DE3337644C1 - Funknetz mit einer Vielzahl von mobilen Stationen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Funknetz nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In manchen Anwendungen treten Anordnungen von mobilen Funk­ stationen auf, die folgende Merkmale haben:

• - Betrieb im freien Gelände oder Wald, auf dem Wasser oder in der Nähe von Häusern (vgtl. unter Einbeziehung von Ge­ bäuden),
• - Anordnungen von vielen (z. B. 50-100) Funkteilnehmern mit je eigener Mobilstation,
• - Gesamtausdehnung des durch die Teilnehmer gespannten Netzes von typisch 500 m bis 20 km, evtl. auch mehr,
• - keinerlei für die Organisation und Kommunikation des Netzes verantwortliche zentralisierte Funktionen.

Fig. 1 zeigt ein beispielhaftes Funknetz mit den Stationen A, B, und C mit unterschiedlicher Zahl von Telefonteilneh­ mern und Datenteilnehmern je Station und einer über Station B (als Relais) geführten Verbindung zwischen Telefon 1 der Station A und Telefon N der Station C.

An solche Anordnungen werden bezüglich der Kommunikations­ möglichkeiten Forderungen gestellt, z. B.

• - Verfügbarkeit aller mit Kabeln realisierbaren Kommunika­ tions-Dienste, z. B. Fernsprechen/-schreiben/-kopieren und Datenübertragung mit Leistungsmerkmalen, die denen mit Kabeln entsprechen,
• - Automatisierung der Aufgabenbereiche: Kontaktaufnahme, Einbindung in das Netz, Verwaltung/Rekon­ figurierung usw.,
• - alternative Möglichkeiten der digitalen Nachrichtenübertra­ gung mit Übertragungsraten pro Kanal von z. B. 16/32/64 kbit/s,
• - sehr große mögliche Summendatenrate (Verkehrskapazität) des Kanalbündels des gesamten Funknetzes von z. B. 512/1024/2048/4096 Mbit/s,
• - Anwendung einer Funk-Übertragungstechnik, die nur zu einer geringen Emission von Signalenergie führt.

Unter den bekannten Systemen kommt das in IEEE Trans. Comm., Vol. COM-28, No. 9, Sept. 1980, pp. 1616-1624 beschriebene dem erfindungsgemäßen Funknetz am nächsten. Dieses als Kon­ zept beschriebene System hat folgende relevante Merkmale:

• - Bündelnde Sende- und Empfangsantennen mit 6/10 Grad Öff­ nung bezüglich Azimut/Elevation.
• - Übertragung nach dem synchronen Zeitmultiplex-Verfahren. Jeder von 6 bezüglich einer Station möglichen Kanälen wird von ihr (nach einer einmaligen Verbindungsaufbauprozedur) fest für eine Verbindung zu einer von maximal 6 möglichen Nachbarstationen vergeben und für die Übertragung mit je einem individuellen Codewort spektral gespreizt. Zwischen diesen 6 Kanälen kann jede Station vermitteln und darüber auch eigene Daten übertragen. Zwischen zwei Stationen kön­ nen bei Bedarf auch zwei oder mehr Kanäle fest geschaltet werden.
• - Die Neuaufnahme einer Station in das Netz wird durch eine dezentrale Organisation gelöst, wobei die neue Station nacheinander Signale aller möglichen Codes in eine erste Richtung abstrahlt und auf Antwort einer dem Netz angehö­ renden Station wartet. Kommt keine Antwort, dann wird die Antennenkeule um ein Segment geschwenkt und der Versuch wiederholt usw.
• - Jede dem Netz bereits angehörende Station verwendet einen Teil ihrer Zeit, während der sie nicht übertragen muß, empfangsbereit für Signale neuer Stationen, während der restliche Zeitanteil für eigene Versuche verwendet wird, weitere Kontakte zu möglichen Netzstationen zu bekommen. Je mehr Verbindungen (max 6) eine Station bereits zum Netz hat, umso weniger Zeit verwendet sie für weitere Kontaktsuche zum Netz, sondern bleibt zunehmend nur noch für Neuanmeldungen offen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Funksystem der eingangs ge­ nannten Art anzugeben, das von o. g. Forderungen insbesondere die nach geringer Emission von detektierbarer Signalenergie erfüllt und dabei in unterschiedlichen Ausprägungen mit un­ terschiedlich aufwendigen Organisationsroutinen realisiert ist.

Die Erfindung ist in den Patentansprüchen 1, 3 und 4 ge­ kennzeichnet. Die weiteren Ansprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen bzw. Ausführungen der Erfindung.

Die Erfindung wird im folgenden näher erläutert.

Im Unterschied zu dem in IEEE Trans. Comm., Vol. COM-28, No. 9, Sept. 1980, pp. 1616-1624 beschriebenen System hat das erfindungsgemäße System folgende Merkmale:

• - Einsatz von mobilen Funkgeräten für die digitale Nach­ richtenübertragung unter Nutzung von mm-Wellen.
• - Ausstattung jeder Funkstation mit Rechner-Intelligenz, so daß alle für die An/Abmeldung der Station beim/vom Netz und für die Signalisierung und Kommunikation nöti­ gen Funktionen vorläufig dezentral abgewickelt werden können.
• - Ausstattung der Stationen mit Relais- und Vermittlungsfunk­ tionen, so daß nach Bedarf synchrone transparente Verbin­ dungen nach dem Kanalvermittlungsverfahren zwischen benach­ barten Stationen und zwischen Endteilnehmern beliebiger Stationen auf-/abgebaut werden können. Dies erlaubt auch die Überbrückung von Entfernungen, die deutlich größer als die Reichweite einer Station sind, vgl. Fig. 2.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel für ein Funknetz mit 6 Stationen S1 bis S6, welche untereinander (z. B. wegen Hindernissen/­ Entfernungen) nicht voll vermascht, sondern nur über die Ka­ näle Li (i = 1 bis 7) verbindbar sind.

