DE3528767A1

DE3528767A1 - Tdma-punkt- zu mehrpunkt-kommunikationssystem

Info

Publication number: DE3528767A1
Application number: DE19853528767
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl Ing Sperlich
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1984-07-03
Filing date: 1985-08-10
Publication date: 1987-07-30

Description

Die Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem gemäß der Hauptanmeldung.

Das Kommunikationssystem der Hauptanmeldung ist so gestaltet, daß zwischen den Sende- und Empfangszyklen bei der Zentralstation möglichst kurze Pausen auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es dieses Kommunikationssystem so weiterzubilden, daß ein einfacher und störungsfreier Betriebsablauf unabhängig von der Zahl der angeschlossenen Unterstationen möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen auf.

Das Kommunikationssystem nach der Erfindung ist für die Funkübertragung oder die kabelgebundene Nachrichtenübertragung mittels Kupferkabeln oder Lichtwellenleitern geeignet.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert. Es zeigen.

Fig. 1 den Aufbau der Zentralstation und einer Unterstation und

Fig. 2 den Rahmenaufbau gemäß Hauptpatent.

Bei dem Punkt- zu Mehrpunkt-Kommunikationssystem nach der Erfindung steht eine Zentralstation Z mit mehreren Unterstationen U 1, U 2, . . . entweder über Funk oder Kabel, wobei für die Kabelverbindung Kupferkabel oder Lichtwellenleiter zur Informationsübertragung eingesetzt werden können, in Verbindung. In Fig. 1 ist die Zentralstation Z und eine der Unterstationen U 1 dargestellt. Die Kommunikation erfolgt nach dem TDMA-Verfahren mit einem Rahmenaufbau gemäß dem Hauptpatent, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.

Die Zentralstation Z sendet die Bursts in folgender Reihenfolge an die Unterstationen U 1 bis U 4 : Nach einem Synchronwort Sync wird der Burst B 4 für die von der Zentralstation Z am entferntesten liegende Unterstation U 4 ausgesendet. Der Burst B 4 wird dabei von einem Synchroncharakter S 1eingeleitet, der die Information über die Wartezeit W ₄ der Station U 4 zwischen ihrer Empfangs- und Sendezeit enthält. Dieser Burst B 4 trifft zusammen mit dem Synchronwort Sync bei der Unterstation U 4 nach der Laufzeit t ₄ ein. l ₄ bezeichnet die Entfernung zwischen Zentralstation Z und der Unterstation U 4. An den Burst B 4 schließt sich nun der Burst B 3für die bezüglich der Zentralstation Z am zweitentferntesten (Entfernung l ₃) gelegene Unterstation U 3 an, wobei dieser Burst B 3 wieder durch ein Synchroncharakter S 2 eingeleitet wird, welcher die Wartezeit W ₃ für diese Situation bezüglich ihres Sendebeginns enthält. Der Burst B 3 trifft nach der Zeit t ₃ bei der Unterstation U 3 ein. Die Aneinanderreihung der Bursts setzt sich fort bis zum Burst B 1 für die der Zentralstation Z nächstgelegene Unterstation U 1. Der Sendeabschnitt t _s der Zentralstation Z innerhalb des TDMA-Rahmens mit der Dauer t _R ist damit beendet. Nach Eintreffen des Bursts b 1 bei der Unterstation U 1 beginnt nun diese der Zentralstation Z nächstgelegene Unterstation U 1 mit der Aussendung eines Bursts B 1′ zur Zentralstation Z. Dies geschieht jedoch erst nach Verstreichen der Wartezeit W ₁. Diese Wartezeit W ₁ berücksichtigt insbesondere die Umschaltzeit von Empfangs- auf Sendebetrieb bezüglich der Unterstation U 1. Die weiteren Unterstationen U 2 bis U 4 senden ihre Bursts B 2′ bis B 4′ nach jeweiligen Wartezeiten W ₂ bis W ₄ bezüglich ihrer Empfangsbursts B 4 bis B 2 und zwar zuerst die der Zentralstation Z nächstgelegenen Unterstationen und zuletzt die von der Zentralstation Z am weitesten entfernt gelegene Unterstation U 4. Die unterschiedlichen Wartezeiten W ₁ bis W ₄ werden von der Zentralstation Z vorgegeben und den Unterstationen Un entweder, wie in Fig. 2 dargestellt, zu Beginn der jeweiligen Bursts als Synchroncharakter S 1 . . . S 4 stationsindividuell mitgeteilt oder im Synchronwort Sync des von der Zentralstation Z gesendeten Rahmens t _s. Diese Wartezeiten W ₁ bis W ₄ richten sich nicht nur nach der Laufzeit einer spezifischen Unterstation zur Zentrale, sondern hängen auch von den Burstzeiten der anderen Stationen ab, die von der Zentralstation z je nach Übertragungsbedarf zu den einzelnen Unterstationen vorgegeben werden. Die Wartezeiten W ₁ bis W ₄ werden so gewählt, daß die von den Unterstationen U 1 bis U 4 ausgesendeten Bursts B 1′ bis B 4′ sich beim Empfang durch die Zentralstation Z während deren Empfangszeit t _E nahtlos aneinanderreihen. Zwischen der Sendedauer t _S und der Empfangsdauer t _E der Zentralstation Z tritt im Rahmen t _R eine Übergangszeit von 2t + W ₁ auf, wobei t ₁ durch die Laufzeit des Bursts B 1′ von der Zentralstation Z zur nächstgelegenen Unterstation U 1 vorgegeben ist und W ₁, wie bereits erwähnt, insbesondere die Sende-/Empfangs-Umschaltzeit der nächstgelegenen Unterstation U 1 kennzeichnet. Die Bursts B 1′ bis B 4′ enthalten ebenfalls Synchroncharaktere, z. B. S 1′ bis S 4′, und ermöglichen dem Empfänger der Zentralstation Z, sich auf die jeweilige Phasenlage des Empfangstaktes des betreffenden Bursts einzustellen.

