DE3855198T2

DE3855198T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Übertragung von Datenpakete aus einer Mehrzahl von Stationen in einem Zeitmultiplexkommunikationsssytem

Info

Publication number: DE3855198T2
Application number: DE3855198T
Authority: DE
Inventors: Norbert E Dey; Garold B Gaskill; Jeffrey R Owen; Daniel J Park; William H Peek; Lawrence H Ragan
Original assignee: Seiko Epson Corp; Seiko Corp
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1987-11-16
Filing date: 1988-11-08
Publication date: 1996-09-05
Anticipated expiration: 2008-11-09
Also published as: DE3856304D1; FI885284A0; NO885095L; FI885284A; EP0618744A2; ATE136717T1; DK636988D0; DK636988A; CA1301966C; HK1010029A1; AU607823B2; EP0325839A2; ES2130306T3; EP0618743B1; EP0618744A3; ES2087062T3; EP0618743A2; JPH01231437A; ATE176567T1; AU2515588A

Description

Hintergrund der Erfindung

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich auf Kommunikationssysteme und -verfahren und insbesondere auf ein Fernbereichspersonenrufsystem, bei dem tragbare Personenrufempfänger mit geringem Stromverbrauch verwendet werden, und auf ein Verfahren zur Übertragung von Daten an zahlreiche Empfänger auf einem gemeinsamen Kanal.

Beschreibung des Stands der Technik

Bekannte Personenrufsysteme stellen im allgemeinen zwei Kategorien von Abdeckung bereit. Eine Abdeckung im Lokalbereich erfolgt typischerweise durch Senden eines Personenrufs gleichzeitig von einem oder mehreren Sendern, die auf einer einzigen Frequenz arbeiten und ein gesamtes oder einen Teil eines Großraumgebiets abdecken, und zwar an einen Empfänger innerhalb des Lokalbereichs. Eine solche Abdeckung ist offensichtlich auf den Sendebereich eines Lokalsenders beschränkt. Eine Abdeckung im Fernbereich, die mehrere überlappende Bereiche eines ausgedehnten Großraumgebiets oder einer Anzahl nicht überlappender Großraumgebiete umfaßt, wird typischerweise durch Senden einer Personenrufanfrage an mehrere Sender via Telekommunikation und durch Funken der Personenrufnachricht von allen Sendern zu eineir gesuchten Empfänger bereitgestellt, der sich irgendwo innerhalb des Fernabdeckbereichs aufhalten kann. Das beschriebene Verfahren zum Schaffen einer Abdeckung im Fernbereich ist teuer und auf ein relativ kleine Anzahl von Personenrufnutzern beschränkt.
Bei bekannten Personenrufsystemen sind unterschiedliche Verfahren verwendet worden, um den Stromverbrauch von batteriebetriebenen, tragbaren Personenrufempfängern zu reduzieren, um deren Gesamtgröße zu verkleinern und die Batterielebensdauer zu verlängern. Bei einem Verfahren wird der Empfängerschaltung in dem Personenrufempfänger nur während eines vorbestimmten Zeitschlitzes, während dem Daten für den speziellen Personenrufempfänger übertragen werden, Strom zugeführt.
Die WO-A-8603645 bezieht sich auf ein Personenrufsystem in einer Armbanduhr und beschreibt ein Verfahren zum Übertragen von Datenpaketen in einem Zeitmultiplexkommunikationssystem mit einem Sendesystem, das eine Mehrzahl von Stationen zum Senden von Datenpaketen einschließlich Systemsteuerpaketen und Nachrichtenpaketen an eine Mehrzahl von Empfängern aufweist, von denen jeder eine Adresse hat. Bei diesem bekannten System werden die Rahmen der von den unterschiedlichen Stationen ausgesendeten Signale zeitlich ausgerichtet, so daß die gleichen Datenpakete zur gleichen Zeit gesendet werden. Daher muß ein Empfänger, wenn er ein Nachrichtenpaket nicht empfängt, warten, bis der gesamte Rahmen wiederholt wird.
Die US-A-3836974 beschreibt ein Personenruf system unter Verwendung einer Mehrzahl von Sendern, die Personenruf signale auf der gleichen Frequenz aussenden, bei dem das gleiche Personenruf signal sequentiell von jedem der Sender gemäß einer vorbestimmten Folge ausgesendet wird, so daß unmittelbar benachbart liegende Sender nicht gleichzeitig senden, wodurch das Personenrufsignal wenigstens einmal während dieser Abfolge ohne gegenseitige Störung durch die Sender im wesentlichen überall in einem vorbestimmten geographischen Gebiet, das durch die Sender bedient wird, empfangen werden kann.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf, die Wahrscheinlichkeit des Empfangs eines Nachrichtenpakets durch einen Empfänger in einem Kommunikationssystem mit einer Mehrzahl von Stationen, die Datenpakete auf unterschiedlichen Frequenzen senden, zu verbessern.
Demgemäß schafft die Erfindung in einer Hinsicht ein Verfahren zum Übertragen von Datenpaketen in einem Zeitmultiplexkommunikationssystem mit einem Sendesystem, das eine Mehrzahl von Stationen zum Senden von Datenpaketen einschließlich Systemsteuerpaketen und Nachrichtenpaketen auf unterschiedlichen Frequenzen an eine Mehrzahl von Empfängern aufweist, von denen jeder eine Adresse hat, Verfahren gekennzeichnet durch: zeitliches Versetzen der Sendezeit von Datenpaketen von jeder Station innerhalb des Systems, So daß Datenpakete, die gleichen Nachrichtenpakete enthalten, zu unterschiedlichen relativen Zeiten gesendet werden;
Verschlüsseln, innerhalb eines Steuerpakets, der Frequenz und des Zeitversatzes der aktuell abgestimmten Station relativ zu einer vorbestimmten Station ohne Zeitversatz; und Verschlüsseln, innerhalb eines Steuerpakets, einer Liste von anderen Stationsfrequenzen und des Zeitversatzes für jede andere Station, wobei jeder Empfänger aus den Steuerpaketen die Frequenz und den Zeitversatz der Station bestimmt, die als nächstes das entsprechende Nachrichtenpaket an den Empfänger sendet, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Empfangs eines Nachrichtenpakets durch den Empfänger verbessert wird.
In einer weiteren Hinsicht schafft die Erfindung eine Zeitmultiplexkommunikationsvorrichtung mit einem Sendesystem, das eine Mehrzahl von Stationen zum Senden von Datenpaketen einschließlich Systemsteuerpaketen und Nachrichtenpaketen auf unterschiedlichen Frequenzen an eine Mehrzahl von Empfängern aufweist, von denen jeder eine Adresse hat, Vorrichtung gekennzeichnet durch:
Mittel zum zeitlichen Versetzen der Sendezeit von Datenpaketen von jeder Station innerhalb des Systems, so daß Datenpakete, die gleichen Nachrichtenpakete enthalten, zu unterschiedlichen relativen Zeiten gesendet werden;
Mittel zum Verschlüsseln der Frequenz und des Zeitversatzes, innerhalb eines Steuerpakets, der aktuell abgestimmten Station relativ zu einer vorbestimmten Station ohne Zeitversatz; und Mittel zum Verschlüsseln, innerhalb eines Steuerpakets, einer Liste von anderen Stationsfrequenzen und des Zeitversatzes für jede andere Station, wobei jeder Empfänger aus den Steuerpaketen die Frequenz und den Zeitversatz der Station bestimmt, die als nächstes das entsprechende Nachrichtenpaket an den Empfänger sendet, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Empfangs eines Nachrichtenpaketes durch den Empfänger verbessert wird.
Die genannten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen davon unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verständlich.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1A ist eine perspektivische Ansicht einer Personenruf- Armbanduhr eines Personenrufsystems, das die vorliegende Erfindung verkörpert;
Fig. 1B ist eine alternative Ausführungsform der Datenanzeige des Personenrufgeräts nach Fig. 1A;
Fig. 2A ist ein Schaubild, das eine weltweite funktionale Hierarchie des die Erfindung verkörpernden Personenruf systems zum Empfangen und Senden von Nachrichten an verschiedene Empfänger zeigt, einschließlich der Personenruf-Armbanduhr nach Fig. 1A;
Fig. 2B zeigt ein vereinfachtes Interface-Modell für offene Systeme (open systems interface, OSI) des Systems nach Fig. 2A, einschließlich der Personenruf-Armbanduhr gemäß Fig. 1A;
Fig. 3 ist ein Blockschaubild eines Teils des Systems nach Fig. 2A, das eine lokale Abrechnungsstelle und eine Sendeeinrichtung zeigt;
Fig. 4A, 4B und 4C zeigen die bevorzugte Form eines digitalen Datenprotokolls, das bei einem erfindungsgemäßen Personenrufoder sonstigen Datenübergabesystem verwendet wird;
Fig. 5 ist ein Blockschaubild des Empfängers der Personenruf- Armbanduhr nach Fig. 1A;
Fig. 6A ist ein detaillierteres Blockschaubild des Empfängers nach Fig. 10;
Fig. 6B ist ein Blockschaubild des IF-Abschnitts des in Fig. 6A dargestellten Empfängers;
Fig. 7 zeigt ein Schema eines Datenpakets und erläutert das Einschieben von Codewörtern in das Paket beim Aussenden zeigt;
Fig. 8 ist ein Schema eines Datenpakets zum Aussenden einer Mehrzahl von Nachrichten innerhalb eines einzigen Zeitschlitzes;
Fig. 9 ist ein Schema eines Steuerpakets, das ein Maskenfeld und ein Adressfeld zur Systemaufspaltung beinhaltet und die abgestimmte Station durch ihre Frequenz und ihren Zeitversatz identifiziert;
Fig. 10 ist ein Schaubild eines Unterrahmens, das den zeitlichen Versatz von sendenden Stationen innerhalb eines Systems erläutert;
Fig. 11 ist ein Schaubild eines Steuerpakets, das den Zeitversatz und die Frequenzen für Stationen auflistet, mit denen sich der Empfänger für den Empfang einer Nachricht abstimmen kann.