• - Automatischer Betrieb jeder Mobilstation, ohne Notwendigkeit der Bedienung durch einen Menschen. Anzeige von Betriebszu­ ständen.
• - Nur geringer durch Codespreizung verdeckter Organisations­ verkehr unter Verwendung nur eines Codewortes für die ge­ samte verbindungsbezogene Nachrichtenübertragung und evtl. eines zweiten Codewortes zur Verdeckung des Organisations­ verkehrs, falls er - entsprechend einer Variante des Systems - im Zeitmultiplex-Verfahren übertragen wird.
• - Empfangsbetrieb der Stationen, wenn kein Sendewunsch vor­ liegt.
• - Vermittlungskapazität jeder Station entsprechend der Summendatenrate eines Rahmens, z. B. 512/1024/2048 kbit/s mit Datenübertragungsraten je Kanal von typisch 16/32/64 kbit/s, d. h. sehr viele Kanäle können pro Station vermittelt werden.
• - Verwendung von rundstrahlenden Empfangs-(E-)Antennen und gerichteten Sende-(S-)Antennen. Evtl. auch gerich­ tete E-Antennen. Dies erlaubt u. a. die Mehrfachnutzung der Zeitschlitze.
• - Anschluß über Schnittstellenumsetzer an Kabelnetze.

Einzelprobleme und deren Lösung Auf- und Abbau von Verbindungen

Die Kommunikation zwischen zwei Stationen durchläuft drei Phasen: 1) Verbindungsaufbau, 2) Kommunikation und 3) Verbindungsabbau. Die Nachrichtenübertragung während der Phasen 1) und 3) hießt Signalisierung.

Im Funknetz wird Phase 1), entsprechend üblichen Signalisier­ verfahren mit Datagrammen abgewickelt. Für die Phasen 2) und 3) wird die Existenz einer Kanalverbindung vorausgesetzt, über die nach Ablauf von Phase 2) der Verbindungsabbau ange­ stoßen wird.

Aufnahme einer neu hinzukommenden Mobilstation in das Netz

Es wird angenommen, daß eine sich um Aufnahme in das Funk­ netz bewerbende Station über die im Netz gültigen Konven­ tionen wie Frequenzen, Codes, Paßworte, Schlüsselverfahren usw. informiert ist. Sie ist dann im Zustand "Bewerbung", wobei die Teilzustände sendend und empfangsbereit möglich sind.

Adressierung

Generell enthalten Datenblöcke (auch Pakete oder Telegramme genannt), die von zum Netz gehörenden Stationen abgesandt werden, neben der Absender- die Ziel-Adresse, wenn in der eigenen Routing-Tabelle ein direkter möglicher Weg zur Ziel­ station eingetragen ist. Sonst wird die aus der eigenen Routing-Tabelle ermittelte nächste Station in Richtung zur Ziel-Station als Adresse des Telegramms gewählt. Die Adresse der Zielstation wird, ebenso wie die Adresse der Quellsta­ tion und aller auf dem Weg berührter Zwischenstationen im Telegrammkopf übertragen. Anmeldetelegramme tragen eine Rundspruch-(Broadcast-)Adresse.

Kommunikationsprotokolle für die An/Abmeldung

Die An- bzw. Abmeldung wird über einen oder mehrere für Organisationsverkehr reservierte Kanäle abgewickelt. Da es sich hier um burstartigen Dialogverkehr handelt, werden die Kommunikationsbeziehungen verschiedener Stationen nach dem asynchronen Zeitmultiplex-Verfahren übertragen. Alle Orga­ nisationsverkehre werden, soweit nicht anders festgelegt, entsprechend CCITT Empfehlung X.25 unter Nutzung von vir­ tuellen Verbindungen, evtl. auch von Datagrammen, abgewickelt.

Abmeldung einer Station vom Netz

Der Abgang einer Station muß allen verbleibenden Stationen mitgeteilt werden, damit sie ihre Teilnehmer-Verzeichnisse korrigieren können. Die abgehende Station muß ihr eigenes Teilnehmer-Verzeichnis abarbeiten, indem sie mit einem Teilnehmer nach dem anderen Kontakt aufnimmt und sich abmeldet.

Vermittlungs- und Übertragungstechnik

Information wird über Nachrichtenkanäle übertragen. Dazu muß ein geeignet gewähltes Funkfrequenzband nach festen Regeln genutzt werden. Drei Verfahren sind gebräuchlich und werden nebeneinander angewandt:

• - synchrones Zeitmultiplex (STDM, synchronous time division multiplex)
• - Frequenzmultiplex (FDM, frequency division multiplex)
• - Codemultiplex (CDM, code division multiplex).