Im Hinblick auf eine einfache Ausgestaltung einer Auswerteschaltung in der Zentralstation Z ist jeder Burst B 1′ bis B 4′ mit einem "Schlußcharakter" versehen, den die Zentralstation Z erkennt und auf den sie das folgende Synchronwort S 2′ . . . S 4′ zeitlich "heranschiebt". Die "Sync"- Worte folgen im - unveränderten - Rahmenabstand t _R.

Wenigstens das letzte Bit des "Schlußcharakters" und das erste Bit des Synchronwortes (stets vom folgenden Burst einer Unterstation) bilden eine Schutzzeit für jene Fälle, in denen Überlappungen der Bursts, beispielsweise hervorgerufen durch Jitter, geringe Änderungen in den Burstübertragungszeiten oder Toleranzen beim Empfänger oder Sender, auftreten würden. Der Informationsgehalt wird also in diesen Fällen nicht gestört. Andererseits können kleine Lücken zwischen aufeinanderfolgenden Bursts beim Empfänger der Zentralstation Z auftreten. Beide Zustände werden vom Synchronzeichenerkennungsschaltkreis SEZ der Zentralstation Z erkannt und der Steuereinheit STZ zur Änderung der Wartezeiten W 1 bis W 4 in Fig. 2 um kleine Beträge mitgeteilt.

Die Übertragung erfolgt im Zeitgetrenntlageverfahren, d. h. zur Übertragung der Bursts B 1 bis B 4 von der Zentralstation Z an die Unterstationen U 1 bis U 4 als auch für die Sendebursts B 1′ bis B 4′ von den Unterstationen U 1 bis U 4 an die Zentralstation Z wird das gleiche Frequenzband benutzt.

