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Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum
Aussenden von Daten von einem Sender zu einer Mehrzahl von
entfernt angeordneten Empfängern auf einem gemeinsamen
Übertragungskanal und ein Kommunikationssystem, das ein
solches Verfahren verwendet. Die Erfindung, wie sie
sich aus der vorliegenden Beschreibung ergibt, basiert
auf einer Ausscheidungsanmeldung aus der Anmeldung 86
900 424.2 und betrifft insbesondere die Antenne eines
als Uhr ausgebildeten Empfängers, wie er in Abschnitt
4.3 der vorliegenden Erfindung beschrieben ist.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung werden ihr
Zusammenhang und Ausführungsbeispiele im folgenden unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert.
Dabei zeigt bzw. zeigen:
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Fig. 1A eine perspektivische Ansicht eines Uhr-
Personenrufsystems;
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Fig. 1B ein alternatives Ausführungsbeispiel des
Datendisplays des Personenrufsystems von
Fig. 1A,
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Fig. 2A ein Diagramm, das die weltweite
funktionale Hierarchie eines Personenrufsystems
nach der vorliegenden Erfindung zum
Empfangen und zum Übermitteln von
Botschaften zu den verschiedenen Empfängern,
einschließlich des Uhr-Personenrufsystems
von Fig. 1A wiedergibt;
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Fig. 2B ein vereinfachtes Modell einer offenen
Systemschnittstelle (OSI) des Systems von
Fig. 2A, daß das Uhr-Personenrufsystem
von Fig. 1A einschließt;
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Fig. 2C ein eingehenderes OSI-Model des Systems
von Fig. 2A, das weitere Einzelheiten der
bevorzugten Form des
Kommunikationsnetzwerks und des Datenprotokolls wiedergibt;
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Fig. 3A und 3B funktionelle
Datenflußdarstellungen für die lokale Verrechnungsstelle und
den Übertragungsanlagenabschnitt des
Systems von Fig. 2A;
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Fig. 4 ein Blockdiagramm eines Abschnitts des
Systems von Fig. 2A, das die lokale
Verrechnungsstelle und eine
Übertragungsanlage wiedergibt;
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Fig. 5A, 5B und 5C die bevorzugte Form eines
digitalen Datenprotokolls, das bei einem
einen Personenruf oder andere Daten
liefernden Systeme nach der Erfindung
verwendet wird;
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Fig. 5D (auf Blatt 11) ein Beispiel einer Reihe
von Botschaften, die in einer Kette von
Paketen und einer Abfolge von Paketen
übermittelt wird;
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Fig. 6A ein Zustandsdiagramm des Betriebs des
Empfängers des Uhr-Personenrufsystems von
Fig. 1A;
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Fig. 6B ein Flußdiagramm, daß das Dekodieren
innerhalb jedes Zyklus des
Zustandsdiagramms von Fig. 6A wiedergibt;
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Fig. 7 ein Statusdiagramm, das den
Empfängerbetrieb innerhalb des Verzögerungszustands
von Fig. 6A wiedergibt;
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Fig. 8 die spektralen Komponenten des FM-
Sendesignals, das bei den Übertragungen
in dem System von Fig. 2A verwendet wird;
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Fig. 9A und 9B wellenform-Diagramme des
Übertragungsschemas von Fig. 8;
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Fig. 9C eine Darstellung der Stärke des RF-
Signals, wenn sich das
Uhr-Personenrufsystem von Fig. 1A bewegt;
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Fig. 10 ein Blockdiagramm des Empfängers des
Uhr-Personenrufsystems von Fig. 1A;
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Fig. 11A ein eingehenderes Blockdiagramm des
Empfängers von Fig. 10;
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Fig. 11b ein Blockdiagramm des IF-Abschnitts des
Empfängers, wie er in Fig. 11A gezeigt
ist;
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Fig. 12A eine Darstellung der Armband-Antenne des
Uhr-Personenrufsystems und seine
Verbindungen mit der Empfangsschaltung in
Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung;
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Fig. 12B ein Diagramm eines alternativen
Ausführungsbeispiels der Empfängerantenne und
seiner Verbindungen von Fig. 12A;
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Fig. 12C eine Darstellung einer Verbindung, wie
sie bei einem zweiteiligen Uhrenarmband
von Fig. 12A verwendet wird;
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Fig. 13A ein eingehenderes Blockdiagramm der
Übertragungsanlage von Fig. 4;
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Fig. 13B und 13C schematische Darstellungen der
Hilfsträgergenerator/Modulatorschaltung
von Fig. 13A,
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Fig. 13D eine zeitliche Darstellung der
Wellenformen in der Modulatorschaltung von Fig.
13A; und
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Fig. 14 eine schematische Darstellung des SCA-
Dekoderabschnitts von Fig. 11A.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG
1.0 Beschreibung der Anwendung und des Betriebs
1.1 Vereinfachtes Modell des Systems
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Das Uhr-Personenrufsystem 20 von Fig. 1A ist eines aus
einer Vielzahl von Empfängern in einem globalen
Personenrufsystem 22, das in Fig. 2A gezeigt ist. Bevor das
globale Personenrufsystem und sein Betrieb beschrieben
werden, wird das System auf der Anwenderebene
beschrieben, das heißt aus der Perspektive eines Verwenders des
Systems.
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Es wird auf Figur 2B Bezug genommen, in der ein
vereinfachtes offenes Schnittstellenmodell des Systems von
Fig. 2A gezeigt ist. In dem System sind zwei Verwender,
der Träger der Personenruf-Uhr 20 im folgenden als
empfangender Verwender bezeichnet, und jede Person, die
einen Personenruf an den empfangenden Verwender
übertragen möchte, im folgenden als Anforderer oder
sendender Verwender bezeichnet. Gewöhnlicherweise wird der
Fall betrachtet, daß eine Anforderung nach einem
Personenruf mittels eines Berührungston-Telefons 24
ausgelöst wird, obwohl ein geeignet programmierter
Personalcomputer, der über ein Modem mit dem System 22
verbunden ist, verwendet werden kann. Bei der folgenden
Beschreibung wird angenommen, daß der sendende Verwender
ein Telefon 24 verwendet und der empfangende Verwender
eine Uhr 20.
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In dem Modell einer Schnittstelle eines offenen Systems
(OSI) geben die Buchstaben in den Blöcken der einzelnen
Schichten das folgende an:
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a = Anwendungsebene
-
p = Darstellungsebene
-
s = Sitzungsebene
-
t = Transportebene
-
n = Netzebene
-
l = Linkebene
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P = gegenständliche Ebene
-
In der Spalte 26 gibt der Block "a" neben dem Telefon
24 Eingangssignale wie Zweiton-Mehrfrequenztöne (DTMF)
an, die ein sendender Empfänger des Systems über das
Telefon 24 empfängt und Ausgangssignale wie die Stimme
veranlaßt, daß ein solcher Verwender von dem System 22
unterstützt wird. In der Spalte 28 gibt benachbarte zu
der Uhr 20 "a" die Verwenderschnittstelle zu der Uhr 20
an, einschließlich verschiedener Knöpfe, die hier
beschrieben werden, die der empfangene Verwender drückt,
um Botschaften, die über das System 22 empfangen sind,
darzustellen. Die gezackte Linie 30 stellt die
Telefonverbindung in das System 22 dar. Der Block 32
repräsentiert die Kommunikations-Schnittstelle zwischen dem
sendenden Verwender und einer ersten
Vermittlungsstelle, die durch den Block 34 dargestellt wird, die als
Vermittlungsstellen-Rechner A bezeichnet wird.
Personenrufanforderungen, die über den Vermittlungsstellen-
Rechner A übertragen werden, werden zu einer zweiten
Vermittlungsstelle, die durch den Block 36 als
Vermittlungsstellen-Rechner B dargestellt wird, über eine
Anzahl von verschiedenen Datenübertragungsnetzen
vermittelt, die allgemein durch den Block 38 dargestellt
werden. Die Personenrufanforderungen werden durch den
Vermittlungsstellen-Rechner B verarbeitet, wie dies im
folgenden beschrieben werden wird. Die verarbeiteten
Anforderungen werden sodann über eine Kommunikations-
Schnittstelle 40 über die Übertragungslinie 42 zu einem
Radiosender, der einen Übertragungston 44 in der Nähe
des empfangenden Verwenders der Uhr 20 übertragen wird.
Der Turm überträgt die Personenrufanforderungen über
Radiowellen zu der Uhr 20, die die Radiobotschaften
dekodiert und diejenigen, die für den empfangenden
Verwender bestimmt sind, auf dem Display der Uhr 20
darstellt.
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Zurück zu dem Block 32. Verschiedene Eingangs- und
Ausgangssäulen 50, 52, die jeweils die Buchstaben "n", "l"
und "p" beinhalten, stellen eine mögliche
gegenständliche Trennung zwischen der Schnittstelle zwischen der
Telefonleitung und dem Vermittlungs-Rechner A dar. In
Block 34 stellen die gesonderten Säulen 54, 56 die
Eingangs- bzw. die Ausgangsseite des
Vermittlungsstel-1en-Rechners A dar. Der Block 36 weist in ähnlicher
Weise gesonderte Eingangs- und Ausgangssäulen 58, 60
auf. In dem Block 40 der Kommunikations-Schnittstelle
geben gesonderte Säulen 62, 64 Eingänge bzw. Ausgänge
einer eine Reihe bildenden Maschine an, wie sie im
folgenden beschrieben werden wird, die gegenständlich von
dem Vermittlungsstellen-Rechner b getrennt sein kann.
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Nachfolgend wird eine Beschreibung ausgehend von dem
Standpunkt des sendenden Verwenders bzw. des
verwendenden Empfängers des Betriebs des Systems 22 gemacht. Der
interne Betrieb des Systems ist von den Elementen, die
die Bezugszeichen 30 bis 46 haben, für beide Verwender
transparent. Die Personenruf-Uhr 20 weist, wie im
folgenden weiter beschrieben wird, eine elektronische Uhr
auf. Die Zeit auf der Uhr wird automatisch auf die
genaue örtliche Zeit eingestellt. Wenn der empfangende
Verwender in eine andere Zeitzone reist, wird das
Rückstellen der örtlichen Zeit innerhalb von etwa 7 Minuten
nach der Ankunft in einem Bereich, die einen Sender 44,
welcher mit dem System 22 verbunden ist, erfolgen. Auch
der Tag und das Datum, die von der Uhr 20 angezeigt
werden, werden automatisch eingestellt.
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Jede Personenruf-Uhr in dem System 22 hat eine eigene
Seriennummer, die in dem Speicher des
Vermittlungsstel-1en-Rechners B einer zugehörigen Telefonnummer des
Verwenders des Personenrufgerätes zugeordnet ist. Eine
Personenruf-Botschaft kann so durch jeden an den
empfangenden Verwender übermittelt werden, der die
Telefonnummer oder den Namen und den örtlichen Bereich des
Wohnortes des empfangenden Verwenders kennt.
Personenruf-Botschaften können einem empfangenden
Verwender irgendwo in der Welt übermittelt werden, soweit
dort ein Sender 44, der mit dem System 22 verbunden
ist, steht. Um diese Möglichkeit zu fördern, setzt der
empfangende Verwender das System 22 über ein
Berührungston-Telefon über seinen gegenwärtigen Ort in
Kenntnis.
1.2 Aussenden eines Personenrufs
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Ein sendender Verwender initiiert einen Personenruf
durch Wählen der örtlichen Personenruf-Telefonnummer
auf dem Telefon 24 und wartet die Sprachbefehle des
Rechners ab. Der erste Befehl fordert die Telefonnummer
des empfangenden Verwenders, der zu kontaktieren ist,
ab. Verschiedene empfangende Verwender unter derselben
Telefonnummer werden durch eine oder zwei einzigartige
Ziffern zusätzlich zu der Telefonnummer bestimmt, um
zwischen diesen zu unterscheiden. Nachdem das System 22
die Nummer oder den Namen der zu rufenden Person
bestätigt, drückt der Verwender die Asterisk-Taste (*) und
der nächste Befehl wird gegeben.
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Dieser nächste Befehl ist ein Menu der bevorzugten
Botschaften, die der sendende Verwender aussenden kann,
wie folgt:
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Drücken:
-
1 Arbeitsstelle anrufen
-
2 zuhause anrufen
-
3 nach hause kommen
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4 eingegebene Nummer anrufen
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5 besondere Botschaft (bis zu fünfzig Zeichen)
-
6 Aufsprechen einer Botschaft
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7 Botschaft rückübertragen
-
8 Abhören sprachlicher Mitteilung
-
9 Wiederholen Eingabe der Telefonnummer der zu
rufenden Person
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Dieses Befehlsmenu ist in Übereinstimmung mit der
übereinstimmenden Wahrscheinlichkeit der Verwendung der
verschiedenen Mitteilungen geordnet.
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Der sendende Verwender wählt die geeignete Botschaft
durch Drücken der zugehörigen Nummer auf der Tastatur
des Telefons 24. Wenn 1, 2 oder 3 gedrückt ist, müssen
keine weiteren Daten eingegeben werden. Wenn der
Verwender aufhängt, wird die Botschaft mit einer normalen
Priorität ausgesendet.
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Wenn der sendende Verwender die Taste 4 drückt, ist es
erforderlich, die Nummer einzugeben, die gerufen werden
soll, die bis zu 15 Ziffern lang sein kann.
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Wenn der sendende Verwender die Taste 5 betätigt, kann
die Mitteilung sowohl Ziffern als auch alphabetische
Zeichen haben. Um Buchstaben des Alphabets zu senden,
wird die Taste, auf der der Buchstabe erscheint, eine
Anzahl von Malen gedrückt, die durch die Reihenfolge
ihrer Position auf der Taste vorgegeben ist. Ein
einmaliges Drücken der Taste 2 beispielsweise ist ein "a";
ein zweimaliges Drücken der Taste 2 ist beispielsweise
ein "b". Die Vermittlungsstellen-Rechner bestimmen die
Anzahl der Ziffern, um diese zu einem Buchstaben
basierend auf der Zeit zwischen den Tastenbetätigungen zu
gruppieren, so daß der sendende Verwender eine kurze
Pause zwischen der Eingabe jedes Buchstabens machen
sollte. Ein Asterisk (*) wird verwendet, um einen
Abstand zwischen Worten anzugeben; zwei Asteriske (**)
werden verwendet, um einen Punkt oder das Ende des
Satzes anzugeben. Das Nummemzeichen (#) gibt an, daß die
nachfolgende Tastenbetätigung eine Ziffer, nicht also
einen Buchstaben angibt. Das System kann eine
Begrenzung der Länge der Botschaft, beispielsweise auf
fünfzig Zeichen vorsehen. Wenn der sendende Verwender
versucht, mehr als fünfzig Zeichen zu senden, wird der
Vermittlungsstellen-Rechner weitere Daten nicht
aufnehmen und eine durch den Computer erzeugte sprachliche
Botschaft an den sendenden Vermittler übermitteln und
zu dem nächsten Teil des Menus übergehen.
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Um die Botschaft "John Doe wird um 9 Uhr ankommen."
Drückt der sendende Verwender beispielweise 56664466*
366633*9444555555*2777744488833*28*#9*
6662225556662225-5**. Diese Botschaft hat eine Länge von zweiunddreißig
Zeichen. Die Worte "John Doe wird um 9 Uhr ankommen"
wird auf der Uhr des Empfängers dargestellt. Wenn die
Botschaft länger als zwölf Zeichen ist, wird diese mit
einer Rate eines langen Wortes oder zwei kurzen Worten
pro Sekunde angezeigt. Wenn die Botschaft als "wichtig"
gekennzeichnet ist, wird ein Ausrufungszeichen (!) an
dem Beginn und an dem Ende der Botschaft dargestellt.
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Das Menu weiter abarbeitend kann der sendende Verwender
durch Drücken der Taste 6 eine gesprochene Botschaft
abgeben, die angibt, daß der empfangende Verwender eine
Mail-Box anrufen soll. Eine von dem Rechner erzeugte
Stimme wird den sendenden Verwender darüber
informieren, wie er eine Sprachbotschaft für den empfangenden
Verwender absetzen kann.
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Der Befehl, der der Taste 7 zugeordnet ist, wird von
dem empfangenden Verwender verwendet. Durch ein
Einkoppeln in das System und Drücken der Taste 7 bewirkt der
empfangende Verwender, daß das System alle seine
Botschaften während der letzten vierundzwanzig Stunden
überträgt oder erneut überträgt.
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Bei dem Einrufen und Drücken der Taste 7 würde der
empfangende Verwender von der Computerstimme veranlaßt
werden, die Telefonnummer einzugeben, von der aus er
anruft, einschließlich der Vorwahl des Landes, des
Ortsbereichs und der Telefonnummer. Wenn er keine
Ziffer eingibt und aufhängt, werden die Mitteilungen
wieder in seinen häuslichen Bereich oder sein Land rück
übertragen, in Abhängigkeit von der Abdeckung des
Sendebereichs. Die Eingabe einer Telefonnummer erlaubt es
dem Personenrufsystem festzustellen, wohin die
Botschaften des empfangenden Verwenders zu übermitteln
sind. Die Rechnerstimme bestätigt, welches Land und
welchen Ort der Verwender eingegeben hat und wird die
erneute Eingabe der Nummer verlangen, wenn Ziffern
ungültig sind. Wenn in dem erreichten Bereich keine
Abdeckung durch einen Sender gegeben ist, wird der
Empfänger darüber informiert und die Botschaft wird nicht
gesendet.
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Auch der Befehl 8 ist für den empfangenden Verwender
bestimmt. Durch ein Einrufen in das System und das
Wählen der 8 kann der Verwender sprachliche Botschaften
abrufen, die für ihn hinterlassen worden sind. Er wird
wieder von der von dem Rechner erzeugten Stimme darüber
in Kenntnis gesetzt, wie die Botschaft abzurufen ist.
Einem empfangenden Verwender kann eine Geheimcodenummer
zugeordnet werden, die in das System eingegeben wird,
um sprachliche Botschaften zu empfangen.
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Wenn der sich in das System einrufende Verwender die
Taste 9 betätigt, wird die vorangehende Befehlsabfolge
wiederholt.
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Ein Schlußbefehl wird vorgesehen, der nur für den
Betrieb in Verbindung mit den vorangehend beschriebenen
Befehlen 1, 2, 3, 4, 5 und 6 gültig ist. Dieser Befehl
bestimmt die Priorität oder die Wichtigkeit der
Mitteilung.
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Drücke:
-
1 für wichtig
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2 für normal
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3 für geringe Wichtigkeit
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Eine wichtige Botschaft wird innerhalb von dreißig
Minuten bis zu viermal ausgesendet. Eine normale
Botschaft wird in dreißig Minuten dreimal ausgesendet.
Eine Botschaft mit geringer Priorität wird übertragen,
sobald Botschaften mit einer höheren Priorität
abgearbeitet worden sind, etwa zweimal in sechzig Minuten.
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Der sendende Verwender kann das Telefon nach dem
Drücken des Wichtigkeitscodes aufhängen, wenn der
empfangende Verwender, der zurufen ist, in dem
Heimatbereich des empfangenden Verwenders ist.
1.3 Ausbildung der Personenruf-Uhr
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Es wird wieder auf Fig. 1A Bezug genommen. Die
Personenruf-Uhr 20, die von dem empfangenden Verwender
verwendet wird, ist einer üblichen digitalen Armbanduhr
sehr ähnlich. Die Uhr hat ein Armband 70, die eine
Antenne beinhaltet, die später beschrieben werden wird,
eine elektronische Uhr und eine Personenruf-Einrichtung
72. Die Einrichtung 72 weist eine interne elektronische
Schaltung, die als Blockdiagramm in Fig. 11A
dargestellt ist, auf. Die Einrichtung 72 hat eine analoge
Uhr-Displayfläche 74 und, optional, ein Tag/Datum-
Display 76, die beide in üblicher Weise ausgebildet
sind. Die Einrichtung 72 weist weiter ein Personenruf-
Datendisplay 78 auf, um die Vorwahlziffer und die
Telefonnummer und verschiedene Mitteilungssymbole
darzustellen.
