DE60128225T2

DE60128225T2 - Ultrabreitbandsender

Info

Publication number: DE60128225T2
Application number: DE60128225T
Authority: DE
Inventors: Roberto Palo Alto AIELLO; Gerald Morgan Hill ROGERSON; Carlton Palo Alto SPARRELL; Jacob San Francisco TUFT
Original assignee: Pulse Link Inc
Current assignee: Pulse Link Inc
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2001-06-21
Publication date: 2008-01-03
Anticipated expiration: 2021-06-22
Also published as: WO2001099305A2; WO2001099305A3; DE60128225D1; US20040190666A1; AU2001268664A1; EP1295450A2; ATE361614T1; EP1295450B1; ES2284658T3; US6952456B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf eine drahtlose Datenübertragungseinrichtung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Ultrabreitband-Übertragungseinrichtungssystem zum Übertragen von Basisbandsignalen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 (siehe US-A-5,952,956 ).
2. Stand der Technik
Die drahtlose Kommunikation stützt sich zunehmend auf die Übertragung von Daten in digitalen Formaten. Typischerweise wird ein Datenstrom auf eine Trägerfrequenz moduliert und das modulierte Trägersignal von einem Sender über einen Kommunikationskanal zu einem Empfänger übertragen. Im Allgemeinen verwenden diese Kommunikationssysteme zur drahtlosen Netzkommunikation herkömmliche schmalbandmodulierte Träger.
Mit der Verwendung von herkömmlichen schmalbandmodulierten Trägerfrequenzen sind große Nachteile verbunden. Vor allem in Mehrwegumgebungen wie etwa innerhalb von Räumen und Gebäuden verschlechtert sich die Datenkommunikation wegen der Mehrwegausbreitung oder dem Fading und kann zu einem schlechten Signalempfang führen. Ferner hat die schnell zunehmende Verwendung von drahtlosen Verbraucherprodukten "den Funkraum überfüllt", was zu einer wachsenden Interferenz beim Empfang von Daten führt. Des Weiteren stützen sich schmalbandmodulierte Träger auf die Verwendung von relativ teuren Komponenten wie etwa Filtern mit hohem Q-Wert, genauen, lokalen Hochfrequenz-Oszillatoren und Leistungsverstärkern.
Spread-Spectrum-Signale für die digitale Kommunikationstechnik wurden ursprünglich für die militärische Kommunikationstechnik entwickelt und verwendet, um entweder eine Resistenz gegen das Jamming zu verschaffen oder das Signal zu verstecken, indem es mit niedriger Leistung übertragen wird, wodurch es für einen ungewollten Hörer schwierig ist, sein Vorhandensein im Rauschen zu erfassen. In jüngerer Zeit sind Spread-Spectrum-Signale verwendet worden, um bei verschiedenartigen zivilen Anwendungen einschließlich der mobilen Kraftfahrzeug-Kommunikationstechnik eine zuverlässige Kommunikationstechnik zu schaffen.
Es gibt mehrere Typen von Spread-Spectrum-Signalen. Bei einem Typ umfassen die Grundelemente eines digitalen Spread-Spectrum-Kommunikationssystems eine Kanalcodiereinrichtung, einen Modulator, eine Kanaldecodiereinrichtung, einen Demodulator und zwei synchronisierte Sequenz- oder Folgengeneratoren, wovon einer mit dem sendeseitigen Modulator verbunden ist und der zweite mit einem empfangsseitigen Demodulator verbunden ist. Diese zwei Generatoren erzeugen eine Binärwertfolge, die dazu verwendet wird, die Trägerfrequenz periodisch zu verändern und dadurch die Frequenz des gesendeten Signals am Modulator zu spreizen und der Trägerfrequenz der empfangenen Signale am Demodulator zu folgen.
Bei einem trägerbasierten Frequenzsprung-Spread-Spectrum ist die verfügbare Kanalbandbreite in eine große Anzahl von sich nicht überlappenden Frequenzschlitzen unterteilt. In jedem Signalisierungsintervall belegt der übertragene Signalträger einen der verfügbaren Frequenzschlitze. Die Auswahl der Frequenzschlitze in jedem Signalintervall erfolgt entweder sequentiell oder pseudozufällig entsprechend der Ausgabe von einem Pseudo-Rauschgenerator. Die Empfängerabstimmung folgt den Frequenzsprüngen des übertragenen Trägers.
Ein weiteres alternatives Spread-Spectrum-Kommunikationssystem verwendet Basisbandsignale. Bei der Basisband-Spread-Spectrum-Kommunikation können Informationen in kurzen Impulsen, die durch relativ einfache Tastungstechniken moduliert werden, übertragen werden, wobei die Leistung über ein Frequenzband gespreizt wird. Mit dem über ein Frequenzband gespreizten Signalspektrum können das frequenzselektive Fading und andere Nachteile der Schmalbandkommunikation vermieden werden. Die Basisbandtechnik ist zuvor bei Radaranwendungen verwendet worden, wobei ein einzelner kurzer Impuls auf ein Ziel gerichtet wird. Der über eine große Bandbreite gespreizte kurze Impuls besitzt eine wesentlich reduzierte spektrale Leistungsdichte und besitzt somit eine reduzierte Erfassungs- und Interferenzwahrscheinlichkeit.
Ultrabreitband (UBB) ist eine Funktechnik zum Übertragen großer Mengen digitaler Daten über ein breites Spektrum von Frequenzbändern mit sehr niedriger Leistung. UBB ist eine Erweiterung der herkömmlichen Spread-Spectrum-Technik. Der Hauptunterschied ist, dass, während herkömmliche Spread-Spektrum-Signale einige Megahertz bis etwa 20 bis 30 MHz Bandbreite erfordern, UBB ein weitaus größeres Spektrum von einigen Megahertz bis mehreren Gigahertz verwendet. Daher senden UBB-Kommunikationssysteme digitale Impulse, die zeitlich sehr genau gesteuert sind, auf einem Signal über ein sehr breites Spektrum. Der Sender und der Empfänger müssen zum Senden und Empfangen zur richtigen Zeit koordiniert werden. Eine der Anwendungen für UBB ist das Ermögli chen von Niedrigleistungs-Sprach- und -Datenkommunikationen bei sehr hohen Bitraten.
Die Übertragung von digitalen Daten aus kurzen Impulsen über ein UBB-Spektrum würde die mit Schmalband-Datenkommunikationen verbundenen Probleme sowie die Kosten und die Komplexität von Spread-Spektrum-Kommunikationen vermeiden. Geeignete kostengünstige Übertragungseinrichtungsarchitekturen zum Senden solcher Datenübertragungen waren bisher nicht verfügbar.
Daher besteht ein Bedarf an einem UBB-Basisband-Übertragungseinrichtungssystem mit entsprechendem Verfahren, das Daten in Form von kurzen UBB-Impulsen, die zusammen mit einem Netz aus Transceiver-Knoteneinrichtungen verwendet werden können, übertragen kann, das gegenüber Mehrweg-Fading oder Interferenz mit einem Schmalband-Kommunikationssystem unempfindlich ist, das für Innenraumanwendungen verwendet werden kann und das relativ einfach und kostengünstig zu implementieren ist. Die vorliegende Erfindung erfüllt diese sowie weitere Bedürfnisse und überwindet im Allgemeinen die im Stand der Technik festgestellten Mangel.
Daher wäre es vorteilhaft, eine Erfindung zu schaffen, die eine Basisband-Übertragungseinrichtung umfasst, die Daten in Form von ultrakurzen Spread-Spectrum-Impulsen überträgt.
Es wäre außerdem vorteilhaft, eine Basisband-Übertragungseinrichtung zu schaffen, die fähig ist, Signale unter Anwendung verschiedener Modulationstechniken zu übertragen.
Es wäre ferner vorteilhaft, eine Basisband-Übertragungseinrichtung zu schaffen, die fähig ist, Signale mit variablen Impulswiederholungsfrequenzen zu übertragen.
Es wäre vorteilhaft, eine Basisband-Übertragungseinrichtung zu schaffen, die fähig ist, zwei verschiedene Modulationsverfahren wie etwa Ein-Aus-Tastung und Impulsamplitudenmodulation zu übertragen.
Es wäre vorteilhaft, eine Basisband-Übertragungseinrichtung zu schaffen, die eine Synchronisation auf einen Master-Takt einer entfernten Master-Transceiver-Einrichtung in einem Netz mit mehreren Transceiver-Einrichtungen ermöglicht.
Weitere Vorteile der Erfindung werden in dem folgenden Abschnitt der Patentbeschreibung herausgearbeitet, wobei die genaue Beschreibung den Zweck hat, die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vollständig zu offenbaren, ohne sie zu beschränken.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist ein Übertragungseinrichtungssystem gemäß Anspruch 1, das eine Datenmodulationseinheit, eine Übertragungseinrichtungseinheit und eine Antenne umfasst. Die Datenmodulationseinheit ist ausgestaltet, um einen mit einem Master-Takt synchronisierten digitalen Strom von Impulsdaten zu erzeugen. Die Übertragungseinrichtungseinheit ist mit der Datenmodulationseinheit gekoppelt. Die Übertragungseinrichtungseinheit ist ausgestaltet, um den digitalen Strom von Impulsdaten zu empfangen, und erzeugt einen HF-Impulsstrom zur Übertragung. Die Antenne ist mit der Übertragungseinrichtungseinheit gekoppelt und ausgestaltet, um den HF-Impulsstrom zu übertragen.
Die Datenmodulationseinheit ist ausgestaltet, um Impulsströme, die verschiedene Modulationstechniken aufweisen, zu unterstützen. Die verschiedenen Modulationstechniken umfassen Ein-Aus-Tastung und Impulsamplitudenmodulation. Die Datenmodulationseinheit umfasst ein Impulsamplitudenmodulations-Modul, das ausgestaltet ist, um die Amplitude eines modulierten Impulses zu variieren. Die Datenmodulationseinheit kann auch so konfiguriert sein, dass sie ein Impulswiederholungsfrequenz-Modul umfasst, das ausgestaltet ist, um die Impulswiederholungsfrequenz zu variieren. Nochmals ferner kann die Datenmodulationseinheit so konfiguriert sein, dass sie sowohl ein Impulsamplitudenmodulations-Modul als auch ein Impulswiederholungsfrequenz-Modul umfasst.
Die vorliegende Erfindung umfasst eine Übertragungseinrichtungs-MAC-Schicht (MAC = Medium Access Control) mit einer Taktsynchronisationseinheit, mindestens einem Frequenzteiler, mindestens einer Schlitzzuteilungseinheit und einem Multiplexer/Demultiplexer. Die Taktsynchronisationseinheit besitzt eine Timing-Einrichtung mit einer Taktgeschwindigkeit. Der mindestens eine Frequenzteiler ist mit der Taktsynchronisationseinheit gekoppelt, wobei der mindestens eine Frequenzteiler ausgestaltet ist, um die Taktgeschwindigkeit zu reduzieren, um eine gewünschte Impulswiederholungsfrequenz zu erhalten. Der Multiplexer/Demultiplexer ist wirksam mit der mindestens einen Schlitzzuteilungseinheit gekoppelt, wobei der Multiplexer/Demultiplexer ausgestaltet ist, um ausgehende Signale, die von den Schlitzzuteilungseinheiten erzeugt werden, zu vermischen und um eingehende Signale zu verteilen.
