CZ2004228A3 - Systém a způsob pro hromadné širokopásmové komunikace - Google Patents

Description

Předkládaný vynález se týká systému a způsobu pro komunikace s vysokou hustotou účastníků.

Dosavadní stav techniky

Po mnoho let bylo obtížné vyřešit problém hospodárného poskytování vysokorychlostních telekomunikačních služeb současně velkému počtu bytových účastníků a účastníků z malých podniků. Pro komunikaci mezi účastníky s malou šířkou pásma (např. méně než přibližně 56 000 bitů za sekundu (bps)) zcela postačuje dosavadní telefonní systém. Když jsou však mezi účastníky vyžadovány šířky pásma o velikosti vyšší o několik řádů (např. pro přenos vysoce kvalitního videa - 2-6 Mbs), tradiční vybavení a způsoby již nejsou dostačující.

Proto byly vyvinuty různé technologie, které umožňují předávat účastníkům tyto druhy šířek pásma způsobem, který vlastníkovi a/nebo operátorovi požadovaného vybavení umožňuje jeho rozmístění a následné vybírání poplatků za

87354a • * * • · ·· · • « · • ·♦·« • ·· • » · · · * ·· · ·· · jeho používání s čistým ziskem potenciálně za dobu několika let. Je zřejmé, že čím kratší je doba, za kterou se vytvoří zisk, tím lépe pro vlastníka/operátora.

< Tyto technologie spadají do dvou kategorií: s kabelovým rozvodem a bezdrátové. Systémy s kabelovým rozvodem jsou * založeny na tom, že ke každému účastnickému místu jsou rozvedeny vodivé kabely (buď pod zemí nebo nad zemí) . Tyto kabely mohou vést buď elektrické nebo optické signály. V každém případě jsou však náklady na ně pro systémy ^u s velkou šířkou pásma velmi vysoké.

Systémy z druhé kategorie, bezdrátové, využívají pro přenos signálů mezi účastníky elektromagnetického záření volným prostorem. Samotné bezdrátové systémy se dělí na vysokofrekvenční (rádio frequency - RF) systémy - ty, které využívají elektromagnetické vlny o frekvencích nižších než 10¹² Hz - a které jsou známy již téměř jedno století, a optické systémy, které mají prokazatelně ještě delší historii. V poslední době si ovšem získaly oblibu systémy, které využívají infračervené záření (o vlnové délce mezi 800 nm a 50 000 nm) , a to díky pokrokům v technologiích umožňujících vytváření a detekování záření těchto vlnových délek. V zásadě by mohlo být využíváno také záření s ještě kratší vlnovou délkou, v současné době to však není možné kvůli praktickým obtížím s detekčními a vysílacími technologiemi.

Výhodou bezdrátových systémů oproti systémům s kabelovým rozvodem je obecně to, že lze snaze a levněji rozmístit příslušné vybavení - nejsou zapotřebí žádné výkopové práce ani struktury nesoucí kabely. V dosavadním stavu techniky je známo mnoho systémů jak v RF, tak i

87354a »»· • 4 4 · • ·444 · 4

4 4 • 4444

4 »

4 v optické oblasti, které se zaměřují na řešení problému „poslední míle.

Klíčovými aspekty bezdrátových komunikačních systémů, které ovlivňují jejich výkonnost a hospodárnost, jsou:

? 1. Nakolik je využíváno frekvenční spektrum při poskytování služeb populaci účastníků: „spektrální účinnost.

2. Jak snadné je zajistit účastníkům účinné vysílání a přijímání záření - tzv. „pokrytí.

- 3. Složitost vybavení, které má být rozmístěno, zejména vybavení účastnických míst, a tedy náklady na jeho výrobu.

Co se týče množství požadovaného frekvenčního spektra na jednoho účastníka, to vstupuje do hry jak v RF tak i v optických systémech. Jelikož signalizačním médiem je vyzařovaná vlna, je v případě, kdy je v podstatě ve stejnou dobu přítomen dostatečný počet zdrojů záření, obtížné rozlišit, který signál přišel od kterého účastníka a kterému účastníkovi byl určen. To znamená, že při určité hustotě účastníků převládne tato tzv. interference, a komunikační systém se stane nestabilním. Čím účinněji využívá komunikační systém své spektrum, tím vyšší bude tato mezní hustota. Aby mohl být bezdrátový systém použit hromadně na trhu, musí mít velmi dobrou spektrální účinnost, aby mohl ustát vysokou hustotu účastníků, se kterou se lze setkat ve většině obytných oblastí.

Existuje několik známých technických způsobů zvyšování spektrální účinnosti bezdrátového systému. Mezi ně patří multiplexování rozdělením frekvence, času, kódu a prostoru. Frekvenční, časové a kódové systémy fungují tak, že signály, které se mají vyslat, zakódují různými způsoby, aby tyto

87354a * ···· · · ·· · ·· zdroje naplnily tolika signály, jak je jen možné, aniž by přitom došlo k nežádoucí interferenci. Každý z těchto systémů zvyšuje složitost, a tedy i cenu, nezbytného vybavení, která se však vrátí, protože je možné dosáhnout vyšší hustoty účastníků. Co se týče praktického uplatnění v systémech (zejména v optických systémech), je z těchto metod pravděpodobně nejpřímější a nej jednodušší multiplexování rozdělením času.

Multiplexování rozdělením prostoru v zásadě využívá geometrické vlastnosti vysílaného záření, jako např. kolimační úhel a účinný dosah, přičemž se interference zmírní tak, že se omezí prostorové rozšíření záření. To znamená, že daná frekvence může být v zásadě bez interference opakovaně využívána několika zařízeními, která jsou buď vzájemně mimo dosah, nebo jsou vzájemně uspořádána v určitých úhlových oblastech. Tyto dva druhy multiplexování rozdělením prostoru se uplatňují v moderní vícesektorové GSM buňce základnové stanice.

Také při multiplexování rozdělením prostoru musí být vysílače a přijímače pečlivě navrženy, aby plně využívaly výhod dosahu a úhlových stupňů volnosti. Některé RF systémy a většina optických systémů skutečně používá vysoce kolimované paprsky záření, takže úhlový rozptyl těchto paprsků je velmi malý, a opakované využívání spektra může být tedy velmi vysoké.

Základním problémem těchto tzv. „dvoubodových,, a „polygonálních,, systémů je to, že jsou nezbytně zapotřebí důmyslné prostředky pro zasměrování a opětovné zasměrování vysílačů a přijímačů paprsků - které opět zvyšují jednotkové náklady a složitost a dobu instalace. Je to dáno tím, že

87354a »11»· geografické polohy účastníků nejsou uspořádány v pravidelných geometrických strukturách, a vybavení, které je rozmístěno v těchto polohách, se tomu musí umět přizpůsobit.

r

Další problém spojený se zářením ve volném prostoru spočívá v tom, že jak se zvyšují využívané frekvence, je čím dál obtížnější zajistit spolehlivý příjem záření. Např. u •j dlouhovlnných (1 500 m) radiových přenosů (long-wave rádio frequency - LW RF) tyto vlny snadno prostupují pevné (nekovové) struktury (jak vytvořené lidmi, tak i přírodní, např. vegetaci, kopce, hory apod.) a mohou být přijímány velmi snadno pomocí jednoduchého vybavení. Množství informací, které lze přenášet na těchto frekvencích záření, je však dosti omezené. Ve výše uvedeném příkladu je možné teoretické maximum pouhých 400 kbit/s. Pro hromadné širokopásmové komunikace je to naprosto nedostatečné, neboř tyto komunikace vyžadují přenos několika set nebo tisíc megabitů za sekundu.

V praxi to znamená, že musí být použity frekvence vyšší než několik GHz. Potom však nastává problém v tom, že záření ’ o těchto frekvencích proniká pevnými objekty mnohem méně snadno než LW RF. Při těchto frekvencích se záření chová v podstatě jako viditelné světlo. Tiby mohlo dojít k přenosu informace, musí se přijímač nacházet na čáře přímé viditelnosti vzhledem k vysílači. V principu to není problém. V praxi jsou však bezdrátové komunikační systémy s Širokopásmovým přístupem obecně zamýšleny k tomu, aby byly využívány v hustě zalidněných oblastech, kde jsou čáry přímé viditelnosti stíněny budovami. Návrh a rozmístění těchto systémů do prostoru tedy vyžaduje velké množství času a úsilí, aby bylo účastnické a systémové vybavení uspořádáno

1667354a « 9 · · 9 · 99«·

9 9 9 9 9 9999 99 99999

999 >9 9 99 9 na čárách přímé viditelnosti nebo v blízkosti čar přímé viditelnosti, kdy účastnické jednotky musí být umístěny na význačných místech, nad liniemi střech, na bocích vysokých budov atd. To však zvyšuje složitost systémů a přináší l*> problémy s instalací a v některých oblastech, kde vyhlášky neumožňují upevnění nebo viditelné umístění předmětu ť přesahujících určité rozměry nebo s nevyhovujícím vzhledem, to dokonce vede k problémům při schvalování plánu.

ί

Otázka vzájemné viditelnosti v rámci komunikačního ’ systému se obvykle označuje jako „pokrytí. Tento výraz má původ v celulárních radiových systémech, neboli v systémech, kde existuje spojení mezi centrální stanicí a mnoha účastnickými stanicemi a ve kterých jsou účastnické jednotky (pevné nebo mobilní) rozděleny do geografických oblastí (neboli „buněk), které jsou obsluhovány vícekanálovou „základnovou stanicí, kterou tvoří kombinovaný vysílač s přijímačem. Tyto základnové stanice musí být rozmístěny tak, aby existovala vysoká pravděpodobnost, že se základnovou stanicí může komunikovat jakýkoliv účastník v dané oblasti. Pokud je tomu tak, je účastnická jednotka popsána jako „pokrytá základnovou stanicí.

V tomto dokumentu je výraz „pokryt nebo „pokrytí používán ve smyslu, že účastník má možnost komunikovat se zbytkem systému - to se nutně neomezuje na celulární systém, neboli systém se základnovou stanicí, která je spojena s mnoha účastnickými stanicemi.

87354a

9 * 9 · 9 · · 9 φ · 9 9 9 9 999» 99 9 9999 999 99» 999 • 9 9 ·9 9» · »9 9

Konkrétní systémy a technologie podle dosavadního stavu techniky

EP-1085707 - Vyzařující sítě: „polygonální,, radiový systém

EP-1085707 popisuje komunikační systém, který má množství uzlů, přičemž každý uzel má bezdrátový vysílač a přijímač pro bezdrátové vysílání a přijímání signálů. Každý uzel má také prostředky, které určují, zda signál přijatý zmíněným uzlem obsahuje informaci pro jiný uzel, a které způsobují, že signál obsahující zmíněnou informaci bude vyslán zmíněnými vysílacími prostředky k jinému uzlu, pokud zmíněný signál obsahuje informaci pro jiný uzel. Každý uzel má v podstatě jednosměrné dvoubodové bezdrátové spojení pouze k jednomu dalšímu uzlu. Patent tedy popisuje sítový systém, který je sestaven z mnoha kolimovaných radiových spojení mezi páry kombinovaných radiových vysílačů s přijímačem („uzlů) umístěných na účastnických místech. Při jakémkoliv uspořádání sítě je každé radiové spojení specifické pro jeden konkrétní vysílací uzel a jeden konkrétní přijímací uzel. Každý uzel může mít více než jeden spoj tohoto druhu k řadě dalších uzlů. Popsaný sítový systém má víceúsekovou neboli „polygonální architekturu, ve které může každý uzel nést provoz pro jiné uzly a rovněž může sám generovat nebo spotřebovávat provoz. Uzly to dělají tak, že zkoumají zaslané signály na každém spojení a hledají směrovou informaci uloženou v signálech, a poté jednají podle této informace.