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Die Einrichtung 72 hat vier Steuerknöpfe 80, 82, 84,
86, zwei auf jeder Seite der Fläche der Uhr. Der Knopf
80 ist ein üblicher Knopf zum analogen Einstellen der
Zeit der Uhr und zum Setzen von Steuerdaten. Der Knopf
2 ist ein Funktionsauswahlknopf zum Darstellen und
Anerkennen von Botschaften, Einstellen, ob das
Botschafts-Erwartungssignal laut oder leise erfolgen soll
und zum Einstellen der Wander/Heim-Funktion. Der Knopf
84 bestimmt die Betriebsweise der Uhr. Der Knopf 86 ist
ein Rückstellknopf, der zum Resynchronisieren und zum
Testen der Einrichtung nach dem Auswechseln der
Batterie einmal und zum Prüfen der Seriennummer und der
Registration zweimal betätigt wird.
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Ein alternatives Ausführungsbeispiel des Displays 78a,
wie dies in Fig. 1B gezeigt ist, beinhaltet zwei Reihen
Zeichen. Die obere Reihe von Zeichen sind Symbole,
einschließlich von links nach rechts gelesen, ein "Zuhause
anrufen"-Symbol 88, ein "im Büro anrufen"-Symbol 90,
ein "laut/leise"-Symbol 92, ein "Wandern/Heim"-Symbol
94, ein "Signalverfügbarkeits"-Symbol 96, ein
"Indikator" 98 für eine schwache Batterie und einen "Zähler"
für nicht anerkannte Botschaften. Wenn das
laut/leise-Symbol 92 auftritt, wird ein hörbares Signal
von einem Pieper in der Einrichtung 72 erzeugt, wenn
eine Botschaft empfangen wird. Das Signal-Verfügbar-
Symbol 96 blinkt, wenn die Einrichtung 72 für die
Aufnahme eines Signals bereit ist, ist aus, wenn kein
Signal gefunden wird und ist ständig an, wenn ein gültiges
Signal erkannt wird. Der Zähler 100 für nicht
anerkannte Signale zeigt die Ziffern 1 bis 9 der nicht
anerkannten Botschaften. Wenn 0 angezeigt wird, wurde kein
Signal empfangen und die Einrichtung zeigt in Reihe 102
die gegenwärtige Zeit an. Wenn eine 9 blinkend
auftritt, kann keine Botschaft empfangen werden, bis der
empfangende Verwender den Auswahlknopf drückt, um die
gespeicherten Botschaften anzuzeigen und anzuerkennen.
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Die zweite Reihe 102 von Zeichen ist eine zehnziffrige,
zweispaltige Anzeige von Sieben-Segment-Zeichen. Ein
komplexeres Display, etwa ein Vierzehn-Segment oder ein
Punktmatrixzeichen-Display kann alternativ verwendet
werden, um sowohl Buchstaben als auch Ziffern
darzustellen.
1.4 Empfangen eines Rufs
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Bei dem Empfangen eines Personenrufs wird der
empfangende Verwender durch ein Signal von der Personenruf-
Uhr 20 entweder durch Pieps von den internen Pieper
hörbar oder aber durch ein schnelles Blinken der Glocke
92 auf dem Display 78 visuell und durch Erhöhen des
nicht erkannte Botschaften zählende Zählers 100
aufmerksam. Die Auswahl zwischen dem hörbaren und dem
leisen Signal wird durch eine Betätigung des
Auswahlknopfes 82 ausgeführt, während dieses in der Betriebsart
ist, in der die Glocke leuchtet. Wenn das hörbare
Signal ausgewählt ist, wird das Glockensymbol 92
kontinuierlich dargestellt. Wenn das Leist-Signal ausgewählt
worden ist, wird das Glockensymbol nicht dargestellt.
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Die einfachsten Botschaften werden durch die Symbole
dargestellt. Für die Botschaft "zuhause anrufen" wird
das &ymbol 88 dargestellt. Die Botschaft "im Büro
anrufen" wird eine Fabrik oder einen Schreibtisch
darstellende Symbol 90 dargestellt. Für eine Botschaft, eine
bestimmte Telefonnummer, die von dem sendenden
Verwender übertragen wird, anzurufen, wird die Nummer in der
Reihe 102 in Form von Zeichen dargestellt. Lange
Telefonnummern werden aufgesplittet, wobei die Vorwahl des
Landes und des Ortes zunächst und die zusätzlichen
Ziffern angegeben werden, nachdem der Verwender den
Auswahlknopf 82 betätigt hat.
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Für alle Arten von Rufen und Botschaften sind die
ersten dargestellten Zeichen nach dem Empfang der
Botschaft die Zeit des Empfangs der Botschaft in Stunden
und Minuten und die Nummer der Botschaft. In dem Fall
des Rufs "nach hause kommen" und "ins Büro kommen" wird
das untere Display lediglich den Zeitpunkt des Empfangs
und der Nummer der Botschaft anzeigen. Wenn die
Botschaft
das Rufen einer übertragenden Telefonnummer
betrifft, werden die Zeit und die Nummer der Botschaft
für ungefähr drei Sekunden angegeben, bevor die
anzurufende Telefonnummer angezeigt wird.
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Der Auswahlknopf 82 bestimmt die dargestellt Botschaft.
Das Drücken des Auswahlknopfs läßt die Uhr wissen, daß
der empfangende Verwender die Botschaft gelesen hat,
woraufhin die Uhr die zweitälteste Botschaft anzeigt.
Vor dem Empfang der ersten Botschaft wird der Zähler
für die nicht bestätigten Botschaften auf "0" stehen.
Dies wird das Display veranlassen, in üblicher Weise
die Zeit, den Tag und das Datum auf dem Display 78
anzuzeigen. Nachdem die erste Botschaft empfangen ist,
wird der Botschaftszähler auf "1" gesetzt und die
Botschaft wird angezeigt. Wenn eine andere Botschaft
empfangen wird, bevor der Verwender den Auswahlknopf
drückt, wird der Botschaftszähler auf "2" gesetzt. Die
erste nicht bestätigte Botschaft wird weiterhin
angezeigt und die zweite und die nachfolgenden nicht
bestätigten Botschaften bis insgesamt neun werden in einem
first-in first-out (FIFO)-Speicher in der Einrichtung
72 gespeichert. Wenn weitere Botschaften zu empfangen
sind und von dem Verwender nicht durch Drücken des
Auswahlknopfes bestätigt werden, werden die Speicherplätze
für die Botschaften schließlich gefüllt und keine
weiteren Botschaften können empfangen und gespeichert
werden. Wenn dies auftritt, beginnt der Anzeiger 100 für
nicht bestätigte Botschaften zu blinken. Wenn der
empfangende Verwender den Auswahlknopf drückt, wird der
Zähler für die nichtbestätigten Botschaften auf die
zweitälteste nicht bestätigte Botschaft zeigen und die
bestätigten älteren Botschaften werden gelöscht, wenn
die Speicherplätze für die Botschaften gefüllt sind,
was den Empfang neuer Botschaften erlaubt. Die älteste
nicht bestätigte Botschaft wird ständig angezeigt oder
ein Zähler für nicht bestätigte Botschaften zeigt immer
die letzte empfangene Botschaft. Das Drücken des
Auswahlknopfes dann, wenn der Zähler auf 1 ist, wird
wieder die normale Uhrfunktion der Zeit, des Tages und des
Datums zeigen und der Zähler wird auf "0" stehen. Der
Betriebsart-Knopf 84 ist in einem Scroll-Betrieb, das
Drücken des Auswahlknopfes wird damit die älteste
empfangene Botschaft, die in dem Speicherplatz enthalten
ist, aktualisieren und wird die Darstellung auf dem
Display 78 verursachen.
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Wenn der empfangende Verwender ständig in dem Bereich
des Sendeturms 44 ist und die Personenruf-Uhr auf eine
Senderfrequenz eingelockt ist und gültige Übertragungen
empfangen hat, ist das Sendeturm-Symbol 96 ständig
dargestellt. Wenn der empfangende Verwender außerhalb des
Bereichs des Senders ist oder eine Fehlfunktion
aufgetreten ist, die einen gültigen Signalempfang während
eines zugehörigen Zeitschlitzes der Einrichtung des
Verwenders verhindert, wird dieser Zustand durch das
Fehlen des Sendeturm-Symbols 96 auf dem Display 78
angezeigt. Da das bevorzugte Ausführungsbeispiel eine
FM-Übertragung verwendet, können Schwierigkeiten bei
dem Empfangen von Signalen auftreten, wenn der
empfangende Verwender in einem Tal oder in großen Gebäuden
ist. Um dieses Problem zu mindern, werden alle
Botschaften in unterschiedlichen Zeitintervallen
wenigstens zweimal übertragen.
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Wenn der empfangende Verwender für einen langen
Zeitraum in einem Bereich mit einem schlechten Empfang
reist oder in einem Flugzeug reist, kann der Verwender
verlangen, daß seine Botschaften, die in den letzten 24
Stunden eingegangen sind, erneut übertragen werden.
Dies erfolgt durch ein Rufen der
Personenruf-Telefonnummer und Wählen der Menuoption. Nach dem Aufhängen
wird der empfangende Verwender den Rückstellknopf 86
drücken. Dies verursacht, daß die Personenruf-Uhr 72
"aufwacht" oder sich rückstellt und unmittelbar seine
gespeicherte Frequenzliste für ein gültiges Signal
sucht. Das Turm-Symbol 96 wird blinken und, wenn ein
alphanumerisches Display verwendet wird, wird das Wort
"RESET" auf dem digitalen Display 78 angezeigt, was
angibt, daß der Empfänger gültige Signale sucht.
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Nachdem ein gültiges Signal gefunden worden ist, sucht
die Personenruf-Uhr zu übertragende Mitteilungen. Wenn
die Mitteilung bezüglich der Zeit, des Tages und des
Datums empfangen worden sind, erkennt das Display
dieses durch ständiges Anzeigen des Turm-Symbols 96 und
Anzeigen von Zeit, Tag und Datum in der Zeile 102. Die
Botschaft bezüglich der Zeit, des Tages und des Datums
beinhaltet weiter eine Liste der Heim-Frequenzen und
eine andere Information über das örtliche System.
Heim-Frequenzen sind, wie im folgenden beschrieben
werden wird, die FM-Übertragungsfrequenzen innerhalb des
gegebenen örtlichen Bereichs des empfangenden
Verwenders. Üblicherweise sind dies die Frequenzen in dem
örtlichen Bereich, wo der empfangende Verwender wohnt,
wenn der Verwender jedoch an einen anderen Bereich
verreist, wird ein neuer Satz von Heimfrequenzen für den
neuen Bereich gespeichert. Das Drücken von "RESET" wird
einen gering erhöhten Stromverbrauch der Batterien für
etwa eine Minute bewirken. Die Personenruf-Uhr wird
sodann in einen normalen Betrieb umschalten, wie oben
beschrieben ist, bei dem Übertragungen in dem Geräte
zugeordnetem Zeitschlitz gesucht werden. Botschaften,
die das Personenrufgerät bereits empfangen und nicht
gelöscht worden sind, werden nicht angezeigt, da jede
Botschaft eine eindeutige Identifikationsziffer hat.
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Wenn ein empfangender Verwender beabsichtigt, aus
seinem üblichen Bereichs zu verreisen, sollte der
Verwender durch Drücken des Knopfes 84 den Empfänger in einen
Heim-Wander-Betrieb bringen, bis das Symbol 94 eines
wandernden Mannes beginnt zu blinken. Der empfangene
Verwender drückt sodann den Auswahlknopf 82. Wenn das
Symbol verschwindet, ist der Empfänger in dem
Heimbetrieb und sucht seine Liste von Heimfrequenzen nach
gültigen Signalen ab. Das Suchen erfolgt in einer
Zeitperiode gerade unmittelbar vor dem dem Empfänger
zugeordneten Zeitschlitz. Wenn ein gültiges Signal
erkannt wird, wird das Sende-Turm-Symbol 96 konstant zu
sehen sein, bis zu der nachfolgenden Suchzeit. Wenn
kein gültiges Signal aus der Liste gefunden wird, wird
das Übertragungsturm-Symbol ausgeschaltet. Der
Heizbetrieb ist eine batteriesparende Eigenschaft.
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Um in den Wander-Betrieb zu wechseln, wird der
Auswahlknopf 82 gedrückt, bis das Symbol 94 ständig ein
ist. Der Empfänger sucht wieder zunächst in der
Heimfrequenzliste nach einem gültigen Signal, wenn ein
solches Signal nicht gefunden wird, wird es alle möglichen
Frequenzen durchsuchen. Nach dem Empfang eines gültigen
Signal wird eine neue Heimfrequenzliste von der
örtlichen Vermittlungsstelle empfangen. Ein volles Suchen
wird nur dann erfolgen, wenn in der neuen
Heimfrequenzliste in dem nächsten zugeordneten Zeitschlitz nichts
gefunden wird. Wenn nach mehreren Suchen unter allen
Frequenzen kein gültiges Signal gefunden wird, wird das
Suchen beendet, bis der nächste zugeordnete Zeitschlitz
und das Turm-Symbol 96 ausgeschaltet werden.
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Die Personenruf-Uhr 20 verwendet übliche
Uhrenbatterien, die bei üblicher Verwendung eine Betriebsdauer
von wenigstens einem Jahr erreichen sollte. Eine
schwache Batterie wird durch ein Blinken des Batterie-
Symbols 98 mit einem Intervall von etwa einer Sekunde
angezeigt. In Abhängigkeit von der nachfolgenden
Verwendung gibt diese Anzeige eine Vorwarnung für einen
Zeitraum von etwa 24 Stunden, innerhalb derer die
Battieren auszuwechseln sind. Nach dem Ersetzen der
Battieren drückt der empfangende Verwender den
Rückstellknopf 86, um die Uhr zu veranlassen, die gültige Zeit,
den Tag und das Datum sowie nach Botschaften auf allen
möglichen Frequenzen zu suchen.
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Wenn die Übertragung einer Botschaft verfehlt worden
ist und die Übertragung einer anderen Botschaft später
empfangen wird, wird die fehlende Botschaft durch
Strichmarkierungen "--" gefolgt von der
Botschaftsziffer modub 32 angezeigt. Die Strichmarkierungen und die
Botschaftsziffer geben an, daß es durch die
Botschaftsnummer bekannt ist, daß eine Botschaft fehlt, die nicht
richtig empfangen worden ist. Diese Botschaft wird in
dem Speicher verbleiben, bis die verfehlte Botschaft
bei einer erneuten Übertragung empfangen wird. Wenn
eine fehlende Botschaft nicht empfangen worden und die
neuen Botschaften sich akkumulieren, um den Speicher zu
füllen, wird die verfehlte Botschaft aus dem Speicher
für die gespeicherten Botschaften durch die neuere
Botschaft ausgestoßen. Um die gültige empfangene Botschaft
zu erkennen, wird der Auswahlknopf 82 gedrückt. Wenn
die zuvor empfangene Botschaft später in einer erneuten
Übertragung empfangen wird, wird die richtige Botschaft
sofort gezeigt, da sie die älteste, nicht bestätigte
Botschaft ist.
-
Unter der Annahme, daß beispielsweise eine Botschaft
zum Anwählen einer Telefonnummer um 10:30 Uhr empfangen
worden ist, dies soll die Botschaft 32 sein (die
Botschaftsziffer ist Modul 32). Sodann wird die Abfolge
der auf dem unteren Display 102 dargestellte
Information
wie unten gezeigt sein, ausgehend von der ersten
Zeile und unter Darstellung des Nachfolgenden unter den
erläuterten Bedingungen:
-
Der Betrieb der Personenruf-Uhr 20 wird in einem
Prüfbetrieb geprüft, um zu bestätigen, daß die
Personenruf-Uhr und das System 22 richtig funktionieren. Das
Drücken des Auswahlknopfs 82 in dem Prüfbetrieb (das
Turm-Symbol wird blinken) bewirkt, daß die
Personenruf-Uhr unmittelbar nach einem gültigen Signal sucht,
statt in dem ihm zugeordneten Zeitschlitz. Wenn die
Personenruf-Uhr in einem Bereich mit einem guten
Empfang arbeitet und ein Sendeturm ein gültiges
Datensignal überträgt, wird das Turm-Symbol konstant
dargestellt. Wenn ein solches gültiges Signal in der
Frequenzsuchliste nicht gefunden wird, verschwindet das
Turm-Symbol. Der Testbetrieb wird, wie alle anderen
Betriebsweisen, durch ein Drücken des Betriebsart-Knopfes
ausgelöst.
2.0 Systembeschreibung
2.1 Netzhierarchie
-
Es wird auf Fig. 2A Bezug genommen. Ein Abschnitt eines
globalen Personenruf-Netzes 22 ist gezeigt, um die
Ebenen der Hierarchie innerhalb des Netzes zu erläutern.
Auf der tiefsten Ebene, K, sind Empfangseinheiten 20,
20a, 20b, 20c und 20d vorhanden. Die Empfangseinheiten
können tragbare Personenruf-Uhr-Empfänger sein, wie die
Einrichtung von Fig. 1A, es können aber auch
funktionell äquivalente ortsfeste Basiseinheiten sein, wie der
Empfänger 20a von Fig. 2A, der als Teilnehmer für eine
Datenübertragung und einen Datenempfang dient. Alle
diese Empfänger empfangen Übermittlungen von Daten
durch FM-Radiowellen von Sendern 44, 44a, 44b, 44c und
den Wiederholer 44d auf. Jedem Sender ist ein
Verifikations-Empfänger zugeordnet, der einen Empfänger
aufweist, der funktionell demjenigen der Einrichtung 20
äquivalent ist. Dieser empfängt und decodiert
Übertragungen von jedem Sendeturm 44 und vergleicht die
decodierten Daten mit der entsprechenden Dateneingabe an
den Sender, um die Genauigkeit zu verifizieren Diese
Verifikation wird gewöhnlich an der lokalen
Vermittlungsstelle, etwa der Vermittlungsstelle B ausgeführt.
-
Auf der nächsten Ebene der Hierarchie, der Ebene 1,
sind die örtlichen Datenübertragungs- und
Telekommunikationsnetze, einschließlich der Telefon-Schnittstelle
32 für die Telefone 24 und die Sprach-Mailbox des
Teilnehmers 24b. Auf der Ebene H sind die örtliche
Verrechnungsstelle, die mit den Bezugsziffern 34, 36 versehen
sind, um Fig. 2B zu entsprechen.
-
Weiter in der Hierarchie weist das Netzwerk 22 ein
Kommunikationsnetz 38 für regionale Daten und ein Netzwerk
39 für regionale Telekommunikation auf, durch die
weitere Teilnehmer 24C auf das System zugreifen können, um
Personenruf-Botschaften auszusenden oder an dem System
teilzunehmen. Die Netzwerke 38, 39, für die regionalen
Daten und die Telekommunikation sind wiederum mit einer
regionalen Vermittlungsstelle 110 verbunden. Die
regionalen Vermittlungsstellen 110, 110a, 110b arbeiten
genau wie die örtliche Vermittlungsstelle, jedoch auf
einer regionalen Basis. Diese überträgt Personenruf oder
andere digitale Botschaften von einem Ort zu einem
anderen durch das regionale Datenkommunikationsnetzwerk
38 zu der geeigneten örtlichen Vermittlungsstelle zum
Aussenden in dem Bereich des gewünschten Empfängers der
Daten.
-
Oberhalb der Ebene der regionalen Vermittlungsstelle
(der Ebene E), sind nationale Daten- und
Telekommunikationsnetze 112, 114. Ein nationales System für
Teilnehmer und Dienstleistungen 116 ist mit dem nationalen
Datenkommunikationsnetz 112 verbunden. Einen Personenruf
aussendende Verwender und andere Teilnehmer 24D können
auch auf das System 22 auf der nationalen Ebene durch
das nationale Telekommunikationsnetz 114 zugreifen. Die
Übertragung von Informationen auf der nationalen Ebene
werden durch nationale Vermittlungsstellen 118, 118a,
118b durchgeführt, wie dies auf der Ebene D gezeigt
ist. Die nationalen Vermittlungsstellen sind wiederum
mit einem kontinentalen Datenkommunikationswerk 120
verbunden, das durch die Ebene C dargestellt ist. Die
Übertragung von Blöcken von digitalen Daten zwischen
Nationen werden durch kontinentale Vermittlungsstellen
122, 122a, 122b gesteuert. Transkontinentale oder
globale Übertragungen von Daten werden über ein globales
Datenkommunikationsnetz 124 unter der Steuerung einer
einzelnen globalen Vermittlungsstelle 126 ausgeführt.