Empfangs- und Sendephasen für die in den meisten Fällen digitale Information wechseln wie beim Halbduplex-Übertragungsmode. Insbesondere im Falle der Sprachübertragung wird die Information, beispielsweise PCM-, DPCM-, Delta-modulierte Sprache, die von einem Teilnehmer kontinuierlich während einer Rahmenzeit t _R eintrifft, in einen sendeseitigen Pufferspeicher SPZ bzw. SPU 1 eingelesen und zeitkomprimiert als Teil eines Bursts an den Sender SZ bzw. SU 1 weitergegeben. Empfangsseitig gelangen die Burstinformationen zum Empfänger EZ bzw. EU 1 und werden in einen empfangsseitigen Pufferspeicher EPZ bzw. EPU 1 eingelesen. Die Auslesung dieses Pufferspeichers EPZ bzw. EPU 1 erfolgt so, daß die burstweise übertragene Information zeitexpandiert und kontinuierlich zum Teilnehmer weitergegeben wird. Zeitkomprimierung sowie Zeitexpandierung der Information kann im einfachsten Falle dadurch erreicht werden, daß der Auslesetakt für den sendeseitigen Pufferspeicher SPZ bzw. SPU 1 höher gewählt wird als der Einlesetakt, und beim empfangsseitigen Pufferspeicher EPZ der Einlesetakt höher als der Auslesetakt. Die Steuerung der Pufferspeicher SPZ, EPZ, SPU 1, EPU 1 erfolgt jeweils durch zugehörige Steuereinrichtungen KSZ, KEZ, KSU 1, KEU 1, welche wiederum durch eine Steuereinheit STZ bzw. STU 1 und einen Synchronzeichenerkennungsschaltkreis SEZ bzw. SEU 1 beeinflußt werden.

Die empfangs- und sendeseitigen Pufferspeicher mit ihren zugehörigen Steuereinrichtungen sind aus Mikroprozessoren und Speichern aufgebaut. Die Synchronzeichenerkennungsschaltkreise bestehen aus Schieberegistern, Komparatoren und Zählern. Der Synchronzeichenerkennungsschhaltkreis SEZ der Zentralstation Z ist mit dem Empfänger EZ verbunden. Er überwacht das Empfangssignal daraufhin ob Bitmuster der Synchroncharakter eintreffen. Wenn ein solcher Synchroncharakter komplett eingetroffen ist, wird dies an die Steuereinheit STZ gemeldet und durch Abgabe eines Impulses an die Steuereinrichtung KEZ des empfangsseitigen Pufferspeichers EPZ signalisiert. Hierdurch wird das Eintreffen eines Synchron- und/oder "Endcharakters" einschließlich Überlappung oder Lücke erkannt und die Änderung der Wartezeit kann in folgenden Bursts als Teil der Charakter gesendet werden. Über die Steuereinrichtung KEZ wird der Pufferspeicher EPZ informiert, zu welchem Zeitpunkt ein neuer Burst empfangen wurde, damit die eintreffende Information an richtiger Stelle in den Pufferspeicher EPZ eingelesen werden kann.

Die Steuereinheit STZ der Zentralstation Z, die mit Mikroprozessoren und zugehörigen Speichern aufgebaut ist, erfüllt folgende Aufgaben:

