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Funknachrichtenübertragungssystem
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Funknachrichtenüber tragungssystem
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein derartiges Nachrichtenüb-er-tragungssystem ist aus der Zeitschrift
"communication international" Mai 1980, Seiten 52 und 54, bekannt und wird dort
als Telefonsystem für ländliche Gebiete mit geringen Verkehrsdichten vorgeschlagen.
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Das beschriebene System arbeitet mit Zeitmultiplex auf einem übertragungskanal
mit Zugriff von jeder Teilnehmerstation aus. Hierzu ist ein allen Stationen bekannter
Zeitrahmen erforderlich, der eine Rahmen-Synchronisation und einen Laufzeitausgleich
in allen Stationen erfordert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Nachrichtenübertragungssystem
der eingangs genannten Art mit einer einfachen Zugriffstechnik und einem geringen
Aufwand für die Vermittlungs t ec hn i k anzug eben.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch 1 angegebenen
Mitteln. Ausgestaltungen der Erfindung, insbesondere hinsichtlich von Maßnahmen
gegen überlappungsstörungen der Impulsbündel, können den Unteransprüchen entnommen
werden. Das erfindungsgemäße Nachrichtenübertragungssystem erlaubt einen völlig
dezentralen Aufbau ohne Zeitsynchronisation, wodurch ein geringer Aufwand erreicht
wird.
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Das Nachrichtenubertragungssystem ist für ein Telefonsystem mit geringen
Verkehrs- bzw. Teilnehmerdichten, wie sie bei dünner Besiedlung anzutreffen sind,
gut geeignet.
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Die Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Fernsprechnetz mit Knotenstellen und ortsfesten
Teilnehmerstationen mit Sende/Empfangsteil; Fig. 2 eine Zentralstation mit einigen
ortsfesten Teilnehmerstationen; Fig. 3 den Signalfluß zwischen den Teilnehmerstationen
und der Zentralstation; Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Teilnehmerstation; Fig.
5 eine Einzelheit des Sendeteils der Teilnehmerstation; Fig. 6 den Signalfluß in
den Speichern und Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Zentralstation.
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In Fig. 1 ist ein öffentliches Fernsprechnetz, das Knotenstellen 1
untereinander verbindet, teilweise dargestellt.
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Die Knotenstellen 1 sind durch Quadrate und die Verbindungen zwischen
den Knotenstellen 1 durch eine Doppllinie gekennzeichnet. Diese Verbindungen können
z. B. durch Kabel oder Richtfunk hergestellt werden. Die Knotenstellen 1 enthalten
jeweils eine Zentralstation 2 des Nachrichtenübertragungssystems mit einer überleiteinrichtung
zum öffentlichen Fernsprechnetz. Die Zentralstationen 2 sind durch ein Quadrat
im
Quadrat der Knotenstellen 1 gekennzeichnet. Das öffentliche Fernsprechnetz kann
auch anders gestaltet sein; es kann zum Beispiel Satellitenübertragung vorgesehen
sein oder es können Knotenstellen mit abgesetzten Zentralstationen oder Relaisstationen
vorhanden sein.
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Die Teilnehmerstationen, bestehend aus Senderteil, Empfangsteil und
Endeinrichtung sind mit 3 bezeichnet und durch kleine Kreise dargestellt. Der gestrichelte
Kreis in der Fig. 1 soll den Versorgungsbereich einer Zentralstation 2 andeuten,
von dem angenommen wird, daß. er 2 bis 200 Teilnehmerstationen umfaßt und dabei
einen Durchmesser von 20 bis 80 km aufweist.
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In Fig. 2 ist eine Zentralstation 2 mit einigen Teilnehmerstationen
3 und dazugehörigen Endgeräten 4, zum Beispiel relefonapparate, dargestellt. Die
Zentralstation 2 verfügt über eine rundstrahlende Antenne 5. Die Teilnehmerstationen
3 weisen Richtantennen 6 auf, da angenommen wird, daß für den Betrieb nur höhere
Frequenzen oberhalb 100 MHz zur Verfügung stehen. Innerhalb des Versorgungsbereiches
einer Zentralstation 2 soll direkte Funkübertragung zwischen ihr und den Teilnehmerstationen
3 möglich sein, daher sollte sie ungefähr im Zentrum des Versorgungsbereiches angeordnet
sein. Die Zentralstation erfüllt im wesentlichen die Aufgabe der direkten Gesprächsvermittlung
zwischen den Teilnehmerstationen ihres Versorgungsbereiches und die der überleitung
ins öffentliche Fernsprechnetz bei gleichzeitiger Formatwandlung und Schnittstellenanpassung.