Die vorliegende Erfindung beschreibt außerdem ein Übertragungseinrichtungssystem, das ausgestaltet ist, um impulsamplitudenmodulierte Signale zu übertragen, wobei es eine Taktschnittstelle, ein Impulsgenera torsystem, ein Ansteuerungssystem, eine Datenschnittstelle und einen Verstärker mit variabler Verstärkung oder einen Dämpfer umfasst. Die Taktschnittstelle ist ausgestaltet, um ein Taktsignal zu erzeugen. Das Impulsgeneratorsystem ist mit der Taktschnittstelle gekoppelt und erzeugt eine Impulsform für eingehende Impulse. Das mit dem Impulsgeneratorsystem gekoppelte Ansteuerungssystem ist ausgestaltet, um die eingehenden Impulse zu verstärken und zu kombinieren. Die Datenschnittstelle ist ausgestaltet, um ein Datensignal zu erzeugen. Der Verstärker mit variabler Verstärkung oder der Dämpfer ist wirksam mit der Datenschnittstelle gekoppelt und ist mit dem Ansteuerungssystem gekoppelt. Der Verstärker mit variabler Verstärkung oder der Dämpfer schafft ein Mittel zum Erhalten der gewünschten Amplitude für impulsamplitudenmodulierte Übertragungen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGSFIGUREN
Die vorliegende Erfindung wird durch Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen, die lediglich zur Veranschaulichung dienen, umfassender verständlich.
1 ist ein drahtloses Netzsystem mit mehreren mobilen Transceiver-Einrichtungen.
2 ist ein funktionaler Blockschaltplan der physikalischen Schicht bzw. Bitübertragungsschicht eines Knotens mit einer Übertragungseinrichtung bzw. einem Sender und einer Datenmodulationskomponente.
3 ist ein TDMA-Rahmen, der durch die Ultrabreitband-Übertragungseinrichtung erzeugt wird.
4 ist ein Blockschaltplan des Übertragungseinrichtungssystems der vorliegenden Erfindung.
5a ist ein Blockschaltplan des Impulsgeneratorsystems der Ultrabreitband-Übertragungseinrichtung.
5b ist ein Blockschaltplan des Übertragungseinrichtungs-Ansteuerungssystems der Ultrabreitband-Übertragungseinrichtung.
6a zeigt ein Verfahren zum Erzeugen eines Basisbandsignals.
6b ist ein beispielhaftes Basisbandsignal, das durch die Übertragungseinrichtung erzeugt wird.
7 zeigt einen Blockschaltplan eines Impulswiederholungsfrequenz-Moduls.
8 ist ein Blockschaltplan eines Impulsamplitudenmodulations-Moduls.
9a liefert ein veranschaulichendes Beispiel eines Ausgangssignals mit einer variablen Impulswiederholungsfrequenz.
9b liefert veranschaulichende Beispiele von Ausgangssignalen, die verschiedene Modulationstechniken verwenden.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Fachleute werden erkennen, dass die folgende Beschreibung der vorliegenden Erfindung lediglich veranschaulichend und in keiner Weise begrenzend ist. Für solche Fachleute werden weitere Ausführungsformen der Erfindung leicht ersichtlich.
Die vorliegende Erfindung schafft ein TDMA-System (TDMA = Time Division Multiple Access) mit entsprechendem Verfahren, das die gemeinsame Nutzung eines drahtlosen Mediums ermöglicht, das in einer Umgebung mit variabler Bitrate identifizieren und arbeiten kann. Die vorliegende Erfindung schafft ein System mit entsprechendem Verfahren, das fähig ist, Einrichtungen mit stark unterschiedlichen Bandbreitenanforderungen zu unterstützen. Manche Einrichtungen, wie etwa Fernsehempfänger, erfordern eine Datenkommunikation mit hoher Bandbreite. Die mit dem Fernsehen verbundenen höheren Kosten ermöglichen den Entwurf eines Fernsehempfängers, der Modulationstechniken mit hoher Datenrate besitzt. Andere Einrichtungen, wie etwa Thermostate für die Wohnung, haben niedrigere Bandbreitenanforderungen und erfordern einfachere Modulationstechniken zugunsten einer kostengünstigen Netzfähigkeit.
Die vorliegende Erfindung arbeitet innerhalb eines Netzes, das ermöglicht, dass Einrichtungen bei unterschiedlichen Bitraten arbeiten und unterschiedliche Modulationstechniken verwenden, und erlaubt die gemeinsame Nutzung desselben drahtlosen Mediums. Außerdem sind die Transceiver der vorliegenden Erfindung fähig, Verbindungen untereinander, die von Umgebungseigenschaften wie etwa Rauschen und Reflexion abhängen, zustande zu bringen. Des Weiteren ermöglicht die vorliegende Erfindung das Anlegen einer Rückwärtskompatibilität in dem Netz, damit neu ere Einrichtungen mit älteren Einrichtungen kommunizieren. Das System arbeitet vorzugsweise in einer Basisband- oder Ultrabreitbandumgebung. Jedoch können das System und das Verfahren in anderen Umgebungen arbeiten, die Trägersignale verwenden.
Das TDMA-System mit entsprechendem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird umfassender verständlich, wenn zunächst auf 1 Bezug genommen wird, die ein drahtloses Netzsystem 10 zeigt, das mehrere mobile Transceiver 12a–12d umfasst, die auch als Funkeinrichtungen A–D ausgewiesen sind, wobei jeder Transceiver eine entsprechende Antenne 14a–14d besitzt. Ein Transceiver 12a wirkt als "Master"-Transceiver oder "Master"-Einrichtung, während die restlichen Transceiver 12b, 12c und 12d als "Slave"-Transceiver wirken. Fachleute werden wissen, dass die Begriffe "Transceiver" und "Einrichtungen" austauschbar verwendet werden können. Der spezielle Transceiver-Knoten 12a–12d, der als Master-Transceiver wirkt, kann sich je nach Art und Weise, in der das Netzsystem 10 verwendet wird, ändern, weshalb die Komponenten und die Hardware für jeden Transceiver 12a–12d im Allgemeinen dieselben sind.
Beispielhalber und nicht einschränkend ist in dem Netzsystem 10 das veranschaulichende Beispiel von vier Transceivern 12a–12d gezeigt. Der Master-Transceiver 12a führt die Operation des Managens der Netzkommunikationen zwischen den Transceivern 12b–12d aus, indem er die Kommunikationen zwischen den Transceivern mit Hilfe eines Master-Taktes bzw. Master-Taktgebers 13 synchronisiert. Demgemäß hält der Master-Transceiver 12a die Kommunikation mit den Slave-Transceivern 12b bis 12d aufrecht. Außerdem sind die Slave-Transceiver fähig, untereinander zu kommunizieren, wie durch die typischen Kommunikationen zwischen den Slave-Transceivern 12c und 12d veranschaulicht ist. Die Systeme und Verfahren für Kommunikationen werden weiter unten näher beschrieben.
Die vorliegende Erfindung sorgt dafür, dass der Master-Transceiver keine speziell entworfene Kommunikationshardware enthalten muss, um gleichzeitig offene Verbindungen zwischen sich und allen Slave-Transceivern bereitzustellen. Jedoch muss der Master-Transceiver Kommunikationen mit den Slave-Transceiver aufrechterhalten, damit alle Transceiver an dem Netz korrekt synchronisiert sind. Der vorliegende Entwurf garantiert, dass Medien zur gleichen Zeit an viele Knoten gesendet werden können. Fachleute, die einen Nutzen aus dieser Offenbarung ziehen, werden erkennen, dass das Netzsystem 10 eine große Anzahl von Transceivern umfassen kann, wobei die wirkliche Anzahl von Transceiver in dem Netzsystem 10 in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung für das System 10 variiert.
In 2, wobei weiterhin auf 1 genommen wird, ist ein funktionaler Blockschaltplan der Implementierung der "Physikalischen Schicht" einer Transceiver-Knoteneinrichtung 12 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die hier beschriebene "Physikalische Schicht" bezieht sich auf die Bitübertragungsschicht (Physical Layer) gemäß dem OSI-(Open Systems Interconnection)-Referenzmodell.
Jede Transceiver-Knoteneinrichtung 12a–12d ist als Transceiver 12 nach 2 strukturiert und konfiguriert. Die Transceiver-Knoteneinrichtung 12 umfasst eine integrierte Schaltung oder eine ähnliche Hardware-Einrichtung, die die nachstehend beschriebenen Funktionen bereitstellt. Die Transceiver-Einrichtung 12 umfasst eine mit einem Sender 16 und einem Empfänger 18 gekoppelte Antenne 14. Der Sender 16 ist mit einer Datenmodulationseinheit 20 verbunden. Mit dem Sender 16 ist eine Sendeverstärkungsregelung 21 gekoppelt. Sowohl der Sender 16 als auch die Datenmodulationseinheit 20 sind mit einer Schnittstelle zur Datenlink schicht (DLL, Data Link Layer) bzw. Sicherungsschicht 22 gekoppelt. Der mit der Antenne 14 gekoppelte Empfänger 18 umfasst im Allgemeinen einen HF-Front-End-Abschnitt 24, einen Impulsdetektor 26 und eine Datendemodulations- oder Datenwiedergewinnungseinheit 28. In Verbindung mit dem Empfänger 18 ist eine Empfangsverstärkungsregelung 30 enthalten.
Mit dem Empfänger 18 und der dem Sender 16 zugeordneten Datenmodulationseinheit 20 sind eine Rahmungs- bzw. Framing-Steuereinheit 32 und eine Taktsynchronisationseinheit 34 funktional gekoppelt. Der Sender 16 und der Empfänger 18 sind vorzugsweise über einen HF-Schalter (nicht gezeigt) mit der Antenne 14 funktional gekoppelt.
Die Datenlinkschicht-Schnittstelle 22 umfasst eine Schaltungsanordnung, die eine Schnittstelle oder eine höhere Kommunikationsvermittlungsschicht zwischen der Physikalischen Schicht des Netzes 10, wie sie in einem Transceiver 12 aufgenommen ist, und den "höheren" Schichten gemäß dem OSI-Referenzmodell bildet. Die Schicht unmittelbar "oberhalb" der Physikalischen Schicht bzw. Bitübertragungsschicht ist die Datenlinkschicht bzw. Sicherungsschicht. Über die Schnittstelle 22 werden Ausgangsinformationen von der Datenlinkschicht zu der Datenmodulationseinheit 20 übertragen. Über die Schnittstelle 22 werden Eingangsdaten von dem Empfänger 18 zu der Datenlinkschicht übertragen.