Detaillierte Beschreibung

1.0 Beschreibung des Anwendungslevels und Betrieb

1.1 Vereinfachtes Svstemmodell

Die Personenruf-Armbanduhr 20 nach Fig. 1A ist einer aus einer Vielzahl von Empfängern in einem globalen Personenrufsystem 22, in dem sich die Erfindung verkörpert und das in Fig. 2A dargestellt ist. Bevor das globale Personenrufsystem und seine Funktion beschrieben wird wird das System auf seinem Anwendungslevel beschrieben, d.h. aus der Perspektive eines Nutzers des Systems.
Bezugnehmend auf Fig. 2B ist ein vereinfachtes Interfacemodell für offene Systeme dargestellt, und zwar für das System nach Fig. 2A. Es sind zwei Nutzer des Systems vorhanden, nämlich der Träger der Personenruf-Armbanduhr 20, der nachfolgend als empfangender Benutzer bezeichnet wird, und eine beliebige Person, die die Aussendung eines Personenrufs an den empfangenden Benutzer anfordert, und die nachfolgend als Personenruf-Anforderer oder sendender Benutzer bezeichnet wird. Normalerweise besteht die Überlegung, daß ein Personenruf mittels eines mit Tipptasten ausgestatteten Telefons 24 ausgelöst wird, obwohl auch ein entsprechend programmierter Personalcomputer, der über ein Modem an das System 22 angeschlossen ist, verwendet werden kann. In der nachfolgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, daß der sendende Benutzer ein Telefon 24 verwendet und der empfangene Benutzer die Armbanduhr 20.
In dem Interfacemodell für offene Systeme (OSI) stellen die Buchstaben in den Blöcken die Ebenen des Modells wie folgt dar:
a = Anwendungsebene
p = Anzeigeebene
s = Sitzungsebene
t = Transportebene
n = Netzwerkebene
l = Verbindungsebene
p = physikalische Ebene
In Säule 26 neben dem Telefon 24 stellt der Block "a" Eingangssignale wie etwa Doppelton-Mehrfachfrequenztöne (DTMF) dar, die ein sendender Benutzer des Systems über das Telefon 24 eingibt, und Ausgangssignale, wie etwa stimmliche Aufforderungen, die ein solcher Benutzer vom System 22 zurückerhält. In Säule 28 neben der Uhr 20 stellt "a" das Benutzerinterface zur Uhr 20 dar, einschließlich verschiedener Knöpfe, die später beschrieben werden und die der empfangende Benutzer drückt, um die über das System 22 empfangenen Nachrichten anzuzeigen. Die gezackte Linie 30 stellt die Telefonverbindung in das System 22 dar. Block 32 stellt das Kommunikationsinterface zwischen dem sendenden Benutzer und einer ersten Abrechnungsstelle, Block 34, dar, die als Abrechnungsstellenrechner A bezeichnet werden kann. Personenrufanforderungen, die über den Abrechnungsrechner A übermittelt werden, werden an eine zweite Abrechnungsstelle weitergeleitet, die als Abrechnungsrechner B, Block 36, dargestellt ist, und zwar über irgendeines aus einer Anzahl unterschiedlicher Datenkommunikationsnetze, die allgemein durch Block 38 dargestellt sind. Die Personenrufanforderungen werden durch den Abrechnungsrechner B verarbeitet, wie nachfolgend noch beschrieben. Die verarbeiteten Anforderungen werden dann über eine Übertragungsleitung 42 durch ein Kommunikationsinterface 40 zu einem Rundfunksender mit einem Sendemast 44 im örtlichen Bereich des empfangenden Benutzers der Uhr 20 weitergeleitet. Der Mast sendet die Personenrufanforderungen über Radiowellen 46 an die Uhr 20, die Radionachrichten decodiert und diejenigen, die für den empfangenden Benutzer bestimmt sind, auf der Anzeige der Uhr 20 anzeigt.
Nochmals bezugnehmend auf Block 32, stellen getrennte Eingangs- und Ausgangssäulen 50 und 52, die jeweils die Buchstaben "n", "l" und "p" enthalten, eine mögliche physikalische Trennung zwischen dem Telefonleitungsinterface und dem Abrechnungsrechner A dar. In Block 34 stellen die getrennten Säulen 54 und 56 die Eingangs- und Ausgangsseiten des Abrechnungsrechners A dar. Block 36 beinhaltet in ähnlicher Weise getrennte Eingangs- und Ausgangssäulen 58, 60. Im Kommunikationsinterfaceblock 4 bezeichnen die getrennten Säulen 62 und 64 jeweils Eingänge und Ausgänge einer später noch beschriebenen Vorrichtung zum Bilden einer Warteschlange, die vom Abrechnungsrechner B physikalisch getrennt sein kann.
Es folgt eine Beschreibung des Betriebs des Systems 22, jeweils vom Standpunkt des sendenden Benutzers und des empfangenden Benutzers aus gesehen. Der interne Betrieb des Systems aufgrund der Elemente mit Bezugszeichen 30 bis 46 ist für beide Benutzer transparent. Wie nachfolgend noch im einzelnen beschrieben wird, enthält die Personenruf-Armbanduhr 20 eine elektronische Uhr. Die Zeit dieser Uhr wird automatisch auf die genaue Ortszeit gesetzt. Wenn der empfangende Benutzer in eine andere Zeitzone reist, erfolgt das Nachstellen auf die Ortszeit etwa innerhalb 7 Minuten nach der Ankunft in einem Gebiet, das einen Sender 44 hat, der an das System 22 angeschlossen ist. Der auf der Uhr 20 angezeigte Tag sowie das Datum werden ebenfalls automatisch eingestellt.
Jede Personenruf-Armbanduhr im System 22 hat eine genau einmal vorkommende Seriennummer, die im Speicher des Abrechnungsrechner B mit einer zugehörigen Telefonnummer des Benutzers des Personenrufgeräts korelliert ist. Daher kann eine Personenrufnachricht an den empfangenen Benutzer durch eine beliebige Person gesendet werden, die diese Telefonnummer oder den Namen und den gewöhnlichen örtlichen Aufenthaltsbereich des empfangenden Benutzers kennt. Personenrufnachrichten können an einen empfangenden Benutzer irgendwo in der Welt gesendet werden, der einen an das System 22 angeschlossenen Sender 44 hat. Um dies zu ermöglichen, setzt der empfangende Benutzer das System 22 bezüglich seines aktuellen Ortes über ein Tastentelefon in Kenntnis.