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Die Funkübertragung zwischen den Tei Inehmerstationen und der Zentralstation
geschieht in einer pseudostatistischen Verteilung. Der entsprechende Signalfluß
ist in teig. 3 dargestellt. Die digitalisierte Sprache mit beispielsweise 32 kbit/s
wird in Blöcke von 30 ms Länge eingeteilt und durch Kompression zu Impulsbündeln
(Bursts) von 300 in der Zeitebene komprimiert, die dann pseudostatistisch verteilt
ausgesendet werden. Dabei steigt die Datengeschwindigkeit auf 3,2 Mbit/s in einem
Impulsbündel an. In Zeile a) der Fig. 3 sind die von einer ersten Teilnehmerstation
zur Aussendung kommen den Impulsbündel, in Zeile b) diejenigen von einer zweiten
Teilnehmerstation und in Zeile c) diejenigen von einer dritten Teilnehmerstation
dargestellt. In Zeile d) ist die Gesamtbelegung des Breitbandfunkübertragungskanals-
und damit gleichzeitig das Empfangssignal der Zentralstation dargestellt.
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Oberhalb der Zeile a) ist der Inhalt eines Impulsbündels gezeigt.
Jedes Impulsbündel beginnt mit einer Synchronisationsfolge Sync, worauf die Rufnummer
Adr der gerufenen und dann die Rufnummer Id der rufenden Teilnehmerstation folgt.
Daran schließt sich die digitalisierte Sprache aus dem jeweiligen 30 ms langen Block
an, die etwa 1000 bit umfaßt.
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Die Länge der Blöcke ist als bevorzugtes Beispiel angegeben, ebenso
wie der Kompressionsfaktor und die Datengeschwindigkeit der digitalisierten Sprache.
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Wenn QPSK-Modulation in den Sendeteilen der Stationen angewendet wird,
so beträgt die erforderliche Bandbreite
etwa 2 MHz. Bei einem in
einem Telefonsystem notwendigen Duplex-Verkehr sind dann 2 x 2 MHz Bandbreite nötig,
die man zweckmäßiger Weise in getrennten Frequenzbändern vorsieht.
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Die nichtsynchrone übertragung der Impulsbündel führt zu einer annähernd
statistischen Verteilung mit der Möglichkeit der überlappung einzelner Impulsbündel.
Die Wahrscheinlichkeit der gegenseitigen Störung durch überlappung ist jedoch gering.
Selbst bei der als maximal angenommenen Verkehrsbelastung von zehn Gesprächen gleichzeitig,
die sich aus max. 20Q Teilnehmern im Bereich einer Zentralstation und max. 0,05
Erl./Teiln. ergibt, werden noch 84 2. aller Impulsbündel fehlerfrei übertragen,
was wegen der hohen Redundanz der SpraThce ausreichend sein dürfte.
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In Fig. 4 ist das Blockschaltbild der Teilnehmerstation gezeigt. Von
einem Mikrofon 7 des Telefonapparates gelangt das Sprachsignal an einen Analog-Digital-Wandler
8 und dann das digitalisierte Signal in einen Speicher 9. An den Speicher ist ein
Geber 10 für die eigene Rufnummer (Indentität) und ein Wähler 11 für Rufnummern
(Adressen) gewünscht-er Teilnehmer angeschlossen. Das durch schnelles Lesen des
Speichers 9 in der Zeitebene zu den Impulsbündeln komprimierte Signal, das mit der
Rufnummer des gerufenen und des rufenden Teilnehmers versehen ist, gelangt an einen
Modulator 12, der einen Sender 13 steuert. Dessen Ausgangssignal geLangt über eine
Sende/Empfangsweiche 14 auf die Richtantenne 6 der Tei Inehmerstation zur Abstrahlung
Die
von der Richtantenne 6 aufgenommenen Signale gelangen über die Sende/Empfangsweiche
14 an einen Empfänger 15, der einen Demodulator 16 steuert. An den Demodulator 16
ist eine Auswahleinrichtung 17 angeschlossen, die an einen nachgeschalteten Speicher
nur die Signale weitergibt, denen die eigene Rufnummer vorangestellt ist. Hierzu
ist die Auswahleinrichtung 17 auch mit dem Geber -10 für die eigene Rufnummer verbunden.
Danach erfolgt durch langsames Lesen des Speichers die Dekomprimier'ung der Impulsbündel
in die Blöcke der digitalisierten Sprache und durch einen Digital/ Analog-Wandler
18 die Rückwandlung in ein elektrisches Signal, das in einem Hörer 19 wiedergegeben
werden kann.
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An die Auswahlvorrichtung 17 ist ein Gebührenzähler 20 angeschlossen,
der bei gehenden Gesprächen die Zahl der empfangenen Impulsbündel feststellt und
nach Gesprächsende zusammen mit der Entfernungszone des gerufenen Teilnehmers abspeichert.
Auf diese Weise kann in einfacher Weise auch die Abbuchung in einen Münzfernsprecher
vorgenommen werden.
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Bei einer überleitung des Gespräches in das Fernsprechnetz können
die Gebühren auch zentral erfant werden.
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Die Möglichkeit der überlappung von Impulsbündeln tritt nur bei der
Funkübertragung von den Teilnehmerstationen zur Zentralstation auf, da die Teilnehmerstationen
völlig frei und unabhängig voneinander zum benutzten Kanal zugreifen können. Um
eine statistische Verteilung der Impulsbündel zu erreichen, ist also nur in den
Sendeteiien der Teilnehmerstationen eine entsprechende Maßnahme zu ergreifen.
