DE3908940C2 - Funksystem - Google Patents
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/24—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
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Description
Die Erfindung betrifft ein Funksystem mit einer Mehrzahl von
Sende-Empfangs-Stationen und einer vorgegebenen Anzahl von Ver
kehrskanälen, auf denen die Stationen miteinander kommunizie
ren.
Bei einem derartigen Funksystem ist die Übertragungskapazität
dadurch begrenzt, daß eine bestehende Funkverbindung auch auf
die Kanalverfügbarkeit benachbarter, nicht an der Funkverbin
dung beteiligter Stationen einwirkt und diese beim Aufbau einer
neuen Funkverbindung nur eine eingeschränkte Kanalauswahl ha
ben.
Aus der DE 26 59 635 A1 und dem Artikel FÜLLMANN, R.: "Taugt es
mehr, als die Post erlaubt?" in ELO, Heft 4, 1987, Seiten 12
bis 18, ist ein Funksystem mit einer Mehrzahl von Sende-/Emp
fangsstationen und einer vorgegebenen Anzahl von Verkehrskanä
len bekannt. Bei diesen ist die Anzahl der Verkehrskanäle ge
radzahlig und diese sind paarweise einander als Duplexkanal
fest zugeordnet. Bei diesen Funksystemen werden immer nur freie
Kanäle als Verkehrskanäle vergeben und zur Übertragung von In
formationen verwendet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ein Funksy
stem der einleitend genannten Art mit hoher Kanalökonomie
anzugeben.
Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Un
teransprüche enthalten vorteilhafte Ausführungen und Wei
terbildungen der Erfindung.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbei
spielen unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch einge
hend veranschaulicht.
Zugrundgegelegt wird ein Funksystem mit einer Mehrzahl von
Sende-Empfangs-Stationen, die räumlich getrennt sind. Ein
Beispiel ist in Fig. 1 mit den acht Stationen A bis H
skizziert. Die Reichweite einer Funkverbindung ist kleiner
als die Ausdehnungen des Gebiets, über welches die Statio
nen verteilt sind. Dies bewirkt, daß nicht jede Station
jede andere Station direkt erreichen kann. Jede Station
kann jedoch mindestens eine weitere Station erreichen. Die
möglichen Direktverbindungen sind als durchgezogene gerade
Linien zwischen je zwei Stationen eingetragen und spannen
das Funknetz auf. Beispielsweise kann die Station H die
drei Stationen C, D und G über eine direkte Funkverbindung
erreichen. Die von einer Station direkt erreichbaren Sta
tionen seien im folgenden als benachbart bzw. als Nachbar
bezeichnet. Die Distanz zwischen zwei benachbarten Statio
nen sei als ein Hop bezeichnet. Die Station H kann keine
direkte Funkverbindung zu den Stationen A, B, E und F auf
bauen, weil diese mehr als 1 Hop, im Beispielsfall jeweils
2 Hop entfernt sind. Diese Stationen sind also keine Nach
barn zu H. Eine Funkverbindung zu einer mehr als 1 Hop
entfernten Station erfordert die Zwischenschaltung von Re
laisstationen. Für eine Verbindung zwischen H und A wäre
beispielsweise die Station C als Relaisstation einzuschal
ten.
Dem Funksystem sei eine gerade Anzahl 2N von Verkehrskanä
len und mindestens ein Ruf- und/oder Organisationskanal
vorgegeben. Alle Verbindungen werden auf derselben Fre
quenz abgewickelt und die Verkehrskanäle sind als Zeit
schlitze innerhalb von aufeinanderfolgenden gleich aufge
bauten Zeitübertragungsrahmen definiert. Fig. 2 zeigt eine
derartige Zeiteinteilung mit aufeinanderfolgenden Zeitrah
men RM-1, RM, RM+1, . . ., die ihrerseits wiederum eine wie
derkehrende feste Einteilung in einzelne Zeitintervalle =
Kanäle aufweisen. Dabei sind innerhalb eines Rahmens ein
Organisationskanal O, ein Rufkanal W und die Ver
kehrskanäle K1 bis K2N unterschieden. Die Funkverbindungen
werden auf den Verkehrskanälen abgewickelt, wobei jede
Funkverbindung ein Kanalpaar beansprucht. Die Ver
kehrskanäle sind in festen Kanalpaaren P12 = (K1, K2), P34
= (K3, K4), . . . P(2N-1)2N = (K2N-1, K2N) zusammengefaßt, so
daß für eine aufzubauende Verbindung eines dieser festen
Kanalpaare auszuwählen ist. Das Zeitraster liegt in allen
Stationen synchron vor. Eine Verbindung zwischen zwei Sta
tionen kann über beliebig viele Rahmen andauern.