Für die Informationsübertragung über nach einem dieser Ver­ fahren gebildete Kanäle bestehen zwei Möglichkeiten:

• - Kanalvermittlung (Nutzung von Übertragungs-Kapazität auf der Basis von verbindungsorientierten transparenten Kanälen),
• - Paketvermittlung (ATDM, asynchronous time division multiplex). Nutzung der Übertragungs-Kapazität einer kanalvermittelten Verbindung im asynchronen Zeitmulti­ plex-Verfahren für mehrere verschiedene (virtuelle) Verbindungen, vgl. CCITT/X.25 und IEEE Projekt 802.

Beide Verfahren setzen, entsprechend der Zahl zu vermitteln­ der Kanäle und ihrer Datenübertragungsrate, Vermittlungsfunk­ tionen als Teil der Stationen voraus. Die Vermittlungslei­ stung muß der Summen-Bitrate aller gleichzeitigen Kanäle entsprechen.

Kanalvermittlung Anwendung des synchronen Zeitmultiplex-Verfahrens im Netz

Die synchrone Übertragung über ein Netz setzt Synchronismus aller Stationen voraus. Um nicht ständig Synchronisations- Information übertragen zu müssen, werden quarz-stabilisierte, periodisch über Funk synchronisierte Stationen eingesetzt.

Das erfindungsgemäße Funknetz verwendet Übertragungsraten von 16/32 kbit/s laut Empfehlung EUROCOM D/1 bzw. 63 bit/s gemäß den CCITT-Empfehlungen G.700ff für PCM-Sprachübertragung. Da­ bei wird von Kanälen mit 64 kbit/s Datenrate ausgegangen und die Unterteilung jedes Kanals im Zeitmultiplex in n Unterka­ näle (n=2, 4) mit kleineren Datenraten zugelassen. Eine an­ dere mögliche Variante geht von 16 kbit/s Datenrate aus und bildet Kanäle mögliche höherer Raten durch Zusammenfassen von n benachbarten Zeitschlitzen.

Anwendung des Frequenz-Multiplex-Verfahrens im Netz

Das FDM-Verfahren unterteilt ein gegebenes Frequenzband in meh­ rere Bänder und erlaubt pro Band die Übertragung von einem oder mehreren Kanälen.

Im erfindungsgemäßen Funknetz wird ein Frequenzband nach dem STDM-Verfahren genutzt und vorzugsweise ein zweites Frequenz­ band zur Übertragung eines Organisationskanals. Beide Bänder werden in der Regel durch dasselbe Codewort gespreizt.

Anwendung des Codemultiplex-Verfahrens im Netz

Beim CDM-Verfahren wird die Nachricht einem Träger aufmodu­ liert und das sich ergebende, im Vergleich zur Kanalband­ breite B des Systems schmalbandige Signal durch Modulation mit Hilfe eines den Kanal kennzeichnenden Codewortes auf die Kanalbandbreite B spektral gespreizt. Dabei ist die Takt­ frequenz des Codewortes groß gegenüber der Handbreite b des Nachrichtensignals. Man spricht anstelle vom Codetrakt auch vom Chiptakt, um ihn vom Takt der Nutzbits unterscheiden zu können.

Durch Verwendung unterschiedlicher, geeignet ausgewählter Codeworte können entsprechend viele Übertragungskanäle in der Kanalbandbreite B untergebracht werden (Comdemultiplex).

Da es u. U. sehr viele Codeworte (=Kanäle) gibt, ist es für eine neu zum Netz stoßende Station S2 schwierig, sich bemerk­ bar zu machen:

Dafür ist es erforderlich, daß eine schon vorhandene Station S1, die außerdem in Empfangsreichweite von S2 ist, gerade das von S2 benutzte Codewort ausprobiert. Offensichtlich ist es dann zweckmäßig, für die Anmeldung ein Codewort zu reservieren und alle Stationen zu verpflichten, sich ständig um Aquisition des Synchronismus dieses Codewortes zu bemühen.

Auch für bereits dem Netz angehörige Stationen ist es zeitauf­ wendig, mit anderen Stationen Verbindungen herzustellen, denn die Zielstation (bzw. ein Relais auf der Route dorthin) muß sich auf das ausgestrahlte Codewort synchronisieren, was bei großer Zahl von Codeworten sehr zeitaufwendig sein kann.

Deshalb wird in einer bevorzugten Ausführung des erfindungs­ gemäßen Systems auf Codemultiplex verzichtet und Codesprei­ zung mit nur einem Codewort angewandt.

Jede Station sendet nur in dem ihr zugewiesenen Zeitschlitz, während empfangende Stationen aus Gründen der Synchronisation nach Möglichkeit ständig mithören, aber nur in ihrem Empfangs­ zeitschlitz das Nachrichten-Nutzsignal auswerten. Da es zu jeder Zeit nur ein gültiges Codewort im System gibt, reicht pro Station ein Paar von Modulatoren bzw. Demodulatoren aus.

Bündelnde Empfangsantennen Organisationsmaßnahmen zur Richtungseinstellung

Da Stationen während Übertragungspausen nicht die Richtung der nächsten einfallenden Sendung kennen, führen sie eine zyklische Sektorabtastung durch. Dabei wird die E-Antennen­ keule sequentiell oder nach anderen Gesetzen durch alle Sek­ toren geführt und verweilt dort jeweils so lange, um eine dort gerade laufende Übertragung erkennen zu können. Übertra­ gungen werden durch Signalisier-Verkehr auf dem Kanal des Or­ ganisationssystems erkannt.