Spektrální účinnost tohoto vynálezu je dobrá, ale je omezena tím, že multiplexování rozdělením prostoru je založeno na úhlových (azimutálních) sektorech. To znamená, že spektrální účinnosti je dosaženo využitím antén s velkým

87354a • φ * · φ φ ···· · φ · φφφφ • φ · · φ φ φ φ · φφ φ»φ φφ φ φφ φ zesílením. Pro zvýšení spektrální účinnosti je třeba zvýšit zesílení antény, a tedy zvětšit účinnou plochu (aperturu). Spektrální účinnost v tomto systému je tedy dosažena za cenu velkých uzlů, které zvyšují obtížnost instalace. Tento systém navíc v každém uzlu vyžaduje složitý proces dekódování přijatých signálů, aby se zjistila směrová informace napříč celou sítí. To opět zvyšuje složitost a cenu uzlů, a tedy náklady na síť a obtížnost instalace.

WO99/45665 - Vzduchové vlákno: Hybridní pikobuňkový komunikační systém

WO99/45665 popisuje laserový komunikační systém ve volném prostoru, který je složen z velkého počtu pikobuněk. Každá pikobuňka obsahuje jedinou základnovou stanici, která zajišťuje běžnou (RF) komunikaci s jedním nebo několika (obvykle mnoha) uživateli. Každá základnová stanice také obsahuje alespoň dva laserové kombinované vysílače s přijímačem, které jsou mechanicky nasměrovány v prostoru pomocí automatického zasmerovávacího mechanismu. Tyto optické kombinované vysílače s přijímačem umožňují vytvoření polygonální sítě základnových stanic mezi dvěma body, která tvoří mezilehlou síť směrování zpětnou oklikou pro provoz koncového uživatele. V tomto vynálezu se přístup ke koncovému uživateli uskutečňuje s využitím prostředků podle dosavadního stavu techniky: RF celulárním systémem kombinovaných vysílačů s přijímači. Nový mechanismus směrování zpětnou oklikou využívá vysoce kolimovaných optických paprsků jako pevných komunikačních spojení. Bezpodmínečná potřeba přesně zasměrovat spojení směrovaná zpětnou oklikou opět zvyšuje složitost a velikost vybavení základnové stanice. Protože dosah pikobuněk je řádově 100 m, znamená to, že k obsloužení 1 km² by bylo zapotřebí

1687354a ···· · • 9 9 · • · · · · « ·· » ·· ·· · • *··<

• · · *· * přibližně 30 - 35 takovýchto základnových stanic (za předpokladu rovnoměrné hustoty rozmístění). Ekonomická stránka takového počtu složitých instalací je na překážku hromadného rozšíření na trhu.

„Střešní radiový systém firmy Nokia

Tento systém je popsán v různých veřejných dokumentech, např. v dokumentu „Nokia Rooftop Wireless Routing, který je dostupný na veřejné webové stránce firmy Nokia www.nokia.com, vedle dalších dokumentů zveřejněných na této stránce.

Nokia popisuje systém bezdrátových směrovačů umístěných navrchu střechy, který údajně umožňuje různým telekomunikačním operátorům poskytovat širokopásmový přístup širší zákaznické základně, než by mohlo být dosaženo s využitím výlučně kabelových prostředků. S využitím těchto všesměrových bezdrátových směrovačů může být vytvořena paketová (IP) víceúseková (polygonální) sít. Provoz těchto směrovačů probíhá v RF pásmech, na která se nevztahují licence (např. 2,4 GHz a 5,8 GHz) , která mají pro uživatelský provoz k dispozici omezené spektrum. Předtím, než se informace dostane k jednotce jiného typu („airhead), která slouží jako data koncentrující rozhraní s bodem přítomnosti (point of presence - POP) běžné kabelové sítě, projde tato informace přes několik odrazů (obvykle 3 - 4) . Omezené spektrum, které je k dispozici, společně s povahou bezdrátových spojů systému, která umožňuje neomezené vysílání, má za následek omezení hustoty rozmístění vybavení. To je do určité míry zmírněno tím, že systém podporuje paketové (IP) komunikační protokoly, které nejsou časově citlivé. Poskytování přísně časově citlivých služeb,

37354a • · · 4 · ··*· · · * *··· « ♦ « ··« · · · ····· 4* · ·· * jako např. El/Tl, by však výrazně omezilo kapacitu tohoto systému.

US-5 724 168 - Bezdrátový difúzní infračervený LAN systém

US-5724168 popisuje bezdrátový difúzní infračervený komunikační systém lokální sítě, který je provozován v uzavřených (vnitřních) prostorách. Tento komunikační systém obsahuje řídicí jednotku a centrální, v podstatě všesměrový infračervený kombinovaný vysílač s přijímačem, který je uspořádán na vnitřních stěnách uzavřeného prostoru a operativně spojen s řídicí jednotkou. Systém dále obsahuje vzdálenou stanici a prostředky, operativně spojené se vzdálenou stanicí, pro vysílání a přijímání přenášeného signálu mezi vzdálenou stanicí a všesměrovým infračerveným kombinovaným vysílačem s přijímačem.

Vzdálené jednotky komunikují pouze s centrálním kombinovaným vysílačem s přijímačem, buď prostřednictvím jednofrekvenční přímé čáry přímé viditelnosti, nebo pomocí odrazů od stěn uzavřeného prostoru. Jednotky jsou tedy ponořeny ve v podstatě izotropní lázni záření. Zdá se, že v daném vynálezu je funkcí stěn uzavřeného prostoru poskytovat reflexní plochy tak, aby vzdálené (mobilní) stanice nemusely být nasměrovány k centrálnímu kombinovanému vysílači s přijímačem. Dále je popsán speciální komunikační protokol vícenásobného přístupu rozdělením času (timedivision multiple access - TDMA) mezi centrální a vzdálenou stanicí, který vzdálené stanici a centrální stanici umožňuje komunikovat ve sdíleném médiu izotropního infračerveného média.

87354a • · « ···* · « • ··· · «*· · •· ··· ·· * ·· ·

Tento vnitřní systém je zjevně nevhodný pro vnější veřejnou širokopásmovou komunikační síť, protože je závislý na difúzním odrazu signálů od různých povrchů. To je ve vnějším prostředí prakticky neproveditelné, neboť takovýto odraz působí zeslabení signálu a generuje „šum ve smyslu odražených signálů od jiných jednotek.

Požadavky na širokopásmově systémy s bezdrátovým přístupem

Výše uvedené příklady dokazují, že systémy podle dosavadního stavu techniky nejsou dostačující pro vytváření účelné hromadné komunikační sítě.

Pro takovouto technologii by byly s výhodou vhodné následující znaky:

1. Disponibilní spektrum je optimálně využíváno a opakovaně využíváno pro vysoké hustoty rozmístění {tj. hodně nad 1000 účastníků na 1 km²) .

2. Systém by měl být schopen širokopásmového přenosu (t j . služby o velikosti několika megabitů/s) ke značnému počtu účastníků současně.

3. Systém by měl být hospodárný, aby mohl být využit jak při nízkých hustotách, tak i při mnohem vyšších hustotách (viz výše).

4. Mělo by být jednoduché dosáhnout v podstatě 100% pokrytí účastnické populace.

5. Systém by měl být dostatečně spolehlivý, aby bylo dosaženo dostupnosti konkurenčních služeb.

6. Systém by měl uspokojivým způsobem podporovat existující služby a mel by zahrnovat značné možnosti podpory nových, zatím nenavržených služeb.

87354a • 9 · · 9 · 999* *9 9 *999 • 99 999 9>9 •9 *99 9» 9 9* *

7. Účastnické vybavení by mělo být co nej jednodušší, a tedy co nej levnější. Složitá schémata, jako např. multiplexování rozdělením kódu, by proto měla být pokud možno vypuštěna.

8. Účastnická jednotka by měla být co nejmenší a co nejlehčí a neměla by obsahovat žádné pohyblivé části {jako např. směrovací lasery nebo antény) - které mají nepříznivý vliv na spolehlivost jednotky. Kromě toho by terénní provozní zařízení mělo mít co nej delší instalační a provozní životnost.

9. Účastnické vybavení by mělo být snadné nainstalovat a jeho provoz by měl být velmi spolehlivý s minimálními požadavky na vybavení a dovednosti. (V ideálním případě by měli být sami účastníci schopni nainstalovat si své vlastní vybavení.)

10. Systém by měl umožňovat značnou flexibilitu operací a uspokojivě spolupracovat s existujícími instalovanými zařízeními.

Podstata vynálezu

Předkládaný vynález poskytuje sítový systém pro hromadné širokopásmové komunikace, který je založen na upraveném optickém přenosu signálů ve volném prostoru.

Tento systém obsahuje alespoň jednu, a s výhodou množství „propojených oblastí (patch). Každá propojená oblast (patch) obsahuje geografické seskupení sítových účastníků, z nichž každý má na svém domě nebo v jeho blízkosti umístěnou účastnickou jednotku (subscriber unit SU) , a dále různé předměty v okolí, např. budovy.

87354a t · · · ··*· · · • ···« ··· · · · ·*« ·♦ *·« ·· · *· *

Podstatným aspektem vynálezu je využívání předmětů v prostředí, např. budov, uvnitř a kolem propojené oblasti (patch) k tomu, aby upravovaly způsob, jakým se v rámci propojené oblasti (patch) šíří signály mezi jednotlivými SU.

Fyzické předměty uspřádané v prostoru mají určité vlastnosti, které máji vliv na šíření elektromagnetického záření v prostoru, který leží mezi nimi.

Vzor síření v těchto mezilehlých prostorech bude záviset především na těchto faktorech:

1. velikost a frekvence/vlnová délka záření jak v absolutní míře, tak vzhledem k velikostem předmětů,

2. tvar předmětů,

3. uspořádání předmětů vůči sobě navzájem,

4. povrchová úprava předmětů - tj . zda pohlcují, jsou prostupné, odrážejí, nebo obsahují kombinace těchto tří vlastností.

Při úvahách o uspořádání předmětů jsou vyloučeny případy, kdy je jakýkoliv mezilehlý prostor zcela obklopen předměty (tj. např. uvnitř budovy).

Pro typ prostředí, které se nachází ve vnějších zastavěných veřejných prostorech - ve městech nebo vesnicích - mohou být výše uvedené faktory omezeny na:

1. Záření s krátkou vlnovou délkou - v praxi přibližně od 10 GHz a více, včetně (ale ne výlučně) infračervené části spektra.

2. Předměty velikosti budov - rozměry řádově desítky metrů a vzájemné odstupy o velikosti desítek metrů.

87354a ·<· ·*' ♦ ·· ·

3. Tyto předměty jsou v postatě polygonální a mají alespoň jednu téměř vertikální hranu, v praxi se jedná o běžné budovy - domy, kanceláře, továrny atd. rozvržené podél ulic, do bloků, uspořádané do campusů apod. Tato obecná uspořádání předmětů (včetně plotů a stromů) jsou označována jako „oblasti s předměty.

4. Tyto předměty obecně pohlcují a do určité malé míry také odrážej í.

Při frekvencích, při nichž se (jak bylo uvedeno výše) záření šíří způsobem „po čáře přímé viditelnosti, dají určitá uspořádání zdrojů teoreticky všesměrového záření, které jsou rozmístěny kolem dané „oblasti s předměty (object zone - OZ) , vznik jedné nebo s výhodou několika prostorovým „oblastem volného Šíření (free propagation zone - FPZ) obsahujícím podmnožiny celkového množství pomyslných zdrojů záření. Ve FPZ dopadá záření z každého obsaženého pomyslného zdroje na všechny ostatní zdroje ve FPZ a nikoli na jiné (mimo FPZ) .

Existuje velmi mnoho potenciálních možností uspořádání FPZ pro danou OZ. Avšak počet realizovatelných uspořádání FPZ pro danou OZ bude záviset na počtu a uspořádání pomyslných zdrojů, které budou moci být rozmístěny v OZ. Ve většině případů z praxe existuje pro OZ a její zdroje velký počet realizovatelných FPZ.

V praxi je výhodnost FPZ určena následujícími faktory/zřeteli:

l.Není zde žádná interference mezi zářením ze dvou různých FPZ. To znamená, že v těchto FPZ může být využívána tatáž spektrální šířka pásma.

87354a

2. FP2 mohou být prostorově odděleny velmi malými odlišnostmi (např. tloušťkou zdi nebo budovou) ve srovnání s rozsahem 02. FPZ tedy mohou být velmi zhuštěny.