-
Es versteht sich, daß das Vorangehende eine
vereinfachte Darstellung eines globalen Personenrufnetzes 2 ist,
wobei viele Verbindungen und zugehörige Blöcke zur
besseren Klarheit nicht dargestellt sind. Es ergibt sich
weiter, daß einzelne Blockelemente, etwa die regionalen
Datenübertragungsnetze 38, Elemente aus einer Anzahl
von anderen Netzen aufweisen können, etwa eine
Telekommunikationsgesellschaft und private digitale
Datenpaketnetze. Entsprechend kann das regionale
Telekommunikationsnetz 39 verschiedene Elemente unterschiedlicher
Telekommunikationsorganisationen aufweisen, die sowohl
parallel als auch seriell verbunden sind.
2.2 Ausgestaltung der Vermittlungsstelle
-
Fig. 4 zeigt in größerer Darstellung eine örtliche
Vermittlungsstelle und eine Übertragungsanlage. Bei einer
Bezugnahme von Fig. 4 bis Fig. 2B ergibt sich, daß jede
örtliche Vermittlungsstelle die Fähigkeiten sowohl der
Vermittlungsstelle A als auch der Vermittlungsstelle B
hat. Jede örtliche Vermittlungsstelle weist eine
Rechneranlage auf, die durch den gestrichelten Block
angegeben ist, der die Bezugszeichen 34, 36 aufweist, um
den Vermittlungsstellen-Rechner A und B in Fig. 2B zu
entsprechen. Botschaften eines sendenden Verwenders
erreicht die Computeranlage über Telefonleitungen 30 und
werden durch eine Telefoneinheit 202 empfangen. Die
Interaktion mit dem sendenden Verwender wird durch
sprachsynthetisierte Instruktionen erleichtert, die von
einer Sprachantwort-Verarbeitungseinheit 204 geschaffen
wird. Einheiten 202, 204 bilden gemeinsam die
Kommunikationsschnittstelle 32 von Fig. 2B. Ein Computer,
einschließlich einer Botschaftsverarbeitungseinheit 206,
einem Botschaftsspeicher 208 und
Systemverwaltungselementen 210 bilden die restlichen Funktionen des
Rechners 34 der linken Seite von Fig. 2B. Eine
Paket-Netzschnittstelle 212 verbindet den örtlichen
Vermittlungsstellencomputer zum Aufnehmen und zum Tragen von
Datenpaketen von und zu einem externen Paketnetz 38. Ein
Unterstützungsblock für einen Operator kann auch in
Verbindung mit dem Multiplexer 202 verbunden sein, um
demjenigen, der einen Personenruf absetzen können,
jedoch nicht auf die automatische Befehlsabfolge
richtig antworten kann, zu helfen.
-
Es wird jetzt auf die rechte Seite von Fig. 2B Bezug
genommen. Die Elemente 206, 201, 210 in Fig. 4 erlauben
auch die Funktionen des Vermittlungsstellen-Rechners B.
Sie empfangen und verarbeiten Botschaften und
übertragen diese zu einer Warteschlangen-Maschine 40, die
einen zweiten Rechner 220 aufweist, zum Bilden und
erzeugen eines Protokolls. Die Warteschlangen-Maschine 40
muß nicht an dem gleichen Ort wie der
Haupt-Vermittlungsstellen-Rechner 34, 36 angeordnet sein. Der
Rechner 220 hat eine Hauptuhr 222, die die zeitliche
Vorgabe aller Botschaften, die in dem Bereich der örtlichen
Vermittlungsstellenanlage liegen, steuert. Botschaften
werden von dem Computer 220 und der Warteschlangen-
Maschine 40 formatiert in Übereinstimmung mit einem
später zu beschreibenden Protokoll.
-
Die Personenruf-Botschaften werden sodann über ein
Sender-Verbindungselement 42 zu einer Sendeanlage 44 in
der Reihenfolge, in der sie auszustrahlen sind,
übermittelt. Die Sendeanlage weist im wesentlichen einen
Trägergenerator und Modulator 810, einen Erreger 812,
einen Leistungsverstärker 816 und eine Antenne 818 auf.
Botschaften werden, wie oben erwähnt, von der Antenne
818 zum Empfang durch Personenruf-Uhren 20 und
verschiedene andere Empfänger, die in Fig. 2A gezeigt
sind, auf.
-
Ein anderer derartiger Empfänger ist der
Verifikationsempfänger 45, der in Verbindung mit Fig. 2A erwähnt
ist. Der Verifikationsempfänger weist eine Antenne 232
zum Empfangen von Übertragungs-Sendungen von der
Antenne 818 auf. Empfangene Übertragungen werden an eine
Verifikations-Verarbeitungseinheit 234 ausgegeben. Die
Einheit 234 führt einen Vergleich zwischen den von dem
Computer 220 übertragenen und den von dem
Verifikationsempfänger dekodierten Daten aus. Wenn in den
dekodierten Daten ein Fehler erkannt wird, wird der
Computer 220 davon in Kenntnis gesetzt. Der Rechner 220
bewirkt, daß die Daten zu einem geeigneten Zeitpunkt an
den addressierten Empfänger erneut übermittelt werden.
Der Verifikationsempfänger und die Dekodierelemente
sind funktionell dieselben, die in der Personenruf-Uhr
20 verwendet werden, wie dies im folgenden unter
Bezugnahme auf die Fig. 10, 11a, 11b und 14 beschrieben
werden wird.
2.3 Datenstrom in der Vermittluncrsstelle
-
Es wird auf die Fig. 3A und 3B Bezug genommen. Der
Datenfluß durch die Vermittlungsstelle schreitet im
wesentlichen in den Zeichnungen von links nach rechts
fort. Bei einer Bezugnahme auf die Fig. 3A und 3B auf
Fig. 4 deckt der linke Abschnitt von Fig. 3A die
Funktion der Telefon-Schnittstelle 202, 204 ab. Der rechte
Abschnitt von Fig. 3A und der linke Abschnitt von Fig.
3B umfaßt den Betrieb des Vermittlungsstellenrechners,
einschließlich der Elemente 206, 208 und 210. Der
Empfang und die Übertragung von Daten über die Paket-
Schnittstelle 212 wird ebenfalls in den letztgenannten
Abschnittender Fig. 3A und 3B abgedeckt. Der rechte
Abschnitt von Fig. 3B umfaßt den Betrieb der
Warteschlangen-Maschine 40. Die verschiedenen Blöcke und
Kreise in den Fig. 3A und 3B stellen Prozeßschritte in
dem Datenfluß an und sind vorgegebene unterschiedliche
Bezugszeichen. Sie beziehen sich jedoch auf
verschiedene Elemente in dem Blockdiagramm von Fig. 4 und es
werden so, wo geeignet, der geeignete Block in Fig. 4 auch
in Klammern erwähnt.
-
Ausgehend von der linken Seite von Fig. 3A mit der
Telefon-Schnittstelle erreichen die zuvor über Knöpfe
an einem Berührungston-Telefon 24 (Fig. 2a) erzeugten
Daten den Schritt 250. Ein DTMF-Ton wird so für jeden
niedergedrückten Knopf erzeugt. Diese Töne werden in
dem Schritt 252 in einen binären Code übersetzt. Diese
Binärdaten werden in einem Multiplex-Schritt 254 (Block
202 in Fig. 4) auf den örtlichen Vermittlungsstellen-
Rechner (Block 206) übertragen. In Schritt 256 werden
die Eingangsdaten interpretiert, bewertet und eine
Antwort wird erzeugt. Die Antwort wird durch den
Multiplexer zurückgeführt und wird in eine synthetisierte
Sprachantwort in Schritt 258 (Block 204) übersetzt, die
über das Telefon 24 dem Verwender übermittelt wird.
-
Der große Kreis, der den Schritt 256 repräsentiert und
mit "Interpretation, Bewertung, Antwort" bezeichnet
ist, stellt den Beginn des Betriebs des
Vermittlungsstellen-Rechners
dar. Daten, die über die
Telefonleitungen eingehen, werden interpretiert. Eine Prüfung
wird in Schritt 260 gegenüber der Datenbasis des
örtlichen Teilnehmers (Block 210) zu machen, um zu
bestimmen, ob die von dem sendenden Verwender eingegebene
Telefonnummer für den gewünschten Empfänger des
Personenrufs eine zulässige Nummer ist. Falls sie zulässig
ist, gibt die Datenbasis des örtlichen Teilnehmers an
den Computer die Botschaftsnummer der gegenwärtigen
Anfrage, die Seriennummer der Personenruf-Uhr, die die
Botschaft empfangen soll und den Bereich, in dem sich
der empfangende Verwender befindet, an.
-
Wenn die gewünschte Telefonnummer außerhalb der
Datenbasis des lokalen Teilnehmers ist, erfolgt eine Anfrage
für eine Wanderinformation bei Schritt 262 über das
internationale Netzwerk zu der geeigneten
Vermittlungsstelle. Jede Vermittlungsstelle hat eine Liste von
Telefonaustauschen innerhalb jedes Telefonbereichcodes.
Wenn eine Anfrage für eine Personenruf-Botschaft nicht
für die örtliche Vermittlungsstelle ist, wird die
richtige Vermittlungsstelle bestimmt und es wird eine
Teilnehmerinformationsanfrage ausgesandt. Der Zweck dieser
Anfrage ist es, zu bestimmen, ob die Botschaftsanfrage
für einen zulässigen Empfänger ist. Wenn sie dies ist,
werden die Botschaftsnummer, die Seriennummer der
Personenruf-Uhr und der den Teilnehmer abdeckenden Bereich
zurück über das Netzwerk zu der örtlichen Ausgangs-
Vermittlungsstelle zur erneuten Verarbeitung in
Übereinstimmung mit Schritt 256 zurückgeschickt.
-
Nachdem die vorgenannte Information entweder von der
Datenbasis des örtlichen Teilnehmers oder aber von
einer entfernten Vermittlungsstelle geliefert worden ist,
werden die Anforderungsdaten zu dem Anforderungszeit-
Markierungsvorgang 264 geführt. Dieser Vorgang fügt zu
den Anforderungsdaten die Zeit und das Datum, zu dem
die Anfrage gemacht worden war, zu und plaziert die
Botschaft in einen neuen Anforderungsfile 266 für einen
gültigen Personenruf (Block 208). Dieser File
beinhaltet alle Informationen, die für die Lieferung der
Botschaft erforderlich ist und sendet die Information
schließlich zu einem Berechnungsblock 268 (Block 210).
-
Bewertete Anforderungen für Personenrufe, die von einer
entfernten Vermittlungsstelle kommen, erreichen den
Datenstrom an dem Paketnetzwerkknoten 278 (Block 212).
Sie werden zu dem Zeitmarkierungsvorgang 264 zur
weiteren Verarbeitung in derselben Weise wie vom Ort
kommende Personenrufanforderungen geführt, wie dies im
folgenden beschrieben werden wird. Eingehende und
ausgehende Berechnungsinformationen werden entsprechend zu
und von anderen Vermittlungsstellen über
Paketnetzwerkknoten 270 übertragen (Block 212).
-
Nachfolgend an die Schritte 264 und 266 wird ein
Lieferzeit-Monitorverfahren 272 auf der bewerteten
Personenrufanforderung durchgeführt. Die
Lieferzeitinformation wird durch den sendenden Verwender zugeführt.
Wenn keine Lieferzeit zugeführt wird, bewirkt dieser
Vorgang keine Verzögerung. Das Verfahren 272 beobachtet
den Personenrufanforderungsfile 266 (Block 208 in Fig.
4), um zu prüfen, ob die Botschaften für die Lieferung
bereit sind. Wenn die Botschaften nicht für die
Lieferungen bereit sind, werden sie zu einem Sortierer 274
der Bestimmung-Vermittlungsstelle gesandt. Dieser
Sortierer bestimmt, ob die Bestimmungsnummer innerhalb der
Abdeckung der örtlichen Vermittlungsstelle ist, wie
dies durch den Sendebereich der zugehörigen
Sendeanlagen 44 bestimmt wird. Falls nicht, wird die Botschaft
über den Paketnetzwerkknoten 278 zu einer anderen
Vermittlungsstelle übermittelt. Wenn die Botschaft am Ort
auszusenden ist, wird diese ausgesendet, um einen
Abdeckungsvorgang 280 zu bestimmen. Der Sortierer der
Vermittlungsstelle verwendet eine Datenbasis 276, um zu
bestimmen, zu welcher anderen Vermittlungsstelle eine
nicht örtliche Botschaft gesendet werden sollte.
-
Fig. 3B zeigt ein einziges System mit drei
Sendeanlangen oder -stationen 1, 2 und 3. Wenn ein empfangender
Verwender eine Abdeckung über einen ganzen örtlichen
Servicebereich vertraglich vereinbart hat, der durch
alle drei Sendeanlagen abgedeckt ist, wird die
Botschaft zu alle drei Sendeanlagen übermittelt. Wenn er
eine Abdeckung nur in einem Abschnitt des
Servicebereichs vertraglich vereinbart hat, etwa eine Vorstadt
oder einen Innenstadtbereich, wird die Botschaft
lediglich zu einem Sender, der durch die Station 1 an dem
Knoten 282 repräsentiert wird, gesendet.
-
Der Datenstrom nach rechts von jedem Stationsknoten
282, 282B oder 282C repräsentiert das Netz, die
Verbindung und die physikalischen Ebenen in dem OSI-Modell
(Fig. 2B und 2C). Jeder Stationsknoten plaziert eine zu
übertragende Botschaft in den Zeitschlitz, der der
Adresse für den gewünschten Uhrempfänger 20 entspricht.
Die Übertragung von Botschaften wird prioritiert unter
Anordnen der Botschaften mit der höchsten Priorität in
der Schlange. Prioritätsbotschaften können auch
häufiger wiederholt werden als Routinebotschaften, um eine
vorgegebene Qualität des Services zu haben, der höher
ist als derjenige, der der Routine und den Botschaften
mit geringer Priorität zugeordnet ist.
-
Daten von einem Knoten, wie dem Knoten 282 (Block 220)
wird sodann über eine gegenständliche Leitung oder über
eine Übertragungsverbindung 42 zu einem Sendeturm
gesandt, wo die Information durch die Luft übertragen
wird. Ein Stations-Verifikationsempfänger 288 (Block
45) empfängt und decodiert die Radiobotschaften und
liefert diese zu einem Verifikationsprozeß 290 (Block
234), die den Strom der Daten vergleicht, wie diese von
dem Knoten übertragen worden sind und senden diese
durch die Sendeanlage aus. Wenn der Strom der Daten
nicht übereinstimmt, vermerkt der
Verifikationsverarbeiter diesen Vorgang 282 (Block 220) für ein erneutes
Zusammenstellen der Botschaft durch die Station, wie
dies von dem Verbindungsrahmenprozeß 290 angegeben ist
zurück zu dem Anordnungsvorgang 282.
-
Nachdem jeder Stationsknoten die Übertragung einer
Botschaft zufriedenstellend beendet hat, sendet es eine
Bestätigung zu einem Botschaftslieferungsbestätiger
302. Von der Information, die in dem Schritt 280
geschaffen wird, bestimmt der Bestätiger, ob Information
über alle Türme ausgesendet worden ist. Es setzt sodann
eine Information in den Personenrufanforderungsfile
266, um anzugeben, daß die Lieferung bestätigt worden
ist.
-
Der Berechnungsvorgang 268 nimmt sodann eine
Information über die bestätigten gelieferten Botschaften und von
der Datenbasis 260 des örtlichen Teilnehmers, gewinnt
eine Information darüber, wo der empfangende Verwender
lebt und dessen Adresse und setzt eine Information für
die Erzeugung und für das Senden einer Rechnung aus.
Wenn eine Botschaft für jemanden außerhalb der
Datenbasis des örtlichen Teilnehmers bestimmt war, wird die
Rechnung über einen X.25-Knoten 270 zu der örtlichen
Vermittlungsstelle des Teilnehmers übermittelt.
-
Dieses System schafft die Möglichkeit einer Übertragung
eines genauen Zeitpunkts zu den Personenruf-Uhren. Ein
genaues Zeitsignal wird durch einen WWV-Empfänger
(Block 222) geschaffen, daß die Zeit von WW Boulder,
Colorado, aufnimmt, und überträgt die Zeitinformation
zu den Stationsknoten in den Verfahren 300.
3.0 Datum Protokoll und Empfänger-Betrieb
3.1 Erzeugung des Protokolls
-
Botschaften werden innerhalb des Systems in diskreten
Paketen digitale Information sowohl zwischen der
Vermittlungsstelle A, B in unterschiedlichen Bereichen
über übliche paketgeschaltete Netze und von einer
Vermittlungsstelle über eine Sendeanlage 44 zu einer
Personenruf-Uhr 20 innerhalb eines örtlichen Bereichs
übertragen. Ein Datenprotokoll bestimmt das Format und
den relativen Zeitpunkt der Paketübertragung, um es
einem Empfängerabschnitt einer Uhr zu erlauben, nur
während der Zeit aktiv zu sein, in der die für ihn
bestimmten Pakete übertragen werden, wie dies im
folgenden in seinen Einzelheiten beschrieben werden wird. Der
Leistungsverbrauch durch die Personenruf-Uhr wird
erheblich verringert, da der Empfänger 840 und der
Decodierabschnitt 700 (Fig. 11A) in diesem dann nur über
0,006 % der Zeit verglichen mit dem kontinuierlichen
Betrieb aktiv ist, bei einem Empfang einer einzelnen
Paketbotschaft nur alle 7,5 Minuten von einem einzelnen
Sender. Wenn der Verwender häufig seinen Ort verändert,
was es erforderlich macht, Sendekanäle abzutasten, oder
aber häufig mehr als eine einzelne Paketbotschaft und
längere Botschaften in jedem Rahmen zu empfangen, ist
das Einschalt-Ausschalt-Verhältnis ungefähr 0,02 %. Für
einen Personenrufer, der in Notfallanwendungen
verwendet wird, etwa bei einer Personenrufanlage für einen
Feuerwehrmann, kann die Botschaft in jedem Unterrahmen
übertragen werden, was zu einem Einschalt/Ausschalt-
Verhältnis von ungefähr 0,2 % führt. Bei üblichen
Uhrenbatterien erlaubt das Verhältnis von 0,2 % eine
Arbeit von ungefähr einer Woche zwischen dem Ersatz und
dem erneuten Aufladen der Batterien. Ein maximales
Verhältnis von ungefähr 1 % ist erforderlich, um den
Ersatz oder das Wiederaufladen der Batterie einmal pro
Tag zu begrenzen. Dies ist erheblich weniger als bei
Empfängern, die mit üblichen Protokollen wie dem POCSAG
und GSC verschlüsselt sind, die ein Empfangen und
Decodieren von Personenrufen erfordert, die über etwa ein
Drittel der Zeit aktiv ist.
-
Es wird jetzt auf die unten angegebene Tabelle 1 und
auf Fig. 2C Bezug genommen. Ein Abschnitt des
Gesamtprotokolls ist jedem der sieben Ebenen in dem OSI-
Modell zugehörig. Fig. 2C zeigt in den gestrichelten
längsverlaufenden Verbindungslinien das Protokoll der
Kommunikation zwischen einem sendenden Verwender und
einem empfangenden Verwender in jeder Ebene des
Modells. Die gestrichelten Linien stellen nicht eine
tatsächliche laterale Verbindung an den oberen fünf Ebenen
dar, eine derartige Verbindung wird nur auf der
gegenständlichen Ebene hergestellt, wie dies durch
durchgezogene Linien angegeben ist. Vertikal benachbarte
Ebenen werden durch Schnittstellen verbunden, die einen
tatsächlichen gegenständlichen Weg für die Botschaft
von dem sendenden Verwender zu dem empfangenden
Verwender schaffen. In einem physikalischen Sinn wird das
Protokoll zu jeder Ebene zu der Botschaft als die
Botschaft addiert, wenn diese von dem sendenden Verwender
ausgesendet wird, bewegt sich entlang des
gegenständlichen Wegs von der Anwendungsschicht zu der
gegenständlichen Schicht nach unten. Umgekehrt wird das Protokoll
decodiert und wird um eine Schicht entfernt zu einem
Zeitpunkt von der empfangenen Botschaft zu einer
physikalischen Verbindungsebene, wenn diese nach oben von
der gegenständlichen Ebene zu der Anwendungsebene
wandert.
