vorgegebene Spitzenverkehrslast wesentlich herabsetzt

Ausgehend von einem Verfahren zur Informationsübertragung für ortsfeste und bewegliche Teilnehmerstationen im Grossraum eines Funknetzes, das aus mehreren Funkkonzentratoren in einer gegenseitigen räumlichen Anordnung mit sich überlappenden Funkberichen besteht und das einen Frequenzverteilungsplan für die Funkkonzentratoren aufweist, der Gleichkanalstörungen im jeweiligen Funkbereich einschliesslich einer erweiterten Randzone weitgehend ausschliest, wird diese Aufgabe gemäss der Erfindung dadurch gelöst dass jede bewegliche Teilnehmerstation halb- oder vollautomatisch aus ihrer Empfangssituation heraus, unter Berücksichtigung der Verkehrsbelastung der von ihr empfangbaren Funkkonzentratoren des Netzes, entscheidet welchem Funkbereich sie sich zuordnet und wann sie einen Funkbereich wechselt.

Bei der Erfindung wird zunächst von der bekannten Tatsache ausgegangen, dass bei der räumlichen gegenseitigen Anordnung der Funkkonzentratoren nach Art eines Cellularsy-stems mit einer relativ kleinen Anzahl von Sende- und Empfangsfrequenzen ausgekommen werden kann, wenn die die gleichen Sende- und Empfangsfrequenzen aufweisenden Funkkonzentratoren ausreichend grossen Abstand voneinander haben, so dass Gleichkanalstörungen im Bereich eines Funk-

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konzentrators ausgeschlossen sind. Beispielsweise ist im Jahrbuch des elektrischen Fernmeldewesens, 21. Jahrg., 1970, Verlag für Wissenschaft und Leben, Georg Heidecker, Bad Windsheim, Seiten 305 bis 311, insbesondere Seite 380, Bild 1, ein mit sieben Frequenzgruppen auskommendes Cellularsystem angegeben, bei dem die Frequenzverteilung auf die einzelnen Funkkonzentratoren nach einem sogenannten Rautenfahrplan erfolgt.

Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, dass sich die von der zu erwartenden Spitzenverkehrsbelastung abhängige Anzahl der von einem Funkkonzentrator zur Verfügung zu stellenden Sende-Empfangsfrequenzen dadurch herabsetzen lässt, dass die beweglichen Teilnehmerstationen die Freiheit erhalten, nach vorgegebenen Kriterien selbst zu entscheiden, bei welchem Funkkonzentrator sie sich anmelden wollen, beispielsweise unter Vorgabe einer Mindestanzahl von aus ihrer eigenen funktechnischen Situation heraus ermittelten günstigen, vom Funkkonzentrator als frei angebotenen Kanälen. In diesem Zusammenhang kommt dem Kriterium der funk-bereichsbezogenen Verkehrsbelastung insofern eine besondere Bedeutung zu, als die Teilnehmerstationen hierdurch befähigt werden, drohenden Überlastungen eines Funkkonzentra-tors und damit seiner Blockierung zur Vermittlung weiterer Kanäle durch Ausweichen auf benachbarte Funkkonzentratoren vorzubeugen. Der Wirkung nach lässt sich dieses Verhalten der beweglichen Teilnehmerstationen als ein verkehrsbela-stungsabhängiges Atmen der Funkbereiche beschreiben. Steigt die Verkehrsbelastung eines Funkbereichs zur Spitzenbelastung hin an, dann zieht er sich gleichsam zusammen, während sich die benachbarten Funkbereiche in ihre erweiterte Randzone hinein ausdehnen. Der umgekehrte Vorgang findet statt, wenn die Verkehrsbelastung in einem Funkbereich auf niedrigere Werte absinkt und die freien Kanäle zur Entlastung benachbarter Funkbereiche benötigt werden. Beispielsweise überwacht jede bewegliche Teilnehmerstation die funkbe-reichsbezogene Verkehrsbelastung des Netzes durch Feststellung der Anzahl der freien Kanäle des ihr zugeordneten bzw. zuordenbaren Funkbereichs.

