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Nachrichtenübertragungssystem mit Vielfachzugriff
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im Zeitmultiplex (TDMA) mit dezentral gesteuerter Kapazitätsvergabe
Die Erfindung betrifft ein System nach dem Oberbegriff des Pa t entansp ruch s 1-.
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Ein derartiges System ist bekannt aus "Frequenz" 25 (1971), Heft 10,
S. 303 bis 308, insbesondere aus Abschnitt 5.
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Der Vielfachzugriff im Zeitmultiplex muß nicht notwendigerweise zu
einem Satelliten erfolgen, sondern allgemein zu einem gemeinsamen übertragungskanal,
der als zentrale Einrichtung auch eine terrestrische Einrichtung haben kann.
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Daher werden im Folgenden die zugreifenden Stationen nicht Erdefunkstellen
sondern allgemein Stationen genannt Solche Systeme sind meistens mit der englischen
Abkürzung TDMA-Systeme (Time Division Multiple Excess) bezeichnet.
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Bereits beim bek-annten System sind Mittel vorhanden, um durch dezentrale
Steuerung die übertragungskapazität der einzelnen zugreifenden Stationen während
des laufenden Betriebs zu ändern, damit nicht benötigte ubertragungskapazitäten
kurzfristig dort nutzbar gemacht werden können, wo z. B. tageszeitlich bedingte
überlastungen vorliegen. In einem speziellen Datenkanal in der Präambel ihres Bursts
kann beim bekannten System jede Station bekanntgeben, daß sie ihren prozentualen
Anteil an der Systemkapazität zu ver kleinen bzw. zu vergrößern-. wünscht. Der von
einer Station bzw. von deren Burst nicht mehr benötigte Anteil des Rahmen
kann
nun von einer anderen Station zur Vergrößerung ihres Bursts und damit ihres Anteils
am Rahmen zur Verfügung gestellt werden. Dies geschieht dadurch, daß alle dazwischen
plazierten Bursts entsprechend "zur Seite rücken".
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Strebt man eine schnelle Umordnung des Rahmens an, so ergeben sich
bei einer derartigen Steuerung der dezentralen Kapazitätsvergabe große Probleme.
Die bekannte Art der Umordnung arbeitet nämlich recht langsam, da die Verschiebung
der Bursts mit konstanten Schritten geschieht, deren Schrittfrequenz gleich der
Rahmenfrequenz ist. Außerdem ist dadurch die Betriebszuverlässigkeit des System
gefährdet, da sie stark davon abhängt, ob alle betroffenen Stationen die Burstverschiebung
exakt durchführen.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein System der genannten Art
anzugeben, bei dem die dezentral gesteuerte Kapazitätsvergabe einfacher, schneller
und zuverlässiger erfolgt.
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Die Aufgabe wird wie im Patentanspruch 1 angegeben gelöst.
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Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielsweise näher
erläutert. Es zeigen: Fig. 1 den Rahmenaufbau des neuen TDMA-Systems und Fig. 2
ein Blockschaltbild des von der Erfindung betroffenen Teils einer Station des neuen
TDMA-Systems.
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Der in Figur 1 gezeigte Rahmen ist in kleinste adressierbare Einheiten,
sogenannte Zeitschlitze, gegliedert. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht
darin, daß jede im Zugriff befindliche Station an irgendeiner Stelle des Rahmens
einen Burst aussendet, dessen Präambel ausschließlich Daten zur Systemorganisation
enthält. Im Folgenden wird dieser Burst als Pilotburst bezeichnet. Welche Zeitschlitze
des Rahmens der Pilotburst einer Station belegt, auf welche Weise beim Erstzugriff
einer Station deren Pilotburst an die richtige Stelle im Rahmen gesetzt wird und
auf welche Weise er auf den Rahmenanfang synchronisiert wird, ist nicht Gegenstand
der vorliegenden Erfindung.
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Hinsichtlich der Aussendung der Nutzinformation einer Station gibt
es zwei Möglichkeiten: Die Nutzinformation kann als Teil des Pilotbursts, d.h. im
unmittelbaren Anschluß an dessen Präambel ausgesendet werden.
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Die Nutzinformation einer Station kann in einem oder mehreren Nutzburstsausgesendet
werden, deren Sendephase fest mit der Sendephase des Pilotbursts derselben Station
gekoppelt ist. Die Vergabe von Ubertragungskapazitäten an die einzelen Stationen,
also die Zuteilung von Zeitschlitzen im Rahmen für die ubertragung von Nutzinformation
nach einem der vorstehend angegebenen Verfahren ist Gegenstand der Erfindung. Zur
Erläuterung der Erfindung wird angenommen, daß die Pilotbursts lediglich aus einer
Präambel bestehen und die Nutzinformationen jeweils in einem oder mehreren Nutzbursts
übertragen werden.