Fig. 2C faßt die Protokolländerungen auf jeder
Ebene zusammen und Fig. 1 gibt die den gesamten
Botschaftsinhalt und das Format des Protokolls an jeder
Schicht detailliert an und erläutert diese. Fig. 3A und
3B sind entlang des unteren Randes angegeben, um die
Beziehung zwischen den Verarbeitungsschritten und den
Schichten des Protokolls, die in Tabelle 1 angegeben
sind, anzugeben.
TABELLE 1
-
Wie Tabelle 1 und Fig. 2C zeigen, erreicht der sendende
Verwender in der Anwendungsebene eine Botschaft (AP-
Daten), die n bits aufweisen kann. Die AP-Daten sind
das Protokoll auf der Anwendungsebene, interpretiert
durch den empfangenen Verwender an einer Uhr 20 der
Spalte 28 in der Form, in der es durch das Telefon 24
der Spalte 2 oder durch einen Computeranschluß 26A
eingegeben worden ist. Die AP-Daten können in einem
binärcodierten Dezimalsignal codiert sein (BCD) mit 0-9
Ziffern wie üblich, wobei A einen Abstand, B eine Strich,
C ein Semikolon, D eine wichtige Botschaft, E das
Erfordernis zuhause anzurufen, F das Erfordernis, im Büro
anzurufen, angibt. Der sendende Verwender gibt auch
andere Informationen, die sich an den
Personenrufrichten, an, etwa den Namen des Empfängers und dessen
Nummer, die Priorität der Übermittlung usw. Diese Daten
werden mit den AP-Daten und anderen Daten, die von der
Vermittlungsstelle A zugefügt werden (Gruppe und
Adresse des Empfängers, Systemkontrollinformation,
Botschaftsnummer usw.) zu der Präsentationsebene geführt.
Auf dieser Ebene wird eine Botschaftsformatsziffer, die
das Botschaftsformat definiert, in BCD zu AP-Daten
hinzugefügt, um das Protokoll auf dieser Ebene zu bilden,
die P-Daten. Das Botschaftsformat gibt den Typ der
Datencodierung, etwa binär, ASCII usw. an. Das
Botschaftsformat für die Uhrempfänger ist das binäre
Äquivalent von dezimal 06, wie in Fig. 5C gezeigt. Die
Protokolle
auf diesen beiden Ebenen werden durch die
Prozeßschritte 250 bis 258 in Fig. 3A erzeugt.
-
Die Sitzungsschicht des Modellplans der Übertragung der
Pakete und der Transportebene bestimmt, welches Netz
die Pakete nehmen wird, um den gewünschten empfangenden
Verwender zu erreichen. Bei diesem Ausführungsbeispiel
des Systems addieren weder die Sitzungs- noch die
Transportebene Daten zu dem Protokoll der
Präsentationsebene. Die Orte dieser Ebenen in dem Datenstrom
werden in den Fig. 3A und 3B gezeigt. Das
Transportebenenprotokoll ist, wie in Fig. 2C gezeigt, zwischen der
Vermittlungsstelle 34, 36 der Metropole und der Uhr 20
(Spalte 28). Die Schnittstelle zwischen der
Sitzungsund der Transportebene ist das
Telefonkommunikationsnetz 30.
-
Auf der Netzebene weist das Protokoll bits, die ein
Adressenfeld zum Adressieren eines Uhrempfängers
bilden, auf. Das Feld entspricht dem Zeitvorgabeformat zur
Übertragung von Paketen. Das Protokoll weist weiter
bits auf, die ein Paketanordnungsfeld zum Zerlegen und
Zusammenfügen von so großen Botschaften, damit diese in
ein Paket passen, auf. In Fig. 3B werden diese
Bitfelder an den Stationsknoten 282, 282B, 282C durch den
Block 20 zum Erzeugen und zum Aufstellen des Blocks der
Warteschlangen-Maschine 40 in Fig. 4 addiert. Der Block
220 der Warteschlangen-Maschine 40 wird durch ein auf
einem Mikroprozessor laufenden Hochsprachen- und
Softwareprogramm gebildet, die die Protokoll-Bits zu dem
Datenpaket addieren und das Programm zur Übertragung
unter Bezugnahme auf die Hauptuhr 220 vorbereiten. Das
Datenpaket wird entweder über eine Sendeverbindung 42
zu der Übertragungsanlage 44 von Fig. 4 für eine
örtliche Übertragung übermittelt oder aber über die X.25
Netz-Schnittstelle 212 in ein übliches Paketschaltnetz
38 zur Lieferung an die Vermittlungsstelle B in einen
anderen Bereich übertragen. In Fig. 2C ist diese
Übertragung über die X.25 Netz-Schnittstelle durch die
Linie 38 zeigt. Die Botschaften, die von den Datenpaketen
getragen werden, werden wenigstens zweimal zu jedem
Empfänger mit geringer Priorität übermittelt, um die
Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, daß die Botschaft
erkannt wird. Bei einer normalen Priorität werden die
Botschaften häufiger übermittelt.
-
Es hat sich gezeigt, daß ein Empfänger durchschnittlich
neun von zehn Botschaften, die einmal übertragen
werden, erkennt. Durch eine Übermittlung jeder Botschaft
wenigstens zweimal, verbessert sich die
Wahrscheinlichkeit auf neunundneunzig auf hundert. Botschaften mit
höherer Priorität werden entsprechend häufiger als
Botschaften mit normaler Priorität übermittelt.
3.2 Format der Botschaft
-
Das Format der zu übertragenden Botschaften wird in den
Figuren 5A bis 5C gezeigt. Das Format weist einen
Zeitrahmen 600 (Fig. 5A) einer vorgegebenen Länge, wie etwa
sieben und eine halbe Minute, auf, der zyklisch
wiederholt wird. Innerhalb jedes Rahmens 600 gibt es eine
vorgegebene Anzahl von Unterrahmen 602. Zweiunddreißig
Unterrahmen von etwa 45 Sekunden sind jeweils in Fig.
5A gezeigt. Jeder Unterrahmen ist eindeutig mit 0, 1,
2, ... 31 bezeichnet. Es wird wieder auf Fig. 5B Bezug
genommen. Jeder Unterrahmen weist eine vorgegebene
Anzahl von Zeitschlitzen 604 auf, währenddessen ein Paket
übertragen wird. In Fig. 5B sind 1.024 Zeitschlitze von
ungefähr 13 Millisekunden jeweils gezeigt. Jeder
Zeitschlitz ist eindeutig mit 0, 1, 2, ... 1.023
bezeichnet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt
die Bezifferung der Zeitschutze und der Unterrahmen
nacheinander in zunehmender Reihenfolge, das
tatsächliche Bezifferungsschema kann jedoch unterschiedlich
sein, solange es sich in jedem Rahmen vorhersagbar
wiederholt. Die Information über die Nummer des
Unterrahmens und des Zeitschlitzes werden in den übertragenen
Daten übermittelt und werden von den Empfängern
verwendet, wie dies im folgenden beschrieben wird, um einen
Bezugspunkt innerhalb eines Rahmens anzugeben.
-
Jedes Paket, das innerhalb eines Zeitschlitzes
übertragen wird, beinhaltet 256 Bits an Informationen und 4
Zwischenbits und trägt 112 Bits der Botschaft oder
Transportdaten 605, wie in Fig. 5C gezeigt. Jeder
Unterrahmen hat einen Steuerschlitz 606 zum Übertragen
von Paketen von Steuerinformationen. Steuerschlitze 606
sind wie Zeitschlitze 604 sowohl in ihrer Dauer als
auch in Format, unterscheidet sich jedoch bezüglich des
Informationsgehalts, wie dies im folgenden beschrieben
werden wird.
-
Die Größe und die Dauer der Rahmen, Unterrahmen und
Zeitschlitze kann geändert werden. Die Dauer und die
Anzahl von Zeitschlitzen sollte jedoch in der gezeigten
Größenordnung sein, um einen sehr kurzen Arbeitszyklus
des Empfängers (beispielsweise in dem dargestellten
Beispiel 0,006 %) zu sein und soll die Möglichkeit
eines häufigen Wiederauftretens haben, um
Personenrufbotschaften zu einer großen Anzahl von Verwendern auf
einem einzigen Kanal zu ermöglichen (32.768 Zeitschlitze
pro 7,5 Minuten). Die übertragende Datenrate muß etwa
in der Größenordnung von 19 Kilobits sein, um das oben
beschriebene Protokoll- und Botschaftsformat zu
unterstützen. Auch ist die Verwendung sehr kurzer
Zeitschlitze ein wichtiger Faktor bezüglich der
Verbesserung der Empfangszuverlässigkeit bei sehr
hochfrequenten
Personenrufsystemen, wie dies im Abschnitt 4.4
beschrieben werden wird.
-
Das in Fig. 5 gezeigte Botschaftspaket wird, wie in dem
vorangehenden Abschnitt beschrieben, erzeugt, ausgehend
von den Transportraten 605. Die nachfolgende
Beschreibung des Botschaftspakets ist in der Größenordnung
angeordnet, in der es aufgebaut ist. Jede Personenruf-Uhr
oder jedem Empfänger ist eine einzigartige Seriennummer
zugeordnet. Unter Bezugnahme auf Fig. 5C ergibt sich,
daß das Adressenfeld innerhalb eines Pakets erste und
zweite Feder 608, 610 beinhaltet. Gewöhnlich paßt das
Adressenfeld, das für ein einzelnes Paket, das für
einen individuellen Empfänger bestimmt ist, mit der
Adresse des Empfängers überein. Eine besondere Gruppe
von Empfängern, das heißt Feuerwehrleute, muß nur ein
bestimmter Abschnitt der Paketadresse, der Adresse der
Empfänger, die der Gruppe zugeordnet sind, entsprechen.
Das zweite Adreßfeld wird im nachfolgenden erläutert.
-
Das zweite Adreßfeld 610 beinhaltet die 16
hochsignifikanten Bits (MSB) der Adresse des Empfängers, die dem
ersten Teil der Seriennummer des Empfängers entspricht.
Das erste dieser hochsignifikanten Bits gibt an, ob die
Botschaft für eine Gruppe von Empfängern (1) oder für
einen einzelnen Empfänger (0) ist. Bei
Gruppen-Empfängern entsprechen die verbleibenden 15 Bits der Nummer
der Gruppe. Bei individuellen Empfängern bilden die
Bits einen Teil der Adresse des individuellen
Empfängers (also der Seriennummer), wobei der Rest durch das
Adressenfeld 608 geschaffen wird. Individuelle
Empfänger mit unterschiedlichen hochsignifikanten Bits können
so denselben Schlitz- und Unterrahmen teilen. Ein
energiesparender Empfänger wird kurzzeitig während des ihm
zugeordneten Zeitschlitzes und Unterrahmens
einschalten, um zu erkennen, ob seine volle Ädresse der Adresse
in dem Paket entspricht. Wenn dies der Fall ist, wird
es eingeschaltet bleiben, um die Daten in dem Paket zu
akzeptieren und zu verarbeiten. Ist dies nicht der
Fall, bleibt es ausgeschaltet bis zum Ankommen eines
Steuersignals in einem Unterrahmen, der dem
zugeordneten Unterrahmen unmittelbar vorangeht. Empfänger
könnten natürlich bestimmt sein, um häufiger einzuschalten,
bis einmal alle 14.0625 Sekunden. Weiter unten wird
erläutert, daß das Steuerpaket dem Empfänger die Zeit,
das Datum und andere Systeminformationen,
einschließlich einer Liste zur Verwendung möglicher Frequenzen
vor dem erneuten Einschalten an seinem zugehörigen
Unterrahmen und Zeitschlitz angibt.
-
Ein in seiner Leistung nicht begrenzter Empfänger
(nicht gezeigt) kann alle übertragenen Pakete
beobachten. Empfänger einer besonders bezeichneten Gruppe
(beispielsweise Empfänger, die Börsenberichte
beobachten) werden Pakete beobachten, die eine passende
Gruppenadresse haben. Diese Pakete, die Gruppenbotschaften
tragen, können in jedem Zeitschlitz ankommen, die nicht
Botschaften für andere Empfänger tragen. Ein Empfänger
mit voller Leistung muß daher in den meisten Fällen
Gruppenbotschaften empfangen (mit der Ausnahme der
Gruppe 0, wie in Abschnitt 3.7) erläutert ist, auf
einer regulären Basis.
-
Das erste Adressenfeld 608 beinhaltet die 16
geringstwertigen Bits (LSB) einer Empfängeradresse, die einem
ersten Abschnitt der dem Empfänger zugeordneten
Seriennummer entspricht. Für einen individuellen Empfänger,
zu dem ein einzelnes Paket geschickt worden ist,
entsprechen die am geringsten signifikanten oder die
unteren 10 Bits des Paketadressenfelds 608 einer
zugehörigen Zeitschlitznummer und die am geringsten
signifikanten Bits der Adresse des Empfängers. Die verbleibenden
oder oberen 6 Bits des Feldes 608 werden üblicherweise
verwendet, um für den Empfänger ein oder mehrere
Unterrahmen zu identifizieren, abhängig davon, wieviele der
Bits durch den Empfänger maskiert werden. Diese 6 Bits
entsprechen auch einem entsprechenden Abschnitt der
individuellen Adresse des Empfängers und, für einen
Empfänger, der normalerweise einmal bei jedem Rahmen
einschaltet, entspricht er der Unterrahmennummer. Wenn ein
Bit der oberen 6 Bits maskiert ist, tritt die
Unterrahmennummer, wie sie von dem Empfänger interpretiert
wird, bei jedem 32ten Unterrahmen auf. Wenn zwei Bits
maskiert werden, tritt die Unterrahmennummer bei jedem
l6ten Unterrahmen auf, so daß der individuelle
Empfänger zweimal bei jedem Rahmen einschaltet. Wenn eine
Gruppenbotschaft übertragen wird, beinhaltet das Feld
608 die Unterrahmennummer und die Zeitschlitznummer, in
der die Botschaft übertragen wird.
3.3 Verbindung und Kettenbildung
der Botschaften
-
Das Feld 612 zur Bildung der Pakete, das in Fig. 5C
gezeigt ist, erlaubt es einem Uhr-Empfänger 840, Pakete
mehr als einmal innerhalb jedes Rahmens von 7,5 Minuten
zu empfangen. Das Transportdatenfeld 605 hat eine
Größe, um Botschaften einer Minimallänge, beispielsweise
"Rufe 503-234-5678" zu tragen. Längere Botschaften
werden in Pakete aufgeteilt, die in das Transportdatenfeld
zur übertragung paßt und dann von dem Empfänger wieder
zusammengesetzt werden. Die Verwendung des
Paketanordnungsfeldes, wie es im nachfolgenden beschrieben werden
wird, erlaubt es dem System, die Botschaft schnell für
einen bestimmten Empfänger zu komplementieren.
-
Die Paketanordnung kann zwei Formen haben, eine Kette
verbundener Pakete und eine Abfolge von Paketketten. In
einer Kette kann die Adresse des nächsten Zeitrahmens
zum Empfangen der Kette aus einer 8-Bit
Fortsetzungsnummer (CONT NUMBER) innerhalb des
Paketanordnungsfeldes 612 des letzten Pakets berechnet werden. In einer
Abfolge von Ketten gibt die Fortsetzungsnummer in dem
letzten Glied der Kette an, ob eine oder mehrere
Kettenfolgen. Wenn mehrere Ketten folgen, beginnt das
erste Paket der folgenden Kette in einem nachfolgenden
Unterrahmen zu dem Zeitschlitz entsprechend der Anzahl
zu der Zeitschlitzadresse des Empfängers, an den sich
die Botschaft richtet. Nimmt man, beispielsweise,
wieder auf Fig. 5B Bezug, wird angenommen, daß der Schlitz
0 den geringstwertigen 10 Bit der Empfängeradresse
entspricht. Eine Kette könnte sodann zwischen dem
Zeitschlitz 0 und dem Zeitschlitz 1 in dem Unterrahmen
gebildet werden. Eine nachfolgende Kette, die an
demselben Empfänger gesendet wird, würde bei dem Zeitschlitz
0 starten, beispielsweise in dem Unterrahmen 15.
-
Eine Kette wird durch Setzen des Start-der-Kette-Bits
(SOC) auf 1 in einem Paket gebildet, das während der
dem Empfänger zugeordneten Unterrahmen und dem
Zeitschlitz übertragen wird. Die Adresse des Zeitschlitzes
für das nächste Paket ist in CONT NUMBER gegeben. Wenn
das SOC-Bit "0" ist, gibt es an, daß das Paket nicht
der Beginn einer Kette ist. In diesem Fall ist eine
Kette im Fortschreiten und die 16 höchstwertigen Bits
der Adresse werden nicht gesendet, da der Empfänger
bereits in die Kette durch CONT NUMBER eingelockt ist.
Der Abstand, der sich aus dem Verzicht auf die
höchstwertigen Bits ergibt, kann mit Botschaftsdaten
gefüllt werden.
-
Ohne die höchstwertigen Bits werden die Empfänger,
denen der Zeitschlitz zugeordnet ist, das Paket
aufnehmen, wenn sie nicht angewiesen sind, dies nicht zu tun.
Diese Anweisung wird durch ein Suchen des Empfängers
nach dem SOC-Bit bewirkt. Wenn SOC "0" ist, sollte kein
Empfänger diese Daten empfangen, wenn er nicht zuvor
durch eine vorangehende CONT NUMBER des Pakets
entsprechend angewiesen worden ist.
-
Dem SOC-Bit folgt in dem Paketanordnungsfeld 612 von
Fig. 5C ein Ende-der-Kette-Bit (EOC). Wenn dies auf "1"
eingestellt ist, gibt das Paket an, daß ihm kein
weiterer Zeitschlitz folgt, sondern daß dies das Ende der
Kette ist( Wenn es auf "0" eingestellt ist, gibt das
EOC-Bit an, daß der Kette kein weiteres Paket in einem
späteren Zeitschlitz berechnet aus der CONT NUMBER
folgt.
-
Das dritte Bit in dem Feld ist das Ende-der-Botschaft-
Bit (EOM). Wenn dieses auf "1" eingestellt ist, gibt es
an, daß dieses Paket das Ende der Botschaft ist, und
daß der Empfänger die Botschaft darstellen kann. Eine
"1" gibt dagegen nicht an, daß keine zusätzlichen
Pakete kommen, da eine Anzahl von Botschaften in einer
Kette gesandt werden kann. Wenn es auf "0" gesetzt ist,
gibt es an, daß dieses Paket ein Teil einer Botschaft
ist, das weitere Pakete benötigt, um beendet zu werden.
-
Die nächsten 5 Bits sind eine Modub 32 Zahl der Anzahl
der Botschaften, die zu einem bestimmten Empfänger
gesandt werden. Jede Botschaft ist numeriert und die
nächste Botschaftsnummer ist die vorangehende
Botschaftsnummer plus 1. Diese Zahl erlaubt es einem
Empfänger zu bestimmen, ob es eine Botschaft verfehlt hat,
wenn eine Botschaft neu ist, oder aber ob die Botschaft
eine Wiederholung einer höheren Botschaft ist.
-
Die letzten 8 Bits in dem Feld sind die
Fortsetzungsglied-Bits, die die oben erwähnte CONT NUMBER bilden.
Diese Bits geben den Versatz oder das Gliedmuster, bis
zu 256 Zeitschlitze weg zu dem nächsten Zeitschlitz,
wenn eine Kette gebildet wird. Wenn eine Kette
abgeschlossen ist, wird dies dadurch angegeben, daß das
EOC-Bit "1" ist, die CONT NUMBER schafft einen Start
von Abfolgebits (SOS) und die Anzahl der verbleibenden
Kette in einer Abfolge von Ketten. Das höchstwertige
Bit der Fortsetzung Bits ist das SOS-Bit. Die
verbleibenden 7-Bits geben die Anzahl der verbleibenden Ketten
an. Wenn das SOS-Bit "1" ist, gibt es an, daß die
gegenwärtige Kette die erste in einer Abfolge von Ketten
ist. Wenn das SOS-Bit ein "0" ist, gibt es an, daß die
vorliegende Kette nicht die erste in einer Abfolge ist.