Die Sende- und Empfangsantennen der Stationen weisen ein
ungerichtetes Diagramm auf, so daß die von einer Station
abgestrahlten Signale von allen ihren Nachbarstationen
empfangen werden. Andererseits empfängt eine Station die
Signale aller sendenden Nachbarn. Das Funknetz sei quasi-stationär
in dem Sinne, daß die Stationen zwar mobil sind,
jedoch das Funknetz für den stationären Zustand mit orts
festen Stationen betrachtet wird. In diesem Falle liegen
alle Direktverbindungen des Netzes fest und sind in allen
Stationen bekannt, d. h. jede Station kennt sowohl ihre
Nachbarn als auch die Möglichkeiten der Relaisverbindungen
zu weiter als 1 Hop entfernten Stationen. Eine Station
kann innerhalb eines Kanals nur die Signale einer Nachbar
station auswerten. Beim gleichzeitigen Empfang von mehre
ren Signalen ist keine Auswertung möglich, d. h. zwei im
gleichen Kanal (= gleichzeitig) eintreffende Sendungen
stören sich gegenseitig.
Andererseits seien die von einer Station abgestrahlten Si
gnale am Ort einer 2 Hop oder weiter entfernten Station so
schwach, daß sie bei der entfernten Station weder auswert
bar sind noch den Empfang von Signalen einer Nachbarsta
tion stören. Die Gesamtheit der Direktverbindungen des
Funknetzes kann beispielsweise in Form einer Matrix, die
für das in Fig. 1 skizzierte Netz in Fig. 3 dargestellt
ist abgelegt sein, wobei jeder Station genau eine Zeile
und eine Spalte zugeordnet ist. Eine Direktverbindung
zwischen zwei Stationen ist durch einen Eintrag (1) am
zugehörigen Kreuzungspunkt gekennzeichnet.
Durch einen Standortwechsel einer oder mehrer Stationen
kann das Netz durch Wegfall und/oder Neuentstehung von Di
rektverbindungen verändert werden, so daß nach einem
Standortwechsel eine Neufestlegung der Matrixeinträge,
z. B. in einem Meßzyklus erfolgt. Gleiches gilt für den
Fall, daß eine Station das System ganz verläßt oder eine
neue Station hinzukommt. Im folgenden ist ein stationärer
Zustand vorausgesetzt.
Jede Station kann durch Überprüfen der von ihr selbst ge
rade nicht benutzten Kanäle, z. B. durch einfache Lei
stungsmessung im Empfänger den Belegtzustand aller Kanäle
feststellen und hält dieses Meßergebnis in einer alle
Kanäle K1 bis K2N umfassenden Kanalbelegungsliste fest.
Die innerhalb eines Rahmens durch Messung festgestellten
Belegungszustände werden als für den nächsten Rahmen gül
tige Belegungsprognose gewertet. Die Einstufung der Kanäle
des von einer Station selbst genutzten Kanalpaares als be
legt ist trivial.
Bei dem in Fig. 4 skizzierten Beispiel ist eine bestehende
Duplex-Funkverbindung zwischen den Stationen H und D ange
nommen die in abgekürzter Schreibweise als H-D bezeichnet
sei, wobei H im Kanal 1 sendet und D im Kanal 2. Die Sen
dekanäle sind als unterbrochene Linien mit der jeweiligen
Kanalnummer in Fig. 4 eingetragen, wobei die Übertragungs
richtung durch Pfeile festgelegt ist. Die gerichtete Über
tragung ist im folgenden als Vektor behandelt.