3. FPZ tvoří základ užitečného způsobu organizace komunikační sítě.

Z hlediska komunikační sítě je žádoucí, aby realizovatelná uspořádání FPZ měla následující znaky:

1. Za předpokladu, že je dán přibližně jeden pomyslný zdroj na předmět a že s žádným předmětem není sdruženo více než, řekněme, 10 zdrojů, mělo by být vytvořeno tolik FPZ, kolík je jen možné.

2. FPZ by měly být vytvořeny tak, aby zdroje byly na předmětech v rozumně přístupných polohách (např. pod výškou střechy), ale aby jim nepřekážely pohyblivé objekty, např. lidé, vozidla apod.

V praxi, je-li dána určitá konkrétní OZ, není v mnoha případech vůbec zřejmé, kolik by mělo být zdrojů a jaké by mělo být jejich uspořádání, aby se vytvořil maximální počet účelných FPZ - a tedy aby se dosáhlo nejvyšší spektrální účinnosti. Jsou-li dány charakteristiky potenciální FPZ v libovolné OZ (které jsou nezávislé na technologii), je předmětem vynálezu s výhodou následující:

1. Popsat FPZ/OZ a související témata teoretickým (nebo obecným) způsobem,

2. Ukázat zásady, jak může být využita určitá realizovatelná FPZ nebo jakákoliv OZ, aby vytvořila základ hospodárného, vysoce výkonného bezdrátového komunikačního systému s vysokou hustotou,

87354a φφφ • φ · · φ ·· φ · φ φφφφ

3. Popsat základní prvky způsobu, jakým lze optimalizovat uspořádání FPZ pro jakoukoliv OZ, a

4. Popsat základní prvky navrhovaného vybavení a jeho instalace, jimiž by se využily tyto principy.

Realizovatelná a vybavená FPZ je označována jako „propojená oblast (patch).

Podle jednoho znaku předkládaného vynálezu je tedy poskytnut síúový systém pro hromadné širokopásmové komunikace, obsahující:

množství propojených oblastí (patch), přičemž každá propojená oblast (patch) obsahuje množství účastníků, a každý účastník má příslušnou účastnickou jednotku pro vysílání signálu jiným účastníkům a přijímání signálů od jiných účastníků, a jednotlivé propojené oblasti (patch) jsou navzájem spojeny prostřednictvím bodů rozhraní propojených oblastí (patch) , přičemž v tomto systému:

každá účastnická jednotka obsahuje vnitřní jednotku rozhraní pro přístup uživatele k systému a zvenku umístěnou komunikační jednotku pro vysílání a přijímání signálů, signály jsou otištěny na nosném signálu provozovaném na frekvencích v rozsahu od infračervené po ultrafialovou, účastnické jednotky příslušné propojené oblasti (patch) jsou upraveny pro vysílání nosných signálů v podstatě všemi směry a pro komunikaci prostřednictvím přímých spojení na čárách přímé viditelnosti v rámci propojené oblasti (patch), předměty uvnitř a/nebo kolem příslušné propojené oblasti (patch) jsou požity pro určování a/nebo upravování

87354a _L f • · · « ···» vzoru šíření nosného signálu a pro vymezení hranic propojené oblasti (patch), a každý bod rozhraní propojené oblasti (patch) je spojen s příslušnými účastnickými jednotkami z alespoň dvou přilehlých propojených oblastí (patch) jinými komunikačními prostředky, než které jsou mezi příslušnými účastnickými jednotkami v rámci propojených oblastí (patch).

Vynález tedy vyžívá stínění předmětů v prostředí k rozdělení prostoru do oblastí, nazývaných „propojené oblasti (patch) , ve kterých může být opakovaně používán bezdrátový frekvenční kanál, aniž by to působilo interference se stejným kanálem v sousedních propojených oblastech (patch). To je výhodné z důvodu dosažení vysoké spektrální účinnosti prostřednictvím multiplexování rozdělením prostoru.

Ve výhodném provedení, které bude popsáno dále, jsou SU spojeny s vybavením zákaznických míst svých účastníků a mohou přenášet informace mezi nimi navzájem prostřednictvím signálů otištěných na nosič provozovaný v infračervené (infrared - IR) části elektromagnetického spektra. Tyto frekvence jsou více pohlcovány a méně snadno rozptylovány než vysoké frekvence, a to umožňuje vytvoření hranic dobře vymezených propojených oblastí (patch).

SU jsou v podstatě všesměrové a všechny SU v určité konkrétní propojené oblasti (patch) jsou vůči sobě na přímých čárách přímé viditelnosti. To umožňuje, aby byla do dostupných frekvencí v propojené oblasti (patch) zhuštěna maximální šířka pásma, a znamená to, že SU nemusí být zasměrovány s velkou přesností. Díky stejnému znaku zároveň SU z různých propojených oblastí (patch) nejsou vzájemně

87354a • · · · ♦ · · ··«

4 9 9*· ···· · * * ···· ··* 9* * ·» uspořádány na Čárách přímé viditelnosti a nemohou spolu přímo komunikovat.

Maximální délkový rozměr propojené oblasti (patch) může být řádově 200 m. V dosavadním stavu techniky je mnoho případů, které ukazují, že zhoršení šíření IR signálu vlivem atmosféry na takovéto vzdálenosti neovlivní dostupnost systému.

Neviditelnost SU nacházejících se v různých propojených oblastech (patch) je v zásadě dána fyzickými překážkami v přírodním a zastavěném prostředí, ve kterém jsou SU umístěny. Příkladem fyzických překážek mohou být zdí budov, oplocení, stromy, geografické charakteristiky apod.

Jelikož budovy a jiné předměty v typickém prostředí s vysokou hustotou účastníků účinně pohlcují vysokofrekvenční záření jako např. IR, může vynález dosáhnout velmi vysokého opakovaného využití spektra (a tedy vysoké hustoty účastníků). Toto vysoké opakované využití není v zásadě dáno navrhovaným vybavením - ale spíše způsobem, jakým je toto vybavení rozmístěno jako systém. Využití těchto stínících účinků také znamená, že SU nemusí být umístěny na střechách nebo komínech, ale mohou být umístěny na mnohem nižších úrovních.

Aby nebylo nutné aktivně přesměrovat nebo zasměrovávat vysílače a přijímače, jsou signály SU s výhodou vysílány a přijímány v podstatě všesměrově. Tento znak významně snižuje náklady a složitost vybavení a výrazně usnadňuje fyzickou montáž, jelikož vybavení má ve výsledku menší velikost a hmotnost.

87354a «·· · 0 0 0 0 0·· • * · · 0 0 ···· ·· 0 0000 ««· 0 0 · 0 · ·

0« ·«* ·· 0 *0 *

Signály, které vznikly v určité propojené oblasti (patch), mohou být přeneseny na jakékoliv jiné místo v síti díky tomu, že jednotlivé propojené oblasti (patch) jsou vzájemně spojeny prostřednictvím jednotek vzájemně spojujících propojené oblasti (PIP) . Propojené oblasti (patch) tedy mohou přenášet nejen signály, které vznikají a končí uvnitř dané propojené oblasti (patch), ale také signály přijaté z nebo odesílané do jiných propojených oblastí (patch).

Klíčové výhody malých, samostatných a navzájem spojených propojených oblastí (patch) jsou následující:

1. Lze ukázat, že pokud jsou použity malé propojené oblasti (patch), je zapotřebí méně systémových zdrojů (časových intervalů).

2. Tomu odpovídá vyšší propustnost sítě (a menší pravděpodobnost přetížení).

3. Opakované využití IR spektra je větší - a tedy i maximální hustota rozmístění.

Použití IR znamená, že je k dispozici velké množství šířek pásma pro přenos signálů, a je tedy reálné poskytovat vícemegabitové služby mnoha zákazníkům současně.

Podle jiného znaku předkládaného vynálezu je poskytnut způsob poskytování hromadných širokopásmových komunikací, zahrnuj ící:

vytvoření množství propojených oblastí (patch), z nichž každá obsahuje množství účastníků, poskytnutí příslušné účastnické jednotky každému účastníku pro vysílání signálů jiným účastníkům a přijímání signálů od jiných účastníků, přičemž každá účastnická

87354a • ·4

4 4

4444

4 4

4 4 44 • 4 4 · 4 4 • 4 4 44 4 jednotka obsahuje vnitřní jednotku rozhraní pro přístup uživatele k systému a zvenku upevněnou komunikační jednotku pro vysílání a přijímání signálů, umístění účastnických jednotek příslušné propojené oblasti (patch) tak, aby v rámci propojené oblasti (patch) komunikovaly prostřednictvím přímých spojení na čárách přímé viditelnosti, otištění signálů na nosný signál provozovaný na frekvencích v rozsahu od infračervené po ultrafialovou, vysílání nosných signálů v podstatě všemi směry, použití předmětů uvnitř a/nebo kolem příslušné propojené oblasti (patch) pro určení a/nebo upravení vzoru šíření nosného signálu a pro vymezení hranic propojené oblasti (patch), a vzájemné spojení příslušných propojených oblastí (patch) prostřednictvím bodů rozhraní propojených oblastí (patch), přičemž každý bod rozhraní propojené oblasti (patch) je spojen s příslušnými účastnickými jednotkami z alespoň dvou přilehlých propojených oblastí (patch) jinými komunikačními prostředky, než které jsou mezi příslušnými účastnickými jednotkami v rámci propojených oblastí (patch).

Způsob komunikace v propojených oblastech (patch) a mezi nimi je v předkládaném vynálezu navržen tak, aby věrně napodoboval způsob komunikace prostřednictvím elektrických kabelů. Vynález je tedy transparentní pro protokoly koncového uživatele.

Z důvodů relativní jednoduchosti navrhovaného vybavení a snadnosti instalace mohou být provozní náklady udrženy nízké, a vynález tedy operátorům poskytuje ekonomicky výhodné řešení výstavby sítě.

87354a ·· • · · * · · v • · · « a « · · · · · · • * · · · «» ♦ ·· *

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále popsán prostřednictvím konkrétních příkladů provedení znázorněných na výkresech, na kterých představuje:

obr. la typické umístění účastnické jednotky (subscriber unit - SU) podle předkládaného vynálezu;

obr. lb ve stejném měřítku typické umístění bezdrátové účastnické jednotky podle dosavadního stavu techniky;

obr. 2 několik SU rozmístěných v typické zastavěné oblasti tak, že tvoří propojenou oblast (patch);

obr. 3a generickou polygonální hranici propojené oblasti (patch), která je obecně tvořena neprůhlednými a průhlednými úseky;

obr. 3b jednotlivé znaky SU, která je navržena tak, aby mohla dobře fungovat v rámci neideálních hranic propojené oblasti (patch);

obr. 4 blokové schéma jednoho provedení SU;

obr. 5 vzájemné spojení propojených oblastí (patch) prostřednictvím bodů rozhraní propojených oblastí (patch interface point - PIP) ;

obr. 6a oblast pokrytou několika navzájem spojenými propojenými oblastmi (patch);

87354a · 9 · ·

9 99*9 9 · obr. 6b oblast z obr. 6a pomocí rozmístěných PIP, přičemž čáry mezi jednotlivými PIP představují vícenásobně směrované „tkanivo propojených

Γ oblastí (patch);

obr. 7 blokové schéma jednoho provedení PIP;

obr. 8 blokové schéma jednoho provedení rozhraní jádrové sítě (core network interface - CNI);

obr. 9 diagram znázorňující kontrolní a řídicí aspekty sítě podle předkládaného vynálezu;

obr. 10a tabulku znázorňující činnosti jednotek podle předkládaného vynálezu ve všech časech v periodicky se opakující časové posloupnosti;

obr. 10b část sítě z obr. 9, přičemž znázorňuje činnosti dvou komponent této části v časové posloupnosti;

obr. 11 blokové schéma odpovídající obr. 4, ale znázorňující pozměněné provedení SU.

Příklady provedení vynálezu

Výhodné provedení předkládaného vynálezu bude nyní popsáno s ohledem na výkresy.

