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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sendeempfänger und
ein Kommunikationsverfahren, die Zeitmultiplex-Übertragungsverfahren verwenden,
und die eine Datenübertragung
zwischen mehreren Sendeempfängern
durchführen.
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Stand der Technik
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Zeitmultiplexverfahren,
wie z. B. TDMA (Time Division Multiple Access) oder CSMA (Carrier Sense
Multiple Access) sind Techniken, die Signale mehrerer Kanäle auf der
Zeitachse multiplexieren durch Senden der Signale zu jeweils unterschiedlichen
Zeitpunkten. Die Zeitmultiplexverfahren sind in der digitalen Telekommunikation
und in Computernetzen weit verbreitet, wie in vielen Büchern beschrieben
ist, wie z. B. "OFDM
Modulation Technology For Digital Broadcasting And Mobile Communikation", Makoto Itami, Triceps,
2000.
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Im
Zeitmultiplex-Kommunikationsverfahren werden die von einem Sender
gesendeten Daten in Basiseinheiten unterteilt, die "Pakete", "Schlitze" oder "Rahmen" genannt werden.
Jedes Paket eines Kanals wird von einem Multiplexer zu einem geeigneten
Zeitpunkt gesendet. In eine Empfänger
wird ein Prozess, bei dem ein Demultiplexer Signale des Kanals aufnimmt,
die für
die Kommunikation benötigt werden,
in einem Sendeempfänger
durchgeführt,
der als Empfänger
arbeitet. Wie in 10 gezeigt ist, enthält ein Sendeempfänger 500,
der eines der Zeitmultiplex-Kommunikationsverfahren verwendet, eine Steuerschaltung 501,
eine Sendeschaltung 502, eine Empfangsschaltung 503 und
einen Schalter 504. Die Steuerschaltung 501 führt eine
Digitalsignalverarbeitung aus, die das Erzeugen von Sendesignalen
und das Demodulieren von Empfangssignalen umfasst, gibt die digitalen
Sendesignale aus und steuert die Sendeschaltung 502, die
Empfangsschaltung 503 und den Schalter 504. Die
Sendeschaltung 502 konvertiert die digitalen Sendesignale
in analoge Sendesignale und gibt die analogen Sendesignale an eine Übertragungsleitung 505 außerhalb
des Sendeempfängers 500 über den
Schalter 504 aus. Die Empfangsschaltung 503 empfängt analoge
Empfangssigna le von der Übertragungsleitung 505 außerhalb
des Sendeempfängers 500 über den
Schalter 504, konvertiert die analogen Empfangssignale
in digitale Signale, und gibt die digitalen Empfangssignale an die Steuerschaltung 501 aus.
Der Schalter 504 wird von einem Steuersignal von der Steuerschaltung 501 so gesteuert,
dass der Schalter 504 zwischen zwei Positionen umschaltet,
und somit mit der Sendeschaltung 502 bzw. der Empfangsschaltung 503 verbindet.
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Aus
einem analogen Blickwinkel schaltet der Schalter 504 im
Sendeempfänger 500 zwischen
zwei Positionen um, nämlich
einer Empfangsposition und einer Sendeposition. Alle Sendeempfänger mit
Ausnahme eines Sendeempfängers,
der als Sender arbeitet, befinden sich daher im Empfangszustand.
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Wie
z. B. in 11 gezeigt ist, wird dementsprechend
dann, wenn fünf
Sendeempfänger 500A, 500B, 500C, 500D und 500E,
die jeweils eine Impedanz von 50 Ω der internen Übertragungsleitung
aufweisen, vorhanden sind und der Sendeempfänger 500A Daten zum
Sendeempfänger 500B sendet,
die Sendeleistung im Sendeempfänger 500B im
Vergleich zu der in 12 gezeigten Situation, in der
nur zwei Sendeempfänger 500A und 500B vorhanden sind,
um 8 dB abnehmen. Ein Grund, warum die Empfangsleistung im Sendeempfänger 500B um
8 dB abnimmt, wird darin angenommen, dass jede Impedanz der drei
Sendeempfänger 500C, 500D und 500E,
die an der Kommunikation nicht beteiligt sind, dem Sendeempfänger 500B als
kombinierte Impedanz beeinflussen, da diese Sendeempfänger 500C, 500B und 500D parallel
zum Sendeempfänger 500B angeschlossen
sind. Im Allgemeinen kann jeder der Sendeempfänger 500A, 500B, 500C, 500D und 500E sowohl
eine Sendeimpedanz als auch eine Empfangsimpedanz unter normalen
Bedingungen aufweisen. Der Bequemlichkeit halber jedoch sind die
Empfangsimpedanz im Sendeempfänger 500A und
die Sendeimpedanz in den Sendeempfängern 500B, 500C, 500D und 500E in
den 11 und 12 nicht
gezeigt und nicht berücksichtigt.