- Berechnung der Burstlängen (B 1 bis b 4 einschließlich der Synchroncharakter S 1 bis S 4 und Sync Worte gemäß Fig. 2) anhand der Bedürfnisse für die Übertragungskapazität zwischen Zentralstation und jeder Unterstation bis zu jener Grenze, die durch die Rahmendauer t _R und der Bitrate des Systems gegeben ist. Die Bedürfnisse für die Übertragungskapazität richten sich hauptsächlich nach der Zahl der angeschlossenen Schalteinrichtungen oder Terminals (Dateneingabegeräte) oder den Informationen eines Teilnehmers. Die Information für die Berechnung der Burstlängen kommen einerseits von den an die Zentralstation Z angeschlossenen Schalteinrichtungen oder Terminals und/oder von ähnlichen an die Unterstationen angeschlossenen Einrichtungen andererseits, wobei die Informationen von den Unterstationen als Teile der Sync Charakter zur Zentralstation Z gesendet werden. Wie bereits erwähnt hängt die Burstlänge von der Zahl der Kanäle ab, die für eine bestimmte Unterstation bereitgestellt werden müssen. Wenn sich der Vekehrsbedarf ändert, kann die Kanalzuweisung für die Unterstationen durch die Steuereinheit STZ der Zentralstation Z geändert werden. Informationen über den Kanalbedarf erhält die Steuereinheit STZ über die Verbindungsleitung für die Signalisierinformation zwischen Steuereinheit STZ und angeschlossenen Schalteinrichtungen oder von einem Teilnehmer. Die Gesamtzahl der für die Übertragung zur Verfügung stehenden Kanäle ist konstant und hängt von der Rahmendauer t _R, der Rahmensendezeit t _S und der Rahmenempfangszeit t _E und der Bitrate des Übertragungssystems ab. Diese Bitrate wird vom Impulsgenerator PG festgelegt.
- Berechnung der Wartezeiten für die Unterstationen entsprechend der verschiedenen Längen der Bursts b 1 bis B 4, bzw. B 1′ bis B 4′ und den bekannten Signallaufzeiten t ₁ bis t ₄.
- Geringfügige Änderung dieser Berechnung gemäß der vom Synchronzeichenerkennungsschaltkreis SEZ kommenden Information in Abhängigkeit davon, ob eine Lücke zwischen eintreffenden Bursts oder geringfügige Überlappungen zwischen Schluß-Charakter und Sync Charakter des folgenden B′-Bursts auftreten.
- Benachrichtigung der Steuereinrichtungen KSZ und KEZ der Pufferspeicher wie lang die Bursts B 1 bis B 4 und B 1′ bis B 4′ sind und wo sendeseitig Sync und S 1 bis S 4 -Charakter in den abgehenden Bitstrom eingefügt werden müssen.
- Lieferung der Wartezeit und Signalisierungsinformation an den sendeseitigen Pufferspeicher SPZ, damit die Aussendung an adressierte Unterstation erfolgen kann.
- Aktivierung des Senders SZ während der Rahmensendezeit t _S und des Empfängers EZ während der Rahmensempfangszeit t _E.
- Austausch von Signalisierungsinformationen mit der bereits angeschlossenen Schalteinrichtung oder dem Terminal.

Die Steuereinheit SZU 1 einer Unterstation, beispielsweise Unterstation U 1, erfüllt folgende Aufgaben:

- Berechnung des Startzeitpunktes für die Aussendung des Bursts B 1′ anhand der Wartezeitinformation und des Eintreffens eines Sync Pulses vom Synchronzeichenerkennungsschaltkreis SEU 1.
- Benachrichtigung der Steuereinrichtung KEU 1 und KSU 1 der Pufferspeicher wie lang der Burst B 1 und B 1′ ist und Aktivierung des sendeseitigen Pufferspeichers SPU 1.
- Aktivierung des Senders SU 1 für die Dauer des Bursts B 1′ und des Empfängers EU 1 für die Dauer der Rahmensendezeit t _S der Zentralstation Z.
- Lieferung der Signalisierungsinformation für den sendeseitigen Pufferspeicher SPU 1.
- Austausch der Signalisierinformation mit den angeschlossenen Schalteinrichtungen oder Terminals.
Sender und Empfänger der Zentralstation Z sind über einen Koppler KOZ zusammengeschaltet. Für die Funkübertragung ist dieser Koppler KOZ eine Antenne, bei der kabelgebundenen Übertragung ein Kabelverbinder bzw. optischer Koppler. Ebenso weist jede Unterstation einen entsprechenden Koppler auf, beispielsweise die Unterstation U 1 den Koppler KOU 1.

Claims

1. TDMA-Punkt- zu Mehrpunkt-Kommunikationssystem mit einer Zentralstation (Z) und mehreren Unterstationen (U 1, U 2, . . . ), wobei die für die einzelnen Unterstationen unterschiedlichen Wartezeiten von der Zentralstation (Z) festgelegt und den Unterstationen mitgeteilt werden, mittels Mehrfachausnutzung des Übertragungsbandes und folgendem Rahmenaufbau:

- die Zentralstation (Z) beginnt mit der Aussendung der Bursts (B 1, B 2, . . . ) für die am weitesten entfernte Unterstation und sendet erst am Schluß jeder Rahmensendezeit (t _s) den Burst (z. B. B 1) für die nächstgelegene Unterstation (U 1,

