DE4232481A1 - Anordnung zur schnurlosen Kommunikation mit mobilen Endgeräten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur schnurlosen Kommunikation mit mobilen Endgeräten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Schnurlose Telefone werden in einem zunehmenden Maße sowohl im privaten als auch im geschäftlichen Bereich eingesetzt. Ein vom Europäischen Institut für Telekommu­ nikationsstandardisierung (ETSI) erarbeiteter Standard Digital European Cordless Telecommunications (DECT) beruht unter anderem auf dem Prinzip einer einheitlichen Luft­ schnittstelle, um die Interoperabilität von Handgeräten und Basisstationen verschiedener Hersteller zu gewährlei­ sten. Um typische Störungen digitaler Funksysteme durch Interferenzen behandeln zu können, wurde das System so konzipiert, daß ein Handgerät zusätzlich zu dem beeinträchtigten Funkkanal eine weitere Verbindung zu der gleichen Basisstation oder einer anderen, zur gleichen Gruppe gehörenden aufbauen kann, wenn die Störungen auf diesem Kanal geringer sind (dynamic channel allocation). Nach dem Aufbau der neuen Verbindung wird die alte Verbin­ dung aufgelöst. Der Übergang wird vom Teilnehmer nicht bemerkt ("seamless handover"). Durch dieses "nahtlose Wei­ terreichen" ist die Aneinanderreihung mehrerer Funkzellen zu einem pikozellularen Verbund zur flächendeckenden Ver­ sorgung größerer Gebiete möglich (Grothues, Christoph et al.: "DECT-Standard für die digitale, schnurlose Telekom­ munikation", net 45 (1991), Heft 11, Seiten 507-509.

Die Kommunikation zwischen den Handgeräten und den Funk­ stationen erfolgt auf der Basis elektromagnetischer Wellen im Frequenzbereich 1880 bis 1900 MHz. Die gemittelte Sende­ leistung beträgt etwa 10 mW. Ein Einsatz einer Mehrzahl schnurloser Telefone in einem Bereich relativ geringer Abmessungen kann zu starken elektromagnetischen Feldern führen, die unter anderem elektrische Einrichtungen stö­ rend beeinflussen. Zugleich unterliegt die Kommunikation auf der Basis elektromagnetischer Wellen Störungen, die beispielsweise von systemexternen Sendeeinrichtungen oder auch von "natürlichen" Quellen elektromagnetischer Strah­ lung (z. B. Blitz) ausgehen.

Aus der europäischen Patentanmeldung 87 307 235.9 ist bereits ein als "Cordless accessed high-speed high­ capacity local area networks" bezeichnetes System bekannt, bei dem Benutzer mit mobilen Endgeräten mittels Infrarot­ strahlung über sogenannte "Regional Bus Interface Units" Kommunikationsverbindungen aufbauen. Es ist zwar vorgese­ hen, daß das bekannte System mit einer Nebenstelle ("optional PBX controller 16") verbindbar ist. Hierfür ist jedoch eine besondere Schnittstelle bereitzustellen. Eine Anschaltung an eine Nebenstellenanlage setzt also entspre­ chende Modifikationen des vermittlungstechnischen Pro­ gramms der Nebenstelle voraus. Im übrigen sind bei dem bekannten System keine Vorkehrungen für den Fall vorge­ sehen, daß ein mobiles Endgerät während des Verbindungs­ aufbaus bzw. während einer bestehenden Verbindung den Sende-/Empfangsbereich einer "Regional Bus Interface Unit" verläßt und sich in den Sende-/Empfangsbereich einer be­ nachbarten "Regional Bus Interface Unit" begibt.

Aus der internationalen Anmeldung WO 91/20139 ist bereits eine als "enhanced infrared-connected telephone system" bezeichnete Anordnung zur optischen Kommunikation bekannt. Diese Anordnung umfaßt eine erste Sende-/Empfangseinrich­ tung (Telepoint 54), die einerseits mit dem Telefonnetz und andererseits über Glasfasern mit zweiten Sende-/ Empfangseinrichtungen (Repeater 56) verbunden ist. Fern­ sprech- und Datenkommunikation erfolgt mittels Infrarot­ licht zwischen mobilen Endgeräten und der ersten bzw. den zweiten Sende-/Empfangseinrichtungen (Fig. 13). Dabei ist vorgesehen, daß mit dem Infrarotlicht modulierte Informa­ tionen sowohl an der ersten Sende-/Empfangseinrichtung als auch gleichzeitig hierzu an den zweiten Sende-/Empfangs­ einrichtungen ausgegeben werden (Beschreibung Seite 6, Zeilen 31-33). Soweit die genannten Informatonen Nutz­ daten (Fernsprech-, Faxdaten usw.) darstellen, wird durch diese parallele Informationsausgabe die Kapazität der vor­ handenen Anordnung erheblich eingeschränkt und steht in dem entsprechenden Umfang für weitere Verbindungen nicht zur Verfügung.