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Jeder der Pilotbursts PS, die Figur 1 bei 128 Stationen des Systems
von 1 bis 128 nummeriert sind, ent-
hält in seiner Präambel am Anfang
einen Teil, in dem keine Informationen übertragen werden, den sogenannten Schutzabstand
SAS, danach einen Synchronisiervorlaut, ein Burstbeginnkennzeichen BBK, die Stationsnummer
STNR derjenigen Station, die ihn gesendet hat, eine Belegungs- und Vorbelegungsanzeige
BVA und eine systeminterne Zeichengabe ZG, die an späterer Stelle noch erläutert
werden. Jeder der Nutzburst, die mit NB und einem laufenden Index bezeichnet sind,
enthält ebenfalls einen Schutzabstand SAS, einen Synchronisiervorlauf und ein Burstbeginnkennzeichen
BBK, die gemeinsam die Präambel des Nutzbursts bilden. Die in der Präambel des Pilotbursts
enthaltenen Kanäle, wobei ein Kanal gleich einer bestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden
Zeitschlitzen ist, die mit BVA und ZG bezeichnet sind, sind entscheidend für die
zuverlässige Funktion der dezentralen Kapazitätsvergabe. Sie können auch in irgendeinem
anderen Nutzburst derselben Station enthalten sein, sofern dieser Nutzburst der
im Zugriffszustand ständig ausgesendete Burst ist.
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Im Kanal BVA nennt jede Station zyklisch alle von ihr belegten Plätze
im Rahmen. Im Kanal ZG teilt jede Station ihre Anderungswünsche hinsichtlich der
Rahmenbelegung mit, beispielsweise welche Zeitschlitze des Rahmens für eine neu
einzurichtende Verbindung zu einer in diesem Zusammenhang genannten Station benutzt
oder welche Zeitschlitze ab sofort nicht mehr benutzt werden, weil eine Verbindung
zu einer bezeichneten Station ausgelöst worden ist. Bei Duplexverbindungen antwortet
die betroffene Station in ihrem Kanal ZG, indem sie entsprechende Zeitschlitze für
die übertragung in Gegenrichtung nennt, bzw. beim Auslösen einer Verbindung entsprechende
Zeitschlitze freigibt.
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Die vorstehend genannte Unterteilung der von einer Station für Zwecke
der Kapazitätsvergabe ausgesendeten Informa tionen auf zwei parallele Kanäle BVA
und ZG hat folgende Gründe: - Eine neu inBetrieb gehende Station soll in der Lage
sein, in einer erträglichen Zeit (z.B. ungefähr 30 s) die gegenwärtige Rahmenbelegung
zu "lernen". Hierzu wäre es zwar denkbar, eine derart leistungsfähige Zeichengabe
vorzusehen, daß jede Station in einem einzigen Burst sämtliche von ihr belegten
Teile des Rahmens und damit auch die möglichen Neubelegungen bzw. Auslösungen bekannt
geben könnte. Dies wäre aber vom Standpunkt des Rahmenwirkungsgrades unwirtschaftlich.
Eventuell müssen nämlich in der Belegungsanzeige viele kleine Rahmenteile erwähnt
werden. Es ist daher zweckmäßiger, daß jede Station in einem KanaL BVA, der aus
einer fest vorgegebenen Anzahl von Zeitschlitzen besteht, nacheinander alle von
ihr belegten Rahmenteile bekannt gibt, wobei diese Bekanntgabe je nach Anzahl der
zu nennenden Rahmenteile sich über mehrere Rahmen erstreckt. Hat eine Station auf
diese Weise ihre Rahmenbelegungsanzeige (oder Vorbelegungsanzeige) bekannt gegeben,
so beginnt sie wieder von vorn.
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- Eine bereits über die Rahmenbelegung informierte Station soll sehr
schnell über Belegungsänderungen, d.h.
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neue Belegungen oder Auslösungen informiert werden. Zu diesem Zwecke
dienen kurze Anderungsmittei lungen, die sie unabhängig von der kontinuierlich laufenden
Belegung und Vorbelegungsanzeige in dem getrennten Kanal ZG aussenden kann
Anhand
des in Figur 2 dargestellten Blockschaltbildes wird nun die in jeder Station vorhandene
Einrichtung zur dezentralen Steuerung der Kapazitätsvergabe erläutert.
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Von der zentralen Einrichtung des Systems, z.B. dem Satelliten, werden
die Bursts aller im Zugriff stehenden Stationen empfangen, wobei die Empfangseinrichtungen
nicht gezeigt sind, und in einem Demodulator 1 demoduliert.
