DE3224922C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Funknachrichtenübertragungssystem gemaß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Nachrichtenübertragungssystem 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. 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.

Aus der DE-OS 27 15 332 ist ein System zur drahtlosen Übertragung von Digitalinformationen zwischen Sendern und Empfängern bekannt, bei dem sendeseitig die Digitalinformation in Impulsbündeln mit sehr großer Geschwindigkeit gesendet wird und empfangsseitig die empfangene Digitalinformation mit kleiner Geschwindigkeit ausgewertet wird. Vorkehrungen zur Synchronisation der Impulsbündel werden dabei nicht getroffen. Um die Überlappung von ausgestrahlten Impulsbündeln zu beschränken, wird die Erkenntnis ausgenutzt, daß die Wahrscheinlichkeit einer Überlappung mit zunehmender Gesprächsdichte größer wird. Zur Abhilfe mißt jede Station die Gesprächsdichte und kann nur dann auf das System zugreifen, wenn die Gesprächsdichte einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Funknachrichtenübertragungssystem ohne Vorrichtung zur Synchronisation der Impulsbündel anzugeben, bei dem die Überlappungswahrscheinlichkeit für eine bestimmte Gesprächsdichte erniedrigt wird.

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. Das Nachrichtenübertragungssystem ist für ein Telefonsystem mit geringen Verkehrs- bzw. Teilnehmerdichten, wie sie bei dünner Besiedlung anzutreffen sind, gut geeignet.

Die Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen eines Aus­ führungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Fernsprechnetz mit Knotenstellen und orts­ festen Teilnehmerstationen mit Sende/Empfangsteil;

Fig. 2 eine Zentralstation mit einigen ortsfesten Teil­ nehmerstationen;

Fig. 3 den Signalfluß zwischen den Teilnehmerstationen und der Zentralstation;

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Teilnehmerstation;

Fig. 5 eine Einzelheit des Sendeteils der Teilnehmer­ station;

Fig. 6 den Signalfluß in den Speichern und

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Zentralstation.

In Fig. 1 ist ein öffentliches Fernsprechnetz, das Knoten­ stellen 1 untereinander verbindet, teilweise dargestellt. Die Knotenstellen 1 sind durch Quadrate und die Verbindungen zwischen den Knotenstellen 1 durch eine Doppllinie gekenn­ zeichnet. Diese Verbindungen können z. B. durch Kabel oder Richtfunk hergestellt werden. Die Knotenstellen 1 enthalten jeweils eine Zentralstation 2 des Nachrichtenübertragungs­ systems mit einer Überleiteinrichtung zum öffentlichen Fern­ sprechnetz. Die Zentralstationen 2 sind durch ein Quadrat im Quadrat der Knotenstellen 1 gekennzeichnet. Das öffent­ liche Fernsprechnetz kann auch anders gestaltet sein; es kann zum Beispiel Satellitenübertragung vorgesehen sein oder es können Knotenstellen mit abgesetzten Zentralsta­ tionen oder Relaisstationen vorhanden sein.

Die Teilnehmerstationen, bestehend aus Sendeteil, Empfangs­ teil 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 Teil­ nehmerstationen umfaßt und dabei einen Durchmesser von 20 bis 80 km aufweist.

In Fig. 2 ist eine Zentralstation 2 mit einigen Teilnehmer­ stationen 3 und dazugehörigen Endgeräten 4, zum Beispiel Telefonapparate, 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 Ver­ fügung 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 Auf­ gabe der direkten Gesprächsvermittlung zwischen den Teil­ nehmerstationen ihres Versorgungsbereiches und die der Über­ leitung ins öffentliche Fernsprechnetz bei gleichzeitiger Formatwandlung und Schnittstellenanpassung.

