DE3325569A1

DE3325569A1 - Digitales fernmeldesystem

Info

Publication number: DE3325569A1
Application number: DE19833325569
Authority: DE
Inventors: Joseph Emil London Ettinger; Robert Vincent Girton Cambridge Latin
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: STC PLC
Priority date: 1982-07-27
Filing date: 1983-07-15
Publication date: 1984-02-02
Also published as: ES524115A0; GB2125253A; GB2125253B; ES8502587A1

Description

R.V.Latin - J.E.Ettinger 2-1

Digitales FernmeLdesystem

Die Erfindung betrifft ein digitales Fernmeldesystem nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Derartige Fernmeldesysteme sind zur Übermittlung von Sprache und Daten in beschränkten örtlichen Bereichen - z.B. in einem Gebäude oder in einem Betriebsgelände besonders geeignet. Bei einem Beispiel eines solchen Fernmeldesystems ist eine Nebenstellenanlage mit einem Zusatznetz in Form einer offenen oder geschlossenen Ringleitung versehen (GB-PatentanmeIdung Nr. 81 13 348).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fernmeldesystem der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Übermittlung von Daten in begrenzten örtlichen Beeichen in technisch verbesserter und wirtschaftlicherer Weise erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das in Patentanspruch 1 gekennzeichnete Fernmeldesystem gelöst.

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Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Bei dem FernmeIdesystem nach der Erfindung wird eine spezielle Art der Code- oder Spektrumsspreizung verwendet, die unter der Bezeichnung CDMA (für: Code Division Multiple Access) oder Vielfachzugriff im Codemultiplex bekannt ist und die in speziellen militärischen Systemen und in Satelliten-Rundfunksystemen bereits eingesetzt worden ist. Bei der leitungsgebundenen Nachrichtenübertragung (über elektrische oder optische Leiter) ist sie aber bislang nicht verwendet worden, da die Fachwelt bislang der Meinung war, daß diese Art der Codespreizung aufgrund der erforderlichen hohen Bandbreite und der relativ schlechten Bandbreitenausnützung für die leitergebundene übertragungstechnik ungeeignet ist. Es hat sich aber gezeigt, daß sie mit dem erfindungsgemäßen Fernmeldesystem, insbesondere in begrenzten örtlichen Bereichen, vorteilhaft einsetzbar sind.

Es wird dabei eine Modulationstechnik angewandt, die auch unter der Bezeichnung Pseudo-Geräusch-Modulati on bekannt ist. In dem Sendegerät wird ein modulierter Hochfrequenzträger in einem Modulator unregelmäßigen Phasenumkehrungen unterworfen, die durch das Ausgangssignal eines Codegenerators gesteuert werden, der seinerseits durch einen stabilen Oszillator oder Taktgenerator mit einer Frequenz f gesteuert wird. Der Codegenerator erzeugt einen Bitstrom in einer pseudozufälligen Folge, und diese 1" oder O-Bits stellen die Modulationsdaten dar, die auf die Pseudozufa I Is-Fo Ige aufgeprägt werden. Die resultierende Signalwelle, die eine Kombination der Pseudozufa I Is-Fo Ige

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und der Modulationsdaten darstellt, wird einem Gegentaktmodulator zugeführt, der den Hochf quenzträger bei einem O-Bit in der resultierenden Signalwelle unverändert läßt und bei einem 1-Bit eine Phasenumkehr erzeugt.

Die Pseudozufa I Is-Fo Ige wird beispielsweise in einem Rückkopp Lungs-Schieberegister erzeugt. Weist dieses η Stufen auf, so ergibt sich eine Folge von (2 -1) Bits, bevor sich die Folge wiederholt. Dadurch, daß r¹ i e Scha lter stellunqen des Rückkopplungs-Schieberegisters geändert werden, können unterschied I iche Bitfolgen erzeugt werden. In dem nachfolgend beschriebenen Fernmeldesystem werden sieben Stufen verändert, woraus sich eine Folge von (2 -1) Bits ergibt. In einigen Anwendungsfällen kann auch ein Schieberegister mit bis zu 15 Stufen verwendet werden, der dann eine Folge

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von (2 -1) Bits erzeugt.