1.2 Aussenden eines Personenrufs

Ein sendender Benutzer löst einen Personenruf dadurch aus, daß er die örtliche Personenruf-Telefonnummer auf einem Telefon 24 wählt und den Anweisungen per Computerstimme folgt. Die erste Anweisung verlangt die Telefonnummer des empfangenden Benutzers, mit dem ein Kontakt gewünscht wird. Einer Mehrzahl von empfangenden Benutzern unter der gleichen Telefonnummer werden eine oder zwei eindeutige Ziffern zusätzlich zu der Telefonnummer zugeordnet, um sie zu unterscheiden. Nachdem das System 22 die Nummer oder den Namen der zu rufenden Person bestätigt hat, drückt der sendende Benutzer die Sterntaste (*), und es folgt eine neue Anweisung.
Diese nächste Anweisung ist ein Menue der bevorzugten Nachrichten, die der sendende Benutzer senden kann, und zwar bedeutet das Drücken von:
1 Arbeitsplatz anrufen
2 Zuhause anrufen
3 nach Hause kommen
4 eingegebene Nummer anrufen
5 besondere, bis zu 50 Zeichen lange Nachricht
6 gesprochene Nachricht hinterlassen
7 Nachrichten erneut senden
8 gesprochene Nachrichten anhören
9 Eingabe der Telefonnummer der zu rufenden Person wiederholen.
Diese Anweisungsmenue ist nach abnehmender Anwendungswahrscheinlichkeit der verschiedenen Nachrichten geordnet.
Der sendende Benutzer wählt die geeignete Nachricht durch Drücken der zugehörigen Nummer auf dem Tastenfeld des Telefons 24. Wenn 1, 2 oder 3 gedrückt wird, brauchen keinen weiteren Daten eingegeben werden. Wenn der Benutzer auflegt, wird die Nachricht mit einer normalen Priorität ausgesendet.
Wenn der sendende Benutzer 4 drückt&sub1; muß er die Nummer eingeben, die angerufen werden soll, wobei diese bis zu 15 Ziffern lang sein kann.
Wenn der sendende Benutzer 5 wählt, kann die gesendete Nachricht sowohl Zahlen als auch Buchstaben enthalten. Um einen Buchstaben des Alphabets zu senden, wird die Taste, auf der der Buchstabe erscheint, so oft gedrückt, wie es die Reihenfolge seiner Stellung auf der Taste angibt. Beispielsweise bedeutet das einmalige Drücken der Taste 2 ein "a", zweimaliges Drücken der Taste 2 bedeutet ein "b". Der Abrechnungsrechner bestimmt, wie viele Zahlen er zusammengruppieren muß, um einen Buchstaben zu erhalten, auf der Basis der Zeit zwischen Tastenanschlägen, so daß der sendende Benutzer zwischen der Eingabe eines jeden Buchstabens eine kurze Pause machen sollte. Ein Stern (*) wird zur Bezeichnung eines Leerraums zwischen Worten verwendet, zwei Sterne (**) werden zur Bezeichnung einer Periode bzw. eines Satzendes verwendet. Ein Nummersymbol (#) zeigt an, daß die nächste Tasteneingabe eine Ziffer und kein Buchstabe ist. Das System kann eine Begrenzung der Länge einer Nachricht von beispielsweise 50 Zeichen vorgeben. Wenn der sendende Benutzer versucht, mehr als 50 Zeichen zu senden, stoppt der Abrechnungsrechner die Datenannahme und übermittelt eine mit Computerstimme erzeugte Nachricht an den sendenden Benutzer, wonach er zum nächsten Teil des Menues übergeht.
Zum Senden der Nachricht "John Doe will arrive at 9 o'clock (John Doe kommt um 9.00 Uhr an)" beispielsweise drückt der Sendebenutzer folgende Tasten:
56664466*366633*9444555555*2777744488833*28*#9* 66622255566-622255**. Diese Nachricht ist 32 Zeichen lang. Die Worte "John Doe will arrive at 9 o'clock" werden auf der Uhr des empfangenden Benutzers angezeigt. Wenn die Nachricht länger als 12 Zeichen ist, wird sie mit einer Geschwindigkeit von einem langen Wort oder zwei kurzen Worten je Sekunde angezeigt. Wenn die Nachricht als "dringend" bezeichnet ist, wird ein Ausrufezeichen (!) am Anfang und am Ende der Nachricht angezeigt.
Was die weiteren Teile des Menues betrifft, kann der Absender durch Drücken der 6 eine gesprochene Nachricht hinterlassen, die anzeigt, daß der empfangende Benutzer eine gesprochene Nachricht abrufen soll. Eine computererzeugte Stimme leitet den Absender dazu an, wie er eine gesprochene Nachricht für den empfangenden Benutzer hinterlassen soll.
Die der Taste 7 zugeordnete Anweisung wird durch den empfangenden Benutzer verwendet. Durch Anrufen des Systems und Drükken der Taste 7 veranlaßt der empfangende Benutzer das System, alle seine Nachrichten aus den vorangehenden 24 Stunden zu senden oder erneut zu senden. Beim Anrufen und Drücken der 7 würde der empfangende Benutzer durch eine Computerstimme dazu aufgefordert, die Telefonnummer einzugeben, von der aus er anruft, einschließlich der Länder-, Stadt- oder Gebietsvorwahl und der örtlichen Nummer. Wenn er keine Nummer eingibt und auflegt, werden die Nachrichten innerhalb seines Heimatgebiets, -bereichs oder -landes erneut gesendet, abhängig vom Abdeckungsbereich des Rundfunks. Die Eingabe einer Telefonnummer setzt das Personenrufsystem in Kenntnis, wo die Nachrichten des empfangenden Benutzers gesendet werden sollen. Die Computerstimme bestätigt, welches Land und welche Stadt der Benutzer eingegeben hat und fordert zu einer erneuten Eingabe der Nummer auf, wenn ungültige Nummern darunter sind. Wenn das eingegebene Gebiet von der Rundfunkabdeckung nicht erfaßt wird, wird der empfangende Benutzer darüber informiert und die Nachrichten werden nicht gesendet.
Anweisung 8 ist ebenfalls für den empfangenden Benutzer vorgesehen. Durch Anrufen des Systems und Wählen der 8 kann der Benutzer gesprochene Nachrichten empfangen, die für ihn hinterlassen worden sind. Er wird wiederum durch die computererzeugte Stimme angeleitet, wie er zu den Nachrichten gelangen kann. Einem empfangenden Benutzer kann eine geheime Schlüsselnummer zugeordnet sein, die in das System eingegeben werden muß, um gesprochene Mitteilungen abzuhören.
Wenn der Anrufer des Systems eine 9 drückt, wird die vorangegangene Anweisungs folge wiederholt.
Eine abschließende Anweisung ist vorgesehen, die nur in Verbindung mit den beschriebenen Anweisungen 1, 2, 3, 4, 5 und 6 gültig ist. Beim Drücken der folgenden Zahlen wird wie folgt die Priorität oder Dringlichkeit der Nachricht festgelegt:
1 für dringend
2 für normal
3 für niedrige Priorität.
Eine dringende Nachricht wird bis zu viermal innerhalb von 30 Minuten ausgesendet. Eine normale Nachricht wird dreimal innerhalb von 30 Minuten ausgesendet. Eine Nachricht mit geringer Priorität wird ausgesendet, sobald Nachrichten mit höheren Prioritäten ausgesendet worden sind, ungefähr zweimal innerhalb von 60 Minuten.
Der sendende Benutzer kann das Telefon auflegen, nachdem er den Dringlichkeitscode eingegeben hat, wenn der empfangende, zu rufende Benutzer sich in seinem gewöhnlichen Heimatgebiet aufhält.

1.3 Aufbau der Personenruf-Armbanduhr

Wiederum bezugnehmend auf Fig. 1A ist die von jedem empfangen den Benutzer verwendete Personenruf-Armbanduhr 20 ganz ähnlich wie eine herkömmliche digitale Armbanduhr aufgebaut. Die Uhr hat ein Armband 70, welches eine Antenne enthält, wie nachfolgend noch beschrieben, sowie eine elektronische Uhr und eine Personenrufvorrichtung 72. Die Vorrichtung 72 enthält eine eingebaute elektronische Schaltung, die in Form eines Blockschaltbilds in Fig. 6A dargestellt ist. Die Vorrichtung 72 hat eine analoge Uhrenanzeige 74 und wahlweise eine Datumsanzeige 76, die jeweils bekannt sind. Die Vorrichtung 72 enthält weiterhin eine Anzeige 78 für Personenrufdaten zum Anzeigen eines Gebietscodes, einer Telefonnummer sowie verschiedener Nachrichtensymbole.
Vorrichtung 72 hat vier Kontrollknöpfe 80, 82, 84, 86, wobei sich zwei auf jeder Seite der Uhrenanzeige befinden. Knopf 80 ist ein herkömmlicher Kontrollknopf zum Einstellen der analogen Uhrzeit und des Datums. Knopf 82 ist ein Funktionswahlknopf zum Anzeigen und Bestätigen von Nachrichten, zum Feststellen des Klingel/Stumm-Nachrichtenwarte-Zeichens, und zum Feststellen der Unterwegs/Zuhause-Funktion. Knopf 84 legt den Betriebsmodus der Uhr fest. Knopf 86 ist ein Rückstellknopf, der zum Resynchronisieren und Testen der Vorrichtung nach einem Batteriewechsel einmal und für Seriennummer und Registrierung der Uhr zweimal gedrückt wird.
Eine andere Ausführungsforn der Anzeige 78a, die in Fig. 1B dargestellt ist, enthält zwei Reihen von Zeichen. Die obere Zeichenreihe sind Bildsymbole, die von links nach rechts ein Anruf-Zuhause-Symbol 88, ein Anruf-Büro-Symbol 90, ein Klingel/Stumm-Symbol 92, ein Unterwegs/Zuhause-Symbol 94, ein Signalverfügbarkeitssymbol 96, eine Batteneanzeige 98 sowie einen Zähler 100 für unbestätigte Nachrichten enthalten. Wenn das Klingel/Stumm-Symbol 92 erscheint, wird ein hörbares Signal durch eine Piepvorrichtung in der Vorrichtung 72 erzeugt, wenn eine Nachricht empfangen wird. Das Signalverfügbarkeitssymbol 96 blinkt, wenn die Vorrichtung 72 nach einem Signal scannt, ausgeschaltet ist oder wenn kein Signal gefunden werden kann und wird ständig angezeigt, wenn ein gültiges Signal gefunden wird. Der Zähler 100 für unbestätigte Nachrichten zeigt die Anzahl, 1 bis 9, der nicht bestätigten Nachrichten an. Wenn 0 angezeigt wird sind keine Nachrichten empfangen worden und die Vorrichtung zeigt in Zeile 102 die aktuelle Zeit an. Wenn eine 9 angezeigt wird und blinkt, können keine weiteren Nachrichten mehr empfangen werden, bis der empfangende Benutzer den Wahlknopf drückt, um die gespeicherten Nachrichten anzuzeigen und zu bestätigen.
Die zweite Reihe 102 von Zeichen ist eine zehnstellige Anzeige mit zwei Doppelpunkten für Siebensegment-Zeichen. Als Alternative kann eine komplexere Anzeige wie etwa eine Anzeige mit 14 Segmenten oder eine Punktmatrix-Zeichenanzeige verwendet werden, um sowohl Buchstaben als auch Zahlen anzuzeigen.