- die Unterstationen (U 1, U 2, . . . ) senden in umgekehrter Richtung, also zuerst die bezüglich der Zentralstation (Z) nächstgelegene und zuletzt die am weitesten entfernte Unterstation und zwar im Anschluß an die Rahmensendezeit (t _s) der Zentralstation unter Berücksichtigung der Umschaltzeit zwischen Sende- und Empfangsbetrieb nach Patent . . . (EP-Anmeldung 8 51 04 922.1),

dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralstation (Z) und die Unterstationen (U 1, U 2, . . . ) folgende Einrichtungen aufweisen:

- sende- und empfangsseitige Pufferspeicher (SPZ, EPZ, SPU 1, EPU 1) mit zugehörigen Steuereinrichtungen (KSZ, KEZ, KSU 1, KEU 1, . . . ) zur Umwandlung von kontinuierlichen Signalen in Burstsignale und umgekehrt,
- eine Steuereinheit (STZ) in der Zentralstation (Z) zur Auswertung und Weitergabe der Burstlängeninformation an ihren sendeseitigen Pufferspeicher (SPZ) bzw. dessen Steuereinrichtung (KSZ), zur Festlegung der Wartezeiten der Unterstationen (U 1, U 2, . . . ), und zur Mitteilung an welchen Stellen Synchronworte und Informationen über die Wartezeiten der Unterstationen in den Senderahmen eingefügt werden,
- eine Steuereinheit (STU 1, . . . ) in jeder Unterstation (U 1, U 2, . . . ) zur Ermittlung der Anfangszeiten für die jeweilige Burstaussendung und zur Auswertung und Weitergabe der Burstlängeninformation an den sendeseitigen Pufferspeicher (SPU 1)

2. Kommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zentralstation (Z) und in den Unterstationen (U 1, U 2, . . . ) jeweils Synchronzeichenerkennungsschaltkrei se (SEZ, SEU 1, . . . ) für Synchronworte und Burstendcharakter vorgesehen sind, daß diese Zeichenerkennungsschaltkreise (SEZ, SEU 1, . . . ) derart mit den Steuereinrichtungen (KEZ, KEU 1, . . . ) der empfangsseitigen Pufferspeicher (KEZ, KEU 1, . . . ) verbunden sind, daß jede neue Burstinformation korrekt im empfangsseitigen Pufferspeicher (KEZ, KEU 1, . . . ) abgespeichert wird, daß die Synchronzeichenerkennungsschaltkreise (SEZ, SEU 1, . . . ) mit Mitteln zur Extrahierung der Wartezeiten und Signalisierungsinformationen ausgestattet sind, und daß diese Mittel über die jeweilige Steuereinheit (STZ, STU 1, . . . ) mit den sendeseitigen Pufferspeichern (SPZ, SPU 1, . . . ) zur Aufnahme in die nachfolgend zur Aussendung gelangenden Bursts verbunden sind.
3. Kommunikationssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (STZ) der Zentralstation (Z) die Festlegung der Wartezeiten für die Unterstationen (U 1, U 2, . . . ) in Abhängigkeit davon ändert, ob ihr Synchronzeichenerkennungsschaltkreis (SEZ) feststellt, daß eine Lücke zwischen den eintreffenden Bursts oder eine Überlappung zwischen einem Burstendcharakter und dem Synchroncharakter des anschließenden Bursts auftritt.
4. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (STZ) der Zentralstation (Z) mit dem zugehörigen Sender (SZ), bzw. Empfänger (EZ), derart verbunden ist, daß der Sender (SZ) nur während der Rahmensendezeit (t _s) und der Empfänger (EZ) nur während der Rahmenempfangszeit (t _E) aktiviert wird, und daß die Steuereinheit (STU 1, . . . ) der Unterstationen (U 1, U 2, . . . ) mit dem zugehörigen Sender (SU 1) bzw. Empfänger (EU 1, . . . ) nur für die Zeit einer Burstaussendung B 1′) und der Empfänger (EU 1, . . . ) für die Dauer der Rahmensendezeit (t _s) aktiviert wird.
5. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheiten (STZ, STU, . . . ) von Zentralstation (Z) und/oder Unterstationen (U 1, . . . ) über Signalisierwege mit Dateneingabegeräten zur Festlegung des Kanalbedarfs und damit der Burstlängen (B 1, . . . ) verbunden sind.