87354a «*** ·» · v t • · · · · · · ··«« • * « » » * *··· * · · ·«·» • · · ··» ·«· * · ··· ·* « ·· ·

Propojená oblast (patch)

Základní součástí předkládaného vynálezu je propojená oblast (patch) 10, jejíž jedno provedení je znázorněno na obr. 2. Sířový systém podle vynálezu obsahuje jednu nebo více takovýchto propojených oblastí (patch) 10.

Každá propojená oblast (patch) 10 obsahuje dvě nebo více účastnických jednotek (subscriber unit - SU) 12 a různé fyzické překážky 14, které tvoří konceptuální hranici propojené oblasti (patch) 10. Jednotlivé SU 12 propojené oblasti (patch) 10 jsou umístěny například na příslušných budovách 16 tak, že jsou vždy vůči sobě umístěny na čáře přímé viditelnosti, a tak, že opticky neprůhledné části hranice 14 propojené oblasti (patch) je stíní od SU 12 jiných propojených oblastí (patch) 10.

Každá SU 12 se fyzicky skládá ze dvou základních částí: z komunikační „hlavové jednotky 18, která je upevněna zvenku, a z vnitřní jednotky 20 rozhraní pro přístup účastníka k sířovému systému. Tyto dvě části 18, 20 jsou spojeny prostřednictvím vhodného krátkého kabelového spoje

22. To je znázorněno na schématu na obr. la.

Schéma na obr. lb znázorňuje bezdrátovou jednotku podle dosavadního stavu techniky - přibližně ve stejném měřítku. Lze seznat, že jednotka podle dosavadního stavu techniky je podstatně větší (v důsledku fyzikálních vlastností antén) než SU 12 podle překládaného vynálezu. SU 12 podle předkládaného vynálezu dále, na rozdíl od jednotek podle dosavadního stavu techniky, nemusí být nutně umístěny nad hřebenem střechy - ale mnohem níže.

87354a * · φ φ · φ φ φ φ · φ φ · φφφ· Φφφφ φ φ · ···· φφφ «φφ φφφ • Φ ·φΦ ·Φ »φ φ

Jediným omezením kladeným na výšku umístění SU 12 je, že musí být:

1) dostatečně vysoko, aby byla mimo prostor, kde se běžně pohybují lidé, vozidla apod.,

2) bezpečná pro oči,

3) dostatečně nízko, aby využila vertikální (nebo téměř vertikální) povrchy budovy 16, která tvoří část hranice 14 propojené oblasti (patch).

Schéma na obr. 2 znázorňuje, jak může být typická propojená oblast (patch) provedena v praxi.

Každá SU 12 obsahuje vysílací subsystém a přijímací subsystém, jak bude popsáno níže, a je uspořádaná tak, aby vysílala a přijímala IR záření v podstatě všesměrovým způsobem v azimutu. Ve výšce může být vzor více kolimován. SU 12 jsou také uzpůsobeny k tomu, aby byly schopné tento vzor záření měnit v případě, že by bylo třeba zohlednit ne právě ideální hranice 14 propojené oblasti (patch) . Hranici 14 propojené oblasti (patch) si lze představit jako nepravidelný polygon s jednou nebo několika stranami, které jsou tvořeny následujícími prvky:

1) neprůhlednou bariérou 24 (např. cihlová zeď)

2) otvorem 26 (např. volný prostor nebo místo, kde není zeď)

3) jejich kombinací.

To je znázorněno na obr. 3a. V reálném prostředí se lze setkat s mnoha různými druhy hranic propojených oblastí (patch) - v závislosti na konkrétní architektuře, vegetaci, topografií apod.

87354a ** · 9999 9 9 9 · Φ φ φ Φ 9999 · 9 9 Φ9·«

Vytvoření propojené oblasti (patch) je nej jednodušší, když má potenciální hranice propojené oblasti (patch), ať již je její tvar jakýkoliv, výlučně neprůhledné prvky. V praxi se však spíše setkáme s neideálními hranicemi 28. Aby mohly SU dobře fungovat v rámci co možná největšího počtu různých druhů hranic propojených oblastí (patch), jsou navrženy tak, aby měly následující znaky:

1) Schopnost potlačit vysílání a přijímání záření v libovolně určených azimutálních oblastech. Jedním ze známých prostředků, kterým lze tohoto cíle dosáhnout, by bylo:

a) Rozdělit buď vysílací subsystém, nebo přijímací subsystém, nebo oba na samostatné pevné sektory,

b) Tyto pevné sektory uspořádat tak, aby osa záření každého z nich směřovala do geograficky odlišné oblasti než osy ostatních sektorů, ale aby zároveň všechny tvořily souvislý celek,

c) Snížit výkon jednoho nebo několika vysílacích sektorů, nebo citlivost jednoho nebo několika přijímacích sektorů, nebo obojí. Tímto způsobem může být všesměrový vzor vysílání a přijímání upraven tak, aby v zásadě nepřekračoval 360 stupňů oblouku, takže bude ozářeno pouze 270, 180, 90 atd. stupňů.

2) Schopnost být umístěna buď slícovaná se zdí budovy, nebo na podpěře s malým (< 1 m) odstupem. To proto, aby lineární uspořádání jednotlivých SU bylo kovizuální.

3) Schopnost měnit vysílaný výkon nebo přijímací citlivost SU, nebo obojí. Tím lze dosáhnout zvýšení nebo omezení účinného dozsahu jednotky.

Obr. 3b znázorňuje využití těchto znaků v případě určité konkrétní neideální hranice propojené oblasti (patch). S hranicí tohoto typu se lze s velkou

87354a • * · ·«·· · · · * • « · * · · ··»» · · · ··«· • · · * · t · · • · ··· ·· · «· · pravděpodobností setkat v obytných oblastech hustě zastavěných nízkopodlažními budovami, uspořádanými kolem přímočarých přístupových cest.

Prvky SU 12 ve výhodném provedení mohou být popsány za pomoci obr. 4. Jsou zde čtyři hlavní součásti:

1) IR vysílací subsystém (TX) 30,

2) IR přijímací subsystém (RX) 32,

3) Účastnické rozhraní 34, které se skládá ze dvou simplexních vyrovnávacích pamětí (FIFO) 36, 38 - „ven (OUT) a „dovnitř” (IN),

4) Přenosová vyrovnávací paměť (TX_FIFO) 40.

Účastnická vyrovnávací paměť OUT 36 je připojena k IR vysílacímu subsystému TX 30, k němuž je připojena také přenosová vyrovnávací paměť TX_FIFO 40 . IR přijímací subsystém RX 32 je připojen ke vstupu 42 přenosové vyrovnávací paměti TX_FIFO 40 a k účastnické vyrovnávací paměti IN 38. Přicházejí zde v úvahu tři základní cesty přenosu dat: cesta SPOTŘEBOVÁNÍ, cesta ZDROJ a cesta TRANZIT, IR signály (znázorněné šipkou R) detekované přijímacím subsystémem RX 32 jsou převedeny do digitálního elektronického tvaru a poskytnuty buď účastnické vyrovnávací paměti IN 38 (pro data spotřebovaná v této SU - cesta SPOTŘEBOVÁNÍ) , nebo přenosové vyrovnávací paměti TX_FIFO 40 pro další zpracování pro jinou SU 12 (cesta TRANSIT). Přenosová vyrovnávací paměť TX_FIFO 40 je vyprazdňována vysílacím subsystémem TX 30, který přebírá digitální data a převádí je na vhodné signály pro IR přenos (znázorněný šipkou T). Digitální elektronická data z účastnické vyrovnávací paměti OUT 36 jsou také poskytnuta vysílacímu

87354a

Φ· * ··· · ϊ i · • · · »·· « · * ···· · φ ·* subsystému ΤΧ 30, který je podobným způsobem převede a vyšle (cesta ZDROJ).

Provoz různých SU 12 v propojené oblasti (patch) 10 musí být koordinován, aby bylo zajištěno správné fungování systému. K tomu účelu má každá SU řídicí jednotku 44, která obsahuje uložený program s pokyny nastavenými tak, aby byly prováděny v pravidelných hodinových časech („časových intervalech), které jsou společné pro všechny další součásti síťového systému. Synchronizace jednotlivých hodin v různých SU 12 může být například prováděna tak, že se každé SU 12 zajistí přístup k signálům primárních referenčních hodin, což je například možné s využitím systému GPS.

Hlavními typy pokynů, které jsou prováděny SU 12 řízenou řídicí jednotkou 44, jsou:

1) Nedělej nic (NOOP).

2) Vezmi část dat z vnitřní přenosové vyrovnávací paměti TX_FIFO 40 a převeď je a vyšli je.

3) Přijmi data a připoj je k vnitřní přenosové vyrovnávací paměti TX_FIFO 40.

4) Přijmi data a připoj je k vyrovnávací paměti (IN) 38 účastnického rozhraní. Tato data jsou pak zpracována způsobem, který bude popsán níže.

5) Vezmi část dat z vyrovnávací paměti (OUT) 36 účastnického rozhraní a pošli je do vysílacího subsystému TX 30 pro převod a vyslání.

Uložený program každé SU může být stažen bezdrátově z centrálního řídicího zařízení sítě.

87354a «R » W W « * V « 4 4 · »·«· ··»· • · 4 · 44444 44 4 4···

4 4 ·>< 444 *« 444 44 · 44 4

Ve schématu na obr. 2 jsou vzájemné spoje, které jsou aktuálně v provozu, znázorněny jako čáry mezi jednotkami. Je důležité říci, že tyto-vzájemné spoje mohou být velmi rychle změněny - bud' přidáním či odstraněním účastníků z propojené oblasti (patch) 10 nebo v odpovědi na změnu provozního zatížení v propojené oblasti (patch) 10 - aniž by k tomu bylo nutné cokoli (terénní jednotky, montéry apod.) fyzicky přemisťovat.

Na obr. 11 je znázorněno pozměněné provedení SU 12 z obr. 4. Stejné části jsou zde označeny stejnými vztahovými značkami. V SU 112 je navíc přidán jeden přídavný IR vysílací subsystém (TX2) 130 a jeden přídavný IR přijímací subsystém (RX2) 132. Přídavný vysílací subsystém 130 je připojen k účastnické vyrovnávací paměti „ven (OUT) 36 a přijímací subsystém 132 je připojen k účastnické vyrovnávací paměti „dovnitř (IN) 38 a oba subsystémy jsou připojeny k přenosové vyrovnávací paměti TX_FIFO 40 a k řídicí jednotce 44 stejným způsobem jako vysílací subsystém 30 a přijímací subsystém 32. Vysílacím a přijímacím subsystémům 30, 32 nebo 130, 132 jsou pak přiděleny vlastní úhlové úseky vysílání nebo přijímání signálů spojených s SU 112, a řídicí jednotka 44 je upravena pro vybírání příslušného páru pro vysíláni/přijímání v konkrétním úhlovém úseku. Tímto způsobem může být dosaženo potlačení nosných signálů z SU ve vybraných úhlových oblastech.

Pro jemnější řízení může být přidán další vysílací a přijímací subsystém.

87354a φφ • φφ φ φφφ φ · φφφ* * φφφ » » φφφ» φ φφφ φφφ •Φ φ ·Φ φ

Vzájemné spojení propojených oblastí (patch)

V rámci propojené oblasti (patch) 10 mohou být tedy ustaveny cesty mezi četnými, libovolně zvolenými páry uživatelů, jimž je tak umožněno vzájemně komunikovat v podstatě současně. Aby se uživatelům umožnila komunikace s jinými uživateli, kteří se nenacházejí v téže propojené oblasti (patch) 10, mohou být signály přenášeny mezi jednotlivými propojenými oblastmi (patch) 10, jak je znázorněno na obr. 5.

Aby to bylo možné, obsahuje propojená oblast (patch) 10 také jednu nebo více SU 12, které jsou připojeny k jednotce jiného typu, která se nazývá bod rozhraní propojené oblasti (patch interface point - PIP) 46. Pro zajištění optimální spektrální účinnosti je důležité, aby tato spojení byla provedena prostřednictvím jiného média, než které je používáno mezi jednotlivými SU 12 v rámci propojené oblasti (patch). V daném provedení je toto spojení uskutečněno prostřednictvím krátkých kabelů. PIP 46 se tedy vůči SU 12 jeví jako vnitřní rozhraní. Takto připojená SU bude dále označována jako „portálová jednotka 48. Zpravidla je jeden portál 48 připojen k jednomu PIP 46 a jeden PIP 46 je připojen ke dvěma nebo více portálům 48 v různých propojených oblastech (patch) 10.