1.4 Empfangen eines Personenrufs

Beim Empfang eines Personenrufs wird der empfangende Benutzer durch ein Signal von der Personenruf-Armbanduhr 20 in Kenntnis gesetzt, und zwar entweder durch hörbare Pieptöne von der eingebauten Piepvorrichtung oder visuell durch beispielsweise schnelles Blinken des Klingelzeichens 72 auf der Anzeige 78 und durch Erhöhung des Zählers 100 für unbestätigte Nachrichten. Die Wahl zwischen dem hörbaren und stummen Signal erfolgt durch Betätigung des Wahlknopfs 82, während man sich in der Betriebsart befindet, in der das Klingelzeichen blinkt. Wenn das hörbare Signal gewählt ist, wird das Klingelsymbol 92 ständig angezeigt. Wenn das stumme Signal gewählt ist, wird das Klingelzeichen nicht angezeigt.
Die einfachsten Nachrichten werden durch die Bildsymbole angezeigt. Für eine Anruf-Zuhause-Nachricht wird das Haus-Bildzeichen 88 angezeigt. Für eine Büro-Anruf-Nachricht wird das Werks- bzw. Schreibtisch-Bildsymbol 90 angezeigt. Für eine Nachricht, eine durch den sendenden Benutzer übermittelte Telefonnummer anzurufen, wird diese Nummer in der Reihe 102 von Zeichen angezeigt. Lange Telefonnummern werden aufgeteilt, wobei der Länder- und Stadt- bzw. Gebietscode zuerst angezeigt werden und die weiteren Nummern dann angezeigt werden, nachdem der Benutzer den Auswahlknopf 82 gedrückt hat.
Bei allen Arten von Personenrufen bzw. Nachrichten sind die ersten Dinge, die nach Empfang einer Nachricht angezeigt werden, die Zeit eines Nachrichtenempfangs in Stunden und Minuten sowie die Nachrichtenanzahl bzw. -nummer. Im Falle der Anruf- Zuhause- und Anruf-Büro-Nachrichten zeigt die untere Anzeige beim Empfang lediglich die Empfangszeit und Nachrichtenanzahl an. Wenn die Nachricht darin besteht, eine übermittelte Telefonnummer anzurufen, wird die Zeit und Nachrichtenanzahl während etwa 3 Sekunden angezeigt, bevor die anzurufende Telefonnummer angezeigt wird.
Der Wahlknopf 82 steuert die angezeigte Nachricht. Durch Drücken des Wahlknopfs weiß die Uhr, daß der empfangende Benutzer die Nachricht gelesen hat, worauf die Uhr die nächstälteste Nachricht anzeigt. Bevor die erste Nachricht empfangen wird, steht der Zähler für unbestätigte Nachrichten auf null. Dies bewirkt, daß die normale Uhrenfunktion, nämlich Zeit, Tag und Datum auf der Anzeige 78 angezeigt werden. Sobald die erste Nachricht empfangen worden ist, wird der Nachrichtenzähler auf 1 gesetzt und die Nachricht wird angezeigt. Wenn eine weitere Nachricht empfangen wird, bevor der Benutzer den Wahlknopf drückt, wird der Nachrichtenzähler auf 2 gesetzt. Die erste unbestätigte Nachricht wird weiterhin angezeigt, und die zweite und weitere unbestätigte Nachrichten bis zu insgesamt 9 werden in einem First-In-First-Out-Speicher (FIFO) in Vorrich tung 72 gespeichert. Wenn weiterhin Nachrichten empfangen werden und durch den Benutzer nicht durch Drücken des Wahlknopfs bestätigt werden, kann der Nachrichtenspeicher schließlich voll werden, so daß keine neuen Nachrichten empfangen und gespeichert werden können. Wenn dies passiert, fängt die Anzeige 100 für unbestätigte Nachrichten zu blinken an. Wenn der empfangende Benutzer den Walliknopf drückt, weist der Zähler für unbestätigte Nachrichten auf die nächstältestete unbestätigte Nachricht, und die bestätigten älteren Nachrichten werden gelöscht, wenn der Nachrichtenspeicher voll ist, wodurch der Empfang neuer Nachrichten möglich ist. Die ältestete unbestätigte Nachricht wird stets angezeigt, und ein Zählstand von 1 bei unbestätigten Nachrichten zeigt stets die letzte empfangene Nachricht an. Drücken des Wahlknopfs, während der Zähler 1 anzeigt, führt wiederum zur Anzeige der normalen Uhrenanzeige von Zeit, Tag und Datum, und der Zähler geht auf null. Wenn der Betriebsartknopf 84 in die Ablauf-Betriebsart (Scroll) gesetzt worden ist, bringt ein erneutes Drücken des Wahlknopfs die älteste im Nachrichtenspeicher enthaltene Nachricht nach vorn und bewirkt, daß sie auf der Anzeige 78 angezeigt wird.
Wenn sich der empfangende Benutzer durchgehend innerhalb des Bereichs eines Sendemasts 44 befand und die Personenruf-Arnbanduhr auf einer Sendefrequenz verriegelt war und gültige Sendungen empfangen hat, wird das Mastsymbol 96 fortwährend angezeigt. Wenn sich der empfangende Benutzer außerhalb des Bereichs des Senders befand oder irgendeine Fehlfunktion auftrat, die einen gültigen Signalempfang während des zugeordneten Zeitschlitzes mit der Vorrichtung dieses Benutzers verhindert, wird dieser Zustand durch die Abwesenheit des Sendemastsymbols 96 auf der Anzeige 78 angezeigt. Da bei der bevorzugten Ausführungsform eine FM-Signalübertragung verwendet wird, können Schwierigkeiten beim Empfang der Signale auftreten, wenn sich der empfangende Benutzer in einem Tal oder in einem großen Gebäude aufhält. Um dieses Problem abzuschwächen, werden alle Nachrichten wenigstens zweimal in unterschiedichlen Zeitintervallen ausgesendet.
Wenn sich der empfangende Benutzer während längerer Zeit in einem Gebiet mit schlechtem Empfang aufhielt oder in einem Flugzeug unterwegs war, kann dieser Benutzer ein erneutes Aussenden seiner Nachrichten aus den letzten 24 Stunden anfordern. Dies geschieht durch Anrufen der Personenruf-Telefonnummer und Wahl der Menueoption 7. Nach dem Auflegen drückt der empfangende Benutzer den Rückstellknopf 86. Dies führt dazu, daß die Personenruf-Armbanduhrvorrichtung 72 "erwacht" oder zurückgesetzt wird und ihre gespeicherte Frequenzliste sofort nach einem gültigen Signal durchsucht. Das Mast-Bildsymbol 96 blinkt, und wenn eine alphanumerische Anzeige verwendet wird, wird das Wort "Zurücksetzen" auf der digitalen Anzeige 78 angezeigt, was angibt, daß der Empfänger nach gültigen Signalen sucht.
Sobald ein gültiges Signal gefunden worden ist, sucht die Personenruf-Armbanduhr nach zu sendenden Nachrichten. Wenn die Nachrichten mit Zeit, Tag und Datum empfangen worden sind, gibt dies die Anzeige 78 durch ständige Anzeige des Bildsymbols 96 sowie durch Anzeige von Zeit, Tag und Datum in Zeile 102 wieder. Die Nachricht mit Zeit, Tag und Datum enthält auch eine Liste von Heimatfrequenzen und weitere Informationen über das örtliche System. Wie weiter unten noch erläutert wird, sind Heimatfrequenzen FM-Sendefrequenzen innerhalb des aktuellen Ortes des empfangenden Benutzers. Normalerweise sind dies die Frequenzen in dem örtlichen Bereich, in dem der empfangende Benutzer wohnt, aber wenn der Benutzer sich in ein neues Gebiet bewegt, wird ein neuer Satz Heimatfrequenzen für das neue Gebiet gespeichert. Drücken von "Zurücksetzen" hat einen leicht erhöhten Stromverbrauch der Batterien während etwa einer Minute zur Folge. Die Personenruf-Armbanduhr kehrt dann in einen normalen Betriebsmodus zurück, der nachfolgend beschrieben wird, bei dem sie während des Zeitschlitzes, der dem Personenrufgerät zugeordnet ist, nach Sendungen sucht. Jegliche Nachrichten, die das Personenrufgerät bereits empfangen hat, und die nicht gelöscht worden sind, werden nicht angezeigt, da jede Nachricht eine einmalige Identifikationsnummer hat.
Wenn ein empfangender Benutzer damit rechnet, daß er sich aus seinem üblichen Heimat-Großraumbereich herausbewegt, sollte er den Empfänger durch Drücken des Knopf 5 84, bis das Bildsymbol 94 eines umhergehenden Menschen zu blinken beginnt, in die Zuhause/Unterwegs-Betriebsart bringen. Der empfangende Benutzer drückt dann den Wahlknopf 82. Wenn das Bildsymbol verschwindet, befindet sich der Empfänger in der Zuhause-Betriebsart und durchsucht seine Liste von Heimatfrequenzen nach gültigen Signalen. Diese Suche wird in einer Zeitspanne genau vor dem Zeitschlitz durchgeführt, der dem Empfänger zugeordnet ist. Wenn ein gültiges Signal gefunden wird, wird das Sendemastsymbol 96 bis zur nächsten Suchzeit fortwährend angezeigt. Wenn kein gültiges Signal aus der Liste gefunden wird, wird das Sendemastsymbol abgeschaltet. Während der Zuhause-Betriebsart wird Strom gespart.
Um in die Unterwegs-Betriebsart zu kommen, wird der Wahlknopf 82 gedrückt, bis das Bildsymbol 94 ständig angezeigt wird. Der Empfänger sucht dann wiederum zuerst in der Heimatfrequenzliste nach einem gültigen Signal, durchsucht aber, wenn kein Signal gefunden wird, alle möglichen Frequenzen. Nach dem Empfang eines gültigen Signals wird von der örtlichen Abrechnungsstelle eine neue Heimatfrequenzliste empfangen. Eine vollständige Suche wird nur dann erneut begonnen, wenn eine gültige Frequenz in der neuen Heimatfrequenzliste während des nächsten zugeordneten Zeitschlitzes nicht gefunden wird. Wenn kein gültiges Signal nach mehreren Suchvorgängen über alle Frequenzen gefunden wird, wird die Suche bis zum nächsten zugeordneten Zeitschlitz beendet, und das Mastsymbol 96 wird ausgeschaltet.
Die Personenruf-Armbanduhr 20 verwendet herkömmliche Uhrenbatterien, die bei normaler Benutzung wenigstens etwa 1 Jahr halten sollten. Eine verbrauchte Batterie wird dadurch angezeigt, daß das Batteriesymbol 98 in Intervallen von etwa einer Sekunde blinkt. In Abhängigkeit vom Umfang der hiernach erfolgenden Benutzung besteht bei dieser Anzeige ein Zeitraum von etwa 24 Stunden, in dem die Batterien ausgetauscht werden müssen. Nach Austausch der Batterien drückt der empfangende Benutzer den Rückstell- bzw. Rücksetzknopf 86, damit die Uhr die aktuelle Zeit, den Tag und das Datum sowie nach Nachrichten auf allen möglichen Frequenzen sucht.
Wenn eine Nachricht nicht empfangen worden ist und die Sendung einer anderen Nachricht später empfangen worden ist, wird die nicht empfangene Nachricht als "--" angezeigt, darauf die Nachrichtennummer 32 (modulo 32). Die Bindestriche und die Nachrichtennummer geben an, daß aufgrund der Nachrichtenzahl bekannt ist, daß eine Nachricht nicht empfangen bzw. verpaßt und nicht richtig empfangen worden ist. Diese Nachricht bleibt im Speicher, bis die nicht empfangene Nachricht bei einer erneuten Aussendung empfangen worden ist. Wenn eine nicht empfangene Nachricht nicht empfangen wird und sich neue Nachrichten ansammeln und den Speicher füllen, wird die nicht empfangene Nachricht durch die neueren Nachrichten aus dem Stapel gespeicherter Nachrichten herausgeschoben. Um die gültige, empfangene Nachricht anzuzeigen, wird der Wahlknopf 82 gedrückt. Wenn eine zunächst nicht empfangene Nachricht bei einer erneuten Aussendung später empfangen wird, wird die richtige Nachricht sofort angezeigt, da es dann die älteste nicht bestätigte Nachricht ist.
Es sei als Beispiel angenommen, daß eine Nachricht, eine Telefonnummer anzurufen, um 10:30 Uhr empfangen wird, und daß es sich zufällig um Nachricht 32 handelt (Nachrichtennummer ist (modulo 32). In diesem Fall ist die auf der unteren Anzeige 102 dargestellte Abfolge von Informationen so wie nachfolgend wiedergegeben, wobei mit der ersten Zeile begonnen wird und unter den erläuterten Bedingungen die nächste dargestellt wird:
Anzeige Erläuterung
10:30 -31 Empfangszeit und Nachrichtenzahl 1 bis 32, während 3 Sekunden angezeigt
123-456- Landes- und, sofern gesendet, Stadtoder Gebietskennung, bleibt bis zum nächsten Wählen angezeigt
789-0123 Amts- und örtliche Nummer, bis zum nächsten Wählen angezeigt
10:35 Tageszeit, bis zum nächsten Wählen oder bis zum Empfang einer neuen Nachricht angezeigt
85-07- 23 Datumsanzeige, sofern Wahlknopf 82 gedrückt wurde, bis zum nächsten Wäh- Len angezeigt
10:45 -32 Empfangszeit und Nachrichtenanzahl, angezeigt, sofern neue Nachricht eintrifft.
Die Funktion der Personenruf-Armbanduhr 20 wird in einem Testmodus überprüft, um zu gewährleisten, daß das Personenrufgerät und das System 22 richtig arbeiten. Drücken des Wahlknopfs 82, während man sich im Testmodus befindet (das Mastsymbol blinkt), veranlaßt die Personenruf-Armbanduhr zu einer sofortigen Suche nach einem gültigen Signal anstelle erst während des zugeordneten Zeitschlitzes. Wenn das Personenrufgerät richtig arbeitet, sich in einem Gebiet mit gutem Empfang befindet und wenn ein Rundfunkmast ein gültiges Datenprotokoll sendet, wird das Mastsymbol 96 fortwährend angezeigt. Wenn kein gültiges Signal in der Frequenzsuchliste gefunden wird, wird das Mastsymbol abgeschaltet. Der Testmodus wird wie alle anderen Betriebsarten durch Drücken des Betriebsartknopfs verlassen.