Eine neu angekommene Station ist in derselben Situation wie eine rufende (Verbindung aufbauende) Station und geht deshalb ebenfalls nach einem der folgenden Verfahren vor. Zwei Varian­ ten sind vorgesehen:

a) Abstrahlung einer ausreichend langen Präambel zum Einfangen aller umlaufenden E-Antennenkeulen

Verbindungs-Aufbau- bzw. Anmelde-Telegramme haben eine so lange Präambel, daß alle sektorabtastenden Stationen die Sendung bemerken können. Die notwendige Länge der Präambel hängt vom Öffnungswinkel der Antennenkeule und der Verweildauer in jedem Sektor ab.

b) Keine Präambeln

Die Sendestation sendet kontinuierlich ihr Telegramm in die ausgewählte Richtung. Vorteilhaft ist dabei, daß andere Sta­ tionen nicht unnötig lange auf die sendende Station fixiert bleiben, weil jede Station sofort am Telegramm erkennt, ob sie adressiert wurde und andernfalls ihren Suchzyklus fortsetzen kann.

Omnidirektionale E-Antennen

Kontaktaufnahme zwischen Stationen über bündelnde E-Antennen ist zeitaufwendiger als mit rundstrahlenden. Rundstrahlende E-Antennen begünstigen die Mobilität von Stationen und wer­ den deshalb bevorzugt eingesetzt.

Signalisierung

Signalisierung, d. h. Übertragung von Verbindungsaufbau- bzw. -abbau-Information, wird nach dem Paketvermittlungs-Verfahren abgewickelt. Sie kann als Inkanal- oder Außerkanal-Signalisie­ rung realisiert sein. Eine in das Netz aufgenommene Station muß ihren Verbindungswunsch in die richtige Richtung abstrahlen.

Dezentral organisiertes Netz-Management

Funktionen des Netz-Managements sind

• 1. An- und Abmeldung von Stationen beim Netz,
• 2. Verwaltung der Netzkonfiguration und des Teilnehmerverzeich­ nisses, d. h. Zuordnung von Stationsnamen zu Adressen des Netzes,
• 3. Verwaltung des Verzeichnisses der Stationsmerkmale,
• 4. Überwachung der Stationen bezüglich Funktion, Zustand und Beachtung von Vorschriften und Rechten,
• 5. Rekonfiguration des Netzes und Vorbereitung/Steuerung von Ortswechseln von Stationen zur Erhaltung/Verbesserung der Konnektivität,
• 6. Synchronisation,
• 7. Aktualisierung von Organisations-Listen,
• 8. Test-Verkehr, Auslastungsmessungen von Stationen und Kanälen, Statistik,
• 9. Vereinbarung über angewandte Protokolle,
• 10. Schlüsselmittel-Verwaltung usw.

Es ist bisher üblich, solche Funktionen einer als temporärem Master deklarierten Station zuzuweisen und vorzusehen, daß an­ dere Stationen diese Funktionen übernehmen können (Master trans­ fer). Im erfindungsgemäßen Funknetz werden diese Funktionen de­ zentral ausgeführt.

Organisationsnetz und Kommunikationsnetz

Das Funknetz ist logisch aufteilbar in ein Kommunikationssy­ stem KOMSYS und ein Organisationssystem ORGSYS. Kanäle können nach Bedarf wahlfrei dem KOMSYS bzw. ORGSYS zugeordnet werden. Dem KOMSYS zugewiesene Kanäle werden nur für Nachrichtenüber­ tragung (Fernsprechen/-schreiben/-kopieren und Datenübertra­ gung) eingesetzt. Alle für die Verwaltung des KOMSYS notwen­ digen Verkehre wie Signalisierung, An-/Abmelden, Netzmanage­ ment, Synchronisation usw. werden über Kanäle des ORGSYS ab­ gewickelt. Kanäle des ORGSYS unterscheiden sich in ihren Merk­ malen nicht notwendig von denen des KOMSYS.

Getrennter ORGSYS-Kanal für Neuanmeldungen

Die erste Kontaktaufnahme einer neuen Station mit dem Funknetz ist für nicht synchronisierte Stationen besonders schwierig herzustellen. Deshalb wird dafür in einer Variante der Erfin­ dung ein getrennter FDM-Kanal mit einer Datenrate von ca. 16 kbit/s vorgesehen, vgl. Fig. 5. Es besteht sonst die Gefahr der Störung des normalen Netzverkehrs durch neu ankommende Stationen.

In einer Ausführung der Erfindung wird für die Abwicklung der Verwaltung und Organisation im System ein separater FDM-Kanal vorgesehen, über den alle Stationen mit gerichteten Antennen senden und wahlweise mit bündelnden oder omnidirektionalen An­ tennen empfangen. Vorteilhaft ist dabei, daß sich dann Verbin­ dungsaufbau und Neuaufnahme besonders effizient organisieren lassen, weil in diesem Kanal kein Zeitmultiplex-Verfahren zu berücksichtigen ist.

Kanalverwaltung

Vor Beginn der Signalisierung muß die rufende Stationen einen freien Kanal kennen. Diese Information wird über eine der nachfolgend beschriebenen Organisationen verfügbar gemacht.

Als Teil des ORGSYS wird ein Kanalnetz zwischen allen Statio­ nen fest geschaltet, über das KV-Information bezüglich des KOMSYS allen Stationen übermittelt wird. Um Kanäle zu sparen, ist jede Station über dieses zusammenhängende KV-Netz möglichst nur mit zwei anderen in verschiedenen Richtungen liegenden Sta­ tionen verbunden. Nicht in allen Fällen kommt man mit nur zwei Kanälen pro Station aus.