Die von H und D abgestrahlten Signale können auch von
nicht an der Funkverbindung beteiligten Nachbarstationen
empfangen (mitgehört) werden. Diese unbeabsichtigten Über
tragungen sind als gerichtete punktierte Linien einge
tragen und seien im folgenden als Gegenvektoren bezeich
net. Es gibt zu einer Funkverbindung nur zwei Vektoren,
während die Zahl der Gegenvektoren höher liegen kann und
von der lokalen Netzstruktur abhängt.
Die Gegenvektoren führen in den Stationen B, C, E und G zu
Belegtwertungen für die Kanäle K1 und/oder K2, was für die
Beurteilung geeigneter Kanalpaare für weitere Funkverbin
dungen im allgemeinen eine Einschränkung nach sich zieht.
Gebräuchlicherweise wird in einem Funksystem ein in einer
nicht an der Funkverbindung (z. B. H-D) beteiligten Station
als besetzt erkannter Kanal, z. B. K2 bei B, als nicht ge
eignet für den Aufbau einer weiteren Funkverbindung, z. B.
B-A eingestuft. Wenn B eine Funkverbindung mit A wünscht,
wird B bei der Übermittlung des Verbindungswunsches K2 und
aufgrund der festen Kanalpaare auch K1 nicht als geeignete
Kanäle vorschlagen oder anbieten, sondern auf ein anderes
Kanalpaar ausweichen. Zur übersichtlicheren Darstellung
seien im folgenden einige Beispiele mit linearen Funkket
ten anstelle eines Netzes betrachtet. Die Verhältnisse
sind ohne weiteres auf Funknetze übertragbar.
In Fig. 5 ist eine Funkkette mit Stationen I, II, III, IV
und V skizziert. Zwischen den Stationen I und II bestehe
eine Funkverbindung auf den Kanälen K1 und K2. Die mit
unterbrochenen Linien eingezeichneten Vektoren seien mit
1(I/II) für die Übertragung von I nach II im Kanal K1 und
2(II/I) für die Übertragung von II nach I im Kanal K2 be
nannt, wogegen die der aus dieser Funkverbindung als Mit
hörmöglichkeit resultierende Gegenvektor der unbeabsich
tigten Übertragung von II nach III im Kanal K2 mit 2(III)
benannt sei. Aufgrund des Gegenvektors 2(III) wertet die
Station III den Kanal K2 als belegt und damit üblicher
weise das Kanalpaar P12 nicht als geeignet für eine wei
tere Funkverbindung, z. B. III-IV. Soll beispielsweise eine
Funkverbindung I-V über die Stationen II, III und IV als
Relaisstationen aufgebaut werden, und vereinbaren die Sta
tionen I und II das Kanalpaar P12 für ihre direkte Funk
verbindung, so ist für den nächsten Verbindungsabschnitt
II-III ein anderes Kanalpaar zu wählen, z. B. P34. In der
Station III ist neben dem selbst genutzten Kanalpaar P34
auch der Kanal K2 aufgrund des Gegenvektors 2(III) als be
legter Kanal eingetragen. Für den nächsten Verbindungs
schritt III-IV werden daher üblicherweise die Kanalpaare
P12 und P34 in der Station III als ungeeignet bewertet und
für III-IV ein weiteres Kanalpaar, z. B. P56 ausgewählt. In
der Station IV ist neben dem selbst genutzten Kanalpaar
P56 dann aufgrund des Gegenvektors 4(IV) auch der Kanal K4
als belegt eingetragen, während die Kanäle K1 und K2 als
frei und somit als geeignet für den letzten Übertragungs
schritt gelten. Für die Verbindung IV-V kann IV daher wie
der das Kanalpaar P12 verwenden. Die Duplex-Verbindung
zwischen den Stationen I und V läuft also von I nach V
nacheinander über die Kanäle K1, K3, K5 und wieder K1 und
in Gegenrichtung von V nach I über die Kanäle K2, K6, K4
und K2. Für die gesamte Verbindung I-V werden drei Kanal
paare benötigt. Das einmal benutzte Kanalpaar P12 kann
erst nach einer Lücke von 2 Hop wieder benutzt werden. In
den Kanalbelegungslisten der einzelnen Stationen finden
sich als Belegteintragungen dann
bei I: | K1, K2, K3 |
bei II: | K1, K2, K3, K4, K5 |
bei III: | K1, K2, K3, K4, K5, K6 |
bei IV: | K1, K2, K4, K5, K6 |
bei V: | K1, K2, K6 |
Demgegenüber ist in Fig. 6 der Aufbau der entsprechenden
Verbindung I-V nach der vorliegenden Erfindung skizziert.