2.0 Systembeschreibung

2.1 Netzhierarchie

Bezugnehmend auf Fig. 2A ist ein Teil eines globalen Personenrufnetzes 22 dargestellt, um die unterschiedlichen Hierarchiestufen innerhalb des Netzes zu erläutern. Auf dem untersten Stufe K befinden sich Empfangseinheiten 20, 20a, 20b, 20c und 20d. Die Empfangseinheiten können tragbare Empfänger in Form von Personenruf-Armbanduhren wie gemäß Fig. 1A oder auch funktional gleichwertige, ortsfeste Basiseinheiten wie etwa Empfänger 20a nach Fig. 2A sein, welcher einen Teilnehmer 24a bedient, der Daten sendet und empfängt. Jeder von diesen Empfängern empfängt Datensendungen über FM-Rundfunk von Sendern 44, 44a, 44b, 44c und Verstärker 44d. Jedem Sender ist ein Überprüfungsempfänger 45 zugeordnet, der ein Empfangsgerät enthält, das mit dem der Vorrichtung 20 funktionsmäßig gleichwertig ist. Er empfängt und decodiert Sendungen von jedem Sendemast 44 und vergleicht die decodierten Daten mit der entsprechenden Dateneingabe in den Sender, um die Richtigkeit des Sendevorgangs zu überprüfen. Diese Überprüfung wird normalerweise bei einer lokalen Abrechnungsstelle wie etwa Abrechnungsstelle B durchgeführt. In der nächsten Stufe der Hierarchie, Stufe 1, befinden sich die örtlichen Netze für Datenkommunikation und Telekommunikation, einschließlich des Telefoninterfaces 32 für Telefone 24 und für Teilnehmer 24b mit gesprochenen Mitteilungen. In Stufe H befinden sich die örtlichen Abrechnungsstellen, die mit Bezugszeichen 34, 36 bezeichnet sind, damit die Darstellung Fig. 2B entspricht.
Weiter oben in der Hierarchie enthält das Netz 22 ein regionales Datenkommunikationsnetz 38 und ein regionales Telekommunikationsnetz 9, über die sich weitere Teilnehmer 24C Zugang zum System verschaffen können, um Personenrufmitteilungen abzusenden, oder Teilnehmer am System werden können. Die regionalen Daten- und Telekommunikationsnetze 38, 39 sind ihrerseits mit einer regionalen Abrechnungsstelle 110 verbunden. Die regionalen Abrechnungsstellen 110, 110a, 11b arbeiten genau wie eine lokale Abrechnungsstelle, aber auf einer regionalen Basis. Sie Übertragen Personenruf- und sonstige digitale Nachrichten von einem Ort zu einem anderen über das regionale Datenkommunikationsnetz 38 an die richtige örtliche Abrechnungsstelle zur Aussendung am Ort des beabsichtigten Empfängers der Daten.
Über der Stufe der regionalen Abrechnungsstelle befinden sich auf Stufe E nationale Daten- und Telekommunikationsnetze 112, 114. Ein Teilnehmer- und Dienstleistungszentrum 116 des nationalen System ist an das nationale Datenkommunikationsnetz 112 angeschlossen. Personenrufe absendende Benutzer und andere Teilnehmer 24D können über das nationale Telekommunikationsnetz 114 ebenfalls auf nationaler Stufe auf das System 22 zugreifen. Informationsübertragungen auf nationaler Stufe erfolgen über nationale Abrechnungsstellen 118, 118a, 118b, wie in Stufe D dargestellt. Die nationalen Abrechnungsstellen sind ihrerseits mit einem kontinentalen Datenkommunikationsnetz 120 verbunden, das in Stufe C dargestellt ist. Übertragungen von Blöcken digitaler Daten innerhalb von Ländern werden durch die kontinentalen Abrechnungsstellen 122, 122a, 122b gesteuert. Transkontinentale bzw. globale Übertragungen von Daten erfolgen über ein globales Datenkommunikationsnetz 124 unter der Steuerung einer einzigen globalen Abrechnungsstelle 126.
Es sei hiebei klargestellt, daß vorstehend eine vereinfachte Darstellung eines globalen Personenrufnetzes 22 gegeben wurde und daß zahlreiche gegenseitige Verbindungen und Nebenblöcke zwecks Klarheit weggelassen sind. Es sei ebenfalls bemerkt, daß einzelne Blockelemente wie etwa das regionale Datenkommunikationsnetz 38 Elemente aus einer Anzahl anderer Netze enthalten kann, wie etwa eine Telekommunikationsgesellschaft und private Netze für digitale Datenpakete. In ähnlicher Weise kann das regionale Telekommunikationsnetz 39 verschiedene Elemente aus unterschiedlichen Telekommunikationsorganisationen enthalten, die sowohl parallel als auch seriell angeschlossen sein können.