Die Datenmodulationseinheit 20 umfasst eine Schaltungsanordnung, die von der Schnittstelle 22 empfangene Informationen in einen modulierten Strom von Impulsen umsetzt. Von dem Datenmodulator 20 können verschiedene Impulsmodulationsformen verwendet werden. Ein Modulationsschema, das verwendet werden kann, ist die Ein-Aus-Tastung, bei der das Vorhandensein bzw. das Fehlen von Impulsen die "Einsen" und die "Nul len" für digitale Informationen repräsentieren. In diesem Fall veranlasst die Datenmodulationseinheit 20, dass ein zur richtigen Bitzeit erzeugter Impuls eine "Eins" repräsentiert, oder veranlasst, dass das Fehlen eines Impulses eine "Null" repräsentiert. Bei einer anderen Ausführungsform wird die Impulsamplitudenmodulation angewandt, bei der die Amplitude eines Impulses einen digitalen Wert repräsentiert. Die Anzahl von Bits, die durch einen Impuls repräsentiert werden kann, hängt von dem Dynamikbereich und dem Signal-Rausch-Verhältnis, die verfügbar sind, ab. Das Datenmodulationsverfahren wird weiter unten näher beschrieben.
Der durch den Datenmodulator 20 erzeugte und durch den Sender 16 übertragene Impulsstrom wird mit einem Master-Takt, der der Taktsynchronisationsfunktion 34 zugeordnet ist, synchronisiert und in einem geeigneten Zeitschlitz gemäß einer Rahmendefinition, die durch die Framing-Steuereinheit 32 bereitgestellt wird, gesendet, wie weiter unten näher beschrieben wird. Um ein synchronisiertes Netz aufrechtzuerhalten, muss eine Einrichtung die Funktion eines Takt-Masters erfüllen und den Master-Takt für das Netz 10 aufrechterhalten.
Der Sender 16 ist vorzugsweise eine Breitband-Übertragungseinrichtung, die eine modulierte Ultrabreitband-Impulsstromausgabe von der Datenmodulationseinheit 20 erzeugt und den geformten, modulierten Ultrabreitband-Impulsstrom als Strom von elektromagnetischen Hochfrequenz(HF)-Impulsen über die Antenne 14 überträgt. Bei der bevorzugten Ausführungsform werden Daten über Impulse mit einer Anstiegszeit von 100 Picosekunden und einer Breite von 200 Picosekunden übertragen, was eine Bandbreite von etwa 2,5 GHz bis 5 GHz entspricht. Die Sendeverstärkungsregelung 21 umfasst vorzugsweise eine Leistungssteuerschaltung.
Die Antenne 14 umfasst einen Hochfrequenz-(HF)-Messwandler und ist sowohl für das Senden als auch für den Empfang strukturiert und konfiguriert. Während des Empfangs setzt die Antenne 14 HF-Impulse in entsprechende Spannungssignale um. Während des Sendens setzt die Antenne 14 einen elektrischen Strom, der Impulsinformationen enthält, in entsprechende Ultrabreitband-HF-Impulse um. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Antenne 14 als Masseebene-Antenne konfiguriert, die eine Kante bzw. einen Rand mit einem Kerben- oder Ausschnittabschnitt besitzt, der bei etwa 3,75 GHz mit einer Breitspektrum-Frequenz arbeitet. Die Struktur und die Konfiguration der Antenne 14 können variieren, um sich verschiedenen Frequenz-Spektralbereichen anzupassen. Die Antenne 14 kann alternativ eine "Dualantennen"-Konfiguration aufweisen, bei der das Senden und das Empfangen von verschiedenen Abschnitten oder Bereichen der Antenne 14 ausgehen.
Die Taktsynchronisationseinheit 34 umfasst eine Taktgeberfunktion (nicht gezeigt), die eine Taktgeber- oder Timing-Einrichtung (ebenfalls nicht gezeigt) unterhält. Der Taktgeber ist vorzugsweise eine herkömmliche spannungsgesteuerte Schwingquarzeinrichtung, die mit einem Mehrfachen der Bitrate für das System 10 arbeitet. Im Fall des Master-Transceivers 12a dient der Taktgeber in der Taktsynchronisationseinheit als Master-Taktgeber 13 (1) für das Netz 10. Wie oben angeführt worden ist, kann jeder Transceiver-Knoten 12a–12d als Master-Transceiver für das Netz dienen. In dem Empfänger 18 ist eine weiter unten näher beschriebene Taktwiedergewinnungsfunktion enthalten, bei der Timing-Informationen von dem Master-Takt wiedergewonnen werden.
Die Framing-Steuereinheit 32 umfasst eine Schaltungsanordnung, die die Operationen des Erzeugens und Wartens von Zeitrahmeninformationen bezüglich zu übertragender Daten ausführt. Die Framing-Steuereinheit 32 wird von dem als Master-Transceiver dienenden Transceiver-Knoten verwendet, indem die übertragenen Impulsinformationen in "Rahmen" zerlegt werden. Die Datenübertragung zwischen den mehreren Knoten-Transceivern 12a–12d wird vorzugsweise über ein Medium-Access-Control- bzw. Medienzugangssteuerungs-Protokoll, das eine Time-Division-Multiple-Access-(TDMA)- bzw. Zeitvielfachzugriffs-Rahmendefinition verwendet, ausgeführt.
In Abhängigkeit von der TDMA-Rahmendefinition werden Daten als kurze HF-Impulse übertragen und in diskrete Datenrahmen eingeteilt, wobei jeder Datenrahmen ferner in "Schlitze" unterteilt wird. Die Rahmendefinition wird den Transceivern 12a–12d von der Datenlinkschicht über die Schnittstelle 22 geliefert. Die DMA-Rahmendefinition ist durch die der Datenlinkschicht zugeordnete Medium-Access-Control-(MAC)-Subschicht-Software definiert. Die Framing-Steuereinheit 32 in dem Master-Transceiver 12a erzeugt und wartet Zeitrahmeninformationen durch Verwendung von "Rahmenbeginn"-(SOF, Start-Of-Frame)-Symbolen, die von den Slave-Transceivern 12a–12d dazu verwendet werden, die Rahmen in dem eingehenden Datenstrom zu identifizieren.
Im Allgemeinen umfasst der bevorzugte Empfänger 18 ein HF-Front-End-Modul 24, eine Impulserfassungseinheit 26 und eine Datendemodulationseinheit 28. Der Empfänger 18 erfasst von dem Sender erzeugte modulierte Ultrabreitbandimpulse. Die Empfängervorrichtung umfasst einen HF-Front-End-Abschnitt 28, eine Impulserfassungseinheit 26 und eine Datenwiedergewinnungseinheit 24. Eine ausführlichere Beschreibung des bevorzugten Empfängers der vorliegenden Erfindung wird weiter unten geliefert.
Der Transceiver 12 umfasst ferner eine Schaltungsanordnung, die Mittel zum Steuern bzw. Regeln der Verstärkung von empfangenen und gesendeten Signalen, die als Steuereinheiten 30 bzw. 21 gezeigt sind, schafft. Die Sendeverstärkungs-Steuereinheit 21 führt die Operation des Steuerns bzw. Regelns der Leistungsabgabe des Senders 12 aus, während die Empfangsverstärkungs-Steuereinheit 30 die Operation des Steuerns bzw. Regelns der Eingangsverstärkung des Empfängers 18 ausführt. Die optimierte Verstärkung für jede Steuereinheit ist von dem Maximieren der Leistungsanforderungen für Transceiver-Kommunikationen unter Minimieren des Energieverbrauchs jeder Steuereinheit abhängig.
Wie weiter unten ausführlicher besprochen wird, umfasst die physikalische Schicht des Systems 10 eine Übertragungseinrichtungseinheit 16 und eine Datenmodulationseinheit 20, die gemeinsam in der Lage sind, die Impulswiederholungsfrequenz und die Modulationstechnik für die Basisbandsignale zu modifizieren. Vorzugsweise sind die Übertragungseinrichtungseinheit 16 und die Datenmodulationseinheit 20 so ausgestaltet, dass sie das Modulationsschema für das Netz 10 durch Wechseln von der Ein-Aus-Tastung-Modulation zur Impulsamplitudenmodulation und umgekehrt modifizieren. Außerdem ist der Empfänger 18 in der Lage, die variable Impulswiederholungsfrequenz und die unterschiedlichen Modulationstechniken, die durch den Sender bzw. die Übertragungseinrichtungseinheit 16 erzeugt werden, zu erfassen.
In 3 ist ein beispielhafter TDMA-Rahmen gezeigt, der in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Der TDMA-Rahmen 50 ist eine beispielhafte Rahmenanordnung, die durch das Medium-Access-Control-(MAC)-Protokoll der vorliegenden Erfindung geliefert wird. Das MAC-Protokoll der vorliegenden Erfindung stellt Dienste an der MAC-Subschicht der Datenlinkschicht gemäß dem OSI-(Open Systems Interconnection)- Referenzmodell bereit. Die Logical-Link-Control-(LLC)- bzw. Verbindungsebene-Subschicht ist der (obere) Abschnitt der Datenlinkschicht und stellt virtuelle Verbindungsdienste für die Netzschicht (network layer) bzw. Vermittlungsschicht des OSI-Referenzmodells bereit. Das Datenübertragungs-Framing für die Transceiver 12a–12d wird durch das in jedem Transceiver an dem Netz ausgeführte MAC-Protokoll besorgt. Das MAC-Protokoll stellt eine TDMA-Rahmendefinition und eine Framing-Steuerfunktion bereit. Die TDMA-Architektur teilt die Datenübertragungszeit in diskrete Daten-"Rahmen" ein. Rahmen sind ferner in "Schlitze" unterteilt.
Der TDMA-Rahmen 50 ist eine beispielhafte Rahmenanordnung, die durch das MAC-Schicht-Protokoll der vorliegenden Erfindung geliefert wird. Im Allgemeinen bildet die MAC-Schicht der vorliegenden Erfindung den Master-Transceiver 12 mit den Funktionen und Routinen zum Ausführen der Operation des Managens jedes TDMA-Rahmens 50, der in dem Netzsystem 10 übertragen wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform umfasst der TDMA-Rahmen 50 einen Rahmenbeginnabschnitt 52, einen Befehlsabschnitt 54 und einen Datenschlitzabschnitt 56. Der Datenschlitzabschnitt 56 ist ferner in mehrere Datenschlitze 60a bis 60n unterteilt.
Die Architektur der TDMA-Rahmendefinition 50 liefert isochrone Datenkommunikationen zwischen dem Master-Transceiver 12a und den Slave-Transceivern 12b–12d. Fachleute sollten wissen, dass sich isochrone Datenkommunikationen auf Prozesse beziehen, bei denen Daten in einem bestimmten zeitlichen Abhängigkeitsverhältnis geliefert werden müssen. Die isochrone Datenkommunikation wird durch die Rahmendefinition 50 unterstützt, indem Übertragungszeit gemeinsam genutzt wird, damit jedem Transceiver 12a–12d das Übertragen von Daten während eines spezifischen, zugeteilten Zeitschlitzes ermöglicht wird.