Durch das Lesen des SOS-Bits kann ein Empfänger
bestimmen, ob es eine Kette in einer Abfolge verfehlt hat und
muß die fehlende Kette bei seiner zweiten Übertragung
durch die Übertragungsanlage 44 gewinnen. Wenn die
letzten 7 Bits auf "0" gesetzt sind, gibt die CONT NUM-
BER an, daß keine weiteren Ketten in der Reihe
verbleiben und daß der Empfänger ausgeschaltet werden sollte
bis zu der Ankunft von Steuerpaketen, die seinem
zugeordneten Zeitschlitz und Unterrahmen vorangehen.
3.4 Beispiel von verketteten Botschaften
-
Der Vorgang der Paketanordnung wird beispielhaft in
Fig. 5D gezeigt, wobei zur Verdeutlichung nur das
Paketanordnungsfeld gezeigt ist. Ein Uhr-Empfänger,
dessen zugewiesener Unterrahmen- und
Zeitschlitzadresse, beispielsweise 0/0 ist, empfängt ein erstes Paket
einer Kette von drei Paketen, die eine erste Botschaft
bilden. Das Paketanordnungsfeld wird sodann in dem
Unterrahmen/Zeitschlitz 0/0 erscheinen, wie in Fig. 5D
gezeigt. Das SOC-Bit gibt den Beginn einer Kette an.
Das EOM-Bit gibt an, daß die Botschaft nicht
abgeschlossen ist. Die CONT NUMBER gibt an, daß der Versatz
oder das Glied zu dem nächsten Zeitschlitz, in dem das
zweite Paket in der Kette ist, übertragen werden wird.
Die Botschaftsnummer gibt die Nummer von Botschaften
an, sie ist in der ersten Kette "1". Der Empfänger
liest diese Daten gemeinsam mit den restlichen
Paketdaten, schaltet aus und schaltet sodann an dem
zugehörigen Zeitschlitz 3 in dem Unterrahmen 0 ein. Bei dem
Empfangen des zweiten Pakets liest der Empfänger
wiederum das Paketanordnungsfeld, das angibt, daß die
Kette jetzt im Fortschreiten ist (SOC, EOC, EOM) und daß
ein zusätzliches Paket 15 mal bei jedem Schlitz folgen
wird (Zeitschlitz 18). Nach dem Verarbeiten des zweiten
Pakets schaltet der Empfänger wieder aus, gerade vor
dem Zeitschlitz 18 und schaltet sodann ein, um das
Paket in dem verbundenen Zeitschlitz zu lesen. In dem
Zeitschlitz 18 gibt das Paketanordnungsfeld (SOC, EOC,
EOM) das Ende der Kette und das Ende der Botschaft an,
so daß die Uhr 20 die vollständige Botschaft speichern
oder anzeigen kann. Bei dem Ende einer Kette (EOC) gibt
die CONT NUMBER die Anzahl von Ketten, die in einer
Abfolge von Ketten folgen, an, nicht also den Versatz des
nächsten Pakets in der Kette. In dem dargestellten
Ausführungsbeispiel folgen drei Ketten.
-
Die nächste Kette und die Botschaft beginnt an einem
Zeitschlitz 0, dem dem Empfänger zugeordnete
Zeitschlitz in dem nachfolgenden Unterrahmen, dem
Unterrahmen 1. Das Paketanordnungsfeld in dem Paket von
Unterrahmen/Zeitschlitz 1/0 gibt eine Kette mit einem Paket
mit nur einem Abschnitt einer zweiten Botschaft an, wie
dies durch das EOM-Bit angegeben ist. Zwei weitere
Ketten werden folgen, wie dies durch den Wert der
Fortsetzungsziffer
angegeben ist. Das SOS-Bit gibt an, daß die
Kette nicht die erste Kette in einer Abfolge ist. Wenn
der Empfänger die erste Kette verfehlt hat, würde das
SOS-Bit diesem angeben, daß der Empfänger eine Kette
verfehlt hat und der Empfänger würde sodann die erste
Kette bei der erneuten übertragung erkennen und
speichern. Der Empfänger liest das Paket in dem Zeitschlitz
0 und schaltet sodann aus, bis der Zeitschlitz 0 wieder
in dem nachfolgenden Unterrahmen, dem Unterrahmen 2
auftritt. Zu diesem Zeitpunkt schaltet es erneut ein,
liest das Paketanordnungsfeld und bestimmt aus dem
EOM-Bit, daß das 2/0-Paket das erste einer
mehrgliedrigen Kette ist, das übertragen werden wird, innerhalb
des nächsten Pakets, das zwei weitere Zeitschlitze weg
ankommt. Der Empfänger schaltet aus, wartet bis zu dem
Zeitschlitz, schaltet ein und liest das
Paketanordnungsfeld, um eine zweite Botschaft aufzunehmen. Das
Feld in dem Zeitschlitz 2 gibt das Ende der Kette und
das Ende der zweiten Botschaft an, woraufhin die
gesamte zweite Botschaft gespeichert oder dargestellt werden
kann.
-
Die CONT NUMBER gibt eine weitere Kette an, beginnend
mit dem nachfolgenden Unterrahmen, wie oben. Der
Empfänger schreitet sodann fort, um die vierte Kette an
Unterrahmen/Zeitschlitzen 3/0 und 3/3 zu empfangen und
speichert die dritte Botschaft sodann oder stellt diese
dar. An dem Ende der letzten Kette wird SOS in der CONT
NUMBER auf "0" gesetzt (SOS) und die Anzahl der Ketten,
die verbleibt, wird auf "0" gesetzt, was das Ende der
Kettenabfolge angibt. Der Empf?nger schaltet sodann aus
und wartet, bis der zugeordnete Unterrahmen und der
Zeitschlitz 0/0 in dem nachfolgenden Zeitrahmen
auftreten.
3.5 Fehlerprüfung und -korrektur
-
Das Protokoll der Netzebene schließt weiter, wie in den
Fig. 5C und in Tabelle 1 gezeigt, eine Fehlerprüf- und
Korrekturcode (ECC) ein. Ein solcher Code wird in die
Adreßfelder 608, 610 und in das Paketanordnungsfeld 612
eingefügt, um auf Fehler in der Übertragung dieser
Daten zu prüfen und diese zu korrigieren. Das ECC, das in
diesem Ausführungsbeispiel verwendet wird, weist 4 Bits
des Hamming-Codes für jedes Byte von Daten auf. Ein
Oktet-Byte weist zwei Hamming-Codes von 4 Bits auf und
wird nach jeweils zwei Oktets von Daten eingesetzt. Die
Fehlerprüfung und -korrektur wird in üblicher Art und
Weise ausgeführt.
3.6 Flaggen und erzwungene Nullbit-Einsetzung
-
Auf der Gliedebene des Modells in Tabelle 1 und Fig. 2C
werden das Protokoll für die Flaggen 614 und eine
Rahmenprüfabfolge 616 zu den N-Daten von der Netzwerkebene
zugeführt. Dies tritt innerhalb des Blocks 220 der
Warteschlagen-Maschine 40 in Fig. 4 auf. An dem Anfang
und an dem Ende von 8-Bits werden Flaggen, bestehend
aus 01111110 an dem Beginn und an dem Ende jedes Pakets
eingefügt. Die Rahmenprüfabfolge verwendet die übliche
Hochebenen-Datengliedkontrolle (HDLC) 16-Bit
polynominal. Die Pufferung von Bits 618 kann auch zu einem
Paket zugefügt werden, um den Rahmen 600 mit der Realzeit
synchronisiert zu halten.
-
Das Gliedebenenprotokoll weist weiter ein Einsetzen von
0-Bits ein, das ausgeführt wird an den Daten zwischen
den Flaggen am Beginn und am Ende, um zwischen Daten in
dem Paket und in den Flaggen zu unterscheiden. Anders
als bei dem üblichen HDLC-Protokoll wird bei diesem
Verfahren ein "0" in die Daten eingesetzt, nachdem eine
vorgegebene Anzahl von Bits unabhängig von den Werten
der Bits, beispielsweise jedes fünfte Bit, wo die
Flagge eine Reihe von sechs "1" beinhaltet. Dieses
Verfahren verbessert gegenüber vorbekannten Nullbit-
Einsetzverfahren, wie bei dem X.25-Protokoll, bei dem
eine "0" nach jeder fünf "1" in einem Feld eingesetzt
wird. Durch das Einsetzen eines Null-Bits nach jedem
fünften Bit, können Fehler in der Übertragung mit
diesem Schema korrigiert werden. Daten, die von dem
Einsetzen eines Null-Bits abhängig sind, sind dagegen bei
einer Fehlerübertragung nicht korrigierbar.
-
Auf der gegenständlichen Ebene bestimmt das Protokoll
die Art und Weise der Übertragung, etwa der Übertragung
aus einem Autoradio oder FM-Seitenbändern. Innerhalb
der FM-Übertragung ist die Datenrate 19.000 Bits pro
Sekunde, was es erlaubt, in jedem Paket in Fig. 5C bis
zu 260 Bits zu halten. Die Einzelheiten der Übertragung
werden in einem nachfolgenden Abschnitt diskutiert.
3.7 Steuerschlitze
-
Es wird wieder auf Tabelle 1 und Fig. 5B Bezug
genommen. Eine Systemsteuerinformation, die von der
Vermittlungsstelle geschaffen wird, wird in einem Paket in
drei Steuerschlitzen 606 an den Beginn jedes
Unterrahmens 602 übertragen. Diese Information richtet den
Empfänger auf ein System und einen Kanal zum Empfangen der
nachfolgenden Pakete, die die Botschaftsdaten
beinhalten.
-
Alle Empfänger können Steuerpakete empfangen, da diese
Pakete von der Gruppe Null (siehe Tabelle 2) und alle
Empfänger, einschließlich der individuellen, in dem
Energieverbrauch beschränkten Empfänger, sind Elemente
der Gruppe Null. Steuerpakete haben dasselbe Format wie
Datenpakete 604, wie in Fig. 5C gezeigt, haben jedoch
immer die Unterrahmennummer in den Bits 10-15 des
ersten Adressenfelds gegenüber den Datenpaketen, die
einen Abschnitt der Empfängeradresse an diesem Ort haben.
Die Nummer der Unterrahmen, die ein Empfänger in einem
Rahmen einschalten kann, wie oben erwähnt, durch
Maskierungs- und Entmaskierungsbits innerhalb der Bits
10-15 geändert werden. Auch die Steuerpakete weisen
dieselben Paketzuordnungsdaten auf, so daß die oben
genannte Fähigkeit der verbindenden Pakete (siehe
Abschnitt 3.3) verwendet werden kann, um die Steuerpakete
miteinander zu verbinden, etwa innerhalb eines
Unterrahmens oder eines Unterrahmens zu dem nächsten, oder
auch zum Fortsetzen der Sendesteuerinformation in
Zeitschlitzen 614. Diese Fähigkeit ermöglicht eine große
Steuerinformation, die sich nicht während der Dauer
eines Rahmens ändert, zu verteilen über den gesamten
Rahmen in einer kleinen Anzahl von Steuerpaketen in jedem
Unterrahmen.
-
Das erste Steuerpaket in jedem Unterrahmen verwendet
binärcodierte Dezimale (BCD) für seine Transportdaten,
die eine Systemidentifikationsnummer der lokalen
Vermittlungsstelle (vier BCD-Zeichen), den Monat und den
Tag des Monats (sechs BCD-Zeichen) und die 24-Stunden-
Zeit (7 BCD-Zeichen) aufweist, um den Taktgeber in der
Uhr 20 zu synchronisieren. Das erste Paket weist weiter
einen Statuszähler Modub 10 (1 BCD-Zeichen) auf.
Jedesmal, wenn die Systeminformation geändert wird (unten
beschrieben) wird dieser Zähler aufgefrischt, so daß
die Empfänger eine Änderung in dem Übertragungssystem
erkennen können. Der Dateninhalt des ersten
Kontrollpakets verbleibt üblicherweise konstant mit der Ausnahme
bezüglich der Zeit des Tages, bis eine neue
Systeminformation eingegeben wird.
-
In dem zweiten und dem dritten Steuerpaket wird ein
binäre Code verwendet, um eine Information bezüglich der
Systemeigenschaften zu schaffen, etwa der Nummer des
Systems in einem Bereich, wie die Adressen von Gruppen
und einzelnen Empfängern in den verschiedenen Systemen
anzuordnen sind und die Anzahl der Kanäle in einem
getunten System. In Bereichen mit einer erheblichen
Bevölkerungsanzahl kann es erforderlich sein,
verschiedene Systeme fur einzeln adressierte Empfänger zu haben.
Ein geeignetes System für einen gegebenen Empfänger
wird durch zwei 4-Bit-Nummern innerhalb des
Steuerpaketes bestimmt. Die Bitfelder jedes dieser Nummern
entsprechen dem Bit 19 bis 16 der Seriennummern an einem
individuell adressierbaren Empfänger.
-
Diese Ziffern mit 4-Bits bestimmen, wie die Adressen
der verschiedenen Empfänger zu jedem System in einem
Bereich zugewiesen werden. Die erste der 4-Bitnummern
wirkt als Maske (ANDET mit Bits 19 bis 16 der
Empfangsadresse, um die Nummer des Systems, in das ein Bereich
aufgespaltet ist, zu bestimmen. Beispielsweise würde
0011 die beiden höchstwertigen Bits maskieren und das
siebzehnte und das sechzehnte Adressenbit eines
Empfängers anzeigen. Diese Bits werden sodann mit einer
zweiten 4-Bitzahl verglichen, die angibt, welches der
systeme in einem Bereich des Empfängers gegenwärtig
empfängt. Wenn diese Zahl nicht mit den entsprechenden
Adreßbits des Empfängers übereinstimmen, tastet der
Empfänger das Spektrum ab, bis es das
Übertragungssystem mit den entsprechenden Bits erkennt. Wenn das
System beispielsweise ein 0010 aussendet und das
siebzehnte
und das sechzehnte Adressenbit des Empfängers 01
sind, wird der Empfänger weiterhin abtasten, bis es in
dem 01-System einlockt.
-
Dieses zweite Paket weist auch die Nummer der Kanäle in
dem besonderen System, das in dem Paket gegeben ist,
auf. Ein binäres Codieren jedes Kanals in dem System
wird verwendet. In dem Fall von FM-Seitenbändern ist
der Kanal 1 76,1 MHz, der Kanal 2 76,3 MHz, usw. Das
dritte Paket kann zusätzliche Kanalnummern aufweisen.
Wenn der Empfänger in das System eingetuned ist, kann
der Sender diesen acht Kanalnummern in einem
Steuerpaket senden. Es tastet sodann die zugehörigen Frequenzen
für eine Kanal einer ausreichenden Sendeleistung ab und
speichert dessen Frequenz in dem Fall ab, daß die
Signalstärke des getunten Kanals für einen ausreichenden
Empfang durch den Empfänger abfällt. Der Empfänger wird
sodann sich auf eine andere Frequenz, die seinem System
zugehörig ist, bis es einen Kanal mit einer
ausreichenden Signalstärke findet.
3.8 Decodieren des Protokolls
-
Ein Paket wird, wie oben erwähnt, auf einen bestimmten
Empfänger während eines Unterrahmens und eines
Zeitschlitzes übertragen, in dem der Uhr-Empfänger
aktiviert wird. Jeder Empfänger wird wenigstens einmal
während eines Rahmens aktiviert, während des zugewiesenen
Zeitschlitzes und kann häufiger aktiviert werden, wenn
dies durch ein Paket so angegeben wird, um eine
Paketkette oder eine Abfolge von Paketen zu entdecken. Zur
besseren Verdeutlichung, wie der Empfänger ein Paket
erkennt und das Protokoll decodiert, wird seine
Betriebsweise in Ausdrücken eines Statusdiagramms, einer
Flußdarstellung und einer Definitationstabelle in den
Figuren 6A, 6B, 7A und der nachfolgenden Tabelle 2
erläutert. Zur Bequemlichkeit sind die verschiedenen
Botschaftselemente, die für einen bestimmten Empfänger
bestimmt sind, in der ersten Person als "meine" Adresse,
Unterrahmen, Zeitschlitz usw. bezeichnet. Die Schaltung
des Empfängers, der die nachfolgend beschriebenen
Operationen steuert, wird sodann im Abschnitt 3.9 unter
Bezugnahme auf die Fig. 10 und 11A diskutiert.
-
Es wird jetzt auf das Zustandsdiagramm von Fig. 6A
Bezug genommen. Es sind drei Kreise gezeigt, die die
drei fundamentalen Prozesse bei dem Betrieb des
Empfängers zeigen. Der erste Prozeß (Kreis 1) ist als ein
Paket zu lesen. Der zweite Prozeß (Kreis 2) dient zu dem
Verarbeiten und dem Zusammensetzen von Paketen, die für
den Empfänger bestimmt sind. Der dritte oder der
Verzögerungsprozeß (Kreis 3) ist das Berechnen und
Programmieren der Verzögerungszeit, bis der Empfänger wiederum
einschalten sollte, um ein weiteres Paket aufzunehmen.
Während des dritten Vorgangs sind der Uhr-Empfänger
840 und der Decoder 700 von Fig. 11A ausgeschaltet, um
Energie zu sparen.
-
Fig. 6B ist eine Flußdarstellung, die die Prozesse von
Fig. 6A ausdehnen, sie zeigen das Empfangen des Pakets
auf der gegenständlichen Ebene und das Codieren der
Protokolle auf der Glied- und der Netzebene. Ausgehend
von dem Boden von Fig. 6B wird das Paket von dem
Empfänger erkannt (Block 0). Das Paket wird sodann auf
Flaggen geprüft (Block 1a). Null-Bits werden aus den
Daten zwischen den Flaggen gelöscht (Block 1b). Eine
Rahmenprüfabfolge (FCS) wird sodann berechnet und mit
der übersandten Prüfabfolge verglichen (Block 1c). Wenn
das berechnete FCS und das übertragene FCS voneinander
abweichen, werden die ECC-Bits verwendet, um die
Paketdaten zu korrigieren, falls möglich (Block 1d). Falls
nicht, wird das Paket vernachlässigt. Ein richtig
übertragenes oder ein korrigiertes Paket wird zu dem
zweiten Prozeß übermittelt, was zunächst die Adresse des
Pakets prüft und das Paket akzeptiert, falls es für den
Empfänger ist, also "Meine Adresse" hat (Block 2a).
-
Basierend auf der Information, die in jedem Paket
geschaffen wird, entscheidet der Empfänger in dem
Verzögerungszustand, wann er wieder einschalten muß, um ein
weiteres Paket zu empfangen. Für einfache
Paketbotschaften schaltet der Empfänger aus und erreicht den
Verzögerungszustand 3, bis der ihm zugewiesene
Unterrahmen und Zeitschlitz wieder auftritt, wie dies durch
die Linie L2A angegeben ist. Bei Mehrpaket-Ketten setzt
sich der Prozeß weiter fort, um die Pakete wieder zu
einer Kette zusammenzusetzen (Block 2b), wie dies oben
beschrieben worden ist. Der Empfänger schaltet wieder
aus und erreicht den Verzögerungszustand 3 zwischen
Zeitschlitzen, in denen Pakete in der Kette übertragen
worden sind, entsprechend der Information auf der Linie
L2B. Jedesmal, wenn sich der Empfänger einschaltet und
ein Paket empfängt, schreitet der Vorgang über die
gegenständliche Ebene und die Gliedebene von Fig. 6B zu
dem Block 2a auf die Netzebene weiter. Auf diesem Block
wird die Entscheidung gemacht, ob das Paket "Für Mich"
ist. Ketten, die in dem Block 2b gebildet werden,
werden wieder zu Botschaften zusammengesetzt (Block 2c),
und die Botschaften werden mit einer Botschaftsnummer
von den Daten versehen und dargestellt.