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Dessen Ausgangssignal, also sämtliche demodulierten Bursts, gelangt
auf einen Präambelempfänger 2 und parallel auf einen nicht gezeigten Nutzburstempfänger,
der die Nutzbursts in hier nicht interessierender Weise verarbeitet. Der Präambelempfänger
2 wertet von den Präambeln aller empfangenen Bursts diejenigen aus, welche Kanäle
BVA und ZG enthalten.
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Sämtliche empfangenen Belegungs- und Vorbelegungsanzeigen gibt der
Präambelempfänger 2 in eine Speichersteuerung 3 eines Rahmenbelegungsspeichers 4
ein. Aufgrund dieser Belegungs- und Vorbelegungsanzeigen schreibt die Speichersteuerung
die Rahmenbelegung in den Rahmenbelegungsspeicher ein, so daß dieser den Belegungszustand
der verschiedenen Zeitschlitze als binäre Information (belegt/nicht belegt) enthält.
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Die in den Kanälen ZG von allen Stationen empfangenen Anderungsmitteilungen,
einschließlich einer eventuellen eigenen Anderungsmitteilung gibt der Präambelempfänger
2 in einen Zeichengabe-Empfänger 5 ein. Der Zeichengabe-Empfänger 5 gibt unter Berücksichtigung
des Ergebnisses einer noch zu beschreibenden überwachung von kollidierenden Belegungswünschen
sämtliche Belegungsänderungen an die Speichersteuerung 3 die daraufhin diese mit
Priorität gegenüber den in den Kanälen BVA empfangenen Belegungsmitteilungen in
den Rahmenbelegungsspeicher einschreibt, d.h. gegebenenfalls die aufgrund
der
BVA-Mitteilungen in den Rahmenbelegungsspeicher eingegebenen Rahmenbelegungsinformationen
überschreibt. Der derart gesteuerte Rahmenbelegungsspeicher 4 enthält somit jeweils
den aktualisierten Rahmenbelegungszustand.
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Jede Station kann nun in fol-gener Weise von sich aus eine Anderung
der Rahmenbelegung bewirken. Eine Belegungssteuerung 6, die von der Speichersteuerung
3 fortlaufend Angaben über freie Zeitschlitze im Rahmen gemäß dem Zustand des Rahmenbelegungsspeichers
4 erhält, empfängt bei vorliegen eines Xnderungswunsches eine entsprechende Steuerinformation,
beispielsweise wenn die Station eine bestimmte übertragungskapazität für sich beanspruchen
will Liegt ein solcher Wunsch vor, so wählt die Belegungssteuerung geeignete Zeitschlitze
aus den angebotenen freien Zeitschlitzen aus. Um diese ausgewählten Zeitschlitze
den anderen Stationen bekannt zu geben, werden sie von der Belegungssteuerung 6
in einen Präambelgenerator 7üDertragez der die Informationen in den Kanal ZG der
zu generierenden Präambel einfügt.
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Da die Möglichkeit besteht, daß andere Stationen zufälLig nahezu gleichzeitig
dieselben Zeitsthlitze belegen wollen, d.h. in ihrem Zeichengabekanal ZG eine mit
der eigenen Station kollidierende Xnderungsmitteilung aussenden, ist eine überwachung
hinsichtlich einer Kollision notwendig.
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Zu diesem Zweck empfängt der Zeichengabe-Empfänger 5 die eigene Zeichengabe,
also die für die Neubelegung ausgewählten Zeitschlitze direkt von der Belegungsteuerung
6, und kann somit die überwachung durchführen. Da der Zeichengabe-Empfänger 5, wie
bereits erwähnt, sämtliche empfangene Belegungsänderungen an die Speichersteuerung
3 weitergibt, gibt er auch die direkt von der eigenen Belegungssteuerung
empfangene
Belegungsänderung an die Speichersteuerung 3 weiter, auch wenn diese vorerst n-ur
als versuchsweise Belegungsänderung zu betrachten ist, die noch einer Überprüfung
hinsichtlich Kollisionen mit Belegungsänderungen von anderen Stationen bedarf.
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Zur Kollisionsüberwachung untersucht der Zeichengabe-Empfänger 5 während
einer gewissen Überwachungszeit die von allen Stationen empfangenen Belegungsänderungen,
soweit sie beabsichtigte Neubelegungen anzeigen, darauf, ob die in ihnen genannten
Zeitschlitze mit denjenigen Zeitschlitzen ganz oder teilweise übereinstimmen, die
von der eigenen Station zum Zwecke einer Neubelegung mitgeteilt werden.