Die asynchrone Kommunikation wird ebenfalls durch die Rahmendefinition 50 unterstützt. Fachleute sollten wissen, dass sich asynchrone Datenkommunikationen auf Kommunikationen beziehen, bei denen Daten intermittierend anstatt in einem stetigen Strom übertragen werden können. Innerhalb des TDMA-Rahmens kann der Schlitz mittels einer Technik wie etwa Mehrfachzugriff mit Kollisionsvermeidung (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, CSMA-CA) einem direkten bzw. wahlfreien Zugriff zugewiesen werden. Für den beispielhaften CSMA-CA-Fall erzeugt der Master 12a einen Schlitz, der als Direktzugriffsschlitz zu verwenden ist. Der Master 12a kommuniziert dann durch den Befehlsschlitz mit allen zu einem Direktzugriff fähigen Einrichtungen, denen dieser Schlitz nun für einen Direktzugriff verfügbar ist. Der Master 12a überträgt außerdem den Beginn und die Länge des Befehlsschlitzes. Der Direktzugriffsschlitz könnte beispielsweise für alle Internetprotokoll-(IP)-Einrichtungen verwendet werden, so dass alle IP-fähigen Einrichtungen durch bloße Verwendung des für IP-Verkehr reservierten Direktzugriffsschlitzes hören und senden würden. Jede IP-Einrichtung an dem Netz hört diesen Schlitz ab. Wenn in diesem Schlitz für eine bestimmte Anzahl von Rahmen keine Kommunikation erfasst wird, wird dieser Kanal als "frei" betrachtet. Eine Einrichtung, die zu senden wünscht, wartet, bis der Kanal frei ist, bevor sie erneut sendet, und startet dann die Paketübertragung durch Senden an den Direktzugriffsschlitz für jeden Rahmen, bis die Übertragung abgeschlossen ist. Zur Kollisionsvermeidung sind auf dem Fachgebiet mehrere Schemata bekannt.
Der Rahmenbeginnabschnitt 52 umfasst einen Synchronisationsschlitz 58 und einen Zeitstempelschlitz 59. Der Synchronisationsschlitz 58 identifiziert den Beginn jedes neuen TDMA-Rahmens und synchronisiert den Master-Transceiver 12a mit dem Slave-Transceiver 12b bis 12d. Der Synchronisationsschlitz 58 von dem Master-Transceiver 12a umfasst einen Master-Synchronisationscode, der wenigstens einmal pro Rahmen erzeugt wird. Vorzugsweise umfasst der Master-Synchronisationscode ein eindeutiges Bitmuster, das den Master-Transceiver als Übertragungsquelle identifiziert, wobei dem Master-Takt in der Taktsynchronisationseinheit des Master-Transceivers Zeitinformationen zugeordnet sind. Als nicht einschränkendes Beispiel verwendet der Master-Synchronisationscode einen "0111111110" umfassenden 10-Bit-Code. Vorzugsweise wird die Master-12a-Synchronisation mit Ein-Aus-Tastung ausgeführt, wobei die 1-en durch Vollamplitudenimpulse repräsentiert sind und die 0-en durch Ausbleiben von Impulsen repräsentiert sind.
Um zu garantieren, dass der Master-Synchronisationscode innerhalb des Synchronisationsschlitzes 58 nicht anderswo in der Datenfolge des TDMA-Rahmens 50 erscheint, können verschiedene an sich bekannte Codierschemata verwendet werden. Ein übliches Codierschema ist die 4B/5B-Codierung, bei der 4-Bit-Werte als ein 5-Bit-Wert codiert werden. Mehrere Kriterien oder "Regeln", die bei einer 4B/5B spezifiziert sind, wie etwa jene, dass "jeder codierte 5-Bit-Wert nicht mehr als drei Einsen oder drei Nullen enthalten darf", und jene, dass "jeder codierte 5-Bit-Wert nicht mit drei Einsen oder drei Nullen enden darf", stellen sicher dass ein Impulsstrom keinen Strang von sechs oder mehr Einsen oder Nullen besitzt. Für den Master-Synchronisationscode können weitere an sich bekannte Codiertechniken einschließlich des Bitstopfens oder des Nullenauffüllens angewandt werden.
Der Zeitstempelschlitz 59 umfasst ein Bitfeld, das durch einen Zeitstempelzähler (nicht gezeigt) in dem Master-Transceiver 12a inkrementiert wird. Der Zeitstempelschlitz wird von dem Master-Transceiver 12a und den Slave-Transceivern 12b bis 12d dazu verwendet, die Zuweisung von Schlitzparametern oder deren Änderungen zu koordinieren. Der Zeitstem pelschlitz 59 ermöglicht dem Master 12a ein dynamisches Neuzuweisen der Datenschlitzzeit und -längenparameter. Im Betrieb bestimmt der Master 12a ein vorgegebenes Zeitintervall, das für die Modifikation der Datenschlitzzeit und/oder der Datenschlitzlänge zu den Slave-Transceiver erforderlich ist. Außerdem plant der Master für jede teilnehmende Slave-Einrichtung das Durchführen des Schaltens auf die neue Zeit/Länge zu einer spezifischen Zeit, die durch einen in dem Zeitstempelschlitz 59 residenten Zeitcode geliefert wird.
Der Befehlsabschnitt 54, der eine zwischen den Transceivern 12a bis 12d des Netzes ausgetauschte Protokollnachricht enthält, wird von dem Master-Transceiver 12a zum Managen von Netzkommunikationen verwendet. Der Fluss von Protokollnachrichten in dem Befehlsschlitz 42 kann beispielsweise durch eine Folgenneuübertragungsanforderungs-(sequence retransmission request)- oder "SRQ"-Protokollschema geregelt werden, wobei die Bestätigung von Protokolltransaktionen auf den Abschluss einer gesamten Protokollfolge hin geliefert wird.
Die Datenschlitze 60a bis 60n werden durch den Master-Transceiver 12a an anfordernde Slave-Transceiver 12b bis 12d zugewiesen. Die Datenschlitze 60a bis 60n sind ferner so strukturiert und konfiguriert, dass sie dynamisch beschaffen sind, und erlauben das Neuzuweisen der relativen Beginnzeit und der Länge der Datenschlitze 60a bis 60n innerhalb des Datenschlitzabschnitts 56 des Rahmens 50. Diese Anordnung bzw. Beschaffenheit ermöglicht dem Master-Transceiver 12a das dynamische Managen der Nutzung des Datenschlitzabschnitts 56, um die Bandbreitenfähigkeiten des Transportmediums des Netzes und der Transceiver des Netzes zu optimieren. Somit kann der Master-Transceiver 12a einem Slave-Transceiver, der eine breitere Bandbreite verwenden kann, einen breiteren Datenschlitz zuteilen. Umgekehrt kann der Master-Transceiver 12a einem Slave-Transceiver, der begrenztere Bandbreitenfähigkeiten besitzt, einen schmäleren Datenschlitz zuteilen. Die Granularität für die Datenschlitze 60a bis 60n ist ein (1) Bit. Die Granularität für die Datenschlitze 60a bis 60n wird durch den Master-Transceiver 12a zugewiesen.
Jeder Datenschlitz 60a bis 60n besitzt einen entsprechenden Datensynchronisations-Unterschlitz 62a bis 62n und einen Datennutzlast-Unterschlitz 64a bis 64n. Die Datennutzlast 64a bis 64n enthält die codierten aktuellen Daten oder Bitinformationen, die von dem Quellen-Transceiver zu dem Ziel-Transceiver gesendet werden. Die Datensynchronisations-Unterschlitze 62a bis 62n werden von jedem Transceiver dazu verwendet, Zeitsynchronisationssignale an entsprechende Ziel-Transceiver zu liefern, um Ausbreitungsverzögerungen zwischen den Quellen- und Ziel-Transceivern in Einklang zu bringen. Ausbreitungsverzögerungen variieren in der Länge in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen dem Quellen- und den Ziel-Transceivern. Wie oben beschrieben worden ist, liefert der Master-Synchronisationscode Zeitsteuersignale, um den Slave-Transceivern zu ermöglichen, sich auf den Master-Takt des Master-Transceivers 12a zu synchronisieren. Ähnlich sind die Symbole innerhalb des Datensynchronisations-Unterschlitzes 62a bis 62n Symbole, die den Ziel-Slave-Transceivern ermöglichen, sich mit Hilfe ähnlicher Synchronisationsalgorithmen wie etwa Phasenversatzdetektoren und Phasenversatz-Controllern auf entsprechende Qeullen-Slave-Transceiver zu synchronisieren. Eine korrekte Quellen-Transceiver-Synchronisation ist grundlegend für einen zuverlässigen Datenkommunikationsaustausch zwischen den Slave-Transceivern.
Jeder Datenschlitz 60a bis 60n besitzt eine entsprechende Schlitzbeginnzeit 66a bis 66n und eine entsprechende Schlitzlänge 68a bis 68n. Die Schlitzbeginnzeit 66a bis 66n entspricht der Zeitposition innerhalb des Datenschlitzabschnitts 56 des Rahmens, an welchem Punkt die Einrich tung ihre Übertragung beginnt. Die ab der Schlitzbeginnzeit gemessene Schlitzlänge 68a bis 68n liefert die Zeitposition innerhalb des Rahmens, an der die Übertragung für den Datenschlitz für jeden Rahmen beendet wird. Die Schlitzlängen 68a bis 68n entsprechen der Bandbreite, die den Einrichtungen innerhalb des Datenschlitzabschnitts 56 des Rahmens zugeteilt worden ist, und können durch den Master-Transceiver 12a zugewiesene veränderliche Längen sein.
Die Framing-Steuereinheit 32 in den Slave-Transceivern 12b bis 12d bilden Framing-Mittel wie etwa lokale Zähler, Korrelationseinrichtungen, PLL-Funktionen sowie Phasenversatzdetektoren und Phasenversatz-Controller, die eine Wiederherstellung der Rahmensynchronisation zwischen den Slave-Transceivern 12b bis 12d und dem Master-Transceiver 12a ermöglichen, wenn die Größe oder Länge des Rahmens 50 durch den Master-Transceiver 12a verändert wird.
Wenn wiederum auf 1 sowie auf 3 Bezug genommen wird, arbeitet jede Einrichtung als Zustandsmaschine bzw. endlicher Automat mit wenigstens drei Zuständen: Offline, online und in Eingriff. Jeder Slave-Transceiver hält seinen Zustand aufrecht und verfolgt diesen, indem er seine Zustandsinformationen intern, gewöhnlich in dem Direktzugriffsspeicher RAM) (nicht gezeigt) oder anderen an sich bekannten Speichermitteln, speichert. Der Zustand jedes Slave-Transceivers wird ferner durch den Master-Transceiver 12a aufrechterhalten und verfolgt, indem er die Zustände der Slaves in einer Master-Tabelle, die auf dem Fachgebiet wohlbekannt und in dem RAM gespeichert ist, speichert.