In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, dass jede bewegliche Teilnehmerstation in unbelegtem Zustand ständig die Verkehrsbelastung der im zugeordneten Funkbereich vom betreffenden Funkkonzentrator zur Verfügung gestellten freien Kanäle überwacht, bei Feststellen ihres Absinkens unter einem vorgegebenen Grenzwert die Möglichkeit eines Bereichswechsels zu einem anderen Funkbereich mit einer diesen Grenzwert überschreitenden Anzahl freier Kanäle prüft und bei positivem Ergebnis diesen Wechsel dann und nur dann vollzieht, wenn ihre eigene funktechnische Situation hinsichtlich des anderen Funkbereichs ebenfalls eine ausreichend gute Informationsübertragung gewährleistet.

An sich besteht die Möglichkeit, dass die Teilnehmerstationen die freien Kanäle im zugeordneten Funkbereich dadurch feststellen, dass sie sämtliche Kanäle des Funkkonzentrators nach einem vorgegebenen Rhythmus abfragen. Dies bedeutet jedoch einen erheblichen Zeitaufwand. Aus diesem Grunde ist es sinnvoll, wenn jede bewegliche Teilnehmerstation die Information über die Verkehrsbelastung im jeweils zugeordneten Funkbereich durch Abfragen eines zentralen funkbereichseige-nen Organisationskanals überwacht, in dem fortlaufend diese Information übertragen wird.

Zweckmässig besteht die im zentralen Organisationskanal übertragene Verkehrsinformation lediglich in einer Angabe darüber, ob die Belastung des Funkkonzentrators unterhalb oder oberhalb einer vorgegebenen kritischen Schwelle liegt.

In Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Informationsübertragung digital, vorzugsweise in binärer Frequenzmodulation. Binäre Signale lassen sich bekanntlich ausserordentlich gut regenerieren, so dass der für den einwandfreien Empfang

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eines solchen binären Signals erforderliche Signalgeräuschabstand auf kleiner als 10 dB erniedrigt werden kann. Dies bedeutet eine Vertiefung der erweiterten Randzone eines Funkbereichs und damit eine Vergrösserung der sich gegenseitig überlappenden Bereiche einander benachbarter Funkbereiche, in denen eine bewegliche Teilnehmerstation sich wahlweise zwischen zwei und mehr Funkbereichen für die Durchführung einer Informationsübertragung entscheiden kann. Die Übertragung der Informationssignale in digitaler Form hat auch den grossen Vorteil, die Nachrichten gegen unbefugtes Abhören einfach, sicher und wirtschaftlich durch digitale Verschlüsselung schützen zu können.

Auch bietet die digitale Übertragung den ausserordentlich grossen Vorteil einer Vereinheitlichung eines solchen Funknetzes für die unterschiedlichsten Funkdienste, und zwar dadurch, dass die Übertragung unterschiedlicher Informationen, wie Sprache, Text, stehendes Bild, Personenruf, Notruf usw. mit einer einheitlichen Bitrate über einzeitliche Funkgeräte durchgeführt werden kann.

Zweckmässig beträgt die einheitliche Bitrate etwa 5 kbit/s, an die relativ breitbandige Informationen, wie Sprache, vor ihrer eigentlichen Übertragung durch Anwendung redundanzmindernder Verfahren angepasst werden.

Die hohe Flexibilität eines nach dem Verfahren nach der Erfindung arbeitenden Funknetzes hinsichtlich Schwankungen der funkbereichsbezogenen Verkehrsbelastung ermöglicht es, die Funkkonzentratoren hinsichtlich ihrer Sender/Empfänger-Funkgarnituren für eine mittlere Verkehrsbelastung auszulegen, wodurch nicht nur Frequenzen eingespart werden, sondern auch eine erhebliche Reduzierung des technischen Aufwands erreicht wird.

Anhand der Zeichnung soll im folgenden die Erfindung beispielsweise noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeuten:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines nach Art eines Cellularsystems aufgebauten Funknetzes,

Fig. 2 die schematische Darstellung der Funktionsweise des Verfahrens nach der Erfindung beim Cellularsystem nach Fig. 1,

Fig. 3 der Verlauf der Funkfeldstärke über der Entfernung bei einem Funknetz nach den Fig. 1 und 2.