PIP 46 může být buď jednotka umístěná uvnitř budovy, nebo vně budovy. PIP 46 jsou tedy umístěny tam, kde k sobě v podstatě prostorově přiléhají dvě nebo více propojených oblastí (patch), např. na protilehlých stranách budovy. Soubor navzájem spojených propojených oblastí (patch) je znázorněn na obr. 6a. Na tomto výkresu jsou pro větší

87354a • · ·« β

• ·· • · · · · ♦ · • ···· · · · ♦··· • · 4 « · · ·· · ·· · jasnost znázorněny pouze PIP 46 a hranice 14 propojených oblastí (patch).

Když se podíváme na jednotlivé PIP 46 a pro tuto chvíli zanedbáme SU 12 v propojených oblastech (patch) 10, můžeme si celou síť přestavit jako soustavu (v podstatě) úplně vzájemně propojených PIP 46, jak je schematicky znázorněno na obr. 6b. Čáry v tomto schématu představují spojení mezi jednotlivými PIP 46 podporovanými propojenými oblastmi (patch) 10 (tj. jednotlivými SU 12 a oblastí, na které jsou rozmístěny). To tvoří bohaté „tkanivo, po kterém lze přenášet uživatelská data. Potenciálně jsou zde k dispozici četné redundantní trasy, což podstatně přispívá k potenciální propustnosti sítě, zlepšuje její chování při přetížení a významně zlepšuje její spolehlivost a dostupnost.

Pokud některá SU 12 v propojené oblasti (patch) 10 z jakéhokoliv důvodu selže, je provoz na znatelně dlouhou dobu přerušen pouze pro účastníka, který je bezprostředně připojen k vadné jednotce. Při zjištění poruchy jednotky mohou být spoje v propojené oblasti (patch) dálkově přenastaveny tak, aby provoz ostatních účastníků zůstal nedotčen. Pokud je to nutné, může být učiněna servisní návštěva u příslušného účastníka a provedena výměna SU 12. Žádná další terénní operace není třeba. To je velmi důležitý faktor.

PIP 46 si lze představit jako programovatelný přepínač, který se skládá ze součástí znázorněných na obr. 7 a který má tyto dva subsystémy:

87354a ·« · · · · · · · · · ♦ » ··»· · * **··· «·· · · · · · ·· «*· ·« « ·· ♦

1) Několik duplexních vyrovnávacích pamětí 50 rozhraní - vždy jednu pro každou z připojených SU 12,

2) Přepínací strukturu- 52, která je napájena se vstupem z vyrovnávacích pamětí 50 a která připojuje data do vyrovnávacích pamětí 50.

Rovněž je uspořádána řídicí jednotka 54 obsahující referenční hodiny pro řízení provozu PIP 46 tak, aby v každém Časovém intervalu (viz výše) dělal PIP 46 následující činnosti:

1) Nastavit směrovací tabulku přepínací struktury pro tento chod hodin,

2) Načíst celou vstupní vyrovnávací paměů IN_FIFO 50,

3) Ovládat přepínací strukturu 52 podle přepínací tabulky tak, aby vstupní data přepínače byla přesunuta k příslušným výstupním portům přepínače,

4) Připojit do výstupních vyrovnávacích pamětí OUT_FIFO 50 rozhraní obsah výstupních portů přepínače.

Tímto způsobem jsou uživatelská data postupně přenášena mezi zdrojovou SU 12 a cílovou SU 12, přičemž na cestě projdou možná přes mnoho propojených oblastí (patch) a PIP 46.

Jednotlivé PIP 46 mohou být samozřejmě vzájemně spojeny dvoubodovými bezdrátovými spoji, např. takovými, které jsou podporovány existujícími IR nebo RF spojovacími produkty. To by však znamenalo možnou nevýhodu spojenou s opatřováním přídavného vybavení pro instalaci, údržbu a řízení, a také by to mohlo způsobit interferenční problémy v rámci propojených oblastí (patch).

87354a • a a • ···· • a « · * ··♦· · « «•a a a a · · * *« ··· ·· · ·* ·

Pro lepší porozumění, proč je předkládaný vynález lepší než běžná pikobuňková technologie, uvažme situaci, ve které základnová stanice (base-station - BS) odpovídá PIP a účastnické okrajové stanice (outstation - OS) odpovídají SU. Všechny OS v pikobuňce by byly na čáře přímé viditelnosti s BS (ačkoli nikoli nutně vůči sobě navzájem) a jedna OS by komunikovala pouze s BS. Ve statické situaci by toto fungovalo. Avšak tento systém má svoje nevýhody, a to z následujících důvodů:

1) Jak se systém rozrůstá, aby pokryl více účastníků, bude nutné navzájem spojit propojené oblasti (patch)/pikobuňky v libovolně zvolených bodech. V modelu BS/OS by to vyžadovalo novou základnovou stanici. V modelu se soustavou propojených oblastí (patchwork) je potřeba pouze připojit PIP 46 ke stávající SU 12. To je fyzicky snazší a levněj ší.

2) Umožnění úplného/libovolného vzájemného spojení mezi jednotlivými SU 12 umožňuje vytvoření redundantních tras v rámci propojené oblasti (patch) 10 - např. aby se zmírnil dopad dočasné ztráty čáry přímé viditelnosti vůči portálu 48. V modelu BS/OS by toto nebylo možné.

3) Aby se dosáhlo nej lepší spektrální účinnosti, je výhodné, když jsou všechny SU 12 v propojené oblasti (patch) 10 na Čáře přímé viditelnosti se všemi ostatními. V raných fázích vývoje sítí podle předkládaného vynálezu však toto nemusí být dodrženo, takže je možné vytvořit řídce zalidněné propojené oblasti (patch). To znamená, že všechny SU 12 v propojené oblasti (patch) 10 mohou být spojeny s vhodným PIP 46 prostřednictvím výsledné logické sítě spojů v propojené oblasti (patch) 10. Pikobuňkový model takovouto flexibilitu neumožňuje.

87354a ·

· 9

999

9 9 9

9 9999

9 9

9

9 9 9

9 9 9999

9 9 *

PMP, neboli pikobuňková, topologie je ve skutečnosti příkladem jedné z mnoha topologií, které je možné uskutečnit s využitím programovatelné povahy součástí propojené oblasti (patch) - viz níže. Tento vynález tedy zahrnuje systémové topologie podle dosavadního stavu techniky, ale na obecnější rovině a účelněji pro širokopásmové systémy s vysokou hustotou účastníků.

Připojení k síti pro směrování zpětnou oklikou

Když účastníci požadují služby, které jsou dostupné pouze prostřednictvím připojení k jádrové (nebo dálkové) síti (např. aby mohli komunikovat s jinými účastníky, kteří nepoužívají tento vynález), použije se třetí druh jednotky, rozhraní jádrové sítě (core network interface - CNI) 56, které je znázorněno na obr. 6b. To zajišťuje, aby signály mohly procházet ze segmentu 53 sítě podle předkládaného vynálezu k dálkovému vedení 60 jádrové sítě a naopak. Tento druh spojení vyžaduje více funkcí, než je požadováno pro PIP 46, a v síti podle předkládaného vynálezu je potřeba na mnohem méně místech než PIP 46. Je tedy ekonomicky výhodnější uspořádat přídavnou, specializovanou jednotku, která by plnila tuto úlohu. V dané oblasti muže být potřeba uspořádat více než jedno CNI 56. V diagramu na obr. 6 jsou CNI 56 znázorněna jako čtvercové rámečky, které jsou , jak je znázorněno, spojeny s jedním nebo několika PIP, s výhodou prostřednictvím kabelu.

CNI 56 se týká výhradně datového rozhraní a nikoli obslužného pokrytí účastníků. Proto může být CNI 56 umístěno v síti kdekoliv, s výhodou však blízko vhodného bodu přítomnosti jádrové sítě.

87354a • * · · • ···· · · • ··· ·

Data od všech připojených účastníků dorazí do CNI 5£ s časově pozměněným bitovým sledem (tirne-scrambled), kdy po sobě následující časové intervaly pravděpodobně obsahují data od různých uživatelů. Klíčovou úlohou CNI 56 je tedy zpracovat takovéto agregované účastnické proudy dat a vhodně rozdělené je předat do jádrové sítě.

CNI 56 může být navrženo tak, aby toto obnovení bitového sledu (de-scrambling) mohlo být odděleno od standardních funkcí agregace dat a propojování s jádrovou sítí. Tak může být sít podle předkládaného vynálezu nezávislá na aktuálních přenosových protokolech používaných sítovým operátorem a účastníky.

Vnitřní funkce CNI 56 jsou analogické vnitřním funkcím PIP 46, jak je znázorněno na obr. 8. CNI 56 má však přídavnou funkci pro propojování se standardní jádrovou sítí. Jak je znázorněno na obr. 8, CNI si lze představit, jako Že se skládá ze dvou polovin 62, 64, které jsou na výkrese označeny jako „strana P a „strana S. Na straně P se s daty zachází v souladu s principy a provozem podle předkládaného vynálezu. Na straně S se s daty zachází podle některého standardního přenosového protokolu, např. ATM, IP atd.

Hlavními subsystémy CNI 56 jsou:

1) Několik duplexních vyrovnávacích pamětí 66 rozhraní - vždy jedna pro každý připojený PIP 46.

2) Přepínací struktura 68, která je spojena s vyrovnávacími pamětmi 66 rozhraní.

3) Subsystém 70 zakončování služeb, který se skládá z několika vyrovnávacích pamětí (v zásadě vždy jedna pro

87354a • · · * • ♦·«· · · • · « · ♦ · · • · · • ·»»» připojení služby v segmentu sítě). Tyto vyrovnávací paměti jsou na jedné straně spojeny s přepínací strukturou 68 a na druhé straně k příslušnému multiplexoru služeb (mezisíúová brána jádrové sítě - core network gateway CNG)) 72.

4) CNG 72 (dostupná komponenta) propojuje zakončení služeb s rozhraním 74 standardní jádrové sítě (např. OC-3/STS-3c, STM-4 atd.)

Provoz CNI 56 řídí řídicí jednotka 76, obsahující referenční hodiny 78, tak, aby v každém časovém intervalu provádělo následující funkce:

Načítání dat z vyrovnávacích pamětí (FIFO) 66 rozhraní PIP a umisúování těchto dat do vyrovnávací paměti příslušného portu přepínací struktury 7Q.

Přesouvání časově oddělených dat podle směrovací tabulky přepínací struktury ze strany vstupního portu na stranu výstupního portu. V zásadě je vždy jeden výstupní port pro každý aktuálně aktivní uživatelský obvod. Úkolem přepínací struktury 68 CNI je proto přesouvat data v časovém intervalu Tj na kterémkoli portu (k) k vhodnému kanálu (x) .

Přesouvání dat, opět podle směrovací tabulky přepínací struktury, z uživatelského kanálu x k vhodnému číslu vstupního portu a časovému intervalu (komplementární operace k operací 2) .

Data na každém uživatelském kanálu jsou jednotkou 70 zakončování služeb ukládána do vyrovnávací paměti, aby byla propojena se standardním síéovým přenosovým protokolem, který je podporován CNG 72., Výstupem z jednotky 70 zakončování služeb je sada datových obvodů vhodných pro agregaci vnějším CNG multiplexorem 72.

87354a • 99 · * *99»· · · · · * * 9 *··» · · • · 9 ·

9» 9 ··

Provoz systému z konce na konec

Pro porozumění tomu, jak musí být jednotlivé součásti uspořádány, aby mohla sít fungovat, je třeba vzít v úvahu následující skutečnosti.