Jeder Slave-Transceiver muss mit dem Master-Transceiver 12 zuerst registriert werden, bevor der Slave-Transceiver in die Datenkommunikation mit den anderen Slave-Transceivern des Netzes eingreifen kann. Sobald ein Transceiver als "online" betrachtet wird, ist er bereit zur Kommunikation. Ein Slave-Transceiver, der in dem "Online"-Zustand ist, ist bereit zum Senden oder Empfangen von Daten von den anderen Einrichtungen an dem Netz 10. Außerdem ist ein Slave-Transceiver dann in dem "Online"-Zustand, wenn er momentan nicht in die Kommunikation mit anderen Slave-Transceivern eingreift. Ein Slave-Transceiver ist "in Eingriff", wenn der Transceiver momentan mit einem oder mehreren Slave-Transceivern kommuniziert. Wenn beispielsweise ein Quellen-Slave-Transceiver Audiosignaldaten an einen Ziel-Slave-Transceiver überträgt, sind sowohl der Quellen- als auch der Ziel-Slave-Transceiver "in dem "Eingriffs"-Zustand.
Die Slave-Transceiver 12b bis 12d verwenden den Befehlsschlitz zum Anfordern einer Datenübertragung und zum Angeben ihres Einschalt-(Online)-Zustandes, Eingriffszustandes oder Abschalt-(Offline)-Zustandes. Die Datenschlitze werden für die Datenübertragung zwischen den Knoten-Transceivern des Netzes verwendet. Im Allgemeinen ist jede Übertragungseinrichtung der Netze einem oder mehreren entsprechenden Datenschlitzen innerhalb des Rahmens zugeteilt, in denen die Einrichtung Daten direkt zu anderen Slave-Transceivern übertragen kann, ohne eines "Speichern- und Weiterleiten"-Schemas, wie es gegenwärtig im Stand der Technik verwendet wird, zu bedürfen.
In 4 ist ein Blockschaltplan des Übertragungseinrichtungssystems der vorliegenden Erfindung gezeigt, der entweder in einem Master-Transceiver oder in einem Slave-Transceiver verwendet werden kann. Das Übertragungseinrichtungssystem 70 umfasst eine Datenmodulationseinheit 20, die mit einer Übertragungseinrichtung bzw. einem Sender 16 gekoppelt ist, eine Sendeverstärkungs-Steuereinheit 21, die ebenfalls mit dem Sender 16 gekoppelt ist, und eine Antenne 14, die Signale von dem Sender 16 zur Übertragung über die Antenne 14 empfängt. Die Datenmodulationseinheit 20 umfasst ferner ein Impulsamplitudenmodulations-Modul 72, ein Impulswiederholungsfrequenz-Modul 74 und ein Übertragungs- bzw. Sendemodul 76. Das Impulswiederholungsfrequenz-Modul ist so ausgestaltet, dass es dem Übertragungseinrichtungssystem 70 eine variable Impulswiederholungsfrequenz bereitstellt. Das Impulsamplitudenmodulations-Modul ist so ausgestaltet, dass es Modulationstechniken bereitstellt, bei denen die Amplitude für Impulse in Abhängigkeit von dem durch den impulsamplitudenmodulierten Impuls repräsentierten Wert variiert werden kann. Das Übertragungsmodul 76 steht mit dem Impulsamplitudenmodul 72 und dem Impulswiederholungsfrequenz-Modul 74 in direkter Kommunikation. Das Impulsamplitudenmodulations-Modul 72 ist mit dem Amplitudensteuersystem 75 gekoppelt. Das Impulsamplitudenmodulations-Modul 72, das Amplitudensteuersystem 75 und das Impulswiederholungsfrequenz-Modul 74 werden weiter unten näher beschrieben. Vorzugsweise ist die Datenmodulationseinheit 20 so ausgestaltet, dass sie einen digitalen Strom von Impulsdaten erzeugt. Vorzugsweise umfasst der durch die Datenmodulationseinheit 20 erzeugte digitale Strom von Impulsdaten ein Übertragungsmodul, das so ausgestaltet ist, dass es einen Taktimpuls erzeugt, während das Impulsamplitudenmodulations-Modul so ausgestaltet ist, dass es einen Datenstrom für eine gewünschte Impulsamplitude erzeugt.
Das Übertragungsmodul 76 verschafft die Fähigkeit, zwischen unterschiedlichen Modulationstechniken wie etwa der Impulsamplitudenmodulation (PAM, pulse amplitude modulation) und der Ein-Aus-Tastung (OOK, on-off keying) zu unterscheiden. Wenn das Übertragungsmodul erfasst, dass ein Signal durch OOK moduliert ist, wird das OOK-Signal direkt zu dem Sender 16 übertragen. Wenn das Übertragungsmodul erfasst, dass ein Signal durch PAM moduliert ist, wird das Sendesignal zu dem PAM-Modul 72 übertragen.
Außerdem kommuniziert das Übertragungsmodul 76 mit einem Impulswiederholungsfrequenz-Modul 72. Vorzugsweise sind die Sendeimpulse digitale Taktimpulse, die mit der bestimmten Impulswiederholungsfrequenz übertragen werden. Das Impulswiederholungsfrequenz-Modul 72 übt die Funktion des Veränderns der Impulswiederholungsfrequenz und der entsprechenden Bitrate für Kommunikationen aus. Die Bitrate wird in Abhängigkeit von Umgebungs- und Netzanforderungen verändert. Ein weiterer durch das Impulswiederholungsfrequenz-Modul 72 verschaffter Vorteil ist, dass das Ausmaß an durch die Basisband-Übertragungseinrichtung erzeugter Interferenz reduziert wird, indem die Impulswiederholungsrate der Basisband-Übertragungseinrichtung periodisch modifiziert wird.
Das Übertragungsmodul 76 erzeugt die Sendeimpulssignale, die an das Impulsgeneratorsystem 78 der Übertragungseinrichtung bzw. des Senders 16 übertragen werden. Die Sendeimpulse sind digitale Taktimpulse, die mit einer bestimmten Impulswiederholungsfrequenz übertragen werden. Außerdem verschafft das Übertragungsmodul 76 die Fähigkeit, zwischen unterschiedlichen Modulationstechniken wie etwa der Impulsamplitudenmodulation (PAM, pulse amplitude modulation) und der Ein-Aus-Tastung (OOK, on-off keying) zu unterscheiden. Wenn das Übertragungsmodul erfasst, dass ein Signal durch OOK moduliert ist, wird das OOK-Signal direkt zu dem Transistor-Ansteuerungssystem 79 übertragen. Wenn das Übertragungsmodul erfasst, dass ein Signal durch PAM moduliert ist, wird das Sendesignal zu dem PAM-Modul 72 übertragen.
Die Modulationstechnik für den durch den Datenmodulator 20 erzeugten Impulsstrom wird mit dem Master-Takt 13, der der Taktsynchronisationseinheit 34 zugeordnet ist, synchronisiert und in einem geeigneten Zeitschlitz gemäß einer durch die Framing-Steuereinheit 32 bereitgestellten Rahmendefinition gesendet. Um ein synchronisiertes Netz aufrechtzuerhalten, muss eine Einrichtung die Funktion als Takt-Master erfüllen und den Master-Takt 13 für das Netz 10 aufrechterhalten.
Von der Datenmodulationseinheit 20 können verschiedene Impulsmodulationsformen verwendet werden. Im einfachsten Fall wird die Ein-Aus-Tastung verwendet, bei der das Vorhandensein und das Fehlen von Impulsen die "Einsen" bzw. die "Nullen" für digitale Informationen repräsentieren. In diesem typischen Fall veranlasst die Datenmodulationseinheit 20, dass ein zur richtigen Bitzeit erzeugter Impuls eine "Eins" repräsentiert, oder veranlasst, dass das Fehlen eines Impulses eine "Null" repräsentiert.
Ein weiteres Modulationsverfahren, das verwendet werden kann, ist die Impulsamplitudenmodulation, bei der die Amplitude eines Impulses durch einen digitalen Wert repräsentiert wird. Das Amplitudensteuersystem 75 empfängt Datensignale von dem Impulsamplitudenmodul 72, wobei die Datensignale Daten über die gewünschte Impulsamplitude, die durch das Amplitudensteuersystem 75 erzeugt werden soll, liefern. Zwei beispielhafte Amplitudensteuersysteme, die weiter unten ausführlicher beschrieben werden, umfassen einen Verstärker mit variabler Verstärkung und einen Dämpfer.
In 5a sowie in 4 ist ein Blockschaltplan des Impulsgeneratorsystems für die Ultrabreitband-Übertragungseinrichtung gezeigt. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung ein Basisband- Signalgenerator, der ein Ausgangs-HF-Signal aus digitalen Datenimpulsen erzeugt. Der Basisband-Signalgenerator der vorliegenden Erfindung umfasst eine Pull-up-Schaltung und eine Pull-down-Schaltung, die das HF-Basisband-Ausgangssignal erzeugen, das der Form der der Antenne 14 zugeordneten Filter-Übertragungsfunktion nahe kommt. Die Pull-up-Schaltung umfasst ein Impulsgeneratorsystem 78 und ein Ansteuerungssystem 79, die positive ausgehende Signalhübe bzw. Signalauslenkungen und negative ausgehende Signalhübe erzeugen. Die Zusammensetzung aus den positiven ausgehenden Signalhüben und den negativen ausgehenden Signalhüben erzeugen das HF-Ausgangs-Basisbandsignal, das der Form der der Antenne 14 zugeordneten Filter-Übertragungsfunktion nahe kommt.
Als nicht einschränkendes Beispiel kann das Ausgangs-Basisbandsignal eine Spektralgehalt- bzw. Spektralanteil-Bandbreite besitzen, die mit der Filterbandbreite von 2,5 GHz bis 5,0 GHz übereinstimmt. Es sei angemerkt, dass bei der bevorzugten Ausführungsform das Filter eine Antenne ist, die Signale zwischen 2,5 GHz und 5,0 GHz überträgt.
Wie oben beschrieben worden ist, umfassen die Pull-up-Schaltungen und Pull-down-Schaltungen außerdem ein Impulsgeneratorsystem 78. Als nicht einschränkendes Beispiel umfasst das Impulsgeneratorsystem vier Impulsgeneratoren 80, 82, 84 und 86. Im Betrieb präsentiert das Impulsgeneratorsystem 78 dem einen oder den mehren Impulsgeneratoren die ansteigende Flanke eines Eingangs-Sendeimpulses 88. Das Impulsgeneratorsystem erzeugt Ausgangssignale, die dem Ansteuerungssystem als Pull-up-Anschaltesignale 90, Pull-up-Abschaltesignale 92, Pull-down-Anschaltesignale 94 und Pull-down-Abschaltesignale 96 präsentiert werden.