Fig. 1 zeigt das Grundschema eines erweiterungsfähigen mobilen Funknetzes, bei dem die Funkkonzentratoren räumlich nach Art eines Cellularsystems angeordnet sind. Der mittlere Radius eines Funkbereichs, der in Fig. 1 mit R bezeichnet ist, beträgt etwa 15 km. Das Funknetz arbeitet beispielsweise mit Frequenzduplex im UHF-Bereich bei etwa 450 MHz. Sendeband und Empfangsband haben einen für eine hundertprozentige elektromagnetische Verträglichkeit notwendigen Frequenzabstand von etwa 10 MHz. Sende- und Empfangsband sind hinsichtlich ihrer Frequenzordnung einheitlich organisiert.

Wie Fig. 1 näher erkennen lässt, ist das Funknetz in Frequenzzuordnungsbereiche unterteilt, die jeweils sieben Funkkonzentratoren mit den Ziffern 1 bis 7 aufweisen. In Fig. 1 sind drei unterschiedlich straffierte Frequenzzuordnungsbereiche hervorgehoben. Der jeweils mit 1 bezeichnete Funkkonzentrator ist gegenüber den übrigen Funkkonzentratoren mit einem Kreuz versehen, das andeuten soll, dass diese Funkkonzentratoren zu Funkvermittlungsstellen für die Verbindung zu den Wählvermittlungsstellen des öffentlichen Fernsprechnetzes erweitert sind. Die Frequenzzuordnungsbereiche mit ihren sieben Funkkonzentratoren sind alle gleich aufgebaut und haben den gleichen Frequenzverteilungsplan. Die Nummern 1 bis 7 der Funkkonzentratoren bezeichnen zugleich die Funkbereichsnummern.

Damit eine lückenlose Erreichbarkeit der mobilen Teilnehmer garantiert werden kann, weisen die Funkbereiche der Funkkonzentratoren 1 bis 7 eine gegenseitige Überlappung auf.

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Auch im Überlappungsbereich soll möglichst keine Gleichkanalstörung auftreten.

Gleichkanalstörungen von weiter entfernten Funkkonzentratoren sind unter Beachtung eines von der Modulationsart abhängigen Mindestkanalstörabstandes am Empfangsort einer 5 mobilen Teilnehmerstation möglich. Diesem Sachverhalt muss der Frequenzverteilungsplaii innerhalb eines Frequenzzuordnungsbereichs unter Berücksichtigung des übergeordneten Raumordnungsschemas der aneinandergrenzenden Frequenzzuordnungsbereiche Rechnung tragen. i o

Die Frequenzzuordnung zu den einzelnen Funkkonzentratoren ist so vorgenommen, dass die gleiche Bereichsnummern aufweisenden Funkkonzentratoren, die mit den gleichen Radiofrequenzen arbeiten, beim Ausführungsbeispiel einen gegenseitigen Mindestabstand von etwa 80 km aufweisen, so dass 15 Gleichkanalstörungen unmittelbar benachbarter Funkbereiche nicht auftreten können. Wenn beispielsweise das Sende- bzw. Empfangsband in 120 Kanalgruppen mit je sieben Radiokanälen unterteilt ist, wird zweckmässig jedem Funkbereich ein Kanal pro Kanalgruppe zugeordnet, wobei die Lage eines zu 20 einem bestimmten Funkbereich gehörenden Kanals innerhalb der Kanalgruppe gleich bleibt. So ist beispielsweise der erste Kanal einer Kanalgruppe dem Funkbereich 1 zugeordnet, der zweite Kanal dem Funkbereich 6, der dritte Kanal dem Funkbereich 4 usw. Bei so einer Anordnung wird erreicht, das die in 25 jedem Funkbereich benutzten Radiokanäle immer einen gegenseitigen Frequenzabstand von sechs Kanälen besitzen, so dass die Kanäle jedes Funkbereichs so weit auseinander liegen, dass Nachbarkanalstörungen von bereichseigenen Sendern mit Sicherheit vermieden werden. 30

In Fig. 3 ist die Dämpfung des mit 0 dBm angegebenen Sendepegels über der Entfernung in Kilometern für die Funkbereiche FBI, FB2 und FB5 eines Frequenzzuordnungsbereichs und des Funkbereichs FBI eines benachbarten weiteren Frequenzzuordnungsbereichs aufgetragen. Aus Gründen der Ver- 35 einfachung wurde in Fig. 3 darauf verzichtet, den in Wirklichkeit vorhandenen Streubereich dieser Dämpfungsverläufe anzugeben.