Ausgegangen wird wieder vom ersten Verbindungsschritt I-II
mit dem Kanalpaar P12. In der Station II sind beide Kanäle
des Kanalpaares P12 belegt, so daß für den Verbindungs
schritt II-III auf jeden Fall ein anderes Kanalpaar ge
wählt werden muß, beispielsweise wiederum P34. Aufgrund
des Gegenvektors 2(III) ist in III neben den selbstgenutz
ten Kanälen auch der Kanal K2 als belegt eingetragen, der
Kanal K1 hingegen ist bei III noch frei. Es ist also für
die Bewertung der Eignung des Kanalpaares P12 für den
nächsten Verbindungsschritt III-IV noch zu prüfen, ob bei
der Station IV zumindest der bei III belegte Kanal K2 frei
ist. Dies ist noch der Fall und das Kanalpaar ist somit
für die Verbindung III-IV geeignet mit der Maßgabe, daß
der bei III freie Kanal als Empfangskanal der Station III
für die Verbindung zu IV eingesetzt wird und III auf dem
bereits als belegt eingetragenen Kanal K2 sendet. Da bei
IV vor dem Aufbau der Verbindung III-IV beide Kanäle K1
und K2 frei sind, kann IV die bei III noch zulässige Ka
naleinteilung problemlos übernehmen und empfängt von III
in K2 und sendet zu III in K1. Für den letzten Verbin
dungsschritt IV-V ist das Kanalpaar P12 auf keinen Fall
geeignet, da dieses Kanalpaar von IV bereits für III-IV
genutzt und daher als in beiden Kanälen belegt zu werten
ist. Aufgrund des Gegenvektors 4(IV) ist auch der Kanal K4
bei IV als belegt eingetragen, der Kanal K3, hingegen ist
für IV noch frei. Da bei V der bei IV belegte Kanal K4
frei ist, ist für die Verbindung IV-V das Kanalpaar P34
wieder benutzbar, wenn IV auf dem freien Kanal K3 empfängt
und auf dem belegten Kanal K4 sendet. Die gesamte Verbin
dung I-V benötigt auf diese Weise nur zwei Kanalpaare. Wie
leicht nachzuprüfen ist, wird in keiner Station einer der
Verbindungsvektoren durch einen anderen Vektor oder einen
Gegenvektor im selben Kanal gestört. Die Übertragung von I
nach V erfolgt jetzt über die Kanäle K1, K3, K2, K4 und in
Gegenrichtung von V nach I über die Kanäle K3, K1, K4, K2.
Die Kanalpaare P12 und P34 können bereits nach einer Lücke
von nur 1 Hop wiederverwandt werden. Die Erfindung ermög
licht somit eine wesentliche effizientere Ausnutzung der
verfügbaren Kanalpaare. In der Fig. 6 kann die eingezeich
nete Kanaleinteilung für ein Kanalpaar als Spiegelung der
Vektoren und der Gegenvektoren an einer in die Mitte der
Lücke, für P12 also zwischen II und III gelegten Ebene be
trachtet und die Wiederverwendung von Kanälen entlang ei
ner Funkkette auch einfach durch Vektorspiegelung einer
bestehenden Verbindung gewonnen werden. Bei Fortsetzung
der Funkkette könnte in einem nächsten Schritt das Vektor
paar 2(III/IV), 1(IV/III) an der nachfolgenden Lücke zwi
schen IV und V gespiegelt werden woraus für eine (nicht
eingezeichnete) Verbindung V-VI ein Vektorpaar 1(V, VI),
2(VI, V) entsteht, d. h. Übertragung von V nach VI auf Ka
nal K1 und von VI nach V auf Kanal K2. Eine solche Kette
kann also mit nur zwei Kanalpaaren beliebig fortgesetzt
werden.