In einer Empfangsstation des erfindungsgemaßen Fernmeldesystems wird das ankommende Hochfrequenzsignal einem identischen Gegentaktmodulator zugeführt, der von einem identischen Codegenerator gesteuert wird. Wird dabei derselbe Code erzeugt und sind die beiden Codefolgen synchron zueinander, so wird die Wirkung der Phasenumkehrungen aufgehoben. Um eine schnelle Synchronisation zu erreichen, Iejft der den Empfänger-Codegenerator antreibende Taktgeber mit einer geringfügig von der Frequenz des Sender-Oszillators abweichenden Frequenz, so daß die beiden ' Codefolgen gegeneinander driften. Eine Korre latorscha L-tung erzeugt nur dann ein Ausgangssignal, wenn die beiden Codefolgen synchron sind. Dieses Ausgangssignal kann dazu verwendet werden, den Empfänger-Taktgeber in der richtigen Frequenz und Phase zu halten. Stimmen die Sender

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und die Empfänger-CodefοLge nicht miteinander überein, so gibt die KorrelationsschaLtung kein Ausgangssignal ab.

Die Taktfrequenz - und auch die Frequenz der Pseudozufa LLs-CodefοLge - ist viel größer als die Frequenz der ModuLationsdaten. Damit erzeugen die Pseudozufa IIs-Phasenumkehrungen eine Spreizung des Spektrums der Ursprung Lichen modulierten SignalwelLe. Die Einhüllende der Spektrumssp.reizung ist eine sin x/x-Funktion, und die Signalenergie wird über eine Bandbreite von angenähert 2 f g e spreizt. Unerwünschte Signale werden, wenn sie nicht schon gespreizt sind, durch die Wirkung der Phasenumkehrungen in dem Empfänger gespreizt und erscheinen an dem Empfängerausgang als Geräusch. Einen verschiedenen Code verwendende gespreizte Signale erscheinen ebenfalls als Geräusch.

Das erfindungsgemäße Fernmeldesystem überträgt somit mehrere Signale zur gleichen Zeit, die alle dasselbe Frequenzband belegen. Daraus folgen einige Merkmale, die für Fernmeldesysteme in örtlich begrenzten Bereichen vorteilhaft sind. Diese Merkmale können folgendermaßen zusammengefaßt werden:

a) Jeder Benutzer kann zu jedem Zeitpunkt auf das System zugreifen, ohne auf einen freien Kanal warten zu müssen. Somit ergeben sich keine Besetztfälle oder Rufbl.ockierungen im üblichen Sinne, obwohl der Verkehr möglicherweise durch die Verfügbarkeit von Betriebs- und Steuerprogrammen begrenzt wird.

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b) Es gibt keine starre Grenze für die Anzahl aktiver Benutzer, die gleichzeitig durch die Anlage vermittelt werden können, überschreitet die Anzahl der aktiven Benutzer den Auslegungswert der Anlage, so erfolgt lediglieh eine gleichmäßige Verringerung der Gesprächsgüte für alle Benutzer, und es wird kein gewünschter Zugriff zurückgewiesen. Das Fernmeldesystem zeigt somit nur eine angemessene Verringerung der Betriebsaüt^ .

c) Da jedem potentiellen Bpnutzer eine besondere Signal- oder Codefolge zugeteilt wird, ergibt das Fernmeldesystem nach der Erfindung die Geheimhaltung der Nachrichtenverbindung. Diese Geheimhaltung ist für die einzelnen Gesprächsverbindungen gegenüber zufälligen Lauschern gewährleistet, sie stellt aber keine Verschlüsselung dar. Somit kann ein Bruch der Geheimhaltung mittels geeigneter Geräte,wie auch bei anderen Fernmeldesystemen, nicht ausgeschlossen werden.

d) Da jeder Benutzer eine eigene Codefolge behält, muß keine Kana lumschaItung oder Adressänderung durchgeführt werden, wenn er seinen Aufenthaltsort verändert.

e) Da sämtliche Benutzer dasselbe Frequenzband benutzen, kennen die Tei Inehmerscha Itungen, z.B. die Leitungsabschlußschaltungen, untereinander gleich sein.