-
Der Betrieb des Verzögerungsverfahrens 3 von Fig. 6B
wird in dem Statusdiagramm von Fig. 7 eingehend
dargestellt, wobei die Datenausdrücke in dieser in Tabelle 2
definiert sind. Fig. 7 zeigt auch den
Verzögerungsprozeß, der mit dem Finden eines geeigneten Kanals zum
Empfangen einer übertragung von der Sendeanlage 44
zugehörig ist. In Fig. 7 sind die Eingangsdaten, die
erforderlich sind, um den bezüglich des Energieverbrauchs
beschränkten Empfängers in einen bestimmten Zustand zu
bringen, oberhalb der horizontalen Linie gezeigt, die
jeden Verbindungsfile verbindet und dem Ausgang, der so
bewegt wird, ist unterhalb der horizontalen Linie
gezeigt.
TABELLE 2
DER MASCHINENSIGNALDEFINITIONEN
3.8.1 Abtasten und Initialisierung
-
Bevor der Zustand 1 von Fig. 7 erreicht wird, muß ein
Empfänger zunächet einen geeigneten Kommunikationskanal
finden. Dieser Schritt ist erforderlich, wenn der
Empfänger in einen neuen Bereich bewegt worden ist, in dem
das zugewiesene System einen Satz von Kanälen hat, der
von dem bisher verwendeten abweicht, oder aber, wenn
der Empfänger wieder aktiviert wird, etwa nach Ersatz
der Batterie. Bei der Aktivierung tastet der Empfänger
das Frequenzspektrum ab, bis er einen Kanal, der
Paketübertragungen überträgt, erkennt. Er liest ein Paket in
dem Kanal, um den relativen Ort eines Steuerpakets zu
bestimmen, wie dies oben beschrieben worden ist. Es
liest sodann das Steuerpaket, um zu sehen, ob das
System, auf das es gegenwärtig eingestellt ist, das ihm
zugewiesene System ist. Ist dies nicht der Fall,
schreitet der Empfänger fort, bis er das geeignete
System findet.
-
Nach dem Einlocken in das geeignete System erreicht der
Empfänger den Zustand 1 und wartet auf den Start des
"Meine Steuerung"-Schlitzes 0, das der Unterrahmen ist,
der dem ihm zugewiesenen Unterrahmen folgt. Falls der
Empfänger bei dem Einschalten nicht seinen
Steuerschlitz 0 erkennt, schaltet es zu dem Zustand 7 voran,
um auf den nächsten Start des Steuerschlitzes 0 zu
warten. In den Wartezuständen 1 und 7 und in den anderen
Zuständen von Fig. 7 sind die Empfangs- und die
Codierabschnitte ausgeschaltet, um Energie zu sparen, und
werden eingeschaltet, wenn dieses befohlen wird, wie
dies in dem nachfolgenden Abschnitt erläutert werden
wird.
-
Unter der Annahme, daß der Empfänger in dem Zustand 1
einschaltet, um eine Steuerinformation aus einem Paket
in dem Steuerschlitz 0 zu empfangen, schreitet es
sodann zu anderen Zuständen in Abhängigkeit von dem
Inhalt dieser Information weiter. Falls die
Steuerinformation eine neue Systeminformation angibt (NSI),
schreitet der Empfänger zu dem Zustand 5 oder zu dem
Zustand 6 fort, um eine zusätzliche Steuerinformation
in den Steuerschlitzen 1 und 2 aufzunehmen. Bei dessen
Aufnahme kehrt der Empfänger wieder in den Zustand 1
zurück. Alternativ kann der "Meine Steuerung"-Schlitz
keine neue Systeminformation aufweisen, in diesem Fall
schreitet der Empfänger zu dem Schritt 4 fort (bei
RESET) oder aber zu dem Zustand 2, um den nachfolgenden
Vorgang auszuführen.
3.8.2 Fortsetzen des Zustandsbetriebs
-
Nach dem Empfangen einer neuen Systeminformation
schreitet der Empfänger zu dem Zustand 2 voran und
schaltet aus, um auf "Meine(n) Unterrahmen" und "Meinen
Schlitz" zu warten, bevor er wieder einschaltet. Der
Empfänger liest aus dem während "Mein Unterrahmen" und
"Mein Schlitz" 0 (seinem zugewiesenen Zeitschlitz in
dem Beispiel von 5D) aus dem übertragenen Paket die
Botschaftsdaten und die Information in dem
Paketanordnungsfeld. Eine Information in dem Feld veranlaßt den
Empfänger von dem Zustand 2 entweder in einen der
vorangehenden Zustände 3 oder 4 in Abhängigkeit davon, ob
eine Kette oder eine Folge von Ketten durch die
Dateneingabe oberhalb der horizontalen Linie zwischen den
Zuständen angegeben ist, oder aber, falls keine weitere
Kette oder Abfolge von Ketten angegeben ist, zurück zu
dem Zustand 1, für den zugewiesenen Zeitschlitz, um
wieder in dem folgenden Rahmen zu warten.
-
Der Zustand 3 ist das Verzögerungsglied zwischen den
Paketen in einer Kette. Der Empfänger verbleibt in dem
Zustand, so lange wie er fortsetzt, die Pakete in einer
einzelnen Kette aufzunehmen. Nachdem die Kette endet,
schreitet der Empfänger, jedoch, wie dies durch EOC =
"1" angegeben ist, entweder zu dem Zustand 4 fort, wenn
eine Abfolge von Ketten durch eine Fortsetzungszahl
angegeben ist, oder aber zu dem Zustand 1, wenn die
Fortsetzungsziffer angibt, daß keine Kette folgt.
-
Der Zustand 4 ist das Glied zwischen Ketten in einer
Abfolge von Ketten. Der Empfänger kann zu dem Zustand 4
von dem Zustand 2 sich direkt bewegen, wenn eine
Abfolge einer einzelnen Paketkette ihm übertragen wird. Wenn
er einmal in dem Zustand 4 ist, wird der Empfänger dort
bleiben, bis eine einzelne Paketkette folgt. Wenn eine
Kette mehrere Pakete hat, schreitet der Empfänger
dagegen von dem Zustand 4 zu dem Zustand 3 fort, was eine
Verzögerung ist, die mit dem Zusammensetzen der Pakete
innerhalb einer einzelnen Kette zugehörig ist. Dies
tritt auf, wenn das EOC-Bit "0" ist und wenn die
Fortsetzungsnummer
nicht "0" ist. Wenn das letzte Paket in
der letzten Kette in einer Abfolge gelesen ist, wird
der Empfänger von dem Zustand 4 oder dem Zustand 3 zu
dem Zustand 1 übergehen.
-
Der Zustand 5 arbeitet ähnlich wie der Zustand 3 und
der Zustand 6 ähnlich wie der Zustand 4, um Ketten und
eine Abfolge von Ketten von Steuerpaketen zu erzeugen,
falls erforderlich. Während jeder der vorgenannten
WAIT-Zuständen wird der Empfänger ausgeschaltet, um
Energie zu sparen.
3.9 Uhr-Empfänger und Dekodier-Schaltung
-
Fig. 10 zeigt ein vereinfachtes funktionelles
Blockdiagramm der internen Elektronik der Personensuch-Uhr 20,
wobei jeder der Blöcke in seinen Einzelheiten in Fig.
11 dargestellt ist. Pakete werden durch einen
FM-Unterträger-Empfänger/Tuner-Abschnitt 840 empfangen und
demoliert, der in seinen Einzelheiten in dem folgenden
Abschnitt 4.2 beschrieben ist. Ein Protokoll-Decoder
empfängt die Daten in digitaler Form von einem
Empfänger 840 und führt die Operationen aus, die oben in
Verbindung mit den Figuren 6A, 6B und 7 beschrieben worden
sind. Mit dem Protokoll-Decoder über eine gestrichelt
dargestellte Grenze ist eine periphere Einrichtung 750
verbunden, die verschiedene externe Steuerungs- und
Display-Merkmale beinhaltet, und ein Zeitgeber, der den
Decodierer 700 und den Empfänger 840 wieder an dem Ende
jedes WAIT-Zustands von Fig. 7 einschaltet.
-
Es wird auf Fig. 11A Bezug genommen. Der
Empfängerabschnitt 840 wird auf das geeignete System und den
geeigneten Kanal durch eine Mikroprozessor 706
eingestellt, der das Frequenzspektrum entsprechend eines
vorgegebenen Abtastverfahrens über programmierbaren
Oszillator 859 abtastet. Wenn der Empfängerabschnitt 840
einen Stereo-Kanal erkennt, erzeugt ein
Signalpegeldetektor 859 ein Signal für den Mikroprozessor 706, um
zu versuchen, die Daten von dem Kanal zu lesen. Wenn
der Kanal keine Daten trägt, setzt sich das Abtasten
fort und das Verfahren wird wiederholt, bis ein Kanal
erkannt wird, der innerhalb eines Systems ist, der zu
der Seriennummer der Uhr 20 paßt, wie oben beschrieben.
Der Mikroprozessor 706 liest sodann Daten aus den
nachfolgenden Steuerpaketen, um die Liste der Kanäle
innerhalb des Systems zu erhalten, und speichert die
Kanalinformation in einem Speicher mit wahlfreiern Zugriff
708. Da sich die Signalstärke ändert, wird der
Mikroprozessor sich auf unterschiedliche Kanäle innerhalb
des Sytems einstellen, um die Kommunikation mit der
örtlichen Vermittlungsstelle aufrecht zu erhalten.
-
Wenn der Empfängerabschnitt 840 geeignet eingestellt
ist, werden die Daten von dem SCA-Decoder 876 in der
digitalen Paketform austreten, wie dies in Fig. 5D
gezeigt ist. Diese Daten werden dem Protokoll-Dekoder-
Abschnitt 700 der Uhr 20 gemeinsam mit einem 19 kHz
Taktsignal von einem Stereo-Pilotfilter 879 eingegeben,
um die Daten durch den Protokoll-Decoder zu takten. Der
Protokoll-Decoder kann ein üblicher Mikroprozessor mit
geringem Stromverbrauch oder aber eine besonders
ausgestaltete Hardware-Einrichtung sein, die Schaltungen
beinhaltet zum Ausführen dieser Funktionen, wie sie durch
die Blöcke im Abschnitt 700 angegeben sind. Die
folgende Beschreibung ist auf eine Hardware-Implementation
des Decoders gerichtet.
-
Die Flaggen des Pakets werden, wie unter Bezugnahme auf
die Fig. 6A und 6B beschrieben, erkannt und in der
Schaltung 701 gelöscht, und die Daten werden auf einen
0-Bit-Löscheinheit 702 geführt. Die Rahmenprüfabfolge
(FCS) wird in der Schaltung 703 berechnet, und wenn ein
Fehler erkannt wird, werden die Daten durch eine
Fehlerprüf- und Korrektureinheit 704 verarbeitet. Wenn
die Fehler nicht korrigiert werden können, wird das
Paket nicht weiter verarbeitet und wird vernachlässigt,
wie oben beschrieben. Unter der Annahme, daß die Daten
gut sind, wird die Paketadresse sodann in einem
Adreßdetektor und Datenpuffer 705 verglichen mit der
Empfängeradresse, die von dem ROM 730 durch den
Mikroprozessor 706 geliefert wird. Wenn sie übereinstimmen, gibt
dies ein "Paket für mich" an, die Paketdaten werden zu
dem Mikroprozessor 706 innerhalb des Abschnitts 750 der
peripheren Einrichtung der Uhr 20 geführt. Der
Abschnitt 750 setzt, wie in Fig. 10 gezeigt, die Pakete
zusammen, um Botschaften zu bilden, interpretiert die
Semantik der Botschaften und steuert die Zufuhr von
Leistung von der Batterie zu den verschiedenen
Abschnitten der Uhr 20.
-
Es wird wieder auf Fig. 11A Bezug genommen. Der
Abschnitt 750 weist einen programmierbaren Uhr-Zeitgeber
720 auf. Die Uhr in dem Uhr-Zeitgeber 720 liefert die
gegenwärtige Zeit, die der Mikroprozessor mit den
Zeitdaten auffrischt, die er von den Steuerpaketen
empfängt. Wenn die Uhrzeit beispielsweise nicht der von
einem Steuerpaket übertragenen Uhrzeit entspricht,
frischt der Mikroprozessor die Uhr mit den der
übertragenen Zeit auf. Der Zeitgeber in dem Taktizeitgeber 720
gibt die Verzögerungszustände für den Uhr-Empfänger an,
wie in den Fig. 6A, 6B und 7 gezeigt. Auf den Zeitgeber
ansprechend, steuert der Mikroprozessor einen Energie-
Controller 722, der die Energie von der Batterie 723 zu
den Personenruf-Abschnitten 700 und 840 der Uhr gibt,
falls erforderlich.
-
Daten, die von dem Protokoll-Decodierer 700 decodiert
werden, werden in einen Speicher 708 mit wahlfreiem
Zugriff gespeichert, bis diese dargestellt werden. Die
Botschaft kann die Zeit der Lieferung beinhalten. Eine
Information, die den Empfang der Botschaft angibt, wird
von dem Mikroprozessor durch einen Segmenttreiber 724
zu einem Flüssigkristall-Display 726 geführt. Der
Mikroprozessor kann auch den Verwender mit dem Eintreffen
einer Botschaft durch Senden eines Signals zu einem
hörbaren Signalgenerator 729 aufmerksam machen. Wenn
der Verwender den Wahlknopf 82 der Personenruf-Uhr 20
drückt, wird der Inhalt der Botschaft angezeigt. Die
Steuerroutinen für den Betrieb des Mikroprozessors sind
in einem Nur-Lesespeicher 730 gespeichert.
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Das System 22 verifiziert, wie oben erwähnt, daß die
Pakete, die von der Sendeanlage übertragen worden sind,
die richtige Information beinhalten. Die Antenne 232 in
der Warteschlangen-Maschine 40 in Fig. 4 empfängt die
Pakete und führt diese zu dem Verifikations-Empfänger
45, der in seiner Ausgestaltung dem Empfängerabschnitt
840 von Fig. 11 ähnlich ist, jedoch kontinuierlich
arbeitet. Die Daten in den empfangenen Paketen werden
sodann in einem Vergleichsvorgang 234 mit den Daten in
den entsprechenden übermittelten Paketen des
Datensignals von Fig. 220 verglichen. Wenn ein Fehler erkannt
wird, wird das Paket erneut ausgesendet.
4.0 Modulationsschema
-
Fig. 4 zeigt die spektralen Komponenten eines
breitbandigen FM-Radiosignals. Zur Verdeutlichung ist lediglich
die Hälfte des Signals, das oberhalb der mittleren
Frequenz liegt FC, dargestellt. Ein Signal 802, das mit
der Summe des linken und des rechten Audiosignals
moduliert
ist, erstreckt sich in dem Band von der
Mittelfrequenz um annähernd 15 kHz. Ein Stereo-Unterträger-
Signal 804 wird bei 19 kHz ausgesandt. Ein Signal 806,
das mit der Differenz zwischen dem linken und dem
rechten Audio-Signal moduliert ist, erstreckt sich in dem
Band von 23 bis 53 kHz. Die FM-Radio-Information endet
bei 53 kHz, wobei der Rest des Kanals von bis 100 kHz
üblicherweise leer ist.
-
Ein Teil des nicht verwendeten Spektrums zwischen 53
kHz und 100 kHz wird bei der vorliegenden Erfindung
verwendet, um ein SCA-Signal 88 zu übertragen. (SCA ist
eine Abkürzung für Subsidiary Communication
Authorization, es wird hier verwendet, um jede Hilfsübertragung
innerhalb des FM-Kanals zu bezeichnen.) Das SCA-Signal
88 wird mit den Datenpaketen moduliert, die von der
FM-Station zu einer Mehrzahl von Personenruf-Empfängern
übermittelt wird. Diese Paketdaten werden auf einem
SCA-Unterträger von 76 kHz moduliert und besetzen eine
Bandbreite von 19 kHz um diese Frequenz. Eine solche
Bandbreite erlaubt eine
Datenübertragungsgeschwindigkeit von 19 kilobaud.
4.1 Übertragungsmodulation
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Es wird auf Fig. 4 Bezug genommen. Digitale Daten von
der Warteschlangen-Maschine 40 werden auf einen
Unterträger-Generator oder Modulator 810 übertragen, der mit
dem Erreger eines FM-Senders 44 verbunden ist. Der
Modulator erzeugt das 76 kHz-Unterträger-Signal, das
mit den Paketdaten moduliert wird (siehe Fig. 4).
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Es wird auf Fig. 13A Bezug genommen. Der Modulator 810
akzeptiert 19 kHz-Daten von der Warteschlangen-Maschine
40 und schafft ein entsprechendes bipolares (180º)
phasenverschoben,
verschlüsseltes 76-kHz-Unterträgersignal
zu dem Erreger 812, in Phase mit dem Stereo-Pilot-
Signal des Empfängers.
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Der Modulator 810 liefert weiter ein 19 kHz-Bezugs-
Taktsignal, das eine feste Phasenbeziehung zu dem
Stereo-Pilotsignal hat, zu der Warteschlangen-Maschine
40. Ein entgegengesetztes Stereo-Basisbandsignal, das
sowohl die Audiomodulation als auch das
Stereopilotsignal hat, wird dem Modulator 810 von dem Monitor 815 der
Modulation der Station zugeführt.
-
Phasenverschiebungen des modulierten 76 kHz-Signals
finden über 3,5 Zyklen statt und sind derart, daß ein
Phasenbeziehung zwischen dem Stereo-Pilotsignal der
Station, das die Nullinie kreuzt, die der ansteigende
Rand des Stereo-Pilotsignals ist innerhalb von 22,5º zu
der Mitte jedes achten Halbzyklus plus oder minus.
Spannungsproben werden an den Nullpunkten, die einem
logischen "1" folgen, wenn positiv, und einem logischen
"0", wenn negativ.
-
Um die Interferenz mit normalen FM-Radiosignalen zu
minimieren, erzeugt die Modulation von dem Modulator
810 zwischen 0 Hz und 35 Hz wenigsten 45 Dezibel
unterhalb des Unterträger-Pegels. Die Modulationsprodukte
oberhalb 100 kHz werden auf wenigstens 60 Dezibel
unterhalb des Unterträger-Pegels gehalten, um so den
Anforderungen der Federal Communications Commission zu
entsprechen.
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Die Schaltung des Modulators 810 ist in schematischer
Form in den Fig. 13 B und 13 C gezeigt. Das
zusammengesetzte Basisband-Stereosignal von dem
Modulationsmonitor 815 wird zu dem zusammengesetzten Eingangsanschluß
902 geführt. Ein Verstärker 904 und eine getunte
Schaltung
906 koppeln das zusammengesetzte Audio-Signal auf
einen PLL-Detektor 908. Der Detektor 908 befreit das
Basisband von den Audio-Komponenten und schafft das 19
kHz-Stereo-Pilotsignal, etwas von der ursprünglichen
Phase verschoben, an den Ausgang 910. Das verschobene
19 kHz Pilotsignal wird aufguadriert und durch ein Paar
von Schmitt-Trigger-Invertern 912 auf TTL-Pegel
gebracht. Ein Exklusiv-NOR-Gatter 914, das als ein
Quadratur-Phasendetektor konfiguriert ist, hat einen
Anschluß, der mit dem 19 kHz-Pilot verbunden ist und
einen zweiten Eingang 916, der mit der 19 kHz
Bezugsleitung des Systems verbunden ist. Das Signal auf
der 19 kHz-Bezugsleitung 917 wird von dem Ausgang 919
einer Taktschaltung 919 mit 2.432 Megaherz durch einen
Prozeß, wie er hier beschrieben wird, hergeleitet. Der
Quadratur-Phasendetektor 914 erzeugt ein Fehlersignal,
das zu einer Integrationsschaltung 920 geführt wird.
Die Integrationsschaltung 920 schafft ein
Vorspannungssignal zu einem Varaktor 922, um dessen Kapazität zu
ändern. Die Kapazität des Varaktors 922 tunt die
Frequenz des Oszillators 918 so, daß die Frequenz des 19
kHz-Bezugssignals auf der Leitung 917 (das von dem
Ausgang 919 des Oszillators 918 gewonnen wird) auf die
Frequenz des Stereopiloten eingelockt wird. Die
Phasenbeziehung zwischen dem 19 Kiloherz-Bezugssignal und dem
Stereopilot-Signal wird auch auf einem festen Wert
gehalten.