2.2 Aufbau einer Abrechnungsstelle

Fig. 3 zeigt im einzelnen eine lokale Abrechnungsstelleneinrichtung und eine Sendeeinrichtung. Wenn Fig. 3 im Zusammenhang mit Fig. 2B gesehen wird, beinhaltet jede lokale Abrechnungsstelleneinrichtung die Möglichkeiten sowohl der Abrechnungsstelle A als auch der Abrechnungsstelle B. Jede lokale Abrechnungsstelle enthält eine Computereinrichtung, die mit einem gestrichelt dargestellten Block und Bezugszeichen 34, 36 dargestellt ist und die den Abrechnungsrechnern A und B in Fig. 2 entspricht. Nachrichten von einem sendenden Benutzer erreichen die Computereinrichtung über Telefonleitungen 30 und werden durch die zusammengefaßte Telefoneinheit 202 empfangen. Die Zusammenarbeit mit dem sendenden Benutzer wird durch synthetische Sprachanweisungen e chtert, die durch eine Verarbeitungseinheit 204 für gesprochene Antworten bereitgestellt werden. Die Einheiten 202, 204 bilden gemeinsam das Kommunikationsinterface 32 in Fig. 2B. Ein Computer, der eine Nachrichtenverarbeitungseinheit 206, eine Nachrichtenspeicher 208 und Systemverwaltungselemente 210 beinhaltet, bildet die übrigen Funktionen des Computers 34 auf der linken Seite von Fig. 2B. Ein Paketnetzinterface 212 verbindet den lokalen Abrechnungsrechner zum Empfangen und Senden von Datenpaketen an ein bzw. von einem externen Paketnetz 38. Weiterhin kann ein Operatorunterstützungsblock zusammen mit dem Multiplexer 202 vorgesehen sein, um einem Urheber eines Personenrufs, der nicht richtig auf die automatisierte Anweisungsfolge antworten kann, Unterstützung zu bieten.
Bezüglich der rechten Seite von Fig. 2A erfüllen die Elemente 206, 208, 210 in Fig. 4 auch die Funktionen des Abrechnungsrechners B. Sie empfangen und verarbeiten Nachrichten und übertragen diese an eine Einrichtung 40 zur Bildung einer Warteschlange, die einen zweiten Rechner 220 zur Protokollplanung und -erzeugung enthält. Die Einrichtung 40 zur Bildung einer Warteschlange braucht nicht an einem gemeinsamen Ort mit dem ersten Abrechnungsrechner 34, 36 angeordnet sein. Der Rechner 220 hat eine Zentraluhr 222, die die zeitliche Abfolge aller Nachrichten kontrolliert, die im örtlichen Bereich der lokalen Abrechnungsstelle gesendet werden. Die Nachrichten werden durch den Rechner 220 und die Einrichtung 40 zur Bildung einer Warteschlange gemäß einem Protokoll formatiert, das weiter unten beschrieben wird.
Die Personenrufmitteilungen werden dann über eine Senderverknüpfung 42 in der Reihenfolge, in der sie gesendet werden sollen, an die Sendeeinrichtung 44 übertragen. Die Sendeeinrichtung beinhaltet im allgemeinen einen Hilfsträgererzeuger und Modulator 810, eine Treiberstufe 812, einen Leistungsverstärker 816 sowie eine Antenne 818. Wie oben bemerkt, werden die Nachrichten von der Antenne 818 zum Empfang durch die Personenruf-Armbanduhr 20 und verschiedene andere in Fig. 2A dargestellte Empfänger rundfunkartig gesendet.
Ein solcher anderer Empfänger ist der in Zusammenhang mit Fig. 2A erwähnte Überprüfungsempfänger 45. Der Überprüfungsempfänger beinhaltet eine Antenne 232 zum Empfangen von Sendungen, die von der Antenne 818 abgestrahlt werden. Empfangene Sendungen werden an eine Überprüfungs- und Verarbeitungseinheit 234 abgegeben. Die Einheit 234 führt einen Vergleich zwischen den vom Rechner 220 gesendeten Daten und den decodierten Daten aus dem Überprüfungsempfänger aus. Wenn ein Fehler in den decodierten Daten festgestellt wird, wird der Rechner 220 hiervon in Kenntnis gesetzt. Der Rechner 220 veranlaßt, daß die Daten zur geeigneten Zeit an den angesprochenen Empfänger erneut gesendet werden. Der Überprüfungsempfänger und die Decoderelemente sind funktionsmäßig die gleichen wie die in der Personenruf-Armbanduhr 20 verwendeten, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 5, 6A und 6B beschrieben.