Anstelle eines fest geschalteten KV-Netzes, das exklusiv re­ servierte Kanäle benutzt, wird in einer Ausprägung der Erfin­ dung der für die Neuanmeldung vorhandene FDM-Kanal des ORGSYS für die Kanalverwaltung nach einem Zufalls-Zugriffsprotokoll mitbenutzt.

Synchronisation von an einer Verbindung beteiligten Stationen a) Rahmen- und Zeitschlitztakt

Rahmen und Zeitschlitze besitzen je eine Synchronisations- Präambel. Der Rahmentakt wird von einer an einer aufzubauen­ den Verbindung beteiligten Station über das ORGSYS an die anderen übermittelt. Verfügt keine der beteiligten Statio­ nen über den Rahmentakt, dann sucht die rufende Station über das ORGSYS eine Station, welche über den Rahmentakt verfügt.

Keine Station darf in einem FDM-Band B1 des KOMSYS den Rah­ mentakt neu definieren, solange in B1 bereits eine Verbin­ dung besteht. Denn alle bestehenden Verbindungen würden da­ durch gestört. Eine solche Neudefinition ist dann nötig, wenn keine Verbindung in B1 besteht und kann dann von jeder beliebigen Station selbständig erfolgen.

b) Chiptakt

Solange Stationen eine Nachbarstation empfangen, besitzen sie den Chiptakt. Andernfalls darf jede Station den Chip­ takt selbst erzeugen.

Systemvarianten

Das Funknetz soll bei bezüglich der Anforderungen an Kanal­ kapazität und Verdeckung des Funkverkehrs unterschiedlichen Anwendungen einsetzbar sein. Deshalb werden erfindungsgemäße Varianten unterschieden, die sich in der Verdeckung von Teilen des Funkverkehrs unterscheiden. Die Nachrichtenübertragung im KOMSYS erfolgt in allen Varianten mit Hilfe codegespreizter Signale, wobei

• - systemweit in der Regel nur ein Codewort eingesetzt wird,
• - Bänder nach dem FDM-Verfahren verfügbar gemacht werden,
• - jedes Band nach dem STDM-Verfahren in Kanäle unterteilt wird,
• - Kanäle nach Bedarf synchron oder asynchron genutzt werden.

Die Varianten unterscheiden sich darin, welche Verkehre bei der Neuanmeldung bzw. der Signalisierung offen bzw. durch Codespreizung verdeckt übertragen werden. Der offene Verkehr wird in einem vom KOMSYS verschiedenen FDM-Band über das ORGSYS übertragen.

Variante 1 (nur teilweise verdeckter Funkverkehr)

Neben dem unverdeckt übertragenen, für die Neuanmeldung ent­ stehenden Verkehr wird hier auch der gesamte Kanalreservier­ verkehr (falls eine solchen Verkehr erzeugende Systemvariante angewandt wird) offen übertragen. Es wird von gerichteten Sendeantennen und omnidirektionalen Empfangsantennen für den Verkehr des ORGSYS ausgegangen.

Variante 1 ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß vor jedem Verbindungsaufbau offener Verkehr durchgeführt wird. Die Neuanmeldung läuft in den Varianten 1 und 2 gleich ab und ist bei Variante 2 beschrieben. Die Kanalverwaltung wird vor­ zugsweise durch dezentrale Informationsgewinnung (Mithören) des Verkehrs im KOMSYS gelöst. Alle Stationen des Funknetzes verfolgen außerdem ständig den Ablauf auf dem FDM-Kanal des ORGSYS; der Verkehr ist dort offen.

Die Signalisierung für den Verbindungsaufbau erfolgt durch ge­ richtete Abstrahlung von der rufenden Station über den FDM-Ka­ nal des ORGSYS. Dieser Kanal wird nach einem Zufalls-Zugriffs­ protokoll, vorzugsweise Slotted ALOHA, benutzt. Die Signali­ sierung lehnt sich an entsprechende Verfahren wie CCITT Emp­ fehlung (SS.7) bzw. NATO-Standard EUROCOM D/1/IIA3) an. Der Ablauf ist etwa wie folgt:

Der Ruf einer Station enthält u. a. den für diesen Teilabschnitt von ihr für das KOMSYS ausgewählten Kanal. Eine so über ihre Adresse angesprochene Nachbarstation prüft, ob der Kanal auch aus ihrer Sicht frei ist und gibt eine positive oder negative Quittung an die rufende Station. Gegebenenfalls wiederholt die rufende Station ihren Versuch und nennt einen anderen Kanal. Es folgt die Synchronisation auf den Rahmentakt und eine Ver­ einbarung darüber, welche Station den Chiptakt vorgibt. Da­ nach wird auf den vereinbarten verdeckten Kanal des KOMSYS umgeschaltet. Die andere Station sucht jetzt den Chipsynchro­ nismus und bestätigt den Erfolg durch eine Quittung auf dem Rückkanal.

Ist die Nachbarstation bezüglich der Verbindung ein Relais, so verlängert sie die Verbindung in Richtung der Zielstation weiter. Dafür verhält sie sich analog wie die Quellstation, bis schließlich der nächste Teilabschnitt der Verbindung ein­ gerichtet ist. Danach fungiert sie als Vermittlung bezüglich der Kanäle zwischen Quell- und Zielstation. Möglicherweise ist die vom Relais erreichte, in Richtung der Zielstation liegende Station ein weiteres Relais, so daß sich der Zyklus so oft wiederholt, bis schließlich die Zielstation erreicht ist.