Die Funkübertragung zwischen den Teilnehmerstationen und der Zentralstation geschieht in einer pseudostatistischen Verteilung. Der entsprechende Signalfluß ist in Fig. 3 dar­ gestellt. Die digitalisierte Sprache mit beispielsweise 32 kbit/s wird in Blöcke von 30 ms Länge eingeteilt und durch Kompression zu Impulsbündeln (Bursts) von 300 µs in der Zeitebene komprimiert, die dann pseudostatistisch verteilt ausgesendet werden. Dabei steigt die Datenge­ schwindigkeit auf 3,2 Mbit/s in einem Impulsbündel an. In Zeile a) der Fig. 3 sind die von einer ersten Teilnehmer­ station zur Aussendung kommenden 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 Breit­ bandfunkübertragungskanals und damit gleichzeitig das Emp­ fangssignal der Zentralstation dargestellt.

Oberhalb der Zeile a) ist der Inhalt eines Impulsbündels gezeigt. Jedes Impulsbündel beginnt mit einer Synchroni­ sationsfolge Sync, worauf die Rufnummer Adr der gerufenen und dann die Rufnummer Id der rufenden Teilnehmerstation folgt. Daran schließt sich die digitali­ sierte Sprache aus dem jeweiligen 30 ms langen Block an, die etwa 1000 bit umfaßt.

Die Länge der Blöcke ist als bevorzugtes Beispiel ange­ geben, ebenso wie der Kompressionsfaktor und die Datenge­ schwindigkeit der digitalisierten Sprache.

Wenn QPSK-Modulation in den Sendeteilen der Stationen an­ gewendet wird, so beträgt die erforderliche Bandbreite etwa 2 MHz. Bei einem in einem Telefonsystem notwendigen Duplex-Verkehr sind dann 2×2 MHz Bandbreite nötig, die man zweckmäßigerweise in getrennten Frequenzbändern vor­ sieht.

Die nichtsynchrone Übertragung der Impulsbündel führt zu einer annähernd statistischen Verteilung mit der Möglich­ keit der Überlappung einzelner Impulsbündel. Die Wahr­ scheinlichkeit der gegenseitigen Störung durch Überlappung ist jedoch gering. Selbst bei der als maximal angenommenen Verkehrsbelastung von zehn Gesprächen gleichzeitig, die sich aus max. 200 Teilnehmern im Bereich einer Zentralstation und max. 0,05 Erl./Teiln. ergibt, werden noch 84% aller Impulsbündel fehlerfrei übertragen, was wegen der hohen Redundanz der Sprache ausreichend sein dürfte.

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) gewünschter 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 Teilnehmerstation 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 Aus­ wahleinrichtung 17 auch mit dem Geber 10 für die eigene Rufnummer verbunden. Danach erfolgt durch langsames Lesen des Speichers die Dekomprimierung 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.

An die Auswahlvorrichtung 17 ist ein Gebührenzähler 20 ange­ schlossen, der bei gehenden Gesprächen die Zahl der emp­ fangenen Impulsbündel feststellt und nach Gesprächsende zu­ sammen mit der Entfernungszone des gerufenen Teilnehmers abspeichert. Auf diese Weise kann in einfacher Weise auch die Abbuchung in einen Münzfernsprecher vorgenommen werden. Bei einer Überleitung des Gespräches in das Fernsprechnetz können die Gebühren auch zentral erfaßt werden.

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 Sendeteilen der Teil­ nehmerstationen eine entsprechende Maßnahme zu ergreifen.

In Fig. 5 ist für den Speicher 9 der Teilnehmersta­ tion 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 ge­ schaltet. 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′′ ab­ wechselnd steuert, wobei der Zeitpunkt des Lesens gegen­ über dem Ende des gespeicherten Blockes in einem Bereich bis etwa 3 ms pseudostatistisch verteilt verzögert wird.

In Fig. 6 ist der Signalfluß in den Speichern 9 dargestellt. In Zeile a) ist die digitalisierte Sprache am Ausgang des A/D-Wandlers 8 mit ihrer Blockbildung gezeigt. Die Zeilen b) und c) stellen die Belegung der Speicher 9′ bzw. 9′′ dar, die von 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.

Der erste Block der digitalisierten Sprache wird 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 Teilnehmerstationen zustande, wodurch eine synchrone Überlappung bei der Funkübertragung im Kanal zwischen zwei zufällig zum gleichen Zeitpunkt sendenden Stationen ver­ mieden wird.