Předkládaný vynález používá režim vícenásobného přístupu rozdělením času (time-division multiple access TDMA), což je standardní technika - ve vztahu k výše popsané synchronizaci. Činnosti všech jednotek v segmentu sítové oblasti je tedy možné znázornit pomocí schématu znázorněného na obr. 10a. Na tomto výkresu je Čas, kvantitativně vyjádřen v jednotkách systémových Časových intervalu TO, TI, T2 atd., vynesen podél osy x. Osa y je rozdělena na části odpovídající jednotlivým SU 12, PIP 46 a CNI 56. Každá buňka 76 v této tabulce může být využita ke znázornění toho, co každá jednotka dělá v určitém konkrétním časovém intervalu. Časová osa je cyklická, protože po určitém počtu časových intervalu se všechny činnosti budou opakovat. Tuto opakující se periodu budeme v následujícím popisu označovat jako „superrámec.

Schéma na obr. 10a také znázorňuje dva „obvody označené „obvod A a „obvod B, v části sítě, která je znázorněna na obr. 10b. Každý takovýto obvod je podporován koordinovanými činnostmi souvisejících SU 12 a PIP 46, jak bylo popsáno výše. Například uživatel obvodu B požadoval, a bylo mu vyhověno, dvojnásobnou šířku pásma než uživatel obvodu A. Obvod B tedy využívá dva časové intervaly, kdežto obvod A využívá pouze jeden časový interval.

37354a • · * «444 • 4

44 4

Software pro řízení sítě, jak bude popsáno níže, je zodpovědný za určování a nastavování činností příslušných zařízení (tj. SU 12, směrovací tabulky PIP, směrovací tabulky CNI) v každém časovém intervalu superrámce (nebolí každé buňky výše uvedené tabulky), aby se uskutečnila požadovaná datová spojení. Řídicí software vykonává tento úkol paralelně s provozem sítě, když uživatelé vznášejí požadavky na služby.

Tabulka na obr. 10a, když je nastavena softwarem pro řízení sítě, může být chápána jako soubor vodorovných proužků - vždy jeden pro každou jednotku 12, 46 atd. - kdy každý proužek představuje cyklický seznam podrobných provozních pokynů (neboli „operační program) pro každou jednotku. To je znázorněno na obr. 10b pro PIP 46 a SU 12. Tyto a související seznamy jsou řídicím systémem vloženy do síťové jednotky, aby síť mohla fungovat.

Řízení sítě

Síťové součásti předkládaného vynálezu jsou nastavovány nebo jinak řízeny dálkově serverovým softwarem systému 78 pro řízení sítě, který je např. tvořen řídicím centrem 80 sítě sítového operátora nebo IT řídicí místností (v případě soukromých sítí). To je znázorněno na obr. 9.

Při běžném provozu, když síť přenáší účastnický provoz, nejsou ze strany systému pro řízení sítě potřeba v zásadě žádné zásahy. Jednotky SU, PIP a CNI pracují při přenášení dat napříč sítí autonomně, jak bylo popsáno výše, ačkoli vzájemně spolupracují. Služby systému pro řízení sítě jsou však třeba, když musí být síťové prvky nastaveny nebo přenastaveny.

87354a ♦ 00

V tom případě využije systém 78 pro řízení sítě samostatné kontrolní a řídicí centrum 81 sítě k posílání a přijímání příkazů a dat do nebo ze sítových prvků (SU 12, i PIP 46 atd.) prostřednictvím jednoho nebo více zástupných „správců prvků 82 umístěných na příhodných místech sítě (např. na místě CNI), jak je dobře známo z veřejných telefonních sítí.

• · 0 · 0 « 0 0 00·· · 0 «00 0

Řídicí sít používaná sítě může být provedena poskytovaných předkládaným v hovorovém pásmu - což telefonních sítích.

řídicím a kontrolním centrem 81 navíc vedle sítových služeb vynálezem - tzv. řídicí sít je opět běžné ve veřejných

Rutinní a operační procesy

Jak již bylo uvedeno výše, ekonomickými aspekty sítových prvků je dáno to, že jejich vnitřní hodiny nebudou dokonalé, a tedy že se budou s časem posouvat - tj . půjdou rychleji nebo pomaleji ve srovnáni se sítovým hodinovým standardem. Vysoce přesné standardní hodinové signály jsou dostupné ze samostatných primárních referenčních hodin, např. Cs atomových hodin, nebo - což je možná výhodnější ze signálů odvozených z globálně dostupné satelitní sítě systému globální navigace (Global Positioning System - GPS). Průběžná synchronizace jednotek může být dosažena například tímto způsobem:

1) Jako součást rutinního provozu vysílají všechny sítové prvky periodicky své vnitřní hodinové signály, když jsou synchronizované s vhodným standardem.

87354a

4 4 4 4 « 4

4 4 « 4444 4

·..* .:. ·..’ : ·.· ·

2) Rovněž jako součást rutinního provozu zapínají všechny jednotky periodicky své přijímače, které detekují tyto signály. Získané informace mohou být jednotkami použity k synchronizaci jejich vnitřních hodin (různými známými způsoby) a poté k opětovnému vyslání signálů podle bodu 1) výše.

Jak bylo řečeno výše, předkládaný vynález musí být vnitřně synchronizován. Tato synchronizace však nemusí být nutně tatáž jako synchronizace služeb, které jsou tímto vynálezem uskutečňovány na uživatelské úrovni, např. EI/TI, ani s touto synchronizací nemusí souviset.

Instalace sítě

Poskytování služeb v rámci oblasti, kde je předkládaný vynález nově zaveden, se zajistí tak, že operátor sítě provede následující činnosti:

1) Zjištění, kteří potenciální účastníci budou využívat služeb a kdy.

2) Vybudování sítové infrastruktury.

3) Provoz sítě v ustáleném stavu - např. zajišťování služeb uvedených ve smlouvě a řešení poruch a účastnického shonu.

Architektura předkládaného vynálezu umožňuje velkou míru flexibility (na rozdíl od systémů PMP a systémů s kabelovým rozvodem), pokud jde o načasování a uspořádání těchto činností, a co přesně se použije, závisí na konkrétní strategii operátora a finančním hospodaření.

87354a v » • 9 · · • ···· · ·

9 9

9»»*

Poskytování služeb v nové oblasti může zahrnovat tyto kroky:

s výhodou (A) Určení, prostřednictvím dat z digitálních map území nebo terénním pozorováním, která stávající uspořádání budov v určitém úseku mohou být použita jako propojené oblasti (patch).

(B) Umístění terénních jednotek na budovy tak, aby byla vytvořena soustava propojených oblastí („patchwork) pro usnadnění např. s využitím GIS/DTM.

(C) Vypočítání „operačního programu pro každou účastnickou jednotku a PIP v síti (soustavě propojených oblastí (patchwork)). Tento operační program říká dané jednotce, aby v určitých časových periodách spustila svůj vysílač nebo přijímač (nebo oba).

(D) Stažení „operačního programu do každé jednotky v síti.

(E) Vydání pokynů všem jednotkám v síti, aby začaly provádět své operační programy. To způsobí fyzickou připojitelnost mezi určenými místy v síti.

(F) Jak se bude sít měnit, buď přidáním dalších nebo odstraněním původních účastníků, nebo změnami v jejich smlouvách o službách, budou přepočítávány operační programy rozhodujících jednotek, stahovány do těchto jednotek a uváděny do provozu, jak bylo uvedeno výše.

(G) Je-li to požadováno, připojení vhodného, potenciálně standardního vybavení k síti na účastnická místa a na rozhraní jádrové sítě.

Následující příklad ukazuje, jak by sít podle předkládaného vynálezu mohla být vybudována v nové oblasti.

87354a

A) Určení možné struktury propojených oblastí (patch) pro danou oblast

Tento krok se provede pomocí vhodného plánovacího softwaru - jako vstup se použije digitální mapa nebo fotografická data. Na rozdíl od systémů podle dosavadního stavu techniky, které vyžadují třírozměrná data, protože pro tyto systémy je rozhodující geometrie střech budov, postačují pro plánování předkládaného vynálezu v zásadě jednodušší dvourozměrná (rovinná) data. To je dáno tím, že tato síť. propojených oblastí (patch) 10 je v podstatě vymezena vertikálními překážkami, jako např. zdmi, nebo jejich absencí. Tyto rozhodující informace o uspořádání zdí budov a dalších znaků lze získat z dvourozměrných dat (map).

Co se týče možných strategií budování sítě, existuje jich mnoho, a následující uvádíme pouze jako příklady:

1) Postupný organický růst směrem ven z vhodného bodu přítomnosti jádrové sítě a CNI 56 (model „krystalového růstu) - všechny SU 12 jsou zdrojem příjmů.

2) První fáze: vybudování infrastruktury - „kostra sítě s nízkou hustotou, kdy ne všechny SU 12 a PIP 46 jsou zdrojem příjmů. Druhá fáze: zvýšení hustoty kosterní sítě tak, že se na různá místa kostry přidají účastníci, kteří jsou zdrojem příjmů.

3) Kombinace krystalového a kosterního růstu.

Pro předkládaný vynález lze v praxi použít jakýkoliv postup.

B) Instalování terénních jednotek a připojení vhodného vybavení účastnických míst pro vnitřní jednotky

87354a • t » · •«··* * 9 • · · • ···» v závislosti na marketingových vstupech a informacích o prodeji

Jak bylo poznamenáno výše, SU 12 a PIP 46 vyžadují přímou montáž - maximálně ve výšce okapu, V prvním kroku se počítá s tím, že montáž bude provedena operátorem (nebo smluvním dodavatelem) a nikoli samotnými účastníky.

C) Vypočítání operačních programu pro jednotky SU, PIP a CNI

Zde se využije výše popsaný princip, aby se zajistilo, že systémové jednotky budou vybaveny vhodnými soubory pokynů, které budou podporovat existující nebo navrhovaný zaváděný program sítě.

D) Stažení operačních programů do všech jednotek

Poté, co byl vypočítán obvod - v závislosti na požadavcích účastníka na služby - odešle se operační program do každé jednotky v obvodu (s využitím řídicí sítě)

Program se však nespustí bezprostředně po stažení, ale až podle pokynů, které přijdou v následujícím kroku.

E) Když byly všechny programy uspokojivě přijaty, vydání pokynů všem jednotkám, aby začaly provádět své programy

Tento postup „dvoufázového předání zajišúuje, že struktura obvodu sítě nebude poškozena programy mimo kontext - což by se mohlo stát, kdyby jedno nebo několik stažení z nějakého důvodu neproběhlo úspěšně.

87354a φφφ φ φφφφ φ φ • ·

F)

Provedeni základních provozních zkoušek před stabilním provozem

Když všechny programy běží, znamená to, že v zásadě všichni uživatelé mají své požadované spojení. V tomto kroku se kontroluje, zda lze toto spojení použít, předtím, než účastník skutečně odešle data. Jedná se o to, že se provádí určité zkoušky a kontroly provozu z konce na konec. Když tyto zkoušky úspěšně proběhnou, může účastník posílat svá data. Pokud ne, je zapotřebí, aby operátor provedl podrobnější diagnostickou práci.

6) Pokud se změní nastavení služeb nebo sítě, určení, kterých jednotek se to dotkne, a následné opětovné provedení činností od kroku C)

Pokud si účastník přeje změnu svého obvodu - buď jeho odstranění nebo změnu některých jeho parametrů (např. maximální šířky pásma), uvolní se ve vhodnou dobu stará přidělení a spočítá se nový obvod - s tím omezením, že síť současně povozuje všechny ostatní provozní obvody.

Alternativy

Výše uvedený popis se zabýval určitými výhodnými provedením předkládaného vynálezu. Bude jistě oceněno, že jsou možné také různé modifikace. Následující alternativní uspořádání jsou také zcela v rámci rozsahu předkládaného vynálezu.

1) Každá SU 12 je s výhodou upevněna. Je však také možné ji uspořádat do určité míry mobilní nebo přenosnou.

87354a

2) Ačkoli hlava SU 12 je s výhodou umístěna zvenku budovy, může být také umístěna uvnitř, za oknem nebo jiným vhodným otvorem.

3) Aby mohly portálové SU 48, jakož i obyčejné, neportálové SU 12, vydělávat příjmy, muže být učiněno opatření, že se SU 12 připojí k vybavení zákaznického místa účastníka, jakož i k PIP 46.