Die physikalische Übertragungsstrecke ist entweder ein elektrisches Kabel, z.B. ein Koaxialkabel, oder ein Lichtwellenleiter.

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Ein AusführungsbeispieL der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Teil eines Senders für ein erfindungsgemäßes Fernmeldesystem;

Figur 2 einen Teil eines Empfängers für ein erfindungsgemäßes FernmeLdesystem, in Blockdiagrammdarstellung, und

Figur 3 die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Fernmeldesystems anhand mehrerer Signaldiagramme.

Aus Figur 1 sind die wesentlichen Bestandteile der Sendeeinrichtung einer Leitungs-Schnittstellenschaltung eines erfindungsgemäßen digitalen Fernmeldesystems ersichtlich. Bei dem Ausführungsbeispiel steht eine Bandbreite von
100 kHz zur Verfügung, wobei die gesamte Nachrichtenrate des Geräts 240 kbit/s beträgt. Das Fernmeldesystem kann somit 16 Geräte, die jeweils mit 2,4 kbit/s arbeiten, oder aber mehrere Geräte unterschiedlicher Arbeitsgeschwindigkeit, deren Gesamtbitrate 240 kbit/s beträgt, bedienen. Wie bereits erwähnt sinkt, wenn die vorgegebene Bitrate überschritten wird, die Güte der Verbindungen für alle Geräte in angemessener Weise. Steht für das System eine größere Bandbreite zur Verfugung, z.B. durch Verwendung von Koaxialkabeln oder Lichtwellenleitern, so kann die
gesamte übertragene Nachrichtenmenge ohne weiteres erhöht werden, z.B. auf über 2400 kbit/s bei Verwendung
von Koaxialkabeln.

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Die Taktsignale CLOCK eines nicht dargestellten Taktgebers steuern eine Datenquelle 1, dei_n Ausgangssignale einer Modulatorschaltung 2 zugeführt werden (Figur 1). Durch Setzen der einzelnen Schalter eines Rückkopp lungs-Schieberegisters 3 wird eine gewünschte zu erzeugende Signalfolge festgelegt. Diese Signalfolge, die periodisch wiederholt wird, stellt die Codiervorschrift für eine zu sendende Nachricht dar. Die Schalter werden entsprechend der Zieladresse einer gegebenen Nar^richt eingestellt, wenn diese Nachricht ausgesendet werden soll. Die somit · erzeugte CDMA-Codespreizung wird der Modulatorschaltung zugeführt, deren Ausgangssignal über einen Leitungstreiber 4 zu einer übertragungs- oder Teilnehmerleitung UL ge langt.

Mit einem 7-stufigen Schieberegister mit veränderlichem Abgriff, wie in der Zeichnung dargestellt, wobei die einzelnen Abgriffsschalter gemäß einer Adresscode-Tabelle gesetzt werden können, kann maximal eine 18 Bit-Folge eingestellt werden, d.h. es können spezielle Adresscodes mit maximal 18 Stellen definiert werden: 16 für die Stationen oder Endgeräte des Systems, 1 für allgemeine oder Rund-Sendungen und 1 für den Zugriff zu einem anderen begrenzten örtlichen Bereich über eine Verbindungsschaltung. Die Codelänge für jede Einzelnachricht beträgt 127 Bits, woraus sich 21 db Abstand gegen Störung durch andere Geräte ergeben. Dies wird üblicherweise als Störabstand bezeichnet.

Der variable Abgriff des Schieberegisters 3 ist in der Zeichnung zwar als eine Reihe mechanischer Schalter dargestellt, tatsächlich besteht er aber in der Regel aus

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durch die Tabelle gesteuerten elektronischen Schaltern, wobei die Tabelle ihrerseits über eine Tastatur eingestellt wird.

Der in seinen wesentlichen Bestandteilen aus Figur 2 ersichtliche Empfänger ist dazu geeignet, mit dem Sender nach Figur 1 zusammenzuarbeiten. Diese Zusammenarbeit bassiert auf einer angepaßten Fi Itersummierung-Suchtechnik und reagiert auf zwei Antwort codes, von denen einer dem Gerät einschließlich der Schaltungen von Figur 2 zügeteilt ist und der andere zum Empfang von Rundsendungen bestimmt ist.