Der halbe mittlere Abstand zwischen zwei unmittelbar benachbarten Funkbereichen eines Frequenzzuordnungsbe- 40 reichs ist mit R' angegeben und beträgt, bezogen auf Fig. 1 bei einem Radius R von 15 km, etwa 13,5 km. Diese Differenz berücksichtigt die gegenseitige Überlappung der aneinander angrenzenden Funkbereiche. Entsprechend dem Frequenzverteilungsplan arbeiten die Funkbereiche FBI, bezogen auf einen 45 Radiokanal, mit der Frequenz fl und die Funkbereiche FB2 und FB5, ebenfalls bezogen auf einen Radiokanal, mit den Frequenzen f2 und f5. Der Gleichkanalstörabstand an der Übergangsstelle von Funkbereich FBI zum Funkbereich FB2 im Abstand R' beträgt etwa 35 dB. Der für digitale Übertragung kritische 50 Störabstand von 6 dB wird erst bei etwa 32 km erreicht. Diese Werte gelten für den mitteleuropäischen Raum mit einer mittleren Geländewelligkeit von 50 m Höhenunterschied und einer für die Funkkonzentratoren angenommenen Antennenhöhe von 75 m. 55

Unter der Voraussetzung einer digitalen Informationsübertragung kann ein Funkkonzentrator seine Funkbereichsgrenze praktisch weit in die unmittelbar benachbarten Funkbereiche ausdehnen, wenn dies im Sinne einer Nachbarschaftshilfe für einen benachbarten Funkbereich erforderlich sein sollte und er aufgrund seiner eigenen Situation der Verkehrsbelastung hierzu in der Lage ist. Mit anderen Worten lässt sich auf diese

Weise mittelbar über TeMvmst&liomv ÛTOtoto

Überlastungen eines Funkbereichs in ausserordentlich vorteilhafter Weise begegnen, so dass die Funkkonzentratoren auch unter Berücksichtigung kurzzeitig auftretender Spitzenbelastungen für eine mittlere Verkehrsbelastung ausgelegt werden können.

Anhand von Fig. 2, die den Ausschnitt zweier Frequenzzuordnungsbereiche des Funknetzes nach Fig. 1 wiedergibt, soll diese Funktion der Nachbarschaftshilfe zwischen aneinandergrenzenden Funkbereichen noch näher beschrieben werden. Im linken Teil der Zeichnung ist innerhalb des Funkbereichs 1 im Bereich des äusseren Randes der mobile Verkehrsteilnehmer T1 angegeben. Er hat sich in einem früheren Zeitpunkt aufgrund seiner örtlichen Situation beim Funkkonzentrator des Funkbereichs 1 angemeldet, ist aber seit diesem Zeitpunkt in unbelegtem Zustand. In diesem Zustand fragt er fortlaufend den zentralen Organisationskanal des Funkkonzentrators ab, in dem ihm unter anderem eine Information über die Zahl der beim Funkkonzentrator jeweils zur Verfügung stehenden freien Kanäle mitgeteilt wird. Die Teilnehmerstation T1 stellt in einem bestimmten Zeitpunkt fest, dass die Verkehrsbelastung des Funkkonzentrators einen kritischen Schwellwert überschreitet und auf diese Weise der Teilnehmerstation die Gefahr einer Überlastung signalisiert. Die Teilnehmerstation T1 prüft daraufhin automatisch, ob für sie aus ihrer funktechnischen Situation heraus eine brauchbare Verbindung zu einem der benachbarten Funkbereiche 3 und 4 besteht, und zwar unter Berücksichtigung der Verkehrsbelastung eines dieser Funkbereiche. Zeigt diese Prüfung ein positives Ergebnis, so meldet sich die Teilnehmerstation T1 beim Funkkonzentrator des Funkbereichs 1 ab und beim entsprechenden benachbarten Funkbereich 3 oder 4 an. Dies bedeutet, dass der Funkkonzentrator des Funkbereichs 1 bei drohender Überlastung sich gleichsam auf den Teilbereich A zusammenzieht und der übrige, Ringform aufweisende Bereich A' im Sinne einer Nachbarschaftshilfe von den benachbarten Funkbereichen für die darin befindlichen mobilen Teilnehmerstationen übernommen wird. In Fig. 2 ist dies durch Pfeile angedeutet, die von den Funkbereichen 2 bis 7 in Richtung des Funkbereichs 1 weisen.