Bei dieser vorbekannten Anordnung ist ferner vorgesehen (Beschreibung Seite 10, Zeilen 3-26), daß der Benutzer eines mobilen Endgeräts durch eine entsprechende Eingabe an dem Endgerät einen endgerätindividuellen Code in einen Speicher (122) der ersten Sende-/Empfangseinrichtung (Telepoint 12′) einschreiben kann, wenn er einen kommen­ den Anruf erwartet. Die Fortführung eines Verbindungsauf­ baus bzw. einer bestehenden Verbindung ist bei einer ört­ lichen Veränderung des mobilen Endgeräts zwischen Sende-/ Empfangsbereichen verschiedener zweiter Sende-/Empfangs­ einrichtungen (Repeater 56) nicht vorgesehen.

Darüber hinaus stellt die in der internationalen Patent­ anmeldung (Beschreibung Seite 6, Zeilen 31-33) angege­ bene Gleichzeitigkeit der Informationsausgabe an unter­ schiedlichen Sende-/Empfangseinrichtungen einen idealen Betriebsfall dar; in der Praxis bestehen jedoch aufgrund der Informationslaufzeiten in den Sende-/Empfangsein­ richtungen und auf den Verbindungsstrecken Probleme, die parallel zueinander angeordneten Sende-/Empfangseinrich­ tungen zu synchronisieren. Eine solche Synchronisation ist die Voraussetzung für das sogenannte "roaming", das heißt das Lokalisieren von Endgeräten im Verhältnis zu den Sende-/Empfangseinrichtungen sowie für die unterbrechungs­ freie Verbindung, wenn die mobilen Endgeräte über den Sende-/Empfangsbereich einer ursprünglich zugeordneten Sende-/Empfangseinrichtung bewegt werden ("seamless handover").

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art anzugeben, welche Bewegungen mobiler Endgeräte wie vorbekannte Mobilfunk­ systeme auf der Basis elektromagnetischer Wellen erlaubt.

Die Erfindung zeichnet sich einerseits durch den eingangs beschriebenen Vorteil bekannter Anordnungen zur optischen Kommunikation des von elektromagnetischen Feldern unab­ hängigen Betriebs aus, und andererseits durch den Vorteil, daß dem Benutzer der erfindungsgemäßen Anordnung die Lei­ stungsmerkmale bekannter elektromagnetisch betriebener Schnurlostelefonsysteme zur Verfügung gestellt werden.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die zweiten Sende-/Empfangseinrichtungen auch in einem relativ großen Abstand voneinander installiert werden können, ohne daß die erforderliche Synchronität einen kritischen Schwell­ wert unterschreitet. Damit lassen sich die Sende-/Empfangs­ bereiche, die jeweils einer ersten Sende-/Empfangsein­ richtung zugeordnet sind, in ihrer flächenmäßigen Ausge­ staltung erheblich vergrößern. Die zweiten Sende-/Empfangs­ einrichtungen lassen sich jedoch auch in einem relativ kleinen Abstand voneinander installieren, so daß die erfindungsgemäße Anordnung unterschiedlichen Bedürfnissen gerecht wird.