3.0 Datenprotokoll und Empfangsbetrieb

3.1 Nachrichtenformat

Das Format für gesendete Nachrichten ist in Fig. 4A bis 4C dargestellt. Das Format umfaßt einen Zeitrahmen 600 (Fig. 4A) einer vorbestimmten Länge, etwa 7,5 Minuten, der zyklisch wiederholt wird. Innerhalb jedes Rahmens 600 befindet sich eine vorbestimmte Anzahl Unterrahmen 602. In Fig. 4A sind 32 Unterrahmen mit jeweils etwa 14 Sekunden dargestellt. Jeder Unterrahmen ist mit 0, 1, 2, ..., 31 eindeutig numeriert. Wie Fig. 48 zeigt, umfaßt jeder Unterrahmen seinerseits eine vorbestimmte Anzahl von Zeitschlitzen 604, während denen ein Paket gesendet wird. In Fig. 48 sind 1024 Zeitschlitze von jeweils etwa 13 ms dargestellt. Jeder Zeitschlitz ist mit 0, 1, 2, ..., 1023 eindeutig numiert. Im dargestellten Beispiel steigt die Numerierung der Zeitschlitze und Unterrahmen von einem zum nächsten an, wobei aber dieses bestimmte Numerierungsschema unterschiedlich sein kann, sofern es sich in jedem Rahmen in vorhersehbarer Weise wiederholt. Informationen bezüglich der Nummer des Unterrahmens und des Zeitschlitzes werden mit den gesendeten Daten übermittelt und von den Empfängern, wie nachfolgend beschrieben, zur Bestimmung eines Bezugspunkts innerhalb eines Rahmens verwendet.
Jedes Paket, das innerhalb eines Zeitschlitzes gesendet wird, enthält 256 Informationsbits und vier Auffüllbits und transportiert 112 Nachrichtenbits oder Transportdaten 605, wie Fig. 4C zeigt. Jeder Unterrahmen hat auch Steuerschlitze 606 zum Senden von Steuerinformationspaketen. Die Steuerschlitze 606 sind ähnlich den Zeitschlitzen 604 sowohl hinsichtlich ihrer Zeitdauer als auch des Formats, unterscheiden sich aber im Informationsgehalt, wie nachfolgend beschrieben.
Größe und Dauer von Rahmen, Unterrahmen und Zeitschlitzen kann verändert werden. Zeitdauer und Anzahl von Zeitschlitzen sollten allerdings in der beschriebenen Größenordnung liegen, um einen sehr kurzen Arbeitszyklus des Empfängers (beispielsweise von nur 0,006% im beschreibenen Beispiel) und häufig wiederkehrende Gelegenheiten zum Senden von Personenrufmitteilungen an eine große Anzahl von Benutzern auf einem einzigen Kanal zu ermöglichen (32768 Zeitschlitze in 7,5 Minuten). Die gesendete Datenrate muß in ähnlicher Weise in der Größenordnung von 19 Kilobit liegen, damit das hier beschriebene Protokoll und Nachrichtenformat unterstützt wird. Weiterhin ist die Verwendung sehr kurzer Zeitdauern für die Zeitschlitze ein wesentlicher Faktor zur Verbesserung der Empfangswahrscheinlichkeit in sehr hochfrequenten Personenruf systemen.
Das in Fig. 4C dargestellte Nachrichtenpaket wird wie im vorangehenden Abschnitt beschrieben erzeugt, wobei mit den Transportdaten 605 begonnen wird. Die folgende Beschreibung des Nachrichtenpakets erfolgt in der Reihenfolge, in der dieses aufgebaut ist. Jeder Personenruf-Armbanduhr bzw. jedem Empfänger ist eine einmalige Seriennummer zugeteilt. Unter Bezugnahme auf Fig. 4C beinhaltet das Adressfeld innerhalb eines Pakets ein erstes und ein zweites Feld 608, 610. Normalerweise stimmt bei einem einzelnen Paket, das für einen individuellen Empfänger bestimmt ist, das Adressfeld mit der Adresse des Empfängers überein. Für eine bestimmte Gruppe von Empfängern, z.B. für die Feuerwehr, braucht nur ein bestimmter Abschnitt der Paketadresse den Adressen der Empfänger zu entsprechen, die der Gruppe zugeteilt sind. Das zweite Adressfeld wird als nächstes erläutert.
Das zweite Adressfeld 610 enthält die signifikantesten 16 Bits (MSB) der Adresse des Empfängers, die dem ersten Teil der Seriennummer des Empfängers entsprechen. Die ersten dieser signifikantesten Bits geben an, ob die Nachricht für eine Gruppe von Empfängern (1) oder für einen einzelnen Empfänger (0) bestimmt ist. Für eine Gruppe von Empfängern entsprechen die übrigen 15 Bits der Gruppennummer. Für einzelne Empfänger bilden diese Bits einen Teil der individuellen Empfängeradresse (die dessen Seriennummer ist), dessen übriger Teil durch das Adressfeld 608 gebildet wird. Einzelne Empfänger, deren signifikanteste Bits unterschiedlich sind, können daher einen gemeinsamen Zeitschlitz und Unterrahmen haben. Ein Empfänger mit begrenzter Stromversorgung schaltet sich während des ihm zugewiesenen Zeitschlitzes und Unterrahmens bzw. der Unterrahmen kurz ein, um festzustellen, ob seine vollständige Adresse mit der Adresse in dem Paket übereinstimmt. Wenn dies der Fall ist, bleibt er eingeschaltet, um die Daten in dem Paket aufzunehmen und zu verarbeiten. Wenn dies nicht der Fall ist, schaltet er sich bis zum Eintreffen eines Steuerpakets in dem Unterrahmen, der dem ihm zugeordneten Unterrahmen unmittelbar vorangeht, aus. Empfänger könnten selbstverständlich auch so ausgelegt sein, daß sie sich häufiger einschalten, bis zu einer Häufigkeit von einmal alle 14,0625 Sekunden. Wie nachfolgend noch erläutert wird, gibt das Steuerpaket dem Empfänger die Zeit, das Datum und andere Systeminformationen an, einschließlich einer Liste aller möglichen verwendbaren Frequenzen, bevor er sich an dem ihm zugeordneten Unterrahmen und Zeitschlitz einschaltet.
Ein hinsichtlich seiner Stromversorgung keiner Begrenzung unterworfener Empfänger (nicht dargestellt) kann sämtliche übermittelten Pakte überwachen. Empfänger aus einer bestimmten zugeordneten Gruppe (z.B. Empfänger, die Börsenberichte überwachen) stellen Pakete mit einer passenden Gruppenadresse fest. Diese Pakete, die Gruppennachrichten transportieren, können in jeglichem Zeitschlitz eintreffen, der keine Nachrichten für einen anderen Empfänger enthält. Daher ist in den meisten Fällen zum Empfang von Gruppennachrichten in regelmäßiger Weise ein Empfänger mit uneingeschränkter Stromversorgung erforderlich.
Das erste Adressfeld 608 enthält die am wenigsten signifikanten 16 Bits (LSB) einer Empfängeradresse, die einem ersten Teil der einem Empfänger zugeordneten Seriennummer entspricht. Bei einem einzelnen Empfänger, dem ein einzelnes Paket gesendet wird, entsprechen die am wenigsten signifikanten bzw. unteren 10 Bits des Paketadressfelds 608 einer zugeordneten Zeitschlitznummer und den am wenigsten signifikanten 10 Bits der Adresse des Empfängers. Die übrigen bzw. oberen 6 Bits des Felds 608 werden normalerweise dazu verwendet, einen oder mehrere Unterrahmen für den Empfänger zu identifizieren, abhängig davon, wieviele der Bits durch den Empfänger maskiert werden. Diese 6 Bits stimmen ebenfalls mit einem entsprechenden Teil der Adresse des einzelnen Empfängers überein und entsprechen bei einem Empfänger, der sich normalerweise einmal bei jedem Rahmen einschaltet, einer Unterrahmennummer. Wenn ein Bit der oberen 6 Bits maskiert ist, wiederholt sich die Unterrahmennummer, wie dies vom Empfänger interpretiert wird, alle 32 Unterrahmen. Wenn zwei Bits maskiert sind, wiederholt sich die Unterrahmennummer bei jedem sechzehnten Unterrahmen, so daß sich der einzelne Empfänger bei jedem Rahmen zweimal einschaltet. Wenn eine Gruppennachricht übertragen wird, enthält das Feld 608 die Unterrahmennummer und eine Zeitschlitznummer, in denen die Nachricht übertragen wird.

3. 2 Steuerschlitze

Nochmals bezugnehmend auf Fig. 4B, wird die durch die Abrechnungsstelle bereitgestellte Systemsteuerinformation in den Paketen in drei Steuerschlitzen 606 am Anfang eines jeden Unterrahmens 602 übertragen. Diese Information lenkt den Empfänger zu einem System und einem Kanal zum Empfang der folgenden Pakete, die Nachrichtendaten enthalten.
Alle Empfänger können Steuerpakete enthalten. Steuerpakete haben das gleiche Format wie Datenpakete 604, wie in Fig. 4C dargestellt, haben aber stets die Unterrahmennummer in Bits 10-15 des ersten Adressfelds, im Gegensatz zu den Datenpaketen, die einen Teil der Empfängeradresse an dieser Stelle enthalten. Wie vorstehend erläutert, kann die Anzahl von Unterrahmen, die ein Empfänger in einem Rahmen einschaltet, durch Maskieren bzw. nicht Maskieren von Bits innerhalb der Bits 10- 15 verändert werden.
Das erste Steuerpaket in jedem Unterrahmen verwendet binär verschlüsselte Dezimalzahlen (binary coded decimal, BCD) für seine Transportdaten, wobei eine Systemidentifikationsnummer der lokalen Abrechnungsstelle (vier BCD-Zeichen), Monat und Tag des Monats (sechs BCD-Zeichen) und die 24-stündige Uhrzeit (sieben BCD-Zeichen) zum Synchronisieren der Uhr in der Armbanduhr 20 enthalten sind. Das erste Paket beinhaltet auch einen Statuszähler hinsichtlich eines Moduls 10 (ein BCD- Zeichen). Jedesmal wenn die Systeminformation modifiziert wird (unten beschrieben), wird dieser Zähler aktualisiert, so daß die Empfänger eine Veränderung im Übertragungssystem feststellen können. Der Dateninhalt des ersten Steuerpakekts bleibt normalerweise konstant bis auf die Uhrzeit, bis eine neue Systeminformation eingegeben wird.
In den zweiten und dritten Steuerpaketen wird ein Binärcode verwendet, um Information bezüglich Systemeigenschaften bereitzustellen, wie etwa die Nummer des Systems in einem Gebiet, wie die Adressen von Gruppen und einzelnen Empfängern in den unterschiedlichen Systemen verschoben werden, und die Anzahl der Kanäle in einem abgestimmten System. In großen und dicht bevölkerten Gebieten kann es notwendig sein, für die einzelnen adressierten Empfänger mehrere Systeme zu haben. Das richtige System für einen bestimmten Empfänger wird durch zwei 4-Bit-Zahlen innerhalb des Steuerpakets bestimmt. Die Bitfelder jeder dieser Zahlen entsprechen den Bits 19 bis 16 der Seriennummern auf einem einzeln adressierbaren Empfänger.
Diese beiden 4-Bit-Zahlen legen fest, wie die Adressen unterschiedlicher Empfänger jedem System in einem Gebiet zugeordnet sind. Die erste der 4-Bit-Zahlen wirkt als Maske ANDED mit Bits 19 bis 16 der Empfängeradresse, um die Anzahl von Systemen zu bestimmen, in die ein Gebiet aufgeteilt ist. Zum Beispiel würde eine 0011 die beiden signifikantesten Bits maskieren und das siebzehnte und sechzehnte Adressbit eines Empfängers anzeigen. Diese Bits werden dann mit einer zweiten 4-Bit- Zahl verglichen, die angibt, welches der Systeme in dem Gebiet der Empfänger gerade empfängt. Wenn diese Zahl mit den entsprechenden Adressbits des Empfängers nicht übereinstimmt, scannt der Empfänger das Frequenzspektrum durch, bis er das Übertragungssystem mit den entsprechenden Bits findet. Wenn ein System beispielsweise eine 0010 sendet und das siebzehnte und sechzehnte Adressbit des Empfängers 01 sind, scannt der Empfänger weiter, bis er sich auf das 01-System fest einstellt.
Das zweite Paket enthält ebenfalls die Anzahl der Kanäle in dem besonderen System, das in dem Paket angegeben ist. Dabei wird eine binäre Codierung eines jeden Kanals in dem System verwendet. Im Falle von FM-Seitenbändern ist Kanal 1 76,1 MHz, Kanal 2 76,3 MHz usw.. Das dritte Paket kann weitere Kanalnummern enthalten. Sobald sich ein Empfänger auf das System abstimmt, kann der Sender bis zu acht Kanalnummern in einem Steuerpaket an diesen senden. Er scannt dann die zugehörigen Frequenzen nach einem Kanal mit ausreichender Sendeleistung durch und speichert diese Frequenzen für den Fall ab, daß die Signalstärke des eingestellten Kanals für einen adäquaten Empfang durch den Empfänger zu stark abfällt. Der Empfänger stimmt sich dann auf eine andere seinem System zugeordnete Frequenz ab, bis er einen Kanal mit ausreichender Signalstärke findet.