Variante 2 (nicht verdeckter Anmeldeverkehr)

Variante 2 ist dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Signa­ lisierung durch Codespreizung verdeckt über ein fest geschal­ tetes Kanalverwaltungsnetz abläuft. Nur bei der Neuaufnahme einer Mobilstation ins Netz wird offener Verkehr durchgeführt. Dieser Verkehr wird hier über einen separaten FDM-Kanal des ORGSYS, vgl. Fig. 5, nach einem Zufalls-Zugriffsprotokoll übertragen. Da Neuaufnahme ein relativ seltener Vorgang ist und nur ein Teil des Anmeldeverkehrs offen übertragen wird, ist dieser offene Funkverkehr, verglichen mit dem Verkehrsvo­ lumen des KOMSYS, vernachlässigbar gering.

Über den Anmeldekanal werden u. a. die gültige Codewort-Nummer, Parameter für die Synchronisation bezüglich des KOMSYS und die Zeitlage eines Kanals K1 im KOMSYS vereinbart, über den der Hauptteil des Anmeldeprotokolls verdeckt abgewickelt wird.

Die von einer neuen Station bei der Anmeldung kontaktierte Station ist für deren Synchronisation zuständig. Dafür über­ trägt sie auf dem FDM-Kanal des ORGSYS den Rahmentakt des KOMSYS für eine begrenzte Dauer. Anschließend sendet die dem Netz angehörende Station im vorher benannten Kanal K1 des KOMSYS Synchronisationsinformation. Die neue Station muß jetzt den Chipsynchronismus finden. Den Aquisitionserfolg bestätigt die neue Station durch eine Quittung auf dem Rückkanal des für die Synchronisation verwendeten Kanals K1, falls es sich um ein vollduplex System handelt, sonst auf dem Kanal K1.

Die neue Station wird jetzt über mindestens zwei Kanäle mit vorhandenen Stationen verbunden. Diese Kanäle sind Teil eines verdeckt betriebenen ORGSYS (das in einem separaten FDM-Band betrieben wird oder Kanäle aus dem KOMSYS entlehnt). Das Netz wird als KV-Netz (falls nicht Mithören verwendet wird) und für weiteren Organisationsverkehr verwendet. In Übertragungs­ pausen wird die Rahmensynchronisation durch periodische Über­ tragung aufrechterhalten. Die Pausendauer zwischen Übertra­ gungen hängt von der Länge der Synchronisations-Präambel des Rahmens ab.

Variante 3 (vollständig verdeckter Funkverkehr)

In den Varianten 1 und 2 könnte u. U. der offene Kanal des ORGSYS gestört und damit die Funktion des Systems beeinträch­ tigt werden. Dieses Problem wird in Variante 3 durch ein völ­ lig verdeckt arbeitendes System beseitigt. Variante 3 unter­ scheidet sich von Variante 2 dadurch, daß auch die Neuaufnah­ me verdeckt abgewickelt wird.

Die Synchronisation neuer Stationen auf einen Kanal des ver­ deckt betriebenen KOMSYS hat bei Verwendung gerichteter S- Antennen einen erheblichen Zeitaufwand zur Folge. Deshalb ist gemäß der Erfindung ein getrennter Kanal für die Neuaufnahme vorgesehen. Die Übertragung auf diesem Kanal wird mit dem Codewort C1 spektral gespreizt und erfolgt nach einem Zufalls- Zugriffsprotokoll. Nachfolgend wird vom C1-Kanal gesprochen und damit ein mit dem Codewort C1 gespreizter Kanal gemeint. Daneben gibt es Kanäle, welche mit einem zweiten Codewort C2 gespreizt sind und dem KOMSYS angehören. Je nach örtlicher Anordnung der Stationen können einige oder auch alle jede Über­ tragung auf dem C1-Kanal unmittelbar verfolgen. Bezüglich einer neuen Station bildet sich anstelle des Netzes nach Fig. 2 eines der in Fig. 3A-C gezeigten Teilnetze. Die neue Station ist dabei sternförmig mit einigen Stationen des Netzes ver­ bunden, die anderen sind nur über Relais erreichbar.

Laut Fig. 3A kann die neue Station S4 zu den schon vorhande­ nen Stationen S1, S2 und S5 prinzipiell Kontakt bekommen, während die anderen vorhandenen Stationen S2 und S6 unerreich­ bar bleiben. Laut Fig. 3B erreicht die neue Station S3 nur die vorhandenen Stationen S2 und S5. Laut Fig. 3C kann die neue Station S6 nur über S5 Zugang zum Netz bekommen. Ob der Kontakt gelingt und welche Dauer bis dahin vergeht, hängt al­ lein von den Zugriffs- und Übertragungsprotokollen des C1- Kanals ab.

Zwei Varianten für die Neuaufnahme von Stationen wurden ent­ wickelt:

a) Vorgabe des Chiptaktes für neue Stationen durch das Netz

Will man Netzstationen periodisch auf dem C1-Kanal senden las­ sen, um neuen Stationen die Aquisition zu ermöglichen, dann muß man deren Sendezeiten untereinander abstimmen, um Gleich­ zeitigkeit, d. h. Störungen am Empfänger der neuen Station, zu verhindern.