Die bei der erfindungsgemäßen Anordnung vorgesehene Übernahme eines vorhandenen Schnurlostelefon-Standards wie beispielsweise des DECT-Standards ermöglicht auch, die Sende-/Empfangseinrichtungen sowie die mobilen Endgeräte unter Verwendung vorliegender Komponenten aufzubauen. Lediglich die in DECT-Systemen vorgesehenen Basisstationen ("erste Sende-/Empfangseinrichtungen") werden durch die Anschaltung der zweiten Sende-/Empfangseinrichtungen in ihrer Hardware- bzw. Software-Struktur geringfügig geän­ dert. Ebenso können die DECT-kompatiblen mobilen Endgeräte verwendet werden, die ebenfalls nur geringfügig in ihrer Struktur zu ändern sind.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schnittstellen der zweiten Sende-/ Empfangseinrichtungen und der mobilen Endgeräte Komponen­ ten für eine Kommunikation mit Infrarotlicht unterschied­ licher, kommunikationsrichtungsindividueller Wellenlängen aufweisen. Damit wird beispielsweise unterbunden, daß be­ liebige, nicht adressierte mobile Endgeräte von anderen mobilen Endgeräten ausgesendete, für sie nicht bestimmte Informationen direkt, also nicht über die zweiten Sende-/ Empfangseinrichtungen empfangen.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 ein System für schnurlose Kommunikation, das mit der erfindungsgemäßen Anordnung kompatibel ist;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Anordnung;

Fig. 3 einen Loop-Prozessor in der Anordnung nach Fig. 2;

Fig. 4 das Blockschaltbild eines Infrarotsenders/Empfän­ gers in der Anordnung nach Fig. 2; und

Fig. 5 das Blockschaltbild eines mobilen Kommunikations­ endgeräts für die Kommunikation in einer Anordnung nach Fig. 2.

Das in Fig. 1 dargestellte Kommunikationssystem umfaßt eine Mehrzahl von Sendeeinrichtungen bzw. von Sende-/Emp­ fangseinrichtungen. Die Sende-/Empfangseinrichtungen E1 und E2, die beispielsweise in einem privaten Haushalt oder in einem kleinen Büro angeordnet sind, sind direkt mit dem öffentlichen Telefonnetz PTN verbunden. Die Sende-/ Empfangseinrichtungen E3, E4, E5 sind beispielsweise über eine als "radio link exchange" bezeichnete Vermittlungs­ einrichtung oder direkt mit einer privaten Nebenstellen­ anlage PBX verbunden, die ihrerseits über eine Amtsleitung mit dem öffentlichen Telefonnetz PTN verbunden ist. Das in Fig. 1 dargestellte System folgt beispielsweise dem DECT- Standard und ist wie das Bezugszeichen "LP" (Loop-Proces­ sor) in Fig. 1 andeutet mit der erfindungsgemäßen Anord­ nung kompatibel, deren Komponenten LP 1,2 (Fig. 4) die Schnittstellen zu dem in Fig. 1 dargestellten Kommunika­ tionssystem bilden. Jede Sende-/Empfangseinrichtung E1, . . . E5 bildet einen Sende-/Empfangsbereich A1, . . . A5, in dem eine Kommunikation zwischen einem in der Figur nicht dargestellten mobilen Endgerät und der jeweiligen Sende-/ Empfangseinrichtung möglich ist.

Die in Fig. 2 dargestellte erfindungsgemäße Anordnung besteht aus zwei Ringleitungen B1, B2, die jeweils über einen Loop-Prozessor LP1, LP2 ("erste Sende-/Empfangsein­ richtung") mit dem öffentlichen Telefonnetz oder mit einer Nebenstellenanlage PTN verbunden sind, die drahtlose Ver­ bindungen zu mindestens einer Nebenstelle erlaubt. Die Loop-Prozessoren LP1, LP2 sind über die Ringleitung B1 bzw. B2 mit zweiten Infrarotsende-/Empfangseinrichtungen IE1.1, . . . IE1.n; IE2.1, . . . IE2.m verbunden. Die Infrarotsende-/ Empfangseinrichtungen sind jeweils mit einer Schnittstelle IF1 ausgestattet. Die ersten Schnittstellen IF1 dienen der Kommunikation zwischen den Einrichtungen IE1.1, . . . IE1.n; IE2.1, . . . IE2.m und den mobilen Endgeräten PP.

Die Loop-Prozessoren LP1, LP2 entsprechen jeweils einer DECT-Basisstation und können unter Verwendung aus dem DECT-Standard bekannter Komponenten aufgebaut sein, wie noch anhand von Fig. 3 beschrieben wird. Für die Verbin­ dungen zwischen den Loop-Prozessoren LP1, LP2 und den zweiten Sende-/Empfangseinrichtungen IE1.1, . . . IE1.n; IE2.1, . . . IE2.m enthalten die Loop-Prozessoren eine Schnittstelle unter anderem mit einem Generator, der Synchronisationstaktrahmen bildet.