Selbstverständlich wäre für den Verbindungsschritt III-IV
in Fig. 6 auch ein anderes Kanalpaar wie z. B. P56 in Fig.
5 geeignet und könnte für die Verbindung benutzt werden.
Da ein Funksystem aber im Allgemeinfall nicht Linienstruk
tur sondern Netzstruktur aufweist, gehen von den an der
Funkkette beteiligten Stationen auch Gegenvektoren seit
lich weg oder Gegenvektoren von seitlich der Kette liegen
den weiteren Stationen sind auf die Stationen der Kette
gerichtet. Bevorzugterweise wird daher bei Vorliegen meh
rerer geeigneter Kanalpaare für eine neu aufzubauende Ver
bindung nach Möglichkeit ein Kanalpaar gewählt, für wel
ches ein Belegteintrag bei wenigstens einer der beiden an
der neu aufzubauenden Verbindung beteiligten Stationen
vorliegt. Ein solcher Belegteintrag resultiert für ein ge
eignetes Kanalpaar aus einem Gegenvektor (Mithören) und
die Wahl dieses Kanalpaares bedeutet dann wieder eine
Vektorspiegelung wie beschrieben.
Werden die zu der Funkkette nach Fig. 6 angestellten Über
legungen auf das in Fig. 4 skizzierte Funksystem nach Fig.
4 übertragen, so ergibt sich daß zusätzlich zu der beste
henden Funkverbindung H-D im Kanalpaar P12 im selben Ka
nalpaar noch eine Verbindung A-B oder A-F möglich ist.
Soll z. B. zwischen A und B eine neue Verbindung aufgebaut
werden, so sind in der in Fig. 4 skizzierten Situation
hierfür alle für das Funksystem zur Verfügung stehenden
Kanäle geeignet. Das Kanalpaar P12 wird für die neue Ver
bindung aber bevorzugt, weil für K2 bei B ein Belegtein
trag vorliegt. Hierdurch bleiben die übrigen Kanalpaare
weiter ohne Einschränkung für das gesamte Funksystem ge
eignet.
Zur Ermittlung geeigneter Kanalpaare sind die Kanalbele
gungslisten der beiden betroffenen Stationen zu verglei
chen. Da die Belegungslisten in den einzelnen Stationen
durch Messung ermittelt werden, ist eine Übermittlung min
destens einer Kanalbelegungsliste vor dem Verbindungsauf
bau erforderlich. Hierfür sind zwei vorteilhafte Versionen
a oder b bevorzugt, wobei von der Situation ausgegangen
sei, daß eine Station X eine Verbindung mit Station Y auf
nehmen möchte:
- a) Jede Station hat ihre eigene aktuelle Kanalbele gungsliste vorliegen. Station X übermittelt im Rufkanal W einen Verbindungswunsch mit der eigenen Kanalbelegungsliste KBLX an Station Y. Station Y ermittelt durch Vergleich der übermittelten Liste KBLX mit der eigenen Kanalbelegungsliste KBLY die geeigneten Kanalpaare. Y kann daraufhin das Er mittlungsergebnis an A übertragen und von A ein Kanalpaar auswählen lassen, kann aber auch gleich selbst eines der geeigneten Kanalpaare, vorzugs weise eines mit einem Belegteintrag, auswählen und die Entscheidung an A übermitteln.
- b) In jeder Station liegen durch periodischen (quasi
kontinuierlichen) gegenseitigen Austausch der Ka
nalbelegungslisten neben der eigenen Kanalbele
gungsliste auch ständig die aktuellen Kanalbele
gungslisten der Nachbarstationen vor, so daß X be
reits vor Übermittlung des Verbindungswunsches
sich für ein geeignetes Kanalpaar entscheiden und
die getroffene Wahl zusammen mit dem Verbindungs
wunsch Y mitteilen kann.