In Fig. 7 ist das Blockschaltbild der Zentralstation dar­ gestellt. Die von der Antenne 5 aufgenommenen Signale ge­ langen über eine Sende/Empfangsweiche 22 und einen Emp­ fänger 23 an einen Demodulator 24 mit Regenerierschaltung. Die regenerierten Impulsbündel werden dann einem Längen­ vergleich unterzogen und die durch Überlappung verlänger­ ten Impulsbündel ausgeschieden. Anstelle dieser ausge­ schiedenen Impulsbündel können solche mit Rauschen ein­ gefügt 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 Zentral­ station erreichen wollen, und in solche, die in das öffent­ liche Fernsprechnetz wollen, aufteilen. Die letzteren Impulsbündel gelangenjeweils entsprechend der gewünschten Rufnummer in einen von mehreren Speichern 26, aus denen sie zur Rück­ wandlung in die Blöcke der digitalisierten Sprache lang­ sam gelesen werden. Daran schließen sich Digital/Analog-Wandler 27 an, die an eine Überleiteinrichtung 28 angeschlossen sind. Die Überleiteinrichtung 28 verbindet die Zentralstation mit dem öffentlichen Fernsprechnetz und nimmt die erforder­ lichen Anpassungen vor.

Die Speicher 26 bestehen jeweils aus zwei parallel ge­ schalteten Speichern, die wechselweise die ankommenden Im­ pulsbündel speichern und aus denen wechselweise der Speicher­ inhalt langsam entnommen wird. Wie schon zur Fig. 5 be­ schrieben 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. Die Impulsbündel für Teilnehmer im Versorgungsbereich der Zentralstation gelangen in einen Speicher 31.

Die vom Fernsprechnetz ankommenden Gespräche gelangen über die Überleiteinrichtung 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 rückwirkungs­ frei zusammengefügt. An den Multiplexer schließen sich hin­ tereinander ein Modulator 33 und ein Sender 34 an, der sein Signal über die Sende/Empfangsweiche 21 auf die Antenne 5 gibt.

Claims (8)

1. Funknachrichtenübertragungssystem zur Übertragung von Nachrichten im Vielfachzugriff auf einem Kanal zwischen Teilnehmerstationen, die einen wahlfreien Zugriff zum Kanal haben, und wenigstens einer Zentralstation, die mit dem Fernsprechwahlnetz verbunden ist, wobei sowohl die Teilnehmerstationen (3) als auch wenigstens eine Zentralstation (2) einen Empfangsteil (15 bis 18) und einen Sendeteil (8 bis 13) enthalten und im Sendeteil (8 bis 13) die zu übertragenden digitalisierten Nachrichten zeitlich komprimiert und als Imnpulsbündel gesendet beziehungsweise im Empfangsteil (15 bis 18) dekomprimiert und empfangen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsbündel von den Teilnehmerstationen (3) unregelmäßig verzögert gesendet werden.

2. Funknachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (9) aus einem ersten und einem zweiten Speicher (9′, 9′′) besteht und die Blöcke abwechselnd in den ersten (9′) und den zweiten Speicher (9′′) geschrieben werden und die beiden Speicher (9′, 9′′) wechselweise unregelmäßig verzögert gelesen werden.

3. Funknachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerung nicht mehr als 3 ms beträgt.

4. Funknachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Teilnehmerstationen (3) ankommenden Impulsbündel zur Gebührenerfassung verwendet werden.

5. Funknachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Empfangsteil der Zentralstation (2) die Länge der Impulsbündel geprüft und bei Überlänge die Weiterverarbeitung gesperrt wird.

6. Funknachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß statt des gesperrten Impulsbündels ein Impulsbündel mit Rauschen eingefügt wird.

7. Funknachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Empfangsteil der Zentralstation (2) die Impulsbündel abwechselnd in einen ersten und einen zweiten Speicher (26) geschrieben werden und die beiden Speicher (26) wechselweise gelesen werden.

8. Funknachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausfall eines Impulsbündels der Speicher mit dem vorhergehenden Impulsbündel noch einmal gelesen wird.