Vorzugsweise umfasst jeder typische Impulsgenerator vier Paare gekoppelter Flankenverzögerungsschaltungen, die miteinander gekoppelt sind. Beispielhalber umfasst der Impulsgenerator 80 Flankenverzögerungsschaltungen 98 bis 112, die paarweise arbeiten. Vorzugsweise ist der Impulsgenerator 80 aus vier (4) Paaren von Flankenverzögerungsschaltungen zusammengesetzt, wobei jedes Flankenverzögerungsschaltungspaar eine Flankenverzögerungsschaltung, die eine voreilende Flanke erzeugt, und eine Flankenverzögerungsschaltung, die eine nacheilende Flanke erzeugt, umfasst. Beispielshalber umfasst das erste Flankenverzögerungsschaltungspaar in dem Impulsgenerator 80 eine erste Flankenverzögerungsschaltung 98, die die voreilende Flanke für das verzögerte Impulssignal erzeugt, und die zweite Flankenverzögerungsschaltung 100, die die nacheilende Flanke für das verzögerte Impulssignal erzeugt. Fachleute, die einen Nutzen aus dieser Offenbarung ziehen, werden erkennen, dass jedes Flankenverzögerungsschaltungspaar die voreilende und die nacheilende Flanke für jedes verzögerte Impulssignal erzeugt. Insbesondere kann jede Flankenverzögerungsschaltung eine geschaltet Kondensatorbank umfassen, die eine programmierbare Flankenverzögerung bereitstellt. Fachleute, die einen Nutzen aus dieser Offenbarung ziehen, werden erkennen, dass die Ausgaben jedes Flankenverzögerungsschaltungspaars kombiniert werden, um so eine zusammengesetzte Folge von verzögerten Ausgangsimpulsen für den Impulsgenerator 80 zu erzeugen. Jeder der restlichen Impulsgeneratoren 82, 84 und 86 erzeugt ebenfalls jeweils eine zusammengesetzte Folge von verzögerten Ausgangsimpulsen. Die verzögerten Ausgangsimpulse von den Impulsgeneratoren 80, 82, 84 und 86 werden dem Ansteuerungssystem 79 als Pull-up-Anschaltesignale 90 (identifiziert als Pon), Pull-up-Abschaltesignale 92 (identifiziert als Poff), Pull-down-Anschaltesignale 94 (identifiziert als Non) und Pull-down-Abschaltesignale 96 (identifiziert als Noff) präsentiert. Das Ansteuerungssystem 79 kombiniert diese Pull-up-Anschaltesignale 90, Pull-up-Abschaltesignale 92, Pull- down-Anschaltesignale 94 und Pull-down-Abschaltesignale 96, um eine Wellenform zu erzeugen, die zu der Antenne 14 übertragen wird.
In 5b ist ein veranschaulichendes Beispiel eines Transistor-Ansteuerungssystems für die Ultrabreitband-Übertragungseinrichtung gezeigt. Das Transistor-Ansteuerungssystem kombiniert und verstärkt die durch das Impulsgeneratorsystem erzeugten Signale, um einen geformten, modulierten Impulsstrom zur Übertragung durch die Antenne 14 zu erzeugen. Vorzugsweise ist das Ansteuerungssystem außerdem mit dem Impulsamplitudenmodulations-Modul funktional gekoppelt. Das Ansteuerungssystem empfangt die Pull-up-Schaltung, die den positiven ausgehenden Signalhub erzeugt, umfasst einen bipolaren PNP-Transistor 120. Der PNP-Transistor 120 ist ein Pull-up-Transistor in einer gewöhnlichen Emitterkonfiguration, der an seiner Basis 122 die Pull-up-Signale empfängt. Im Allgemeinen sind die Pull-up-Signale eine Kombination aus den Pon-Signalen 90 und den Noff-Signalen 96. Die Pull-down-Schaltung, die den negativen ausgehenden Signalhub erzeugt, umfasst einen bipolaren NPN-Transistor 124. Der NPN-Transistor 124 ist ein Pull-down-Transistor in einer gewöhnlichen Emitterkonfiguration, der an seiner Basis 126 die Pull-down-Signale empfängt. Im Allgemeinen sind die Pull-down-Signale eine Kombination aus den Poff-Signalen 92 und den Non-Signalen 94. Die Ausgänge der bipolaren Transistoren sind mit der Last 128 kapazitiv gekoppelt.
Vorzugsweise arbeitet das durch den Signalgenerator erzeugte Ausgangssignal zwischen 2,5 GHz und 5,0 GHz. Bei diesen Betriebsfrequenzen verhindert die Basis-Emitter-Kapazität an jedem Transistor 120 und 124, dass die bipolaren Transistoren schnell abschalten bzw. sperren. Um ein schnelles Sperren des PNP-Transistors 120 und des NPN-Transistors 124 sicherzustellen, erzeugt der Transistor der vorliegenden Erfindung "Ab schalt"-Signale, die den Transistoren 120 und 124 präsentiert werden und als Poff-Signale 92 und Noff-Signale 96 dargestellt sind. Die Abschaltsignale entladen die Basis-Emitter-Kapazität an jedem Transistor 120 und 124. Das Entladen der Basis-Emitter-Kapazität sperrt die Transistoren. Außerdem können "Anschalt"-Signale erzeugt werden, ohne gleichzeitig die "Abschalt"-Signale erzeugen zu müssen, wenn wenig oder keine kapazitive Basis-Emitter-Last vorhanden ist.
In 6a sowie in 5a und 5b ist ein Verfahren zum Einsetzen des Impulsgenerator- und Transistor-Ansteuerungssystems aus 5a bzw. 5b gezeigt. Das Verfahren 150 umfasst einen Prozess 50, in dem der Eingangs-Sendeimpuls 88 zur Übertragung zu dem Impulsgeneratorsystem 78 übertragen wird.
Das Verfahren geht dann zu dem Prozessblock 154 weiter, wo durch eine Pull-Schaltung bzw. Ziehschaltung positive Signalhübe erzeugt werden. Das Impulsgeneratorsystem 78 umfasst mehrere Impulsgeneratoren 82, 82, 84 und 86, die Pull-up-Anschaltesignale 90 (identifiziert als Pon), Pull-up-Abschaltesignale 92 (identifiziert als Poff), Pull-down-Anschaltesignale 94 (identifiziert als Non) bzw. Pull-down-Abschaltesignale 96 (identifiziert als Noff) erzeugen. Die positiven Signalhübe werden vorzugsweise durch einen bipolaren PNP-Tranistor 120 erzeugt. Der PNP-Transistor ist ein Pull-up-Transistor in einer gewöhnlichen Emitterkonfiguration, der an seiner Basis 122 die Pull-up-Signale empfangt. Im Allgemeinen sind die Pull-up-Signale eine Kombination aus den Pull-up-Anschalte-(Pon)-Signalen 90 und den Pull-down-Abschaltesignalen (Noff) 96. Das Verfahren geht dann zu dem Prozess 156 weiter.
In dem Prozess 156 werden durch eine Pull-down-Schaltung negative Signalhübe erzeugt. Die Pull-down-Schaltung, die den negativen ausgehen den Signalhub erzeugt, umfasst einen bipolaren NPN-Transistor 124. Der NPN-Transistor 124 ist ein Pull-down-Transistor in einer gewöhnlichen Emitterkonfiguration, der an seiner Basis 126 die Pull-down-Signale empfängt. Im Allgemeinen sind die Pull-down-Signale eine Kombination aus den Pull-up-Abschalte-(Poff)-Signalen 92 und den Pull-down-Anschalte(Non)-Signalen 94. Das Verfahren geht dann zu dem Prozess 158 weiter.
In dem Prozess 158 werden die positiven und negativen Signalhübe kombiniert, um ein Basisbandsignal zu erzeugen. Vorzugsweise werden die positiven und negativen Signalhübe durch das Ansteuerungssystem 79 kombiniert und verstärkt, um einen HF-Impulsstrom zu erzeugen. Das Verfahren geht dann zu dem Prozess 160 weiter.
In dem Prozess 160 wird der HF-Impulsstrom von dem Prozess 158 zur Übertragung an eine Antenne 14 übertragen. Vorzugsweise ist der HF-Impulsstrom ein Basisbandsignal in einem Dublett, wie in 6b gezeigt ist.
In 7 ist ein Blockschaltplan eines Impulswiederholungsfrequenz-Moduls und eines Impulsamplitudenmodulations-Moduls gezeigt, der in der Medium-Access-Control-(MAC)-170-Schicht der Übertragungseinrichtung der vorliegenden Erfindung resident ist. Im Allgemeinen ist die MAC 170 an der Datenlinkschicht vorgesehen, die sich zwischen der Netzschicht und der Physikalischen Schicht des OSI-Referenzmodells befindet. Die MAC 170 der vorliegenden Erfindung stellt die Schaltungsanordnung zum Variieren der Impulswiederholungsfrequenz bereit.
Die MAC 170 umfasst eine integrierte Schaltung oder eine ähnliche Hardwareeinrichtung, die die hier beschriebenen Funktionen bereitstellt. Fachleute werden erkennen, dass manche MAC-Dienste durch Software ausgeführt sein können. Die hier implementierten MAC-Funktionen beziehen sich auf jene durch Hardware ausgeführten MAC-Funktionen, die für die vorliegende Erfindung einmalig sind. Die MAC-Hardware umfasst eine Taktsynchronisationsfunktion 34 (2), die mit mehreren Frequenzteilern 174, 176, 178 und 180 gekoppelt ist, wobei jeder Frequenzteiler ausgestaltet ist, um die Taktgeschwindigkeit herunterzuteilen. Mit den Frequenzteilern 174, 176, 178 bzw. 180 sind mehrere Schlitzzuteilungseinheiten 182, 184, 186 und 188 mit unterschiedlichen Impulswiederholungsfrequenzen und unterschiedlichen Modulationstechniken gekoppelt. Jede Schlitzzuteilungseinheit 182 bis 188 ist mit einer Multiplexer/Demultiplexer-Einheit 190 funktional gekoppelt, die mit einer Schnittstelle zur Physikalischen Schicht 192 funktional gekoppelt ist.
Die Taktsynchronisationsfunktion 34 ist ausgestaltet, um einen lokalen Takt an der Übertragungseinrichtung auf den Master-Transceiver-12a-Takt 13 zu synchronisieren. Die Taktsynchronisationsfunktion 34 erzeugt einen sehr schnellen Takt, der einem Mehrfachen der höchsten Impulswiederholungsfrequenz, die von der Übertragungseinrichtung der vorliegenden Erfindung unterstützt wird, entspricht. Jeder programmierbare Frequenzteiler 174 bis 180 ist in der Lage, eine veränderliche Impulswiederholungsfrequenz zu erzeugen, indem er den der Taktsynchronisationsfunktion 34 zugeordneten sehr schnellen Takt herunterteilt.
Jede Schlitzzuteilungseinheit 182 bis 188 kann eine unterschiedliche Impulswiederholungsfrequenz und eine unterschiedliche Modulationstechnik besitzen. Vorzugsweise besitzt jede Schlitzzuteilungseinheit 182 bis 188 außerdem einen üblichen, ungeteilten Takt (nicht gezeigt), der als Referenz zum Auszählen des Beginnortes jedes Schlitzes auf der Grundlage einer einheitlichen Zeitbasis dient. Außerdem ist jede Schlitzzuteilungseinheit 182 bis 188 so programmiert, dass sie der physikalischen Schicht einen Symbol- bzw. Zeichenstrom bereitstellt und Datenimpulse und Taktinformationen mit der geeigneten Impulswiederholungsfrequenz überträgt.
Des Weiteren stellt jede Schlitzzuteilungseinheit 182 bis 188 Daten in der geeigneten Datenbreite bereit, um unterschiedliche Modulationstechniken zu unterstützen. Beispielhalber werden für die Ein-Aus-Tastung Daten mit einer Rate von einem Bit pro Taktzyklus geliefert. Außerdem stellt die Modulationstechnik für ein impulsamplitudenmoduliertes Signal mit vier (4) Pegeln zwei Bits bereit, die pro Taktzyklus übertragen werden. Für impulsamplitudenmodulierte Signale mit acht (8) Pegeln stellt die Modulationstechnik drei Bits bereit, die pro Taktzyklus übertragen werden.