-
Digitalpaketdaten werden auf einen Dateneingang 924
einer Signalformschaltung 926 in einem Modulator 810
von einer Datenquelle, etwa einer Warteschlangen-
Maschine oder einem Modem 40, geführt. Die Schaltung
926 wandelt die RS 232-C-Pegel von dem Eingang 924 auf
TTL-Pegel, die mit den nachfolgenden Stufen kompatibel
sind. Die Schalung 928 ist ein oktaler Flip-Flop vom
D-Typ. Zwei der Flip-Flop-Abschnitte werden gemeinsam
verbunden, um zwei Ausgangssignale zu erzeugen, oder
aber Transitionsdaten, auf Leitungen 930 und 932
entsprechend der Abfolge von Daten, die an dem
Dateneingang 924 empfangen werden. Diese Ausgänge von den
Schaltungen 928 sind wie folgt: Wenn die Eingangsdaten
sich von 0 auf 1 ändern, wird der Ausgang 930 "0" sein
und der Ausgang 932 wird auf "1" sein. Wenn die
Eingangsdaten sich von 1 auf 0 ändern, wird der Ausgang
930 ein "1" sein und der Ausgang 932 wird ein "0" sein.
Wenn die Eingangsdaten sich nicht von einem 0-Wert
ändem, werden die beiden Ausgänge 930 und 932 beide auf
"0" sein. Wenn die Eingangsdaten sich nicht von einer
"1" ändern, werden die Ausgänge 930 und 932 beide auf
"1" sein.
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Datenausgangsleitungen 930 und 932 werden in zwei der
zehn Adreßleitungen eines PROM 934 geführt. Das PROM
934 ist programmiert, um geeignete Unterträger-Signale
basieren auf den Zustandstransitionsdaten zu
synthetisieren. Um den Betrieb des PROM 934 besser zu
verstehen, folgt eine Beschreibung des genauen
Modulationsschemas.
-
Ein Bit von Daten wird in jedem Zyklus des 19
Kiloherz-Stereopilotsignals übertragen. Der Empfänger
bestimmt den Status jedes übertragenden Bits durch
Abtasten der Phase des Unterträgers bei dem
Nulldurchgang, der ansteigenden Flanke des Stereo-Pilotsignals.
Die abgetastete Phase für die Bits 1 und 2 sind in Fig.
9B gezeigt. Wenn zwei aufeinanderfolgende Bits von
Daten identisch sind, entweder beide "1" oder beide"0",
ändert sich die Phase des Unterträgers während des
zwischenliegenden Zyklus von des 19
Kiloherz-Stereopilotsignals nicht. In der durchgezogenen Linie der
Wellenform des Unterträgers, die in Fig. 9A gezeigt ist, hat
der Unterträger beispielsweise dieselbe Phase bei
beiden Nulldurchgängen,
den ansteigenden Rändern des 19
Kiloherz-Stereopilotsignals. Das Datenbit bei beiden
Nulldurchgängen ist ein Datum "1", wie in dem
Phasendiagramm von Fig. 9B gezeigt.
-
Wenn das Datenbit sich sequentiell von einer "1" auf
ein "0" ändert, würde die Wellenform des Unterträgers
sich ändern, wie in den gestrichelten Linien von Fig.
9A gezeigt. Bei dem ersten Nulldurchgang, der
ansteigenden Flanke des Pilotsignals, gibt der Unterträger
das Datum "1" an. Danach wird die Phase des
Unterträgers graduell geändert, daß der nächste Nulldurchgang
des Pilotsignals, der Unterträger ein Datum "0" angibt.
Diese Phasenverschiebung kann entweder durch ein
Verzögern oder durch ein kontinuierliches Voranschreiten der
Phase des Unterträgers erreicht werden.
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Die in den Fig. 9A und 9B gezeigten Wellenformen sind
solche, die mit dem Radiosignal übertragen werden. Sie
werden jedoch als quadratische Wellenformen erzeugt und
werden sinusförmig, wenn die durch die Filterabschnitte
des Modulators wandern.
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Eine Darstellung des Datensignals innerhalb des
Modulators ist in Fig. 13D gezeigt. Unmittelbar nach dem
Zeitpunkt 936 ändern sich die Daten von der
Warteschlangen-Maschine 40 von einem "1" auf ein "0". Der
nachfolgende "1"-Zustand wird durch den "1"-Zustand des
Unterträgers angegeben, wenn er zu einem Zeitpunkt 936
abgetastet wird. Da das Datum sich von einem "1" auf
ein "0" ändert, muß sich die Phase des Unterträgers bei
dem nachfolgenden Nuildurchgang des Pilotsignais (den
Zeitpunkt 938) von einem "1" auf einen "0"-Zustand
ändem. Diese Änderung wird durch ein Fortschreiten der
Phase des Unterträgers geringfügig um jeden Zyklus
bewirkt, so daß 4,5 Zyklen des Unterträgers während eines
einzigen Zyklus des Pilotsignals übertragen werden.
(Üblicherweise werden vier Zyklen des 76 Kiloherz-
Unterträgers während eines einzigen Zyklus des
Pilotsignals übertragen, wie in Fig. 9A gezeigt.) Der
zusätzliche Halbzyklus, der in der 19-Kiloherz-Periode
eingebracht wird, verursacht, daß der Unterträger bei
einer Abtastung zu dem Zeitpunkt 938 "0" ist.
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Dieselben Bedingungen gelten für den nachfolgenden
Zyklus des 19-Kiloherz-Stereopilotsignals von dem
Zeitpunkt 938 zu dem Zeitpunkt 940. In diesem Beispiel ist
der Übergang von einem "0" auf ein "1". Die Phase des
Unterträgers schaltet weiter fort, so daß weitere 4,5
Zyklen während eines einzelnen Zyklus des Piloten
übertragen werden. Der zusätzliche Halbzyklus erlaubt es
dem Unterträger, zu einem "1"-Zustand zu dem Zeitpunkt
940 fortzuschreiten.
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Während des nachfolgenden Zyklus des Pilotsignals,
zwischen den Zeitpunkten 940 und 942 erfolgt keine
Datentransition. Die Daten verbleiben in dem "1"-Zustand. In
einem solchen Fall kehrt der Unterträger in seinen in
das nicht phasenverschobene 76-Kiloherz-Signal zurück.
Vier vollständige Zyklen des
76-Kiloherz-Unterträgersignals werden während des Zyklus des Pilotsignals
zwischen den Zeitpunkten 940 und 942 übertragen, so daß
der Zustand des Unterträgers zu diesen beiden Zeiten
derselbe (1) ist.
-
Es wird zu dem Schema von Fig. 13B zurückgekehrt. Der
Modultor 810 prüft die Übergänge zwischen
aufeinanderfolgenden Datenbits und manipuliert die Phase des
Unterträgers, so daß in diesem Zustand, bei dem
Nulldurchgang abgetastet, die absteigende Flanke des
Stereo-Pilotsignals dem übertragenen Zustand entspricht.
Wenn zwei aufeinanderfolgende Datenbits denselben
Zustand haben, gibt der Modulator ein nichtverschobenes
76-Kiloherz-Signal aus, so daß seine Phase an dem
Beginn des Zyklus des Pilotsignals dasselbe ist wie die
Phase an dem Ende des Zyklus des Pilotsignals. Wenn
dagegen aufeinanderfolgende Datenbits unterschiedliche
Zustände haben, wird der Modulator 810 fortschreitend
die Phase des Unterträgers verschieben, so daß bei dem
nachfolgenden Nulldurchgang des Piloten eine Phase, die
der Phase, mit der es startet, entgegengesetzt ist,
annimmt.
-
Die obige Synthese der Unterträger-Wellenform wird
durch das PROM 934 durchgeführt. Das PROM 934 ist ein
1024 x 4-Bit-Speicher, das durch eine
Abfolger-Schaltung 944 betrieben wird. Die Abfolger-Schaltung 944
zählt wiederholt von 0 bis 255. Die Binärzahl wird auf
auch der zehn Adreßleitungen A0 bis A7 des PROM 934
aufgebracht und verursacht, daß das PROM 934
sequentiell 256 4-Bit Bytes an seine vier Ausgänge 946
anliegt, die einer Speicherschaltung 948 zugeführt
werden. Jede der vier Ausgangsleitungen an den Ausgängen
946 entspricht einem unterschiedlichen Signal. Diese
Signale werden durch Durchsuchen der Daten, die in dem
PROM 934 gespeichert sind, in sehr kurzen zeitlichen
Inkrementen entsprechend der Periode eines 2.432
Megaherz-Taktes synthetisiert. In Abhängigkeit von den
Inhalten des PROM 934 ist das Ausgangssignal entweder ein
19 Kiloherz-Signal, ein 76 Kiloherz-Signal, das
Datenausgangssignal oder ein geladenes Steuersignal.
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Das 19 Kiloherz-Bezugssignal und das 76 Kiloherz-
Bezugsignal auf den Leitungen 917 und 952 der
Speicherschaltung 948 sind am einfachsten darzustellen. Für das
19 Kiloherz-Signal weisen die 256 Bits der
gespeicherten Daten in dem PROM 934 64 aufeinanderfolgende 1en
auf, gefolgt von 64 aufeinanderfolgenden 0en, gefolgt
durch weitere 64 1en und weitere 64
aufeinanderfolgenden 0en. Bei einem sequentiellen Auslesen aus dem PROM
934 mit der Rate von 2,342 Megaherz bilden diese Daten
ein quadratisches Wellensignal von 19 Kiloherz auf der
Leitung 917. Der Speicher 948 liegt zwischen dem PROM
934 und den Ausgangsdatenleitungen 954,um ein Rauschen
während des Übergangs des Zustands in dem PROM zu
eliminieren.
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Die Synthese des 76 Kiloherz-Bezugssignals auf der
Leitung 952 erfolgt ähnlich. Das PROM 934 ist mit
alternierenden Zügen von 16 1en und 16 0en über seine Länge
von 256 Bit adressiert von einer Sequenzer-Schaltung
944. Bei einem Auslesen bei einer Rate von 2,432
Megaherz wird ein 76 Kiloherz-Quadratwellensignal erzeugt.
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Der Ladeimpuis auf der Leitung 950 wird durch ein
einziges "1" in einer der PROM-Lokationen erzeugt,
gemeinsam mit 255 0en. Bei einem Auslesen aus dem PROM 934
taktet der Ladeimpuls das Flip-Flop 928, wodurch es
veranlaßt wird, auf das nächste Bit der eingehenden
Daten zu antworten.
-
Die Daten auf der Eingangsleitung 956 ist der
Modulations-Unterträger. Das Datum, das von dem PROM 934
ausgegeben wird, hängt jedoch von dem Status der Ausgänge
930 und 932 des Flip-Flops 928 ab, das wiederum von dem
Übergang zwischen aufeinanderfolgenden eingehenden
Datenbits abhängt, wie oben beschrieben. Falls die
Leitungen 930 und 932 beide auf "0" oder beide auf "1"
sind, hat das Datum den Zustand von dem vorangehenden
Wert nicht geändert. In einem solchen Fall ist das PROM
934 programmiert, eine 76 Kiloherz-Quadratwellensignal
als Datenausgang auszugeben. Falls jedoch der Zustand
auf den Leitungen 930 und 932 unterschiedlich ist, gibt
dies einen 0 zu 1 oder einen 1 zu 0 Übergang in den
Eingangsdaten an, das PROM 934 ist programmiert, eine
Wellenform zu synthetisieren, die graduell der Phase
des Nebenträgersignals voreilt oder nacheilt, wie oben
beschrieben, so daß der nächste Abtastepunkt, der
jeweilige Wert des Unterträgers, seinem vorangehenden
Wert entgegengesetzt ist.
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Die Daten, die in dem PROM 934 zum Synthetisieren des
sich ändernden Phasensignals eingespeichert sind,
können viele Formen annehmen. In dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel wird die Phase graduell während des
Ablaufs eines 19 Kiloherz-Zyklus mit kleinen
inkrementalen Phasenverschiebungen, die während der Periode
auftreten, geändert. Das PROM 934 ist mit
alternierenden 14-Bitzügen von 1en und 0en geladen. Bei anderen
Ausführungsbeispielen dagegen kann die Form des
Unterträger-Ausgangs unter Verwendung von Bit-Zügen anderer
Längen synthetisiert werden. Das bevorzugte
Ausführungsbeispiel wurde gewählt, um die äußeren
Frequenzkomponenten des Unterträgers zu minimieren und dadurch
die nachfolgende Filterschaltung zu vereinfachen.
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Das 19 Kiloherz-Bezugssignal auf Leitung 917 ist in der
Frequenz mit dem Stereo-Pilotsignal eingelockt und hat
eine feste Phasenbeziehung zu dieser. Das 19 Kiloherz-
Signal wird auf den Taktgeber 957 aufgegeben, daß das
Bezugssignal zu der Warteschlangen-Maschine gibt.
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Die Position der Modulationsdaten innerhalb des PROM
934 wird so ausgewählt, daß sie den Modulator mit dem
Stereo-Pilotsignal synchronisieren. Der Modulator
arbeitet mit einem 19 Kiloherz-Bezugssignal auf der
Leitung 917, das relativ zu dem Pilotsignal in der
Phase verzögert ist. Das PROM kann so programmiert sein,
daß die Modulation relativ zu dem Bezugssignal
verzögert
wird, so daß dieses um 360º ist, oder aber mit dem
Pilotsignal in Phase ist.
-
Die synthetisierten Daten oder der Unterträger werden
von der Leitung 956 auf Figur 13B zu dem Filternetz
958, das in Fig. 13C gezeigt ist, geführt. Der Filter
958 weist sechs Abschnitte 960 einer Bandpaß-Filterung
auf, in der Mitte um 81,25 Kiloherz. Nachfolgende
Abschnitte sind alternierend auf 73,8 Kiloherz und 88,7
Kiloherz eingestellt, um die erforderliche Bandbreite
um die Frequenz zu erreichen. Die mittlere Frequenz des
Filters 958 wird auf 81,25 Kiloherz eingestellt, um die
Phasenverschiebung des Unterträgers zu reflektieren.
Bei fehlender Verschiebung hat der Unterträger eine
Frequenz von 76 Kiloherz. Bei einem graduellen
Fortschreiten der Phase zum Bewirken der Änderung eines
Zustands der Abtastzeit, hat der Unterträger eine
Frequenz von 85,5 Kiloherz. Die Band paßfilterabschnitte
960 verhindern eine Interferenz mit dem
Radio-Audiosignal in dem FM-Signal.
-
Aktiven Bandpaßfilter-Abschnitten 960 folgen vier
aktive Tiefpaß-Filterabschnitte 962. Die Filterabschnitte
962 werden verwendet, um die Modulation oberhalb des
Randes des FM-Kanals zu beschränken, so daß diese
ausreichend unterhalb der FCC-Standards sind.
-
Ein Verstärker 964 mit einer einstellbaren
Verstärkungssteuerung 966 wird verwendet, um den Ausgangspegel
des Unterträgers, der zu dem Erreger 812 auf der
Unterträger-Ausgangsleitung 968 geliefert wird,
einzustellen.
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Es wird wieder auf Fig. 13A Bezug genommen. Ein FM-
Erreger 812 empfängt den modulierten Unterträger von
dem Modulator 810 und empfängt das Stereo-Audiosignal
und das Stereo-Pilotsignal von einer
Stereo-Modulationsschaltung 817. Der Erreger erzeugt ein RF-Signal mit
einem geringen Pegel einschließlich dieser
Komponentensignale für einen Leistungsverstärker 816. Der
Leistungsverstärker 816 liefert die verstärkten RF-Signale
an eine FM-Sendeantenne 818 zum Aussenden. Mit dem
Ausgang eines Verstärkers 816 ist weiter der Modulations-
Monitor 815 der Station verbunden. Der Modulations-
Monitor 815 liefert einen Ausgang, dessen Basisband-
Signale von dem RF-Träger getragen werden. Diese
Basisband-Signale werden zu dem Modulator
zurückgeführt, wie oben beschrieben. Aufgrund dieses Weges ist
das 19 Kiloherz-Stereopilotsignal für den Modulator 810
verfügbar.
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Bei einem alternativen Schema der Erzeugung des
Unterträgers kann das 19 Kiloherz-Pilotsignal direkt auf 76
Kiloherz durch eine (nicht gezeigte)
Multipliziererstufe multipliziert werden. Der 76 Kiloherz-Unterträger
kann sodann mit den einkommenden Daten moduliert
werden.
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Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist bevorzugt, da
die Unterträger-Erzeugung gleichzeitig die Modulation,
die die programmierten Wellenformen verwendet,
synthetisiert. Aufgrund dieser Technik können die
übertragenen Wellenformen zugeschnitten werden, um eine
gewünschte Spektralverteilung zuerzeugen. Das
dargestellte Modulationsschema minimiert unerwünschte
Modulationskomponenten, wodurch die zugehörige Filterschaltung
vereinfacht wird.
4.2 Empfänger-Demodulation
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Ein Blockdiagramm des Empfängerabschnitts 840, der bei
der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist in Fig.
11A gezeigt. Das empfangene FM-Signal wird von einer
Antenne 850 (unten beschrieben) zu einem Mischer 825
durch einen RF-Vorwahl-Attenuation-Schaltung 854 und
eine RF-Verstärker-Schaltung 856 geführt zu werden. Die
RF/Vorwahl/Attenuator-Schaltung 854 bewirkt eine
bestimmte Dämpfung von außerhalb des Bandes liegenden
Signalen, während der Verstärker 854 die empfangenen
Signale verstärkt, um so das Rauschen des Empfängers zu
minimieren. Die Präselektor-Schaltung 854 kann auch die
Resonanzantenne 850 bedienen. Der Mischer 852 mischt
die gewünschten FM-Radiosignale, die von der Antenne
850 empfangen werden, mit einem örtlichen Oszillator-
Signal von einem programmierbaren örtlichen Oszillator
858. Der Mischer 852 ist vorzugsweise doppelt
balanciert. Der örtliche Oszillator 858 ist ein
frequenzfreudiger, digital synthetisierter Oszillator, der
durch einen Mikroprozessor-Controller 706 kontrolliert
wird. Die Frequenz des programmierbaren Oszillators 858
wird in Übereinstimmung mit den vorangehend
beschriebenen Abastverfahren gesteuert, um eine nach oben
konvertierte erste Zwischenfrequenz (IF) von 384 Megaherz zu
erzeugen.
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Der Ausgang von dem ersten Mischer, der das 384-
Megaherz IF beinhaltet, wird Zu einem IF-Abschnitt 860
geführt, der in Fig. 11b genauer dargestellt ist. Der
IF-Abschnitt 860 weist ein erstes Filter 862 auf, das
das gewünschte Megaherz-Signal durchführt und die
unerwünschten Mischprodukte zurückweist. Bei dem
bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Filter 862 ein SAW
(Surface Acoustic Wave) Filter auf. Der Ausgang von dem
Filter 852 wird zu einem zweiten Mischer 864 geführt.
Der zweite Mischer 864 mischt das Signal von dem Filter
862 mit dem Signal von einem zweiten örtlichen
Oszillator 866. Der zweite örtliche Oszillator 866 erzeugt
eine feste Frequenz von 394,7 Megaherz, wodurch eine nach
unten konvertierte zweite Empfangs-Zwischenfrequenz von
10,7 gewonnen wird. Der Ausgang von dem zweiten Mischer
864 wird zu einem zweiten Filter 868 geführt, das die
unerwünschten Mischprodukte dämpft und das 10,7
Megaherz-Signal auf eine IF-Verstärkerschaltung 870 führt.
Das zweite Filter 868 kann ein übliches 10,7 Megaherz-
Keramikfilter von der Art sein, wie es in FM-Empfängern
üblicherweise verwendet wird.