3.3 Zeitversatz von Stationssendungen

Ein Empfänger kann sein von seiner gegenwärtig abgestimmten Station ausgesendetes Datenpaket verfehlen, entweder weil sich der Empfänger zu spät eingeschaltet hat, um das Paket zu empfangen, oder weil Geräusche den Empfang des Pakets gestört haben. Um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, daß der Empfänger sein Datenpaket empfängt, kann ein durch die gegenwärtig abgestimmte Station übermitteltes Steuerpaket eine Information bezüglich eines Zeitversatzes beinhalten, die angibt, daß die Nachricht auch von anderen Stationen innerhalb des Systems zu unterschiedlichen Zeiten gesendet wird.
Fig. 10 ist ein Diagramm eines gesendeten Rahmens, das den Zeitversatz erläutert, wobei Unterrahmen 0-31 auf der vertikalen Achse und Zeitschlitze 0-500 von den insgesamt 1027 Schlitzen auf der horizontalen Achse angegeben sind. Die 32 Unterrahmen ergeben sich aus einer Maskierung der signifikantesten Bits der Unterrahmen-Identifizierungsnummer, wie in Abschnitt 3.1 erläutert. Beispielsweise sind vier Stationen 1- 4 mit unterschiedlichen Frequenzen innerhalb des Übertragungssystems einer Zeitversatzzahl zugeordnet. Station 1 ist die Station ohne Zeitversatz mit einer Zeitversatzzahl 0 und ist die Bezugsstation für den Rahmen. Station 2 hat eine Zeitversatzzahl 4, Station 3 eine Zeitversatzzahl 9 und Station 4 eine Zeitversatzzahl 14. Jede Einheit des Zeitversatzes ist gleich einer vorbestimmten Anzahl von Zeitschlitzen, etwa 1059 Zeitschlitze mit einer Dauer von jeweils etwa 13,7 ms. Im vorliegenden Beispiel sendet Station 2 daher ihren Rahmen 58,0 Sekunden nach Station 1, Station 3 sendet ihren Rahmen 130,5 Sekunden nach Station 1, und Station 4 sendet ihren Rahmen 203 Sekunden nach Station 1.
Es sei beispielsweise angenommen, daß sich der adressierte Empfänger im Zeitschlitz 10 des Unterrahmens 0, 8, 16 und 24 der eingestellten Station einschalten soll, wobei ein Paket für diesen Empfänger von jeder Station zweimal gesendet wird. In Fig. 10 stellt jedes kleine Quadrat ein Paket mit einer Nachricht für den adressierten Empfänger dar, die Nummer innerhalb des Quadrats stellt die Stationsnummer dar, und die Nummer rechts des Quadrats stellt die Unterrahmennummer der das Paket übertragenden Station dar. Das Nachrichtenpaket wird daher im Schlitz 10 von Unterrahmen 16 und 24 der Stationen 1 und 2 gesendet sowie in Schlitz 10 von Unterrahmen 8 und 26 der Stationen 3 und 4.
Fig. 10 zeigt, wie oft das Nachrichtenpaket bezüglich des Bezugsrahmens der Station 1 gesendet wird. In Station 1 erscheint das Nachrichtenpaket selbstverständlich während Schlitz 10 von Unterrahmen 16 und 24. Aufgrund des Zeitversatzes taucht das Nachrichtenpaket auf Station 2 allerdings um das 1059-fache der Zeitversatzzahl 4 auf, welches Schlitz 138 von Unterrahmen 20 und 28 der Station 1 ist. Aufgrund der unterschiedlichen Unterrahmen für die Sendung der Stationen 3 und 4 erscheint das Nachrichtenpaket von Station 3 während Schlitz 298 von Unterrahmen 17 und 25 der Station 1, und von Station 4 während Schlitz 458 von Unterrahmen 22 und 30 der Station 1. Insgesamt kommt daher die Nachricht während des Rahmens achtmal vor.
Bezugnehmend auf Fig. 9 und 11 liest der Empfänger diese beiden Steuerpakete für Steuerschlitze 0 und 1, die die Frequenz und den Zeitversatz für die gegenwärtig eingestellte Station sowie eine Liste mit anderen Stationen enthält, auf die sich der Empfänger zum Empfang seiner Nachricht abstimmen kann. In Fig. 9 geben die Oktette 10 und 11 des Steuerpakets den Zeitversatz der gegenwärtig eingestellten Station relativ zu einer vorbestimmten Station ohne Zeitversatz an. Der Zeitversatz ist eine Zahl mit 6 Bits, die den Versatz in Einheiten gleich einer vorbestimmten Anzahl von Zeitschlitzen angibt, etwa 1059, 1043 etc., mit der das System gekennzeichnet ist. Die anderen 10 Bits geben die Frequenz der aktuellen Station an. Bei FM- Rundfunkstationen bewegen sich die Stationsnummern von 1 bis 641. Stationen liegen um 50 kHz auseinander, beginnend mit Station 1 bei 76,0 MHz und endend mit Station 641 bei 108,0 MHz. Die 10 Bits bezeichnen daher eine FM-Rundfunkstation innerhalb des Gebiets von 76,0 bis 108,0 MHz eindeutig. Die in dem folgenden Steuerpaket nach Fig. 11 bereitgestellte Liste umfaßt die Stationsnummern von 1 bis 641 und den Zeitversatz für jede einzelne.
Wenn sich ein Empfänger in dem ihm zugeordneten Schlitz bei seiner aktuell abgestimmten Station einschaltet und keine Daten findet, verwendet er die Liste von Frequenzen und Zeitversatzdaten, die er in den Steuerpaketen zuvor empfangen hzat. Aus der Liste von Zeitversatzdaten und dem Versatz der aktuell abgestimmten Station bestimmt der Empfänger aufgrund seiner Frequenz die nächste Station, die das verfehlte Nachrichtenpaket sendet. Wenn beispielsweise die letzte erfolgreiche Station die Nummer 2 war und sich der Empfänger bei Unterrahmen 24 einschaltet, findet der Empfänger keine Daten. Er geht dann weiter so vor, daß er sich auf die nächste Station, Station 4, bei Unterrahmen 30 und Schlitz 458 relativ zu Station 1 abstimmt, um das Nachrichtenpaket zu empfangen, wie in Fig. 10 angegeben.

Claims

1. Verfahren zum Übertragen von Datenpaketen in einem Zeitmultiplexkommunikationssystem (22) mit einem Sendesystem, das eine Mehrzahl von Stationen (44) zum Senden von Datenpaketen (602) einschließlich Systemsteuerpaketen (606) und Nachrichtenpaketen (604) auf unterschiedlichen Frequenzen an eine Mehrzahl von Empfängern (20) aufweist, von denen jeder eine Adresse hat, Verfahren gekennzeichnet durch:

zeitliches Versetzen der Sendezeit von Datenpaketen von jeder Station innerhalb des Systems, so daß Datenpakete, die die gleichen Nachrichtenpakete enthalten, zu unterschiedlichen relativen Zeiten gesendet werden;

Verschlüsseln, innerhalb eines Steuerpakets, der Frequenz und des Zeitversatzes der aktuell abgestimmten Station relativ zu einer vorbestimmten Station ohne Zeitversatz; und

Verschlüsseln, innerhalb eines Steuerpakets, einer Liste von anderen Stationsfrequenzen und des Zeitversatzes für jede andere Station, wobei jeder Empfänger aus den Kontrollpaketen die Frequenz und den Zeitversatz der Station bestimmt, die als nächstes das entsprechende Nachrichtenpaket an den Empfänger sendet, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Empfangs eines Nachrichtenpakets durch den Empfänger verbessert wird.

2. Zeitmultiplexkommunikationsvorrichtung (22) mit einem Sendesystem, das eine Mehrzahl von Stationen (44) zum Senden von Datenpaketen (602) einschließlich Systemsteuerpaketen (606) und Nachrichtenpaketen (604) auf unterschiedlichen Frequenzen an eine Mehrzahl von Empfängern (620) aufweist, von denen jeder eine Adresse hat, Vorrichtung gekennzeichnet durch:

Mittel (220) zum zeitlichen Versetzen der Sendezeit von Datenpaketen von jeder Station innerhalb des Systems, so daß Datenpakete, die die gleichen Nachrichtenpakete enthalten, zu unterschiedlichen relativen Zeiten gesendet werden;

Mittel (220) zum Verschlüsseln der Frequenz und des Zeitversatzes, innerhalb eines Steuerpakets, der aktuell abgestimmten Station relativ zu einer vorbestimmten Station ohne Zeitversatz; und

Mittel (220) zum Verschlüsseln, innerhalb eines Steuerpakets, einer Liste von anderen Stationsfrequenzen und des Zeitversatzes für jede andere Station, wobei jeder Empfänger aus den Steuerpaketen die Frequenz und den Zeitversatz der Station bestimmt, die als nächstes das entsprechende Nachrichtenpaket an den Empfänger sendet, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Empfangs eines Nachrichtenpaketes durch den Empfänger verbessert wird.