- 1. Handelt es sich bei Y um eine Relaisstation für eine weiterreichende Verbindung nach Z, so wählt Y aus den vorliegenden Listen KBLY und KBLZ ein für die Verbindung Y-Z geeignetes Kanalpaar aus und sendet diese Kanalwahl zusammen mit einem Verbindungswunsch an Z. X kann diesen Verbindungs wunsch an Z mithören und wertet dies als implizite Quittung, daß Y seinen Verbindungswunsch empfangen und die von X getroffene Kanalwahl akzeptiert hat.
- 2. Handelt es sich bei Y um die Ziel-Station der gewünschten Verbindung, so sendet Y an X eine explizite, das von X vorgeschlagene Kanalpaar be stätigende Quittung oder schlägt ein anderes Ka nalpaar vor.
Bei Ausbleiben einer impliziten oder expliziten
Quittung wiederholt X seine Kanalwahl. Das Vorlie
gen der aktuellen Kanalbelegungslisten aller Nach
barstationen ermöglicht neben der grundsätzlichen
Prüfung der Kanalpaare auf Eignung auch noch die
Berücksichtigung der in einem komplexen Netz auf
treten Wirkung einer Kanalwahl auf die Nachbarsta
tionen.
Die vorstehend für ein Funksystem mit als Zeitintervalle
eines Zeitrahmens definierten Kanälen gemachten ausführli
chen Erläuterungen gelten in äquivalenter Form auch für
ein Funksystem mit als verschiedenen Trägerfrequenzen zu
geordneten Kanälen, die gleichzeitig belegt sein können.
Claims (4)
1. Funksystem mit einer Mehrzahl von Sende-Empfangs-Stationen und
einer vorgegebenen Anzahl von Verkehrskanälen, wobei die Anzahl
der Verkehrskanäle geradzahlig ist und die Verkehrskanäle paar
weise einander als Duplex-Kanalpaar fest zugeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß jede Station die Kanalbelegung an ihrem Standort prüft,
- - daß ein Kanalpaar für eine Duplex-Funkverbindung zwischen zwei in Verbindungsreichweite befindlichen Stationen dann, wenn in einer Station zumindest einer der Kanäle und in der anderen Station der jeweils andere der beiden Kanäle des Kanalpaares frei ist, in der Weise als geeignet gilt, daß als Empfangskanal ein freier Kanal gewählt wird und der Sendekanal frei oder belegt sein kann,
- - daß in jeder Station in einer Kanalbelegungsliste der Belegungszustand der Kanäle für diese Station enthalten ist und daß zur Beurteilung eines Kanalpaares auf Eignung für eine Funkverbindung zwischen zwei Stationen die Inhalte der Belegungslisten dieser beiden Stationen verglichen werden,
- - daß bei Vorliegen mehrerer geeigneter Kanalpaare ein Kanalpaar mit einem belegten Kanal für den Aufbau einer neuen Verbindung ausgewählt wird.
2. Funksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein gesonderter Ruf- und/oder Organisationskanal für
den Austausch von Kanalbelegungslisten und die Übermitt
lung eines Verbindungswunsches vorhanden ist.
3. Funksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kanalbelegungslisten benachbarter Stationen regel
mäßig ausgetauscht werden.
4. Funksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kanalbelegungslisten nur bei Übermittlung eines
Verbindungswunsches zwischen den betroffenen Stationen
ausgetauscht werden.
Priority Applications (1)
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- 1989-03-18 DE DE19893908940 patent/DE3908940C2/de not_active Expired - Fee Related
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D2 | Grant after examination | ||
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: EADS DEUTSCHLAND GMBH, 80995 MUENCHEN, DE |
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: EADS DEUTSCHLAND GMBH, 85521 OTTOBRUNN, DE |
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: EADS RADIO COMMUNICATION SYSTEMS GMBH & CO.KG, 890 |
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: TELEFUNKEN RADIO COMMUNICATION SYSTEMS GMBH & CO. |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |