DE4417562A1

DE4417562A1 - Paging-System für Langwelle

Info

Publication number: DE4417562A1
Application number: DE19944417562
Authority: DE
Inventors: Uwe Dipl Ing Meyer-Baese; Wolfgang Prof Dr Ing Hilberg
Original assignee: MEYER BAESE UWE DIPL ING
Current assignee: Junghans Uhren GmbH
Priority date: 1994-05-19
Filing date: 1994-05-19
Publication date: 1995-11-23

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für die Übertragung von Perso nenrufdaten mittels Langwellenausstrahlung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Das System soll dazu dienen, gewünschten Personen drahtlos eine Nach richt zukommen zu lassen (Paging-System).

Es ist bekannt, daß zur Ausstrahlung von Personenrufen Adreßblöcke und Datenblöcke benutzt werden (Der Posag-Code für Funkruf-Systeme, Funkschau 26/1989) (FTZ-Richtlinie 171 TR 1, Cityruf Funkempfänger, Telekom, Zentralamt für Mobilfunk, Juni 1991). Weiterhin ist bekannt, daß die Langwellenaustrahlung besonders gute Ausbreitungseigenschaf ten besitzt und selbst in Gebäude gut eindringt (W. Hilberg, Funkuhren Zeitsignale Normaffrequenzen, Verlag Sprache und Technik, Seiten 26- 39).

Die bekannten Anordnungen zur Ausstrahlung von Personenrufen besit zen jedoch Nachteile. So ist bei einer Ausstrahlung im VHF/UHF-Bereich nur eine lokale Versorgung möglich und es werden aufwendige Richt funkstrecken und zahlreiche Sendestationen benötigt (z. B. 1000 Sende stationen bei MODACOM). Außerdem wird keine Untergliederung des Paging-Empfangs in Zeitschlitzen durchgeführt, so daß die Empfänger immer "auf Empfang" bleiben müssen. Als weiterer Nachteil des City-Rufs sind die verwendete Blockfehlerkorrektur und eine fehlende Verschlüsselung der Datenpakete anzusehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde wenige Sender zu benötigen, und verlustleistungsarme Empfänger in einem Personenrufdatensystem verwenden zu können. Die vorgestellte Anordnung soll es ermöglichen, mit nur wenigen Sendern in Europa Personenrufsysteme zu realisieren und dabei einen lang anhaltenden Batteriebetrieb zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Anordnung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung, insbesondere zur Synchroni sation auf Bit- und Blockebene, kommt entsprechend der Ansprüche 2 und 3 eine speziell gewählte Zeitbasis zum Einsatz, die eine Auftei lung der Paging-Empfänger in Zeitschlitzen entsprechend Anspruch 4 ermöglicht. Die Bit-Synchronisation ermöglicht es hierbei, die Lauf zeitunterschiede zu den einzelnen Empfänger auszugleichen und eine genaue zeitliche Lokalisierung von Beginn und Ende der Bits durch zuführen. Insbesondere für eine Fehlerkorrektur entsprechend Anspruch 11 ist dabei wichtig, daß der Empfänger Kenntnis hat, an welcher Stelle Informations- und Prüf-Bits stehen. Dies wird durch die Blocksynchro nisation entsprechend Anspruch 3 erreicht. Durch die mit Hilfe von An spruch 4 realisierte kurze Empfangsdauer ist eine wesentliche Reduktion der Verlustleistung bei einer akzeptablen Latenzzeit (von z. B. 12 Mi nuten) auf 1/144 der normalen Verlustleistung möglich. Aufgrund der in den Empfängern gespeicherten Kenntnis, in welchem Zeitschlitz die entsprechende Information für den eigenen Empfänger zu erwarten ist, ergibt sich, daß durch eine Einteilung in z. B. 144 Zeitschlitze die über tragenen Adreßblöcke diese Information nicht enthalten müssen und so die Adreßblöcke wesentlich kürzer ausfallen. Außerdem kann Mithilfe der vorhandenen Zeitschlitze speziellen Benutzergruppen höhere Prio rität eingeräumt werden, so daß diese Gruppe von Nutzern (bei erhöhten Teilnehmerkosten) öfter in einem Zyklus gerufen werden können als an dere Gruppen geringerer Priorität.

Auch für einen stark ausgelasteten Übertragungskanal ist die Kennt nis einiger wichtiger Zusatzinformationen wünschenswert (Anspruch 6). Häufige Anrufer sind zumeist in den Wahlspeichertasten des zugehören den Telefons bereits gespeichert, so daß statt der Übertragung des vollen Namens es entsprechend Anspruch 7 ausreichend ist, die zugehörige Zif fer zum Paging-Empfänger zu übertragen. Wichtig ist natürlich ebenso (wenn der Paging-Teilnehmer sich z. B. in einer Besprechung befindet), wie dringend der Rückruf ist, siehe Anspruch 8. Ist die Vermittlungs stelle des zum Paging-Empfänger gehörenden Telefons in der Lage, die Nummer des Anrufers zu speichern, so ist eine komfortable Lösung die, daß man lediglich mit dem zum Paging-Empfänger gehörenden Telefon eine bestimmte Nummer anruft und sogleich dann automatisch mit dem Anrufer verbunden wird (Anspruch 9).

Sollen neben den Adreßblöcken auch längere Datenblöcke übertragen werden, so kann dies durch Übertragung der Anzahl der nach einem Adreßblock folgenden Datenblöcke geschehen. Die Anzahl der hierfür notwendigen Bits richtet sich dabei nach der Anzahl der maximal mögli chen Datenblöcke und kann relativ viele Bits umfassen. Wenn im Mittel nicht sehr viele Datenblöcke zu übertragen sind, ist es hingegen vor teilhafter, Adreß- und Datenblöcke durch ein spezielles Bit (z. B. das erste) zu kennzeichnen und zu vereinbaren, daß alle Datenblöcke nach einem Adreßblock automatisch zum vorher ausgesendeten Adreßblock gehören. Wenn dann der nächste Adreßblock übertragen wird, so ist entsprechend Anspruch 10 die vorherige Nachricht beendet. Insbeson dere bei einer starken Auslastung des Kanals, wenn keine Datenblöcke übertragen werden können, werden so alle Bits eingespart die sonst die Anzahl der folgenden Datenblöcke beinhalten würden (in diesem Fall würde häufig als Anzahl "Null" übertragen).

Für die Fehlerkorrektur ebenso wie die Verschlüsselung (Ansprüche 11 und 12) ist es vorteilhaft, Faltungscoder bzw. Strom-Chiffre einzusetzen, da sie eine kontinuierlich Bearbeitung der Bits ermöglichen, und nicht, wie die Blockcodes oder Blockchiffren, einen Mehrphasentakt benötigen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind folgende:

a) Durch die gewählte Synchronisation und die Einteilung der Teil nehmer in Zeitschlitzen ist eine besonders verlustleistungsarme Empfängerrealisierung möglich (Ansprüche 1-4),
b) Die Status-Bits (Ansprüche 5-9) ermöglichen auch bei stark aus gelastetem Übertragungskanal eine minimale und sehr effiziente Übertragung von wichtigen Zusatzinformationen,
c) Fehlerkorrektur und Verschlüsselung sind auf eine kontinuierliche Datenbearbeitung hin optimiert (Ansprüche 10 und 11).

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild des Paging-Empfängers bestehend aus Empfangsteil Decoder und µController zur Speicherung der Daten und zur Ansteuerung der Anzeige.

Fig. 2 gibt einen Überblick über die wesentlichen Merkmale des Codes. Zur Synchronisation der Empfänger mit dem Sendesignal wird einmal pro Sekunde ein Synchronisations-Signal gesendet. Es besteht aus einer 1-0-Folge gefolgt von dem 7-stelligen Barker-Code 0001101. Die Aus sendung des Synchronisations-Signais beginnt zu einem genau definierten Zeitpunkt nach dem Impuls des Funkuhrsignals, so daß der Zeitpunkt der Synchronisation für den Empfänger vorhersehbar ist, siehe Fig. 2.

Fig. 3 zeigt den Coder für den gewählten systematischen (44, 22) (J = 8 Trial and Error) Faltungs-Code zur Fehlerkorrektur. Der Code kann in einem Fenster von 44 Bit 4 Fehler korrigieren. Der empfangene Bitstrom wird nach der Synchronisation kontinuierlich in einen korrigierten Da tenstrom umgewandelt. Dieser ist in Blöcke zu je 25 Bit unterteilt. Der letzte Block vor dem Beginn der nächsten Sekunde ist ein Füllwort und wird nicht zur Übermittlung von Daten benutzt.

Die Fig. 4 und Fig. 5 zeigen die gewählte Strom-Chiffre. Diese ist an den "Data Encription Standard" (DES) angelehnt, der als sicher angese hen wird. Hier wurden einige Modifikationen am DES vorgenommen, so daß er für die Implementation in einem FPGA geeignet ist.

Ein Funkruf beginnt mit der Aussendung eines Adreßwortes, dessen Auf bau in Fig. 6 dargestellt ist. Es enthält neben der Adresse und dem Nachrichtentyp 6 Statusbits. Diese dienen dazu, Information über den Absender und die Dringlichkeit bzw. die Art des Rückrufs zu codieren. Dem Adreßwort folgen je nach Nachrichtenart gar keine, numerische oder alphanumerische Datenworte. Diese sind gemäß den Fig. 7 und Fig. 8 aufgebaut. Das Ende einer Nachricht ist erreicht, wenn ein neues Adreßwort folgt oder das laufende Sekundenintervall beendet ist. In der ersten Sekunde einer jeden Minute wird die aktuelle Uhrzeit und das Datum übertragen. Diese Zeitinformation wird durch ein reservier tes Adreßwort eingeleitet, das hier als Zeit-Token bezeichnet wird. Ihm folgt das Zeitwort, dessen Aufbau in Fig. 9 dargestellt ist. Die einzelnen Felder haben die Bedeutung entsprechend Fig. 10.

Fig. 11 und Fig. 12 zeigen die hierarchische Einteilung in 144 Grup pen zur Verminderung der mittleren Leistungsaufnahme der Empfänger. Die einzelnen Gruppen sind nur in den disjunkten Zeitintervallen aktiv. Jede Stunde ist gemäß Fig. 11 in 12 Zeitscheiben aufgeteilt, die sich in zyklischer Folge wiederholen. Ein Zyklus dauert 12 Minuten. Fig. 12 zeigt die Aufteilung einer jeden Minute in 12 Gruppen zu je 5 Se kunden. Jeder dieser Zeitscheiben ist eine Empfängergruppe zugeordnet, die als einzige in der jeweiligen Zeitscheibe aktiv ist. Alle unbeteiligten Empfänger schalten ihren Empfangsteil ab, bis die ihnen zugeordnete Zeitscheibe beginnt.

Fig. 13 zeigt die verschiedenen Nachrichtentypen.

Die zum Empfang notwendigen Verarbeitungsschritte können dem Block schaltbild in Fig. 14 entnommen werden. Die zeitliche Abfolge inner halb eines Sekundenintervalls ist durch das Zustandsdiagramm in Fig. 15 gegeben. Die Bedeutung der einzelnen Zustände kann der Tab. 1 entnommen werden.

Zustand
Beschreibung
A
Grundzustand
B	warten auf Synchronisation
C	Bitzähler initialisieren
D	Verzögerung, bis das erste gültige Bit am Ausgang des Decoders anliegt
E	Bitzähler initialisieren und prüfen, ob Zeit-Token oder eigene Adresse gesendet wurde
F	warten auf das nächste Wort (Zeitinformation)
G	Bitzähler initialisieren
H	Zeitinformation empfangen
I₁ . . . I₁₇	warten auf Statusbits
J	Statusbits empfangen und entschlüsseln
K	Bitzähler initialisieren und prüfen, ob Nachricht folgt
L	Nachricht empfangen und entschlüsseln
M	warten auf das nächste Wort
N	prüfen, ob eigene Adresse gesendet wurde
O	Wartezustand nach Ablauf des Sekundenintervalls

Fig. 1 Blockdiagramm des Paging-Empfängers 11

Fig. 2 Sekundenintervall 12

Fig. 3 J = 8 Trial and Error (44, 22)-Faltungscoder 12

Fig. 4 DES im "Output Feedback Mode" als Strom-Chiffre 13

Fig. 5 Modifizierter DES 13

Fig. 6 Adreßwort 14

Fig. 7 Numerisches Datenwort 14

Fig. 8 Alphanumerisches Datenwort 14

Fig. 9 Zeitwort 14

Fig. 10 Aufbau des Zeit-Tokens 15

Fig. 11 12 Minuten-Zyklus 15

Fig. 12 Hierachische Einteilung in Gruppen 15

Fig. 13 Die verschiedenen Nachrichtentypen 16

Fig. 14 Blockdiagramm des FPGAs 16

Fig. 15 Zustandsdiagramm der Ablaufsteuerung 17

Claims

1. Anordnung aus einem oder mehreren Lang- und/oder Mittelwellensen dern und einer Vielzahl von im Lande verteilten mobilen Empfängern, welche dem Personenruf und/oder der Übermittelung von Kurzin formationen dient (Paging-System), dadurch gekennzeichnet, daß die Empfänger stets mit einer sehr genauen Zeitreferenz ausgerüstet sind, daß die Übertragung der Adreßblöcke von dem Sender zu jedem Empfänger in sich periodisch wiederholenden Zeitintervallen bzw. in Zeitschlitzen ge schieht, die direkt aus der vorhandenen Zeitreferenz abgeleitet sind, daß die Zeitreferenz aus den Signalen eines Zeitzeichensenders (DCF77) oder aus übermittelten Zeitdaten in einem zugeordneten Zeitschlitz gewonnen werden, und daß die Empfänger nur in den zugeteilten Zeitschlitzen auf Empfang gehen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Benut zung eines Funkuhrempfängers zur sogenannten "Bit-Synchronisation" in Sekundenabständen die Flanke der jeweiligen Zeitzeichensekundenim pulse mit den Flanken (Potentialänderungen) einer Gruppe von speziellen Synchronisierimpulsen (vorzugsweise einer sich wiederholenden 01-Folge) in den Zeitschlitzen verglichen und die zeitliche Verschiebung zwischen beiden bestimmt wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Gruppe der Synchronisierimpulse für die Bit-Synchronisation eine weitere Gruppe von speziellen Synchronisierimpulsen, vorzugsweise als kurzer Barker-Code, für die sogenannte Blocksynchronisation vorgesehen ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitschlitze für die Teilnehmer in größeren Zeitintervallen, vor zugsweise in 12 "Minutengruppen", zusammengefaßt werden, und daß innerhalb der Minutengruppen eine Feinunterteilung in "Sekundengrup pen" ( Gruppen zu je 5 Sekunden) vorgesehen ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1, 2, 3 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zu jedem Adreßblock einige wenige Status-Bits hinzugefügt werden.

6. Anordnung nach Anspruch 1 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragene Status-Nummer (z. B. eine der Zahlen von 0 bis 9) für die Kennzeichnung des Absenders dient.

7. Anordnung nach Anspruch 1, 5 und/oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragene Status-Nummer zur Erleichterung des telefonischen Rückrufs gleichzeitig als Wahlspeichertastennummer eines zugeordneten Telefons dient.

8. Anordnung nach Anspruch 1 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Status-Bits die Dringlichkeit des Rückrufs gekennzeichnet ist (z. B. "sehr dringend" oder "gelegentlich").

9. Anordnung nach Anspruch 1 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Status-Bits als Hinweis dienen, mit dem zugeordne ten Telefon eine bestimmte Nummer anzurufen, wodurch eine automati sche Durchschaltung zu dem Anrufer vorgenommen wird (automatischer Rückruf).

10. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine längere Botschaft mit einem Adreßblock be ginnt, worauf eine gewünschte Anzahl von Datenblöcken folgt, und daß das Ende der Botschaft durch den nächsten Adreßblock gegeben ist.

11. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein fehlerkorrigierender Code, vorzugsweise ein sy stematischer Faltungscode, benutzt wird.

12. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der alphanumerische übertragene Text mit einem Stromchiffre verschlüsselt wird, wobei der Schlüssel sich aus einem ersten Teil mit einem für jeden Empfänger charakteristischen Wort und einem zweiten Teil zusammensetzt der sich temporär durch die empfangene Zeitinformation verändert.