Beim Funkbereich auf der rechten Seite der Fig. 2 ist der entgegengesetzte Fall gezeigt Die sich im Funkbereich 2 befindliche Teilnehmerstation T2 meldet sich aufgrund einer vom Funkkonzentrator dieses Bereichs angezeigten drohenden Überlastung beim Funkbereich 1 an, der über eine ausreichende Anzahl freier Kanäle verfügt und darüber hinaus für die Teilnehmerstation T2 aus ihrer funktechnischen Situation heraus als für eine Verbindung geeignet erkannt worden ist. Hier dehnt der Funkbereich 1 seinen Einflussbereich gleichsam ringförmig in eine erweiterte Randzone B aus, die die Teilnehmerstation T2 im Funkbereich 2 mit erfasst.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

625091 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Informationsübertragung für ortsfeste und bewegliche Teilnehmerstationen im Grossraum eines Funknetzes, das aus mehreren Funkkonzentratoren in einer gegenseitigen räumlichen Anordnung mit sich überlappenden Funkbereichen besteht und das einen Frequenzverteilungsplan für die Funkkonzentratoren aufweist, der Gleichkanalstörungen im jeweiligen Funkbereich einschliesslich einer erweiterten Randzone weitgehend ausschliesst, dadurch gekennzeichnet, dass jede bewegliche Teilnehmerstation (TI, T2) halb- oder vollautomatisch aus ihrer Empfangssituation heraus, unter Berücksichtigung der Verkehrsbelastung der von ihr empfangbaren Funkkonzentratoren des Netzes, entscheidet, welchem Funkbereich (1,2.. .7) sie sich zuordnet und wann sie einen Funkbereich wechselt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede bewegliche Teilnehmerstation (TI, T2) die Verkehrsbelastung der von ihr empfangbaren Funkkonzentratoren des Netzes überwacht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede bewegliche Teilnehmerstation (Tl, T2) im unbelegten Zustand ständig die Anzahl der im zugeordneten Funkbereich (1,2.. .7) vom betreffenden Funkkonzentrator zur Verfügung gestellten freien Kanäle überwacht, bei Feststellen ihres Absinkens unter einen vorgegebenen Grenzwert die Möglichkeit eines Bereichswechsels zu einem anderen Funkbereich mit einer diesen Grenzwert überschreitenden Anzahl freier Kanäle prüft und bei positivem Ergebnis diesen Wechsel dann und nur dann vollzieht, wenn ihre Empfangssituation hinsichtlich des anderen Funkbereichs ebenfalls gut ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede bewegliche Teilnehmersta-tion (TI, T2) die Information über die Verkehrsbelastung im jeweils zugeordneten Funkbereich (1,2.. .7) durch Abfragen eines zentralen funkbereichseigenen Organisationskanals überwacht, in dem fortlaufend diese Information mit übertragen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die im zentralen Organisationskanal übertragene Verkehrsinformation lediglich in einer Angabe darüber besteht, ob die Belastung des Funkkonzentrators unterhalb oder oberhalb einer vorgegebenen kritischen Schwelle liegt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationsübertragung digital erfolgt, vorzugsweise in Form binârèr Frequenzmodulation.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung unterschiedlicher Informationen, wie Sprache, Text, stehendes Bild, Personenruf und Notruf, mit einer einheitlichen Bitrate über einheitliche Funkgeräte durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die einheitliche Bitrate etwa 5 kbit/s beträgt, an die relativ breitbandige Informationen, wie Sprache, vor ihrer eigentlichen Übertragung durch Anwendung redundanzmindernder Verfahren angepasst werden.