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In Fig. 5 ist für den Speicher 9 der Teilnehmerstation gemäß Fig.
4 ein Blockschaltbild angegeben. Es sind zwei Speicher 9' und 9'' parallel zwischen
dem Ausgang des A/D-Wandlers 8 und dem Eingang des Modulators 12 geschaltet. Die
beiden Speicher 9' und 9'' werden von einer Steuerung 21 beeinflußt, die die beiden
Speicher abwechselnd zur Speicherung eines Blockes der digitalisierten Sprache freigibt
und das Lesen der beiden Speicher 9' und 9'' abwechselnd steuert, wobei der Zeitpunkt
des Lesens gegenüber dem Ende des gespeicherten Blockes in einem Bereich bis etwa
3 ms pseudostatistisch verteilt verzögert wird.
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In Fig. 6 ist der Signalfluß in den Speichern 9 dargestellt.
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In Zeile a) ist die digitalisierte Sprache am Ausgang des A/D-Wandlers
8-mit ihrer Blockbildung gezeigt. Die Zeilen tI b) und c) stellen die Belegung der
Speicher 9 bzw. 9 dar, die vor der Steuerung 21 beeinflußt werden, was durch die
Worte EIN und AUS gekennzeichnet ist. EIN steht dabei für das Speichern eines Blockes
und AUS steht für das schnelle Lesen des Speichers zur Bildung des Impulsbündels.
Das Speichern ist oberhalb der Zeitlinie t und das Lesen ist unterhalb derselben
dargestellt.
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Der erste Block der digitalisierten Sprache uird im Speicher 9' gespeichert
und danach gemäß Fig. 6 mit einer mittleren Verzögerung gelesen. Entsprechend wird
der dritte Block wieder im Speicher 9' gespeichert und gemäß Fig. 6 mit einer größeren
Verzögerung gelesen. Der zweite, vierte usw. Block wird im Speicher 9'' gespeichert
und mit der in Fig. 6 angegebenen Verzögerung gelesen. Hierdurch kommt ein unregelmäßiger
Signalfluß in den Sendeteilen der Tei Inehmerstationen zustande, wodurch eine synchrone
überiappung
bei der Funkübertragung im Kanal zwischen zwei zufällig zum gleichen Zeitpunkt sendenden
Stationen vermieden wird.
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In Fig. 7 ist das Blockschaltbild der Zentralstation dargestellt.
Die von der Antenne 5 aufgenommenen Signale gelangen über eine Sende/Empfangsweiche
22 und einen Empfänger 23 an einen Demodulator 24 mit Regenerierschaltung.
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Die regenerierten Impulsbündel werden dann einem Länge vergleich unterzogen
und die durch überlappung verlängerten Impulsbündel ausgeschieden. Anstelle dieser
ausgeschiedenen Impulsbündel können solche mit Rauschen eingefügt werden. Daran
schließt sich eine Verteileinrichtung 25 an, die die ankommenden Impulsbündel aufgrund
ihrer vorangestellten Rufnummer des gerufenen Teilnehmers in solche, die Teilnehmer
im Versorgungsbereich der Zentralstation erreichen wollen und in solche, die in
das öffentliche Fernsprechnetz wollen, aufteilen. Die letzteren Impulsbündel gelangen
jeweils entsprechend der gewünschten Rufnummer in einen von mehreren Speichern 26,
aus denen sie zur Rückwandlung in die Blöcke der digitalisierten Sprache Langsam
gelesen werden.Daran schließen sich DigitaL/Analog-Wandler 27 an, die an eine überleiteinrichtung
28 angeschlossen sind.
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Die überleiteinrichtung 28 verbindet die Zentralstation mit dem öffentlichen
Fernsprechnetz und nimmt die erforderlichen Anpassungen vor.
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Die Speicher 26 bestehen jeweils aus zwei parallel geschalteten Speichern,
die wechselweise die ankommenden Impulsbündel speichern und aus denen wechselweise
der Speicherinhalt langsam entnommen wird. Wie schon zur Fig. 5 beschrieben gehört
hierzu noch eine Steuerung, die die Speicher entsprechend beeinflußt. Im Falle eines
Ausfalls
eines Impulsbündels durch überlappung kann auch der Inhalt
des vorausgegangenen Impulsbündels nochmals gelesen werden.
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Die Impulsbündel für Teilnehmer im Versorgungsbereich der Zentralstation
gelangen in einen Speicher 31.
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Die vom Fernsprechnetz ankommenden Gespräche gelangen über die uberleiteinrichtung
28 jeweils an einen von mehreren Analog/Digital-Wandler 29, an die sich entsprechende
Speicher 30 anschließen. Die dort durch schnelles Lesen der Speicher 30 erzeugten
Impulsbündel werden in einem Multiplexer 32 mit denen aus dem Speicher 31 rückwirkungsfrei
zusammengefügt. An den Multiplexer schließen sich hintereinander ein Modulator 33
und ein Sender 34 an, der sein Signal über die Sende/Empfangsweiche 21 auf die Antenne
5 gibt.