4) Vynález se zaměřil na IR záření jako nosné médium, ale v zásadě mohou být použity všechny vysokofrekvenční oblasti spektra (např. viditelné světlo, ultrafialové záření).

Předkládaný vynález tak, jak byl popsán výše, má řadu významných výhod, z nichž alespoň některé uvádíme níže.

Jednoduchost návrhu hlavních produktů - ekonomické a finanční aspekty

14. Řešení přístupu k síti může být založeno pouze na 3 typech produktů - s mnoha společnými znaky, což slibuje brzké rozšíření s vysokou hustotou.

15. Produkty mohou mít samy o sobě malou velikost a nevyžadují umístění na střechu - lze se vyhnout problémům se schvalováním plánu.

16. Není zde nutné nastavovat orientaci pohyblivých částí nebo měnit orientaci již instalovaných produktů.

17. Technologie vynálezu se zaměřuje na vrstvu PHY/MAC Edge/Bearer služby/technologie nejsou omezeny - je možné vše, např. hlas, data, multimédia.

18. Flexibilita návrhu - umožňuje na systém napojit vnější řešení IP a ATM atd.

87354a »·· « · · « • ··*· * « • · · • ·· ·* » ·

19. Průzkum a výroba mohou být efektivní - minimalizace vyžadovaného množství zkoušek jednotek a integrace.

20. Může být minimalizováno množství a úroveň vyžadovaného vybavení a dovedností pro vývoj a zkoušky.

Časový horizont vývoje může být snížen.

22. Může být minimalizováno množství požadovaného zakázkového vývoje - hardware i software.

23. Může být minimalizováno množství vyžadované integrace systémů jiného druhu a licenčních poplatků.

24. Může být minimalizováno množství obrábění - ruční práce, vnitřní lisování atd.

25. Může být minimalizována složitost zavádění a výroby počet dodavatelů.

Volba systémové architektury

1. SU mohou být rozmístěny velmi hustě vedle sebe. Nejzazší hustota, které lze dosáhnout, souvisí s bitovou rychlostí bezdrátového přenosu, nikoli s architekturou produktů nebo systému.

2. Systém bude mít v sobě zabudovanou redundanci a dále možnost přidání další redundance na vyšších vrstvách.

3. Systému je vlastní překonávat problémy s šířením IR záření za nepříznivého počasí.

4. SU mohou být použity uvnitř i venku - potenciálně je možné oboj í.

5. Systém může zvládat vysílání/výběrové vysílání i dvoubodový přenos.

87354a • 4 * 4 4 444

4 «444 4 4 · »·♦·

4 4 4 4 4 · 44 ·

Překonání nedostatečného geografického pokrytí

Systém využívá klíčové charakteristiky městské a poloměstské geografie, které jsou pro běžné systémy zdrojem problémů.

Vyhnutí se odkladům způsobeným vyhláškami

1. Nejsou potřeba licence pro provoz radiových stanic.

2. Potenciálně malá velikost usnadňuje schvalování plánů.

3. Není třeba vyhovět určitým obtížným standardům (ETSI) .

Klíčové výhody pro síťového operátora

1. Vysoké šířky pásma jsou v zásadě dostupné všem zákazníkům.

2. K dispozici je bohatý soubor typů a tříd služeb vydělávajících příjmy.

3. Požadavky na hlavní investiční výdaje jsou nižší - žádné základnové stanice apod.

4. Rovnovážný bod nastává mnohem dříve - vydělávání zisku může začít rychleji.

5. Na IR záření se v současné době nevztahuje žádné regulační udělování licencí.

6. Rozmístěné SU budou mít z pohledu schvalovacího řízení apod. pravděpodobně malou velikost a nenápadný tvar. Není požadována výšková montáž ani žádné specifické zasměrování. Díky tomu je instalace mnohem jednodušší a levnější z hlediska nákladů na pracovní sílu, zdraví a bezpečnost. Je také možné, aby účastnické jednotky byly umístěny/instalovány samotnými účastníky.

7. Flexibilní plánování a řízení sítě.

87354a

·· ♦ ···· 4 ·

Zpúsoby/postupy síťového/systémového řízení mohou být automatizované a jednoduché. Není nutná orientace SU, ani při instalaci ani později.

Některé důležité hlavní znaky výše popsaného předkládaného vynálezu uvádíme zde:

1) Při tvorbě propojených oblastí (patch), a tedy životaschopné sítě, je využití ne-viditelnosti (např. zastínění budovami) stejně důležitým systémovým znakem jako využití viditelnosti.

2) Propojené oblasti (patch) jsou novým prostředkem multiplexování rozdělením prostoru - umožňujícím velmi vysokou míru opakovaného používání spektra. To je obzvláště důležité pro infračervené záření, kde jsou prostředky vytváření a přijímání prakticky omezeny na jeden frekvenční kanál - na rozdíl od konkurenčních RF systémů.

3) Použití v podstatě všesměrových infračervených jednotek umožňuje zmírnit problémy spojené s orientací a zasměrováním.

4) Použití PIP a krátkých kabelů pro vzájemné spojení propojených oblastí (patch).

5) Použití jednoduchých, levných, celkově předem naprogramovaných (nebo řízených daty) jednotek pro sladění chování systému.

6) Použití čisté TDMA struktury pro dosažení požadovaného směrování dat. (Její účinnost je odvozena ze spojení s bodem 2) výše.) To je provedeno bez nutnosti používat specifické směrovací protokoly (např. IP, ATM), a tedy to umožňuje, aby síť byla zcela analogická jako síť s čistě kabelovým rozvodem.

07354a ·· ··· • «·· « » · » • · · »·«« · · · ···· · · · * · «« ·· *

V následujících odstavcích jsou uvedeny další specifické znaky popsaného vynálezu, které ilustrují flexibilitu a svébytnou povahu předkládaného vynálezu.

Účastnické vybavení může být nepohyblivé nebo do určité míry pohyblivé nebo múze být kombinací obojího.

Jednotky pracují rovnocenným způsobem - na rozdíl od celulárních systémů typu základnová stanice/okrajová stanice.

Tento systém nevyžaduje základnové stanice - ani žádné jiné vysokoprofilové vysílací a přijímací vybavení nebo nemovitosti.

Informace se přenášejí v sériích kroků nebo odrazů mezi účastnickým vybavením a vybavením rozhraní propojené oblasti (patch) - PIP.

Propojené oblasti (patch) jsou prostřednictvím PIP navzájem spojeny libovolným způsobem - to je vhodné pro nejúčinnější přenos signálů mezi lokálním účastníkem nebo mezi účastníky a jádrovou sítí.

SU a PIP mohou být chápány tak, že zajišťují soustavu propojených oblastí (patchwork) spojenými kombinovanými vysílači pokrývá danou geografickou oblast.

Využívá hlavně bezdrátový přenos - čímž se vyhýbá nutnosti zakopávat nebo napínat kabely. Propojené oblasti (patch) jsou navzájem spojeny prostřednictvím PIP, které zpravidla zahrnují krátké (< 100 m) kabely mezi optickými jednotkami a vzájemně propojující j ednotkou.

SU s výhodou vysílají pouze ke dvěma hlavním účelům: 1) periodicky, aby po síti šířily informace o časování, a 2) když přenášejí uživatelské nebo systémové informace.

tvořenou vzájemně s přijímači, která

87354a

4*4 · · ♦ ♦ · · · β 4 ··«· · · · ····

4* 4 · · •4 · 44 ·

9. SU s výhodou přijímají pouze ke dvěma hlavním účelům: 1) periodicky, aby zjistily informace o časování pro synchronizaci jednotky, a 2) uživatelské nebo systémové informace.

10. SU je spojena s vnitřním uživatelským rozhraním prostřednictvím vhodného, zpravidla krátkého (< 100 m) kabelu.

11. V příkladném provedení předkládaného vynálezu jsou

účastnické	j ednotky	umístěny	na	strukturách	(např.
budovách,	sloupech pouličních lamp,	mostech apod.)	. Tyto
struktury	mohou nebo	nemusí	být	účastnickými	místy.
Účastnická	j ednotka	nemusí	být	spoj ena s	žádným

účastníkem (v tom případě jsou pak všechny informace jednotkou přeposílány, žádná není spotřebována ani vyrobena).

12. Jedna účastnická jednotka může poskytovat služby více než jednomu účastníku, např. v bytovém domě (nebo jiné jednotce s více byty).

13. Tento systém využívá vzor záření, který je v podstatě všesměrový v azimutu (v horizontální rovině) a kolimovaný ve výšce (ve vertikální rovině). Tím se vyhýbá nutnosti opakovaného zasměrovávání pohyblivých částí a usnadňuje instalaci a umisťování.

14. Pro jemné vyladění vzoru záření, které bude zohledňovat nešikovnou geometrii propojené oblasti (patch), muže být všesměrová povaha záření upravena anulováním různých úhlových oblastí. To je protikladem polygonálních systémů.

15. Tento systém využívá slabé záření, takže je 1) bezpečný pro oči v mnoha rozmístěních a 2) nerušený dosah (viz následující bod) je omezen maximálně na -150 m.

16. Tento dosah znamená, že ve srovnání se systémy s dlouhým dosahem jsou omezeny, nebo vyloučeny, problémy dané

37354a atmosférickým pohlcováním a rozptylováním - zvláště pro infračervené záření.

17. Jednou z funkcí propojených oblastí (patch) je umožnit zvýšení výkonu vysílání, aby se zmírnily vlivy počasí bez nepříznivých dopadů na interferenci.

18. Tento systém vykazuje podstatné, sobě vlastní použití multiplexování rozdělením prostoru, které využívá typickou geografii hromadného trhu, strukturu budov a umístění jednotek tak, že záření je obsaženo uvnitř dobře vymezených malých geografických oblastí, neboli propojených oblastí (patch). To, co pro jiné systémy představuje problém, je v tomto systému využito k jeho prospěchu.

19. SU jsou tedy s výhodou umístěny pod výškou střechy, aby bylo možné vytvořit ohraničené propojené oblasti (patch). Propojené oblasti (patch) jsou tedy určeny fyzickými překážkami v zastavěném/přírodním prostředí.

20. Propojené oblasti (patch) se v zásadě mohou fyzicky překrývat. Například v městském uspořádání, které dosahuje velkých výšek, mohou být vytvořeny samostatné propojené oblasti (patch) tak, že se jednotky umístí do různých výškových rovin, jelikož vertikální vzor záření jednotek je kolimovaný. To umožňuje ještě vyšší opakované používání spektra a v zásadě umožňuje, aby byla uživatelům k dispozici větší Šířka pásma.

21. Provoz může být v zásadě zaveden a vyjmut z jakékoli SU v síti, což umožňuje flexibilitu struktury a růst sítě.

22. V tomto vynálezu jsou s výhodou všechny SU v propojené oblasti (patch) mezi sebou navzájem viditelné. To vytváří logicky zcela vzájemně propojenou síťovou topologii.

23. Případná porucha jedné SU způsobí odepření služeb pouze konkrétnímu účastníku nebo účastníkům, který nebo kteří

87354a • · « · ····· · · »···· ··· · ♦ · · · · ·· ··· *· · ·· · jsou spojeni s touto SU. Z důvodů vzájemně propojené topologie propojené oblasti (patch) může v podstatě kterákoliv jiná jednotka v propojené oblasti (patch) převzít a udržovat veškeré služby pro jiné.

24. Aby se minimalizovalo chvění signálů, je každý účastník připojen zpět buď k rozhraní jádrové sítě nebo k jiné účastnické jednotce, s výhodou prostřednictvím alespoň jedné předem definované cesty. Tato cesta sestává z několika kroků mezi účastnickými jednotkami a PIP.

25. Díky všesměrové povaze SU, může být v zásadě vypočítáno a používáno několik různých cest s malým zpožděním provozu.

26. Opět díky tomuto vzájemně propojenému schématu může být SU logicky spojena s více než jednou další SU.

27. Trvání vzájemného spojení SU určuje Šířku pásma tohoto logického spojení. To může být řídicím systémem flexibilně měněno, v zásadě na velmi krátkých časových stupnicích, aby se vzala v úvahu (např. denní) variabilita provozních toků a požadavků.

28. Předkládaný vynález poskytuje uživatelům fyzické prostředky pro vzájemné spojení s ostatními uživateli nebo s rozhraním jádrové sítě. Tyto fyzické prostředky pro vzájemné spojení jsou z hlediska účastnického vybavení v zásadě zcela rovnocenné jednoúčelovému kabelovému spoj ení.

29. Předkládaný vynález má dále prostředky, které umožňují několika nesouvisejícím uživatelům sdílet totéž fyzické spojení.

30. Výhodou schématu připojení nezávislého na přenosovém protokolu je to, že operátoři nebo uživatelé nejsou nuceni používat určitou konkrétní technologii (jako např. ATM nebo IP) v rozmístění - ale v zásadě mohou použít své stávající vybavení.

87354a

31. SU muže současně přijímat nebo vysílat informace. To je věcně dáno aktuální tabulkou nastavení SU - a není to podstatný znak její architektury nebo konstrukce.

32. Celý systém soustavy propojených oblastí (patchwork) se chová jako distribuovaný přepínač.

33. Společně s jednotkami rozmístěnými v terénu je zde s výhodou síťový řídicí a plánovací systém, pomocí kterého může operátor nastavovat a sledovat systém. Centrální řídicí a plánovací systémy komunikují s jednotkami rozmístěnými v terénu s výhodou prostřednictvím řídicí sítě na kmitočtu hovorového pásma - tj. jsou podporovány samotnou sítí tvořenou soustavou propojených oblastí (patchwork) .

34. Když je získán nový účastník, nebo když nějaký účastník změní svou smlouvu o službách, síťový plánovací systém se s výhodou použije ke stanovení jedné nebo více spojovacích cest od tohoto účastníka k jeho zvolené destinaci. To může být jiný účastník (jako je tomu např. v campusovém nebo LAN scénáři) nebo dálková síť.

35. Aby se zajistilo, že jednotlivé součásti systému rozmístěné v terénu budou co nej jednodušší, je jejich provoz určen v podstatě „programovými daty, která se do nich stáhnou z řídicího systému. Tato data například určují, kdy účastnická jednotka vysílá a přijímá. Uspořádáním vhodně komplementárních datových konfigurací v každé SU v každé propojené oblasti (patch) mohou být data přenášena vysokými rychlostmi i poměrně „hloupými jednotkami. To znamená, že náklady a rizika spojené s vývojem a výrobou mohou být minimalizovány - za cenu důmyslnějšího řízení. Žádná SU tak nemusí mít a síťově provozovat adresovací logiku.

36. Kombinovaný vysílač s přijímačem SU může být v zásadě provozován na jakékoliv frekvenci za předpokladu, že

37354a • * 4 4 •

♦ · · • 4 4 4 • 44444

4 ·

37.

ι

38.

39.

»

40.

41.

37.

i

38.

39.

40.

41.

záření je rychle tlumeno strukturami, ve kterých je systém zasazen.

Systém s výhodou, využívá infračervené vysílání a přijímání, které v současné době nevyžaduje žádnou provozní licenci.

SU mohou být naprogramovány tak, aby využívaly více než jednu frekvenci, pokud to generující a detekční prostředky umožní (a je to ekonomicky nezbytné).

SU mohou využívat různě polarizované záření, např. kruhově polarizované. To umožňuje zmírnit účinky odrazů uvnitř propojené oblasti.

Díky četným možnostem cest jsou možné záložní nebo redundantní cesty - které umožňují vysokou pružnost.

V mnoha telekomunikačních systémech musí být informace, která se pohybuje po síti, na různých místech zakódována a dekódována, jak se setkává s různými fyzickými médii. To je obzvláště případ polygonálních radiových systémů, které jako implicitní přenosový protokol používají ATM. Při každém odrazu musí být všechny bezdrátově přenášené signály dekódovány do ATM buněk - ty, které jsou určeny pro aktuální uzel, vyjmuty a zbytek znovu zakódován a vyslán. To znamená, že na každém sítovém odrazu je potřeba ATM přepínač a zásobník protokolů. Pro SU v soustavě propojených jednotek (patchwork) toto není potřeba, protože architektura je navržena tak, že informace je kódována a dekódována pouze na počátečních a koncových bodech a nikde jinde na cestě. To znamená, že základní SU může být velmi jednoduchá, a tedy levná. Pokud je to požadováno, informace je dekódována v připojeném účastnickém rozhraní, které je připojeno k SU. Architektura soustavy propojených oblastí (patchwork) slibuje, že bude schopna podporovat jakýkoli vysokoúrovňový přenosový protokol (např. ATM, IP) bez

87354a • * • ··· « 9 • · · » zbytečných operací kódování/dekódování. To znamená, že hlavní část vývoje produktu nezávisí na těchto složitých vnějších standardech: významný faktor snižování nákladu a rizik spojených s vývojem, a času nutného k uvedení na trh.

42. SU mohou být v zásadě vzájemně spojeny tak, že může být dosažen provozní režim „vysílání nebo přesněji „výběrového vysílání. Tento režim si pravděpodobně získá oblibu u operátorů/zákazníků, kteří jsou zvyklí na kabelové sítě pro šíření videa, které pravděpodobně sleduje více uživatelů ve stejnou dobu (např. sportovní události, zprávy atd.).

Zastupuje:

Dr. Miloš Všetečka v.r.

87354a • · · » · « • té ·« ··· « · · · • * ·· ♦ · · ·* · • · · ···« Φ · · «· * «u VWISCII

120 00 Praha 2, Hálkova 2

Claims (14)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Síčový systém pro hromadné širokopásmové komunikace, obsahuj ící:

   množství oblastí (10), přičemž každá obsahuje množství účastníků majících bezdrátové komunikační prostředky (12) pro vysílání a přijímání signálů v rámci oblasti, a prostředky (46) rozhraní pro spojení množství oblastí s jinými prvky (10) síčového systému,

   přičemž prostředky rozhraní používaj í komunikační prostředky jiného druhu, než jaký je uspořádán v rámci oblastí, vyznačující se tím, že: každá oblast je vytvořena jako propojená oblast (10)

   obsahuj ící:

   množství účastnických jednotek (12), z nichž každá je spojena s příslušným účastníkem, pro vysílání signálů jiným účastníkům a přijímání signálů od jiných účastníků v rámci propojené oblasti, přičemž množství účastnických jednotek v rámci propojené oblasti je vzájemně v přímé komunikaci na Čárách přímé viditelnosti, každá účastnická jednotka obsahuje vnitřní jednotku (20) rozhraní pro přístup uživatele k systému a zvenku upevněnou komunikační jednotku (18) pro vysílání a přijímání signálů, každá účastnická jednotka je upravena pro otištění signálů na nosný signál provozovaný na frekvencích v rozsahu od infračervené po ultrafialovou a pro vysílání nosného signálu v podstatě všemi směry, a předměty (16, 24, 26) uvnitř a/nebo kolem příslušné propojené oblasti jsou upraveny pro vymezení hranic (14)

   1667354a propojené oblasti a pro určování a/nebo upravování vzoru Šíření nosného signálu, a tím, že:

   prostředky rozhraní zahrnují body rozhraní propojených oblastí, které navzájem spojují jednotlivé propojené oblasti, přičemž body rozhraní propojených oblastí jsou spojeny s příslušnými účastnickými jednotkami z alespoň dvou přilehlých propojených oblastí.
2. 2. Systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že alespoň jedna z účastnických jednotek v rámci příslušné propojené oblasti je vybavena prostředky (44) pro potlačení vysílání a přijímání nosných signálů.
3. 3. Systém podle nároku 2, vyznačující se tím, že prostředky pro potlačení jsou upraveny pro potlačení vysílání a přijímání signálů ve zvolených úhlových oblastech.
4. 4. Systém podle nároků, vyznačující kteréhokoliv z předcházejících se tím, že každá účastnická jednotka obsahuje řídicí jednotku (44) pro koordinování účastnických jednotek v rámci dané propojené oblasti.
5. 5. Systém podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že zmíněné předměty, které vymezují hranice propojené oblasti, zahrnují jednu nebo více neprůhledných překážek (16, 24).
6. 6. Systém podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že každý bod rozhraní propojené oblasti je upraven pro komunikaci s přidruženými

   16 87354a ·« · · příslušných « · · ···« ··»« • · t « · · ···· · · · ···· , · * «·· ··« ·* «*· účastnickými jednotkami (48) prostřednictvím komunikačních kabelů.
7. 7. Systém podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, který dále obsahuje jednu nebo více jednotek (56) rozhraní jádrové sítě upravených pro poskytování rozhraní mezi sítovým systémem a běžnou dálkovou sítí (60).
8. 8. Systém podle nároku 7, vyznačující se tím, že příslušné body rozhraní propojených oblastí jsou upraveny pro komunikaci s jednotkou (jednotkami) rozhraní jádrové sítě.
9. 9. Systém podle nároku 7 nebo 8, vyznačující se tím, že jednotka rozhraní jádrové sítě obsahuje první obvod (62) upravený pro komunikaci s přidruženým bodem rozhraní propojené oblasti, druhý obvod (64) upravený pro komunikaci s běžnou dálkovou sítí prostřednictvím standardního přenosového protokolu, a mezisítovou bránu (72) jádrové sítě pro poskytování rozhraní mezi prvním a druhým obvodem.
10. 10. Způsob poskytování hromadných širokopásmových komunikací, zahrnuj ící:

    vytvoření množství oblastí (10), z nichž každá obsahuje množství účastníků majících bezdrátové komunikační prostředky (12) pro vysílání a přijímání signálů v rámci oblasti, a vzájemné spojení množství oblastí s jinými prvky síťového systému prostřednictvím prostředků (46) rozhraní, přičemž prostředky rozhraní používají jiný druh komunikace, než jaký je použit v rámci oblastí, a vyznačující se tím, že každá oblast se vytvoří jako propojená oblast (10), přičemž:

    16 87354a • ·«·* · · každému z množství účastníků se poskytne příslušná účastnická jednotka (12) pro vysílání signálů jiným účastníkům a přijímání signálů od jiných účastníků v rámci propojené oblasti, přičemž každá účastnická jednotka obsahuje vnitřní jednotku (20) rozhraní pro přístup uživatele k systému a zvenku upevněnou komunikační jednotku (18) pro vysílání a přijímání signálů, množství účastnických jednotek se v rámci propojené oblasti umístí tak, aby byly vůči sobě v přímé komunikaci na Čárách přímé viditelnosti, signály se otisknou na nosný signál provozovaný na frekvencích v rozsahu od infračervené po ultrafialovou, nosné signály se vysílají v podstatě všemi směry, předměty (16, 24, 26) uvnitř a/nebo kolem příslušné propojené oblasti se použijí pro vymezení hranic propojené oblasti a pro určení a/nebo upravení vzoru šíření nosného signálu, a jednotlivé propojené oblasti se navzájem spojí prostřednictvím prostředků rozhraní, které zahrnují body rozhraní propojených oblastí spojené s příslušnými účastníky z alespoň dvou přilehlých propojených oblastí.
11. 11. Způsob podle nároku 10, vyznačující se potlačením vysílání a přijímání nosných signálů alespoň některými z účastnických jednotek v rámci příslušné propojené oblasti.
12. 12. Způsob podle nároku 11, vyznačující se potlačením vysílání a přijímání zmíněných nosných signálů ve zvolených úhlových oblastech.
13. 13. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 10 až 12, vyznačující se dále poskytnutím jedné nebo více

    16 87354a • 9 9 9 · 9 · 9 9 9 « 9 · · 9··· 99 * 9·· • 9* *99 99*

    99 99* ·· · · · jednotek (56) rozhraní jádrové sítě, tvořících rozhraní mezi síťovým systémem a běžnou dálkovou sítí.
14. 14. Způsob podle nároku 13, vyznačující se tím, že příslušné body rozhraní propojených oblastí jsou upraveny pro komunikaci s jednotkou (jednotkami) rozhraní jádrové sítě.