Jede Ringleitung entspricht einem Sende-/Empfangs­ bereich der in Fig. 1 dargestellten Anordnung. Beispiels­ weise deckt die Ringleitung B1 ein Sende-/Empfangsgebiet ab, das in einem Büro angeordnet ist und insoweit dem Sende-/Empfangsgebiet A1 in Fig. 1 entspricht. Die Ring­ leitung B2 ist beispielsweise außerhalb von Gebäuden ange­ ordnet und ermöglicht damit eine Kommunikation zwischen Handgeräten beispielsweise auf öffentlichen Straßen oder auf einem Gelände mit industriellen Einrichtungen.

Die die eigentliche Ringleitung bildende Verbindungs­ strecke kann aus einem metallischen Leiter bestehen; alternativ hierzu ist die Verbindungsleitung als optische Verbindungsleitung ausgebildet.

Die in Fig. 3 schematisch dargestellte erste Sende-/ Empfangseinrichtung LP1 besteht aus den hintereinander geschalteten Komponenten, die Prozeduren eines bekannten Schnurlostelefonstandards, z. B. DECT, realisieren: L3 (NWK) (Layer 3, Network), DLC (Data Link Control), MAC CCF (Medium Access Control Cluster Control Function) und MAC CSF (Medium Access Control Cell Side Function). Diese Komponenten bzw. Prozeduren stellen die Schichten 3 und 2 des DECT-Standards dar (European Telecommunication Standard Draft pr ETS300 175-1, February 1992, Radio Equipment and Systems Digital European Cordless Telecommunications, Common Interface Part 1: Overview (DE/RES 3001-1)): Die Schicht L3 (NWK) (network layer) ist die Hauptsigna­ lisierungsschicht des Protokolls und umfaßt Prozeduren im Zusammenhang mit dem Aufbau, dem Aufrechterhalten und dem Abbau von Verbindungen.

Die Schicht DLC stellt der Schicht 3 Datenverbindungen zur Verfügung.

Die Schicht MAC realisiert zwei Funktionen, erstens die Auswahl physikalischer Kanäle sowie das Herstellen und der Abbau von Verbindungen und zweitens das Multiplexen (und Demultiplexen) von Steuerinformationen mit Informationen höherer Schichten und Fehlersteuerinformationen.

Die Schnittstelle zur Ringleitung B1 bildet eine Einrich­ tung BM (Bus Master), die Synchrontaktrahmen bildet und damit den zweiten Sende-/Empfangseinrichtungen Zeitkanäle (time slots) für das Senden und Empfangen von Informatio­ nen zu bzw. von den mobilen Endgeräten. Sind beispiels­ weise der ersten Sende-/Empfangseinrichtung LP1 (n=)5 zweite Sende-/Empfangseinrichtungen IE1.1 . . . .IE1.5 auf der Ringleitung B1 nachgeschaltet (Fig. 1), so erzeugt die Einrichtung BM in einem Zyklus 5 Kanäle für die Kommuni­ kation von den zweiten Sende-/Empfangseinrichtungen zu den mobilen Endgeräten bzw. in umgekehrter Richtung.

Die in Fig. 4 schematisch dargestellte zweite Sende-/ Empfangseinrichtung IE1.1 besteht aus einer ringleitungs­ seitigen Einrichtung BS (Bus Slave), und der Schnittstelle IF1. Die Einrichtung BS wählt aus den von der Einrichtung BM (Fig. 3) gebildeten Zeitkanälen einen ihr zugeordneten Zeitkanal aus. Beispielsweise wählt die Einrichtung BM der zweiten Sende-/Empfangseinrichtung IE1.1 den Zeitkanal "1" pro Zyklus aus.

Die Schnittstelle IF1 umfaßt eine optische Sendeeinrich­ tung, z. B. eine Infrarotlicht IR emittierende Diode, eine optische Empfangseinrichtung, z. B. eine Infrarotlicht­ photodiode, wobei E/O einen elektrooptischen Wandler und O/E einen optoelektrischen Wandler bezeichnet, sowie die entsprechenden Schaltungskomponenten für den Übergang Bus­ leitung B1/Luft. Die Schnittstellen IF1 bilden eine Infra­ rotschicht 1, die die beim DECT-Standard vorgesehene Schicht "Physical Layer" ersetzt.