Im Betrieb besitzt jede Schlitzzuteilungseinheit eine zugeordnete Beginnzeit, eine zugeordnete Länge und eine zugeordnete Modulationstechnik. Wenn die Beginnzeit eintritt, übernimmt die Schlitzzuteilungseinheit die Kontrolle der physikalischen Schicht durch Kommunikationen mit dem Multiplexer/Demultiplexer 190. Jede Schlitzzuteilungseinheit liefert Datensignale, die die richtige Breite und die richtige Impulswiederholungsfrequenz haben, in Form einer Datensteuerung und eines Taktes. Am Ende eines beispielhaften Schlitzes, das durch die Schlitzlänge bestimmt ist, gibt die Schlitzzuteilungseinheit die Steuerung preis, wobei die folgende Schlitzzuteilungseinheit die Gelegenheit hat, während ihrer jeweiligen bezeichneten Sendezeit die Steuerung zu übernehmen. Fachleute werden erkennen, dass die in dieser Erfindung beschriebene Schlitzzuteilungseinheit nicht auf isochrone Kommunikationen, wie sie oben beschrieben worden sind, begrenzt ist.
Außerdem werden Fachleute, die einen Nutzen aus dieser Offenbarung ziehen, erkennen, dass die Daten und Taktinformationen, die durch die MAC 170 an die physikalische Schicht geliefert werden, dem Impulsgene ratorsystem 78 und dem Ansteuerungssystem 79 zugeführt werden, die die richtige Wellenform zu der geeigneten Zeit und mit der geeigneten Amplitude erzeugen.
Der Multiplexer/Demultiplexer 190 führt die Operation des Mischens der ausgehenden Datenströme von den Schlitzzuteilungseinheiten 182 bis 188 zu einem einzigen Signal, das zu dem Übertragungsmodul 76 und dann zu dem Impulsgeneratorsystem 78 und dem Ansteuerungssystem 79 gesendet wird, aus.
In 8a ist ein Blockschaltplan einer Ausführungsform eines Amplitudensteuersystems mit einem Verstärker 204 mit variabler Verstärkung gezeigt. Ein Übertragungsmodul, das zur richtigen Zeit einen Taktimpuls erzeugt, überträgt den Taktimpuls zu dem Impulsgeneratorsystem 78 des Senders 16. Die Ausgabe von dem Impulsgeneratorsystem 78 wird einem Ansteuerungssystem 79 unterworfen, das einen HF-Impulsstrom erzeugt, der an einen Verstärker 204 mit variabler Verstärkung übertragen wird. Der Verstärker 204 mit variabler Verstärkung ist mit der sendenden Antenne 14 funktional gekoppelt. Mit dem Verstärker 204 mit variabler Verstärkung ist ein Impulsamplitudenmodulations-Modul 72 funktional gekoppelt. Der Verstärker 204 mit variabler Verstärkung verstärkt den durch das Ansteuerungssystem 79 erzeugten Impuls.
Im Betrieb wird das Impulsgeneratorsystem 78 mit einem Takt- oder Übernahmesignal von dem Übertragungsmodul 76 versorgt. Das Übertragungsmodul 76 erzeugt einen Taktimpuls, der zu dem Impulsgeneratorsystem 78 übertragen wird. Das Impulsamplitudenmodulations-Modul 72 ist ausgestaltet, um einen Datenstrom zu erzeugen, der zu dem Amplitudensteuersystem, das einen Verstärker 204 mit variabler Verstärkung besitzt, übertragen wird. Die Ausgabe von dem Ansteuerungssystem 79 wird dem Verstärker 204 mit variabler Verstärkung unterworfen, der die geforderte Verstärkung zum Erzeugen eines HF-Impulses für die Übertragung durch die Antenne 14 mit der gewünschten Amplitude bereitstellt.
In 8b ist ein alternativer Blockschaltplan eines weiteren Amplitudensteuersystems, das einen Dämpfer 214 besitzt, gezeigt. Ein Sende- bzw. Übertragungsmodul, das zur richtigen Zeit einen Taktimpuls erzeugt, überträgt den Taktimpuls zu dem Impulsgeneratorsystem 78. Die Ausgabe von dem Impulsgenerator 78 wird einem Ansteuerungssystem 79 unterworfen, das einen HF-Impulsstrom mit einer maximalen Amplitude erzeugt. Die Ausgabe mit maximaler Amplitude von dem Ansteuerungssystem 79 wird zu einem digital gesteuerten Dämpfer 214 übertragen, der mit der Antenne 14 gekoppelt ist. Mit dem Dämpfer 214, der die durch das Ansteuerungssystem 79 erzeugte Wellenform dämpft, ist ein Impulsamplitudenmodulations-Modul 72 gekoppelt. Der Dämpfer 214 reduziert die Amplitude der Wellenform, wie erforderlich ist, um das korrekte Signal für die Übertragung durch die Antenne 14 bereitzustellen.
Im Betrieb wird das Impulsgeneratorsystem 78 mit einem Takt- oder Übernahmesignal von dem Übertragungsmodul 76 versorgt. Das Übertragungsmodul 76 erzeugt einen Taktimpuls, der zu dem Impulsgeneratorsystem 78 übertragen wird. Das Impulsamplitudenmodulations-Modul 72 ist ausgestaltet, um einen Datenstrom zu erzeugen, der zu dem Amplitudensteuersystem, das einen Dämpfer 214 besitzt, übertragen wird. Die Ausgabe von dem Ansteuerungssystem 79 wird dann dem Dämpfer 214 unterworfen, der die Amplitude des HF-Impulses entsprechend der durch die Datenschnittstelle 216 erzeugten Ausgabe bereitstellt.
Die vorliegende Erfindung ist ausgestaltet, um unterschiedliche Impulswiederholungsfrequenzen und unterschiedliche Modulationstechniken zu verwenden. Wie in 7, 8a, 8b und 3 weiter gezeigt ist, wird dann, wenn ein neuer Datenschlitz wie etwa der Datenschlitz 64b (3) übertragen werden soll, die Schlitzzuteilungseinheit, z. B. die Schlitzzuteilungseinheit 184, aktiviert und Signale zu dem Datenmodulationsmodul 20, der Modulationstechnik, die verwendet werden soll. Wenn die Modulationstechnik die Ein-Aus-Tastung ist, wird die Datenschnittstelle für das Impulsamplitudenmodulations-Modul 72 gesperrt und der Verstärker 206 oder der Dämpfer 214 auf einen festen Wert, typischerweise auf volle Leistung, eingestellt. Wenn die Modulationstechnik die Impulsamplitudenmodulation ist, wird die Datenschnittstelle für das Impulsamplitudenmodulations-Modul 72 freigegeben, um die Anzahl von Bits, die für die Impulsamplitudenmodulation verwendet wird, zu unterstützen. Wenn beispielsweise die Übertragungseinrichtung sowohl eine Vier-(4)-Pegel-Impulsamplitudenmodulation (2 Bits) als auch eine Acht-(8)-Pegel-Impulsamplitudenmodulation (3 Bits) unterstützt, werden entweder zwei oder drei Bits der Datenschnittstelle freigegeben. Als nicht einschränkendes Beispiel wird die Datenschnittstelle typischerweise auf eine logische "1" festgeknüpft, so dass die Symbole 001, 011, 101 und 111 für die impulsamplitudenmodulierten Signale mit vier (4) Pegeln verwendet werden. Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Impulsamplitudenmodulationseinheit so umkonfiguriert sein, dass sie ein Bit von den drei Bitwerten ignoriert und vier gleichbeabstandete Spannungsausgaben, die die Symbole 00, 01, 10 und 11 repräsentieren, erzeugt. Fachleute werden erkennen, dass es weitere Alternativen für die beispielhaften vier Symbole gibt.
In 9a sowie in 3 und 1 ist ein typisches, veranschaulichendes Beispiel der zeitlichen Steuerung für zwei TDMA-Schlitze mit unterschiedlichen Impulswiederholungsfrequenzen gezeigt. Ein erster typischer TDMA-Schlitz 220 und ein zweiter typischer TDMA-Schlitz besorgen Kommunikationen innerhalb eines Datenschlitzes.
Um veränderliche Impulswiederholungsfrequenzen für jeden TDMA-Schlitz unterzubringen, synchronisiert der Master-Synchronisationscode die Kommunikationen zwischen Transceiver-Einrichtungen mit Hilfe einer Taktsynchronisationseinheit 34, die mit einer nominellen Impulswiederholungsfrequenz, die das System 10 unterstützt, arbeitet. Der Sender 16 und der Empfänger 18 sind dazu fähig, den Takt von der Taktsynchronisationseinheit 34 in der Frequenz zu vervielfachen, um höhere Impulswiederholungsfrequenzen zu unterstützen. Die verwendeten Impulswiederholungsfrequenzen können von den bestimmten Bandbreitenanforderungen, den Rauschbedingungen oder der Signalreflexion abhängen.
Der Client-Bittakt_1, 224, besorgt die zeitliche Steuerung der dem TDMA-Schlitz N + 1, 222, zugeordneten Impulswiederholungsfrequenz. Die durch den TDMA-Schlitz 222 übertragenen Signale werden während der voreilenden Flanke des Client-Bittaktes_1, 224, übertragen. Der Client-Bittakt_2, 226, besorgt die zeitliche Steuerung der dem TDMA-Schlitz N, 220, zugeordneten Impulswiederholungsfrequenz. Die durch den TDMA-Schlitz N, 220, übertragenen Signale werden während der voreilenden Flanke des Client-Bittaktes_2, 226, übertragen. Die Impulswiederholungsfrequenz für den TDMA-Schlitz N, 220, ist zweimal größer, d. h. schneller, als die Impulswiederholungsfrequenz für den TDMA-Schlitz N + 1, 222. Die Impulswiederholungsfrequenz für den TDMA-Schlitz N, 220, und den TDMA-Schlitz N + 1, 222, wird durch die Frequenzimpulse, die durch die in der Linie 228 gezeigten Pfeile identifiziert sind, identifiziert.
In 9b ist ein typisches Beispiel einer Transceiver-Zeitsteuerung gezeigt, das für jeden TDMA-Schlitz ein anderes Modulationsverfahren be sitzt. Ein Client-Bittakt 230 besorgt die zeitliche Steuerung für die zwei typischen TDMA-Schlitze in dem TDMA-Rahmen-Datenschlitzabschnitt. Die zwei typischen TDMA-Rahmen sind als TDMA-Schlitz N, 232, und TDMA-Schlitz N + 1, 234, identifiziert. Fachleute, die einen Nutzen aus dieser Offenbarung ziehen, werden erkennen, dass für den TDMA-Schlitz N, 232, das übertragene Signal die Impulsamplitudenmodulation verwendet, wie durch die Symbole in der Linie 236 gezeigt ist. Die zeitliche Steuerung jedes der Impulse mit einer unterschiedlichen Amplitude wird durch den Client-Bittakt 230 vorgenommen. Außerdem werden Fachleute erkennen, dass für den TDMA-Schlitz N + 1, 234, das übertragene Signal die Ein-Aus-Tastung verwendet, wie durch die Symbole in der Linie 236 gezeigt ist. Wiederum wird die zeitliche Steuerung jedes der Impulse, die mit der Ein-Aus-Tastung arbeiten, durch den Client-Bittakt 230 vorgenommen.