Dies ist möglich und führt dazu, daß bei Vollauslastung des C1-Kanals bei z. B. 60 Mobilstationen jede nacheinander für 100 ms rundstrahlend sendet, so daß der Zyklus eine Periode von 60 × 0.1 = 6 s hat. Nutzt man den C1-Kanal simplex und überträgt auch Rufe und Quittungen der neuen Stationen dar­ auf, dann ist die Abspaltung eines synchronen Schmalband- Kanals aus dem C1-Kanal zweckmäßig, der z. B. nur die halbe Kapazität besitzt, vgl. Fig. 4. Jeder zweite Zeitschlitz ge­ hört dem Verkehr von neuen Stationen an Netzstationen und die Zyklusdauer beträgt im Beispiel 12 s.

Die Länge der abgestrahlten Telegramme ist ein zu optimieren­ der Parameter. Sie sollte für die Anwendung des Systems mit mobilen Stationen möglichst klein sein. Jedoch sinkt damit die Wahrscheinlichkeit dafür, daß eine neue Station ein Tele­ gramm überhaupt bemerkt.

Wie in Fig. 4 dargestellt, wird der C1-Kanal in einen Kanal zerlegt, auf dem abwechselnd die Stationen des Netzes Tele­ gramme rundstrahlend absenden und einen zweiten, auf dem nach dem ATDM-Verfahren neue Stationen antworten können. Damit meh­ rere gleichzeitig neue Stationen bei ihrer Antwort nicht stän­ dig kollidieren, werden Antworten zufällig verteilt in einer der nächsten möglichen Slots gesendet.

Vorteilhaft bei diesem Verfahren ist, daß jede neue Station sich aussuchen kann, welcher Netzstation sie antworten will (und damit ihre Anbindung an das Netz selbst steuert). Z. B. wird sie nur dann antworten, wenn der Empfangs-Pegel ausrei­ chend groß ist und noch nicht genügend Zugangspunkte zum Netz eingerichtet worden sind.

Nachteilig ist, daß das Netz ständig Funkverkehr produziert, wenn auch von wechselnden Stationen.

B) Alleinige Initiative für die Anmeldung von der neuen Station

Ständigen Funkverkehr für Zwecke der Neuaufnahme vermeidet man, wenn man festlegt, daß alle Netzstationen ständig bezüglich des C1-Kanals empfangsbereit und aquisitorisch tätig sein müssen. Geht man davon aus, daß Aquisition im KOMSYS nur beim Verbin­ dungsaufbau nötig ist, wobei dann vorübergehend die Aquisition bezüglich des C1-Kanals ausgesetzt wird, dann reicht weiterhin ein Korrelationsempfänger pro Station aus.

Neue Stationen senden mit variabler Pausendauer (damit sie nicht ständig mit einer anderen neuen Station kollidieren) periodisch ihren Aufnahmewunsch bezüglich des Netzes. Der be­ nutzte C1-Kanal des ORGSYS ist ständig für derartige Sendun­ gen reserviert. Antworten von Stationen des Netzes erfolgen auf einem zweiten Kanal.

Dieses Kanalpaar kann exklusiv für die Neuaufnahme reserviert sein oder außerdem für Netzverwaltungsverkehr, z. B. die Rah­ mensynchronisation und die Kanalzuweisung genutzt werden.

Das mit dem zweiten Codewort C2 gespreizte KOMSYS benutzt nach dem FDM-Verfahren gebildete Bänder und innerhalb jedes Bandes das STDM-Verfahren.

Der Chiptakt im ORGSYS ist gleich dem des KOMSYS.

Variante 3 mit vollständig verdecktem Funkverkehr verwendet in einer Ausführung der Erfindung für ORGSYS und KOMSYS getrennte Zeitmultiplexkanäle, die nicht notwendig unterschiedlichen Frequenzbändern angehören, jedoch wie vorstehend beschrieben mit unterschiedlichen Codeworten C1 bzw. C2 gespreizt werden.

In einer anderen Ausführung werden für ORGSYS und KOMSYS ge­ trennte FDM-Bänder benutzt, die dann mit einem einzigen ge­ meinsamen Codewort gespreizt werden können. Reserviert man den Neuaufnahmekanal exklusiv, dann hat das resultierende System mindestens drei FDM-Bänder: Je eines für Neuaufnahme (Band 1), Vorbereitung des Verbindungsaufbaus (Rahmensynchroni­ sation, Kanalzuweisung, usw. - Band 2) und Kommunikation im KOMSYS, vgl. Fig. 5.

Claims (8)

1. Funknetz, bevorzugt im mm-Wellen-Frequenzbereich, mit Mobil­ stationen, welche je gleichzeitig einen oder mehrere Endteilneh­ mer nach dem synchronen Zeitmultiplex-Verfahren über digital und codegespreizt übertragende, verbindungsorientiert geschaltete transparente Funkkanäle mit Endteilnehmern anderer Mobilstatio­ nen verbinden können, wobei

• 1. jede Mobilstation als Vermittlung (Relais) zwischen paarweise kommunizierenden Mobilstationen fungieren kann,
• 2. jede Mobilstation gleichzeitig die Funktion Mobilstation und Relais erfüllen kann und dabei die Kommunikation mehrerer eige­ ner mit Endgeräten anderer Mobilstationen und die Vermittlung einer großen Zahl von Zeitmultiplex-Kanälen benachbarter Mobil­ stationen wahrnehmen kann,
• 3. bündelnde Sende- und bündelnde oder omnidirektionale Empfangs-Antennen zur Nachrichtenübertragung zwischen Mobilstationen zusammen mit einer stationslokalen Steue­ rung verwendet werden,
• 4. die Organisation aller Kommunikations- und Verwaltungsfunk­ tionen durch die Mobilstationen völlig dezentral vorgenom­ men wird,

dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte der verbindungsorien­ tierten Kommunikation zugeordnete Nachrichtenverkehr durch Codespreizung verdeckt übertragen wird, während der für den Verbindungsaufbau, andere Organisationszwecke und die An- und Abmeldung von Mobilstationen zum Netz erforderliche Verkehr in einem oder mehreren Frequenzbändern ohne Codespreizung übertragen wird.

2. Funknetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch der als Voraussetzung für Verbindungen nötige Signalisierver­ kehr und andere Organisationsverkehre codegespreizt übertragen werden, mit Ausnahme des An- und Abmelde-Verkehrs von Mobil­ stationen zum/vom Netz, welcher in einem getrennten Frequenz­ band ohne Codespreizung übertragen wird.

3. Funknetz, bevorzugt im mm-Wellen-Frequenzbereich, mit Mo­ bilstationen, welche je gleichzeitig einen oder mehrere End­ teilnehmer nach dem synchronen Zeitmultiplex-Verfahren über digital und codegespreizt übertragende, verbindungsorientiert geschaltete transparente Funkkanäle mit Endteilnehmern anderer Mobilstationen verbinden können, wobei

• 1. jede Mobilstation als Vermittlung (Relais) zwischen paarweise kommunizierenden Mobilstationen fungieren kann,
• 2. jede Mobilstation gleichzeitig die Funktion Mobilstation und Relais erfüllen kann und dabei die Kommunikation mehrerer eigener mit Endgeräten anderer Mobilstationen und die Ver­ mittlung einer großen Zahl von Zeitmultiplex-Kanälen be­ nachbarter Mobilstationen wahrnehmen kann,
• 3. bündelnde Sende- und bündelnde oder omnidirektionale Empfangs-Antennen zur Nachrichtenübertragung zwischen Mobil­ stationen zusammen mit einer stationslokalen Steuerung ver­ wendet werden,
• 4. die Organisation aller Kommunikations- und Verwaltungsfunk­ tionen durch die Mobilstationen völlig dezentral vorgenommen wird,

dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Funkverkehr durch Code­ spreizung verdeckt übertragen wird, wobei der gesamte Organisa­ tionsverkehr durch ein eigenes Codewort C1 gespreizt auf einem oder mehreren Zeitmultiplex-Kanälen eines Kanalbündels übertra­ gen wird und die übrigen für die verbindungsorientierte Nach­ richtenübertragung benutzten Zeitmultiplex-Kanäle desselben oder anderer Frequenzbänder mit einem zweiten Codewort C2 ge­ spreizt übertragen werden.

4. Funknetz, bevorzugt im mm-Wellen-Frequenzbereich, mit Mobil­ stationen, welche je gleichzeitig einen oder mehrere Endteilneh­ mer nach dem synchronen Zeitmultiplex-Verfahren über digital und codegespreizt übertragende, verbindungsorientiert geschaltete transparente Funkkanäle mit Endteilnehmern anderer Mobilstatio­ nen verbinden können, wobei

• 1. jede Mobilstation als Vermittlung (Relais) zwischen paarweise kommunizierenden Mobilstationen fungieren kann,
• 2. jede Mobilstation gleichzeitig die Funktion Mobilstation und Relais erfüllen kann und dabei die Kommunikation mehrerer eige­ ner mit Endgeräten anderer Mobilstationen und die Vermittlung einer großen Zahl von Zeitmultiplex-Kanälen benachbarter Mobil stationen wahrnehmen kann,
• 3. bündelnde Sende- und bündelnde oder omnidirektionale Empfangs-Antennen zur Nachrichtenübertragung zwischen Mobilstationen zusammen mit einer stationslokalen Steue­ rung verwendet werden,
• 4. die Organisation aller Kommunikations- und Verwaltungsfunk­ tionen durch die Mobilstationen völlig dezentral vorgenom­ men wird,

dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Funkverkehr durch Codespreizung verdeckt übertragen wird, wobei der für die An-/­ Abmeldung der Stationen zum/vom Netz nötige Organisationsver­ kehr über ein separates Frequenzband und der übrige Organisa­ tions- und Nachrichtenverkehr in einem oder mehreren anderen, nach dem Zeitmultiplex-Verfahren übertragenden Bändern über­ tragen wird unter Nutzung nur eines gemeinsamen Codewortes.

5. Funknetz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Codeworte C1 und C2 der gleiche Chiptakt verwendet wird.

6. Funknetz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Netzstationen zur leichteren Aquisition des Chiptaktes durch neu in das Netz aufzunehmende Mobilstationen periodisch auf einem der mit dem Codewort C1 gespreizten Kanäle senden.

7. Funknetz nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der entsprechende Kanal in zwei Schmalbandkanäle unterteilt ist, wobei jeder zweite Zeitschlitz für Sendungen sich um Neuaufnahme bewerbender Stationen reserviert ist.

8. Funknetz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Netzstationen ständig auf dem für Neuaufnahme von Mobil­ stationen festgelegten, mit dem Codewort C1 gespreizten Ka­ nal empfangsbereit und aquisitorisch tätig sind, und daß sich um Neuaufnahme bewerbende Mobilstationen mit variabler Pausen­ dauer wiederholt auf diesem Kanal ihren Aufnahmewunsch aus­ senden.