Zur Synchronisation der ersten und aller an der betreffen­ den Ringleitung B1 angeschlossenen zweiten Sende-/Emp­ fangseinrichtungen LP1, IE1.1, . . . ,IE1.n weisen die erste Sende-/Empfangseinrichtung LP1 und die zweiten Sende-/ Empfangseinrichtungen IE1.1, . . . ,IE1.n-1 Einrichtungen auf, die den bekannten Abstand der zweiten Sende-/Empfangsein­ richtungen voneinander und bezüglich der ersten Sende-/ Empfangseinrichtung auf der Busleitung B1 sowie die bekannten Informationslaufzeiten ausgleichen. Die genann­ ten Sende-/Empfangseinrichtungen LP1, IE1.1, . . ., IE1.n-1 werden damit zur Vermeidung von Interferenzen bei der Kommunikation in Richtung der mobilen Endgeräte PP synchro­ nisiert. Den mobilen Endgeräten PP werden für die Kommuni­ kation in Richtung der zweiten Sende-/Empfangseinrichtun­ gen IE1.1, . . ., IE1.n Zeitkanäle (time slots) zugeteilt.

Das in Fig. 5 schematisch dargestellte Endgerät PP besteht ebenfalls aus DECT-Standardkomponenten, nämlich L3, DLC und MAC sowie aus einer Schnittstelle IF1′, über die die Infrarotlichtverbindung zur Schnittstelle IF1 der zweiten Sende-/Empfangseinrichtung IE1.1 hergestellt wird. Diese Schnittstelle IF1′ entspricht in ihrem Aufbau der Schnitt­ stelle IF1, wobei E/O wiederum einen elektrooptischen Wandler und O/E einen optoelektrischen Wandler bezeichnet.

Die Kommunikation von den zweiten Sende-/Empfangseinrich­ tungen IE1.1, . . ., IE1.n zu den mobilen Endgeräten PP und in umgekehrter Richtung erfolgt zur Vermeidung von Störungen unter Verwendung von Infrarotlicht unterschiedlicher Wel­ lenlängen.

Die Anordnung der zweiten Sende-/Empfangseinrichtungen hinsichtlich ihrer Höhe über der jeweiligen Bezugsfläche (Straße, Fußboden) und des Winkels ihrer optischen Achse richtet sich unter anderem nach den geometrischen Abmes­ sungen des Sende-/Empfangsbereichs. Im Straßenbereich sind die zweiten Sende-/Empfangseinrichtungen typischerweise in einer Höhe von 2,5 bis 4 Meter angebracht. Die Sendelei­ stung der einzelnen zweiten Sende-/Empfangseinrichtungen einer Ringleitung ist vorzugsweise so dimensioniert, daß die Ringleitung in etwa eine in dem jeweiligen Schnurlos­ telefonstandard vorgesehene Zelle abdeckt, beispielsweise ein Gebiet mit einem Durchmesser von 50 bis 200 m. Jedoch können auch größere Sendeleistungen vorgesehen sein.

Claims (2)

1. Anordnung zur schnurlosen Kommunikation mit mobilen Endgeräten (PP), wobei die Anordnung mindestens eine erste Sende-/Empfangseinrichtung (LP1, LP2) aufweist, die mit einer zentralen Vermittlungseinrichtung (PTN) und über eine Leitung (B1, B2) zweiten Sende-/Empfangseinrichtungen (IE1.1, . . . IE1.n; IE2.1 . . . IE2.m) verbunden ist, und wobei die zweiten Sende-/Empfangseinrichtungen (IE1.1, . . . IE1.n; IE2.1 . . . IE2.m) und die mobilen Endgeräte (PP) Schnitt­ stellen (IF1,IF1′) für eine Kommunikation mit Infrarot­ licht aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Sende-/Empfangseinrichtung (LP1, LP2) und die mobilen Endgeräte (PP) Prozeduren (NWK, DLC, MAC) bekannter Schnurlostelefonstandards (DECT) realisierende Komponenten aufweisen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstellen (IF1, IF1′) der zweiten Sende-/Emp­ fangseinrichtungen (IE1.1, . . . IE1.n;IE2.1 . . . IE2.m) und der mobilen Endgeräte (PP) Komponenten für eine Kommunikation mit Infrarotlicht unterschiedlicher, kommunikationsrich­ tungsindividueller Wellenlängen aufweisen.