Von einer LeitungsabschlußschaItung 10 gelangen die über die Leitung empfangenen Signale, wenn nötig verstärkt, zu zwei Erfassungskanälen, einer für den Gerätecode und der andere für den Rundsendungscode. Beide Kanäle empfangen Takte von einem Bezugsoszillator 11, und zwar einer direkt und einer über einen π/2-Phasenschieber 12. Da die beiden Kanäle den gJeichen Aufbau aufweisen, wird nur der obenliegende beschrieben. Ein Produktdetektor 13, der von dem Bezugsoszillator 11 und der Schnittstellenschaltung 10 gespeist wird, erzeugt ein Ausgangssignal, das mit der Ursprungsnachricht synchron ist. Dieses Ausgangssignal wird in einer Abtast- und Quantisier se ha Itung - und zwar durch das Taktsignal gesteuert - abgetastet und durch vier geteilt und gelangt dann zu einem Schieberegister 15. Hier wird der Bitstrom mit dem geeigneten Antwortcode aus einem Speicher 16 korreliert, und das Ausgangssignal über ein Summierglied zu der nicht dargestellten Anwender se ha Ltung weitergeleitet.

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In Figur 3 ist sowohl der Sende- als auch der Empfangsvorgang dargestellt, und zwar eins Ließlich der Wirkungsweise der Empfängerkorrelation bei gewünschten und ungewünschten Codespreizungs-Signalen. In den einzelnen Zeilen von Figur 3 ist folgendes dargestellt:

a) die Ursprungs-Codesigna Ifο Ige;

b) die zu übertragende binärcodierte Information;

c) die übertragene Endsigna I fο Ige (a · b);

d) die Phase des gesendeten Träger^;

e) die Phase des empfangene:, Trägers nach der Phasenum- · kehrung durch den Empfängercode;

f) die demodulierte Information;

g) die Trägerphase eines empfangenen ungewünschten Signals, und

h) die Trägerphase eines unerwünschten Signals, und zwar nach der Phasenumkehrung durch den Empfänger code.

Die Codesignal- und die Nachrichtenübertragungsgeschwindigkeit sind nicht maßstäblich dargestellt, aber aus der Darstellung ist ersichtlich, daß die erste übertragungsgesehwindigkeit ein Vielfaches der zweiten übertragungsgeschwindigkeit ist.

Claims

International Standard Electric
Corporation, New York

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Patentansprüche

π./ Digitales Fernmeldesystem, das mehre¹": Stationen, die Nachrichten aussenden und/oder empfangen, sowie eine die Stationen miteinander verbindende physikalische Übertragungsstrecke (UL) aufweist, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß die Übertragung der Nachrichten mittels Spektrum spreizung erfolgt und jede Nachricht in für ihre Zielstation (Figur 2) oder Zielstationen geeigneter Weise moduliert wird, und daß jeder potentiellen Empfangsstation alle ankommenden Nachrichten zur Adressenkorrelation angeboten werden, wobei eine Korrelationsschaltung (16) der Zielstation (Figur 2) nur dann anspricht, wenn die Zieladresse der Nachricht mit der Adresse der Station übereinstimmt.
2. Fernmeldesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichr.et, daß die Stationen (Figur 1, Figur 2) zum Senden und Empfangen von Sprach- und/oder Datensignalen ausgebildet si iv¹; daß die Nachrichten mittels Vielfachzugriff-Codemultiplex übertragen werden, und daß dazu jede Nachricht auf eine digitale Codesignalfolge aufmoduliert wird, die der jeweiligen Zielstation zugeordnet ist.

ZT/P1-Bk/Bl

13.JuIi 1983 -2-

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3. FernmeLdesystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sendende Station ein RückkoppLungs-Schieberegister (3) mit variabLen EinsteLLschaLtern und eine Steuerung für diese EinsteLLschaLter aufweist, so daß durch das Schieberegister (3) wiederhoLt eine CodesignaL-foLge erzeugbar ist, die der ZieLstation oder den ZieL-stationen zugeordnet ist, für die die zu übertragende Nachricht bestimmt ist.
4. FernmeLdesystem nach einem der vorhergehenden An-Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsstrecke (UL) aus Lichtwe LLenLeitern besteht.