Die oben beschriebenen Techniken verwenden unterschiedliche Impulswiederholungsfrequenzen und unterschiedliche Modulationstechniken für Basisbandkommunikationen oder Ultrabreitbandkommunikationen. Eine zusätzliche Modulationstechnik, die als Impulspositionsmodulation bezeichnet wird, ist auf dem Fachgebiet wohlbekannt und kann ebenfalls in Verbindung mit dem vorliegenden System und dem vorliegenden Verfahren verwendet werden. Während der Impulspositionsmodulation werden Impulse mit irgendeiner Basis-Symbolfrequenz, z. B. 20 MHz, übertragen. Bei einer 20-MHz-Symbolwiederholungsfrequenz sind jene Impulse um 50 Nanosekunden voneinander beabstandet. Ein Impuls, der genau dorthin fällt, wo es erwartet wird, kann eine binäre "1" angeben, während ein Impuls, der um eine kleine Deltazeit verzögert ist, eine binäre "0" angegeben kann.
Das System der vorliegenden Erfindung kann auf die Verwendung mit Trägersignalen und anderen Modulationstechniken erweitert werden. Ob wohl Ausführungsformen und Anwendungen dieser Erfindung gezeigt und beschrieben worden ist, wird daher Fachleute offenbar, dass weitaus mehr Modifikationen, als oben erwähnt worden ist, möglich sind, ohne von den hier offenbarten erfinderischen Konzepten abzuweichen.

Claims

Übertragungseinrichtungssystem (12) mit einer Datenmodulationseinheit (20), die ausgestaltet ist, um einen mit einem Master-Takt synchronisierten digitalen Strom von Impulsdaten zu erzeugen, einer Übertragungseinrichtungseinheit (16), die mit der Datenmodulationseinheit (20) gekoppelt ist, und einer Antenne (14), die mit der Übertragungseinrichtungseinheit (20) gekoppelt ist, wobei die Antenne ausgestaltet ist, um einen Hochfrequenz-HF-Impulsstrom zu übertragen, wobei die Übertragungseinrichtungseinheit (20) umfasst: einen Schaltkreis, der ausgestaltet ist, um den digitalen Strom von Impulsdaten zu empfangen und einen Ultrabreitband-Hochfrequenz-HF-Impulsstrom zu erzeugen, gekennzeichnet durch ein Mittel (32, 34) zum Implementieren einer MAC-Protokollschicht, die einen TDMA-Rahmen bereitstellt.
Übertragungseinrichtungssystem nach Anspruch 1, wobei die Datenmodulationseinheit (20) ferner ein Impulsamplitudenmodulations-Modul (72) umfasst, das ausgestaltet ist, um die Amplitude des digitalen Stroms von Impulsdaten zu variieren.
Übertragungseinrichtungssystem nach Anspruch 1, wobei die Datenmodulationseinheit (20) ferner ein Impulswiederholungsfrequenz-Modul (74) umfasst, das ausgestaltet ist, um die Impulswiederholungsfrequenz (72) des digitalen Stroms von Impulsdaten zu variieren.
Übertragungseinrichtungssystem nach Anspruch 3, wobei die Datenmodulationseinheit (20) ferner ein Übertragungsmodul (76) umfasst, das wirksam zwischen dem Impulswiederholungsfrequenz-Modul (74) und einem Impulsamplitudenmodulations-Modul (72) gekoppelt ist, wobei das Übertragungsmodul ausgestaltet ist, um zwischen verschiedenen Modulationstechniken zu unterscheiden.
Übertragungseinrichtungssystem nach Anspruch 4, wobei das Übertragungsmodul (76) ausgestaltet ist, um den digitalen Strom von Impulsdaten an die Übertragungseinrichtungseinheit zu übertragen.
Übertragungseinrichtungssystem nach Anspruch 4, wobei die Übertragungseinrichtungseinheit (20) ferner ein Impulsgeneratorsystem (78) umfasst, das wirksam mit dem Übertragungsmodul (76) gekoppelt ist, wobei das Impulsgeneratorsystem ausgestaltet ist, um den Ultrabreitband-Impulsstrom zur Übertragung durch die Antenne zu erzeugen.
Übertragungseinrichtungssystem nach Anspruch 6, wobei das Impulsgeneratorsystem (78) ausgestaltet ist, um mehrere Pull-up-Anschaltesignale, mehrere Pull-up-Abschaltesignale, mehrere Pull-down-Anschaltesignale und mehrere Pull-down-Abschaltesignale zu erzeugen.
Übertragungseinrichtungssystem nach Anspruch 7, wobei die Übertragungseinrichtungseinheit ferner ein Ansteuerungssystem (79) umfasst, das wirksam mit dem Impulsgeneratorsystem (78) gekoppelt ist und ausgestaltet ist, um die mehreren Pull-up-Anschalte signale, die mehreren Pull-up-Abschaltesignale, die mehreren Pull-down-Anschaltesignale und die mehreren Pull-down-Abschaltesignale zu kombinieren, um den Ultrabreitband-Impulsstrom zu erzeugen.
Übertragungseinrichtungssystem nach Anspruch 8, wobei das Ansteuerungssystem (79) wirksam mit dem Impulsamplitudenmodulations-Modul (72) gekoppelt ist, wobei das Impulsamplitudenmodulations-Modul ausgestaltet ist, um eine gewünschte Impulsamplitude für den digitalen Strom von Impulsdaten zu erzeugen.
Übertragungseinrichtungssystem nach Anspruch 1, wobei das Mittel zum Implementieren einer MAC-Protokollschicht (170) umfasst: eine Taktsynchronisationseinheit (34) mit einer Timing-Einrichtung mit einer Taktgeschwindigkeit; mindestens einen Frequenzteiler (174–180), der mit der Taktsynchronisationseinheit gekoppelt ist, wobei der Frequenzteiler ausgestaltet ist, um die Taktgeschwindigkeit zu reduzieren, um eine gewünschte Impulswiederholungsfrequenz zu erzeugen; mindestens eine Schlitzzuteilungseinheit (182–188), die mit dem mindestens einen Frequenzteiler gekoppelt ist; und einen Multiplexer/Demultiplexer (190), der wirksam mit der mindestens einen Schlitzzuteilungseinheit gekoppelt ist, wobei der Multiplexer/Demultiplexer ausgestaltet ist, um mehrere ausgehende Signale zu vermischen, und ausgestaltet ist, um mehrere eingehende Signale zu verteilen, und eine Datenlinkschicht-Schnittstelle, die die MAC-Protokollschicht mit der Datenmodulationseinheit verbindet.
Übertragungseinrichtungssystem nach Anspruch 10, wobei jede der mindestens einen Schlitzzuteilungseinheit eine bestimmte Impulswiederholungsfrequenz aufweist.
Übertragungseinrichtungssystem nach Anspruch 10, wobei jede der mindestens einen Schlitzzuteilungseinheit (182–188) ausgestaltet ist, um verschiedene Modulationstechniken zu unterstützen.
Übertragungseinrichtungssystem nach Anspruch 10, wobei jede der mindestens einen Schlitzzuteilungseinheit (182–188) ausgestaltet ist, um eine Impulsamplitudenmodulation zu unterstützen.
Übertragungseinrichtungssystem nach Anspruch 10, wobei jede der mindestens einen Schlitzzuteilungseinheit (182–188) ausgestaltet ist, um eine Ein-Aus-Tastung zu unterstützen.
Übertragungseinrichtungssystem (20) nach Anspruch 1, das ausgestaltet ist, um impulsamplitudenmodulierte Signale zu übertragen, umfassend: eine Taktschnittstelle (34), die ausgestaltet ist, um ein Taktsignal zu erzeugen; ein Impulsgeneratorsystem (78) in der Übertragungseinrichtungseinheit, das wirksam mit der Taktschnittstelle gekoppelt ist, wobei das Impulsgeneratorsystem ausgestaltet ist, um mehrere eingehende Impulse zu formen; ein Ansteuerungssystem (79) in der Übertragungseinrichtungseinheit, das wirksam mit dem Impulsgeneratorsystem gekoppelt ist, wobei das Ansteuerungssystem ausgestaltet ist, um die mehreren eingehenden Impulse zu verstärken und zu kombinieren; und einen Verstärker (204) mit variabler Verstärkung, der wirksam mit der Datenmodulationseinheit gekoppelt ist und wirksam mit dem Ansteuerungssystem gekoppelt ist, wobei der Verstärker mit variabler Verstärkung ausgestaltet ist, um dem Ansteuerungssystem eine einstellbare Verstärkung zu liefern, um eine Amplitude zu erhalten.
Übertragungseinrichtungssystem nach Anspruch 15, ferner umfassend ein Impulswiederholungsfrequenz-Modul (74), wobei das Impulswiederholungsfrequenz-Modul wirksam mit dem Impulsgeneratorsystem gekoppelt ist und ausgestaltet ist, um variable Impulswiederholungsfrequenzen zu erzeugen.
Übertragungseinrichtungssystem nach Anspruch 1, umfassend: eine Taktschnittstelle (34), die ausgestaltet ist, um ein Taktsignal zu erzeugen; ein Impulsgeneratorsystem (78), das wirksam mit der Taktschnittstelle gekoppelt ist, wobei das Impulsgeneratorsystem ausgestaltet ist, um mehrere eingehende Impulse zu formen; ein Ansteuerungssystem (79), das wirksam mit dem Impulsgeneratorsystem gekoppelt ist, wobei das Ansteuerungssystem ausgestaltet ist, um die mehreren eingehenden Impulse zu verstärken und zu kombinieren, um mehrere Ausgangssignale zu erzeugen; und einen Dämpfer (75), der wirksam mit der Datenmodulationseinheit gekoppelt ist und wirksam mit dem Ansteuerungssystem gekoppelt ist, wobei der Dämpfer ausgestaltet ist, um die Amplitude der mehreren Ausgangssignale zu reduzieren und mehrere modifizierte Ausgangssignale mit einer gewünschten Amplitude zu liefern.
Übertragungseinrichtungssystem nach Anspruch 17, ferner umfassend ein Impulswiederholungsfrequenz-Modul (74), wobei das Impulswiederholungsfrequenz-Modul wirksam mit dem Impulsgeneratorsystem gekoppelt ist und ausgestaltet ist, um variable Impulswiederholungsfrequenzen zu erzeugen.
Übertragungseinrichtungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Amplitudensteuersystem, das wirksam mit der Übertragungseinrichtungseinheit und einem Impulsamplitudenmodulations-Modul gekoppelt ist, wobei das Amplitudensteuersystem ausgestaltet ist, um eine modifizierte Amplitude des HF-Impulsstroms zu erzeugen.