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Das duale Konversionssystem, das bei der vorliegenden
Erfindung verwendet wird, erlaubt es, die
Empfängergröße erheblich zu reduzieren. Wenn ein einzelnes
Konversionssystem mit einem 10,7 Megaherz-IF verwendet würde,
müßte das zugehörige Filter sehr groß sein. Viele Pole
zum Filtern wären erforderlich, um die gewünschte
Anpaßform zu haben. In dem vorliegenden System dagegen
kann das gewünschte Bandpaß in erheblicher Weise durch
ein sehr kleines 384 Megaherz SAW Filter 862 gewonnen
werden (dieses hat ungefähr eine Größe von 1 mm mal 2
mm). Dieses SAW Filter erzeugt den gewünschten 250
Kiloherz Bandpaß mit einer Rückweisung von außerhalb
des Bandes liegenden Frequenzen von ungefähr 40
Dezibel. Das zweite Filter 868, das 10,7 Megaherz
Keramikfilter weist nur einige wenige Abschnitte auf und wird
nur zur weiteren Dämpfung der außerhalb des Bandes
liegenden Frequenz verwendet.
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Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die gesamte
Schaltung zwischen der Antenne 850 und dem zweiten
Filter 868 in einer einzigen Galliumarsenid (GaAs)
integrierten Schaltung ausgebildet. Auch das SAW Filter 862
kann auf diese Weise gebildet sein, da Galliumarsenid
ein elektroakustisches Medium ist. GaAs wird aufgrund
seiner geringen Rauscheigenschaft bevorzugt. Andere
Verfahren wie eine Siliziumschaltung indiskreter oder
integrierter Form kann verwendet werden.
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Der IF-Verstärker 870 verstärkt das 10,7 Megaherz-
Signal von dem Filter 868 auf einen Pegel, der zur
Erkennung von einem PLL-Detektorschaltung 872 (Fig. 11A)
geeignet ist. Der Detektor 872 demoduliert das IF-
Signal und erzeugt ein breitbandiges zusammengesetztes
Audiosignal zu einem SCA-Filter 874 und einem Stereo-
Pilotfilter 878. Dem Detektor 872 ist ein
Signalpegeldetektor 859 zugehörig, der den
Mikroprozessor-Control-1er 706 mit einem Ausgangssignal versorgt, das die
Stärke 4e5 empfangenen Signals angibt. Der Controller
beobachtet dieses Signal und tastet es nach einem neuen
Signal ab, wenn die Stärke unterhalb eines
Schwellenwerts fällt.
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Das SCA-Filter 874 und der SCA-Dekoder 876 sind in Fig.
14 schematisch gezeigt. Das SCA-Filter 874 führt den
gewünschten SCA-Kanal zu dem SCA-Decoder 876, während
die Audiokomponenten von geringerer Frequenz gebremst
werden. Der Decoder 876 demoduliert den gefilterten
SCA-Kanal und schafft 19 Kilobaud-Paketdaten zu der das
Paket decodierenden Schaltung. Das zusammengesetzte
Audiosignal von dem PLL-Detektor 872 wird zu dem Eingang
970 des Filters 874 geführt. Ein Verstärker 972
verstärkt die zusammengesetzten Signale weiter und legt
diese an vier aktive Filterstufen 974. Die Filter 974
sind um eine Frequenz von 81,25 Kiloherz zentriert. Der
Ausgang der kaskadenartigen aktiven Filterstufen 974
wird auf eine zweite Verstärkerschaltung 976 geführt,
die die SCA-Modulation in TTL-kompatible Pegel
ausquadriert.
Der Ausgang von dem Verstärker 976 wird auf den
D-Eingang eines Abtastlatches 978 geführt.
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Das Stereo-Pilotsignal wird von dem Stereo-Pilotfilter
878 auf einen Piloteingang 980 des Decoders 876
geführt. Das Pilotsignal wird über einen Verstärker 982
geführt, um die Sinus-Wellenform in eine TTL-kompatible
Form zu wandeln. Der Ausgang von dem Verstärker 982
wird mit dem Takteingang des Abtastlatches 978
verbunden. Jedesmal, wenn das Stereo-Pilotsignal des
Takteingangs des Latches 978 eine führende oder abfallende
Flanke hat, werden die Daten, die dann an dem D-Eingang
vorhanden sind, zu dem Q-Ausgang des Latches getaktet.
Durch diesen Vorgang wird der Unterträger bei jedem
Nulldurchgang, der ansteigenden Flanke des Pilotsignals
getaktet. Der Zustand des Unterträgers bestimmt in
diesem Zustand, daß das empfangene Datenbild "0" oder "1"
ist. Der Q-Ausgang des Latches 978 wird durch eine
Pufferstufe 980 zu der das Paket decodierenden Schaltung
700 geführt.
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Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann der
SCA-Decoder 876 durch einen (nicht gezeigten) PLL-
Decoder ersetzt sein. Bei einem solchen
Ausführungsbeispiel muß ein 76 Kiloherz-Bezugssignal auf den Decoder
aufgebracht werden, damit der PLL-Decoder einlockt.
Eine (nicht gezeigte) Frequenzmultiplizierstufe kann
zwischen dem Pilotfilter 878 und einem solchen PLL-SCA-
Decoder angeordnet sein, um dieses 76 Kiloherz-Signal
direkt von dem Stereopilotsignal zu erzeugen. Einige
frühere digitale SCA-Systeme haben dagegen das
Rauschendes SCA-Trägers moduliert, um eine
Demodulationsbezugsfrequenz herzuleiten. Eine Rauschmodulation ist
bei Anwendungen erforderlich, bei denen die Daten
konstant ein oder konstant aus sein können. Ein PLL-
Decoder wird in solchen Systemen verwendet, um die
Trägerfrequenz
aus der zufälligen Modulation zu
synthetisieren. Diese Systeme sind jedoch bei Anwendungen, wie
den vorliegenden, schlecht geeignet, bei dem das
Signal/Rausch-Verhältnis gering sein kann.
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In beiden der obigen Ausführungsbeispielen eines SCA-
Decoders wird das 19 Kiloherz-Stereopilotsignal
verwendet, um Paketdaten aus dem 76 Kiloherz-Unterträger zu
decodieren. Dieses Verfahren bewirkt eine genaue
Decodierung des Unterträgers, die nicht von Komponenten
innerhalb des Uhrempfängers 840 abhängig ist. Die
Frequenzinstabilität, die durch Faktoren wie Alterung,
Stöße und Temperaturänderungen verursacht werden,
werden so vermieden. Der 76 Kiloherz-SCA-Unterträger, der
von der FM-Station übertragen wird und mit den
Paketdaten moduliert ist, wird selbst auf dasselbe 19
Kiloherz-Pilotsignal eingelockt. Alle Ungenauigkeiten
des in der SCA-Unterträgerfrequenz werden von dem
Sender oder dem Empfänger entsprechend nachgefolgt, was
eine genau Demodulation sicherstellt. Die Verwendung
des nichtmodulierten Stereo-Pilotsignals als ein Bezug
zum Aufnehmen der Daten von dem modulierten Unterträger
hat einen Gewinn von 3 bis 4 Dezibelerhöhung in der
empfangenen Signalstärke gegenüber üblichen,
rauschmodulierten PLL-Techniken. Diese Techniken verbessern
daher erheblich die Eigenschaft des Empfängers bei
kleinen Signalen.
4.3 Antenne
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Die Kleinheit und Tragbarkeit des Empfängers in Form
einer Armbanduhr führt zu zwingenden Anforderungen an
das Antennensystem des Empfängers. Die Anzahl der
Stufen der RF-Verstärkung in dem Empfänger muß
beispielsweise auf ein Minimum beschränkt sein, um den
Stromverbrauch
der Batterie zu minimieren. Entsprechend muß ein
starkes Signal von der Antenne an den Empfänger
geliefert werden. Das von der Antenne empfangene Signal
nimmt jedoch mit seiner Größe ab. Die kleine Größe und
die Tragbarkeit des Empfängers von einer Armbanduhr
bestimmt, daß die Antenne klein und nicht störend ist und
so zwingend ein schwaches Signal erzeugt.
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Derartige Probleme ergeben sich durch die
Arbeitsumgebung des Empfängers einer Armbanduhr. Die meisten FM-
Radioempfänger werden mit einer Antenne betrieben, die
mehrere zehn Fuß oberhalb des Erdboden sind. Der
Empfänger in Form einer Armbanduhr dagegen muß eine
Antenne verwenden, die nahe an dem Verwender des Empfängers
ist, wodurch die Höhe auf -zig Zoll begrenzt ist. Da
das Signal, das von einer Antenne empfangen wird,
abnimmt, je näher die Antenne an dem Erdboden ist, wird
das Signal von einer in der Armbanduhr angeordneten
Radioantenne empfangen wird, weiter gemindert.
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Unabhängig von der gewählten Geometrie der Antenne wird
diese Antenne Empfangseigenschaften haben, etwa ein
gerichtetes Muster und eine Polarisation, die weiter den
Betrieb des Systems beeinträchtigen kann.
Beispielsweise zeigen Schleifenantennen ein tiefes Null in der
Ebene der Schleife. Dipole, wie sie aus der US-A-3 032 651
bekannt sind und vertikal angeordnete Antennen zeigen
ein tiefes Null außerhalb der Achse des Leiters. Wenn
die Antenne des Empfängers in Form einer Armbanduhr
gerade derart ausgerichtet ist, daß das gewünschte FM-
Signal in ein solches Null-Feld, werden das Signal und
die zugehörigen Daten verloren. Ein entsprechender
Effekt tritt auf, wenn die Empfangsantenne gerade
derart ausgerichtet ist, daß seine Polarisation senkrecht
zu der Polarisation des empfangenen Signals ist. Da
auch ein kurzer Verlust des Signals die Integrität des
empfangenen Signals zerstört, ist es wichtig, daß die
Antenne, die mit dem Empfänger in Form einer Armbanduhr
verwendet wird, nicht derartige unerwünschte
Empfangseigenschaften hat.
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Bei der vorliegenden Erfindung werden diese Probleme
dadurch überwunden, daß die Person, die die Armbanduhr
trägt, ein Teil der effektiven Antenne ist. Eine
Drahtschleife, die eine geschlossene Stromschleife um das
Handgelenk der Person bildet, wirkt als eine
kleinschleifige Antenne und bewirkt weiter eine
elektromagnetische Kopplung mit dem Arm des Patienten und
indirekt mit dem Körper des Patienten zu dem Empfänger
als eine Erweiterung der Antenne. Die effektive Apertur
der Antenne wird so erheblich erhöht. Die Stärke der
Signale, die unter Verwendung der Person/Antenne-
Kombination gewonnen wird, sind um 2 bis 5 Dezibel
größer als die Stärke von Signalen unter Verwendung
lediglich der Schleifenantenne. Die Effekte der
notwendigerweise kleinen Antenne und seiner notwendigerweise
geringen Höhe sind so verringert. Das Koppeln an den
Körper vermeidet auch die Richtungscharakteristik der
Schleifenantenne und führt zu einem im wesentlichen in
alle Richtungen wirkenden Antennensystem. Auch die
Rückweisung von orthogonal polarisierten Signalen durch
die Antenne wird wesentlich verringert. Das kombinierte
Personen/Antennen-System arbeitet so weitaus besser als
die Schleifenantenne selbst, ohne daß die Kosten oder
die Komplexität des Systems vergrößert werden.
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In dem in Fig. 12A gezeigten bevorzugten
Ausführungsbeispiel weist die Schleifenantenne 850 einen
Streifenleiter 851 auf, der innerhalb eines Uhrenarmbandes 853
angeordnet ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
weist das Uhrenarmband zwei Abschnitte auf, die durch
eine leitende Schnappverschlußanordnung 855 befestigt
ist. Der Leiter 851 ist mit den weiten Elementen der
Schnappverschlußanordnung 855 verbunden, um so einen
kontinuierlichen Leiter zu schaffen, wenn der Verschluß
in Eingriff ist.
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Die Enden des Streifenleiters 851 sind elektrisch mit
Metallstiften 857 verbunden. Die Stifte 857 weisen
jeweils einen Zapfenabschnitt 859 und zwei federbelastete
Erstreckungsabschnitte 861 auf. Der Zapfen 859 ist
mechanisch an dem Uhrenarmband 853 befestigt. Die
federbelasteten Erstreckungen 861 dienen zum Eingriff mit
dem Uhrengehäuse 863, um so das Armband 853 mit dem
Uhrengehäuse zu verbinden.
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Der leitfähige Streifen 851 ist an einem Ende mit dem
FM-Unterträger-Empfänger durch Einsatzelemente 865
gekoppelt, die in das Uhrengehäuse eingesetzt sind. Der
Einsatz 865 weist ein erstes zylindrisches leitfähiges
Element 867 auf, das koaxial innerhalb eines zweiten
zylindrischen leitfähigen Elements 869 angeordnet ist.
Zwischen den Elementen 867 und 869 ist ein isolierendes
Muffenelement 871. Die Elemente 867 und 869 bilden so
eine Kapazität. Das äußere zylindrische Element 869 ist
durch Klemmpassung oder anders elektrisch umgebenden
metallischen Uhrengehäuse 863 verbunden, das eine RF-
Masse bildet. Die federbelastete Erstreckung 861
ergreift das innere zylindrische Leitwegeelement 867
durch einen kleinen zylindrischen Weg durch den
Isolator 871. Der Einsatz 865 bildet so ein kapazitives
Shunt-Element von dem Streifenleiter 851 zu dem
Uhrengehäuse. Der Wert dieser Kapazität wird durch die Größe
der inneren und äußeren gleitenden Zylinder 867, 869
und durch die dielektrische Konstante des
Isolationsmaterials 871 bestimmt. Bei dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel bildet dieser Einsatz 865 eine Shunt-Kapazität
von annähernd 25 Picofarad von dem Antennen-
Streifenleiter 851 zur Masse. Ein solcher Einsatz ist
auf jeder Seite des Armbandes vorgesehen, wodurch eine
gesamte Shunt-Kapazität von 50 Picofarad gebildet wird.
Drähte 875 sind an den inneren zylindrischen leitenden
Elementen 867 angesetzt, sie sind gemeinsam und mit dem
Antenneneingang des Empfängers verbunden.
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Die Gesamtkapazität von 50 Picofarad der Einsätze 865
würde gewählt, um mit der Antenne 850 in Resonanz zu
sein. Der Streifenleiter 851 bildet in seiner
geschleiften Ausbildung eine induktiv gespeiste
Punktimpedanz. Die induktive Reaktanz wird durch die
vorgenannten kapazitiven Elemente ausgeglichen, wodurch ein
im wesentliche resistive Einspeisepunkt-Impedanz zu dem
Empfänger von annähernd 100 Ohm gebildet wird.
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Das gegenüberliegende Ende 877 des Streifenleiters 851
ist über die federbelasteten Extensionselemente 861
direkt mit dem metallischen Uhrengehäuse 863 verbunden.
Dieses Ende des Leiters 851 ist so geerdet, wodurch die
Antennenschleife vervollständigt wird.
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Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann es
erwünscht sein, die Antenne 850 unter Verwendung von
kapazitiven Reihenelementen, nicht also durch kapazitive
Shunt-Elemente, in Resonanz zu bringen. Dies kann durch
Verwendung des Einsatzes 865a erfolgen, der in Fig. 12B
gezeigt ist. Der Einsatz 865a weist ein leitfähiges
zylindrisches Element 879 auf, das koaxial um das innere
gleitende Innenelement 867 angeordnet ist, jedoch von
dem Uhrengehäuse 863 durch ein zweites isolierendes
Hülsenelement 881 isoliert ist. Das dielektrische
Material in dem isolierenden Element 881 wird ausgewählt,
um die Kapazität zwischen dem Leiter 879 und dem
Uhrengehäuse 863 zu minimieren. Ein Draht 883 ist an jedem
dieser zylindrischen Elemente 879 angesetzt und ist mit
dem Empfänger verbunden. Bei diesem in Reihe gespeisten
Ausführungsbeispiel ist der Einsatz 865a ausgebildet,
um eine Reihenkapazität von ungefähr 100 Picofarad zu
bilden. Da die Uhr zwei derartige Einsätze bildet, ist
die gesamte effektive Reihenkapazität 50 Picofarad. Ein
kleines induktives Element kann in Reihe mit der
Leitungsverbindung des Empfängers mit den beiden Einsätzen
865 eingesetzt werden, um mit dem System zu schwingen.
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Bei alternativen Ausführungsbeispielen können andere
Ausgestaltungen des Uhrenarmbandes verwendet werden.
Ein solches alternatives Uhrenarmband ist in Fig. 12C
gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel weist das
Armband zwei Lederstreifen 885 auf, die über eine Schnalle
887 miteinander verbunden sind. Ein Streifenleiter 889
ist durch die Lederstreifen 885 geführt und ist
elektrisch mit metallischen Augen 891 verbunden, die die
Löcher umgeben, in die die Stifte der Schnallen
eingreifen. Die Schnalle 887 selbst ist elektrisch mit dem
gegenüberliegenden Ende des Leiters 889 über ein
übliches Metallband verbunden. Durch diese Technik sind
diese beiden Abschnitte der Antenne elektrisch über die
Metallaugen 891 verbunden, wenn die Schnalle 887
geschlossen ist.
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Die Antennenausbildungen, mit denen die folgende
Erfindung verwendet werden kann, sind unbegrenzt. Ein
einstückiges metallisches Drehbiege-Armband, wie dies in
Fig. 1A gezeigt wird, kann als eine Empfangsantenne
durch Schnüren eines (nicht gezeigten) Leiters in einem
Zick-Zack-Muster durch aufeinanderfolgende Abschnitte
des Bandes ausgebildet werden. Das Band kann sich so
drehen und biegen, ohne die elektrische Verbindung der
Antenne zu beeinträchtigen.
4.4 Zuverlässigkeit des Empfangs
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Die Zuverlässigkeit des Empfangs von Datensignalen ist
ein Problem bei RF-Personenrufanlagen. Die
Personenrufanlagen 20 sind mobile FM-Empfänger. Das übertragene
FM-Signal ist durch räumliche Änderungen in der
Feldintensität einschließlich Nullstellen aufgrund sich
auslöschender Interferenz gekennzeichnet. Bei
FM-Frequenzen haben diese Nullstellen typischerweise einen
Abstand von etwa 1,5 Metern und haben üblicherweise eine
effektive Länge von 0,5 Metern, in Abhängigkeit von dem
Pegel des Rauschens des Empfängers, der
durchschnittlichen Felddichte und anderen Faktoren. Da der Verwender
das Personenrufsystem trägt, passiert der FM-Empfänger
die Nullpunkte, wie sie in Fig. 9C gezeigt sind. Bei
jeder Nullstelle oder jedem Minimum 992 kann das
empfangene FM-Signal 990 unter den Rauschpegel 994 des
Empfängers fallen. Dies tritt auch bei den vorbekannten
Personenrufsystemen auf, etwa dem American Diversified
System. Diese Effekte werden in dem Stand der Technik
jedoch durch die Verwendung von langen Botschaften und
einer geringen Übertragungsrate minimiert, um die
Anzahl der verlorenen Bits zu minimieren, so daß eine
Fehlererkennung und eine Korrektur ausgeführt werden
kann, durch die die Daten rückgewonnen werden können.
Das vorliegende System schafft dagegen eine Dauer des
Botschaftspakets, das weitaus geringer ist als die
Dauer des Maximums der Signalstärke zwischen Nullstellen,
vorzugsweise von derselben Dauer wie die Nullstellen
oder weniger. Ein Botschaftspaket 996, das in einer
Nullstelle empfangen wird, kann verloren werden, es ist
jedoch wahrscheinlicher, innerhalb eines Maximums
empfangen zu werden, wie durch das Paket 998 gezeigt. Bei
einer Autogeschwindigkeit von 30 Metern/Sekunde und
einer Übertragungsrate von 19.000 Boud (260 Bit/13
Mullisekunden-Paket), ist die Paketdauer geringer als
die Hälfte des Maximums. Die Wahrscheinlichekeit eines
erfolgreichen Empfangens eines einzelnen
Botschaftspakets ist damit hoch, 90 % oder mehr, trotz des
unzuverlässigen Übertragungsmediums. Die Zuverlässigkeit wird
durch die erneute Übertragung der Botschaftspakete zu
unterschiedlichen Zeiten und das Abtasten nach starken
Übertragungssignalen vergrößert.