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Die uberwachungszeit kann je nach den Gegebenenheiten des Gesamtsystems
verschieden gewählt werden, z.B. kann eine absolute Zeit oder ein Vielfaches der
Rahmendauer vorgegeben werden. Es ist auch möglich, die überwachung dann zu beenden,
wenn über den Präambelempfänger die eigene Belegungsänderung im eigenen Zeichengabekanal
ZG empfangen wird.
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Eine Kollision von mitgeteilten Neubelegungen wird in allen die Kollision
verursachenden Stationen bemerkt. Alle diese Stationen treffen nach einer festliegenden
Regel die gleiche Entscheidung,welche der kollidierenden Neubelegungen als einzige
zum Zuge kommt. Als Regel zur Feststellung der zum Zuge kommenden Neubelegung kann
festgelegt sein, daß die nach absoluter Zeit zuerst abgesendete Neubelegung den
Vorrang erhält oder daß die Neubelegung durch die Station mit der niedrigsten Stationsnummer
den Vorrang erhält oder, daß für Wiederholungen von Belegungsversuchen ein Vorrang
gewährt wird.
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Abhängig vom Ergebnis der Kollisionsüberwachung laufen nun folgende
Funktionen ab: Tritt keine Kollision auf, so wird der Belegungssteuerung 6 und parallel
der Speichersteuerung ein Freigabesignal zugeführt. Das Freigabesignal schaltet
die Belegungssteuerung 6 passiv, da sie ihren Beitrag zur Belegungsänderung erfolgreich
abgeschlossen hat. Die Speichersteuerung 3 wird durch das Freigabesignal veranlaßt,
die zum Zuge gekommene eigene Neubelegung, die sie bereits in den Rahmenbelegungsspeicher
4 eingegeben hat, nunmehr in die eigene Belegungs- und Vorbelegungsanzeige aufzunehmen.
Die eigene Belegungs- und Vorbelegungsanzeige steuert die Sendephase der von der
Station auszusendenden Bursts und wird gleichzeitig als Bestandteil der Präambel
fortlaufend in dem Kanal BVA aller Stationen bekanntgegeben.
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Das gleiche geschieht, wenn bei einer Kollision die eigene Neubelegung
diejenige ist, die zum Zuge kommt.
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Kommt bei einer Kollision eine fremde Neubelegung statt der eigenen
Neubelegung zum Zuge, so erhält die Belegungssteuerung ein Signal, das sie zu einem
neuen Belegungsversuch veranlaßt, -indem sie eine Auswahl unter den ihr angebotenen
freien Zeitschlitzen trifft. Dasselbe Signal, das einen erfolglosen Neubelegungsversuch
bedeutet, erhält auch die Speichersteuerung 3, die daraufhin im Rahmenbelegungsspeicher
die bereits eingeschriebene versuchte eigene Neubelegung löscht und statt dieser
die zum Zuge gekommen fremde Neubelegung einspeichert.
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Hinsichtlich der vorstehend beschriebenen dezentralen Steuerung der
Kapazitätsvergabe ist zu unterscheiden, ob
sich die Station, in
der ein Wunsch nach einer Neubelegung vorliegt, bereits im stationären Zustand befindet,
in dem ihr Rahmenbelegungsspeicher die aktuelle Rahmenbelegung bereits vollständig
enthält oder ob sie sich im Zustand des Erstzugriffs befindet, bei dem der Rahmenbelegungsspeicher
noch nicht die vollständige Information über die Rahmenbelegung enthält. Dieser
letztere Zustand entsteht, wenn eine Station nach vorübergehendem Ausfall, z.B-.
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wegen Reparatur, neu eingeschaltet wird. In diesem Falle unterdrückt
die Speichersteuerung die Angaben über freie Zeitschlitze solange, bis der Rahmenbelegungsspeicher
den aktuellen Stand erreicht hat. Dies wird der Fall sein, wenn auch die Station
mit der umfangreichsten Belegungs-und Vorbelegungsan-zeige bereits mit der Wiederholung
ihres Zyklus begonnen hat. Danach kann die "Lernphase" einer Station beim Erstzugriff
als abgeschlossen gelten.
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Das vorstehend beschriebene System mit völlig dezentraler Steuerung
der Kapazitätsvergabe läßt auch in einer weiteren Hinsicht eine erhebliche Flexibilität
zu. Erweitert man nämlich den Rahmenbelegungsspeicher derart, daß in diesem Speicher
alle Informationen über die Verbindungen der eigenen Station (z.B. Adressaten, Partnerkanäle
im Duplex usw.) gespeichert werden können, so ist es möglich, jeder Station mit
einem derart erweiterten Speicher die Aufgabe der Systemüberwachung zuzuweisen.
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