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Genauer
beträgt
die kombinierte Impedanz zwischen den Sendeempfängern 500B, 500C, 500D und 500E 12,5 Ω. Dementsprechend
wird die Empfangsspannung des Sendeempfängers 500B hinsichtlich
der kombinierten Empfangsimpedanz von 12,5 Ω und der Sendeimpedanz 50 Ω gleich
0,2 V, wenn die Sendespannung des Sendeempfängers 500A gleich
1,0 V ist. Die Empfangsspannung (0,2V) in 10 nimmt
im Vergleich zu der Empfangsspannung (0,5V) in 11 um
8 dB ab.
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Die
Absenkung der Empfangsspannung um 8 dB führt zu einer Absenkung des
Störabstands (S/N)
von 8 dB im Sendeempfänger 500B.
Ferner kann diese Störabstandssenkung
um 8 dB die Übertragungseffizienz
der Übertragungsleitung
um einen Faktor 4 reduzieren. Wenn z. B. eine 16-Quadratur-Amplitude-Modulation
(QAM) mit einer Empfangsbitfehlerrate von 10–5 in
dem in 12 gezeigten System verwendet
werden kann, kann die Reduzierung des Störabstands in dem in 11 gezeigten System
um 8 dB dieses System auf die Verwendung einer Binärphasenschiebungstastung
(BPSK) als Modulations/Demodulationsverfahren beschränken.
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Wie
oben erwähnt
worden ist, verursachen ein oder mehrere unbenutzte Sendeempfänger, die während einer
Kommunikation mit einer Übertragungsleitung
verbunden sind, eine Senkung der Empfangsleistung in einem an der
Kommunikation beteiligten Sendeempfänger, wenn ein Zeitmultiplex-Übertragungsverfahren
verwendet wird. Dementsprechend führt die Verbindung der unbenutzten Sendeempfänger mit
der Übertragungsleitung
zu einer Reduzierung des Störabstands
des an der Kommunikation beteiligten Sendeempfängers.
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WO 03/069769 A (auch
veröffentlicht
als
EP 1 475 901 A1 )
offenbart ein Stromnetz-Trägerkommunikations-Modem,
das eine Kommunikation über ein
Stromversorgungsleitungsnetz durchführt. Ein Modem für TDMA passt
in einem für
die Kommunikation zugewiesenen Zeitschlitz die Eingangs/Ausgangs-Impedanz
auf einem abgeglichenen Niederimpendanzwert an und passt in den
anderen Zeitschlitzen, die nicht dem Modem zugewiesen sind, die
Eingangs-Ausgangs-Impedanz
auf einen Hochimpedanzwert an. Ein weiteres Modem sowohl für TDMA als
auch FDMA passt in einem für
die Kommunikation zugewiesenen Zeitschlitz die Eingangs-Ausgangs-Frequenz
an, und eine zugewiesene Frequenz freizugeben und durch das Modem
weiterzuleiten. Diese Maßnahmen
können
eine gute Kommunikation sicherstellen, ohne die Kommunikation durch
die anderen Modems, die mit dem Stromversorgungsleitungsnetz verbunden
sind, nachteilig zu beeinflussen, unabhängig von der Anzahl der angeschlossenen
Endgeräte.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wird hinsichtlich des obenerwähnten Problems
gemacht. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die Empfangsleistung
einer Kommunikation für
einen Sendeempfänger,
ein Kommunikationssystem und ein Kommunikationsverfahren in einem
Zeitmultiplex-Übertragungsverfahren
zu erhöhen.
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Gemäß der Erfindung
trennt sich ein Sendeempfänger,
der nicht an einer Kommunikation zu einem bestimmten Zeitpunkt beteiligt
ist, von einer Übertragungsleitung
oder verbindet diese mit einer hohen Impedanz. Diese Konfiguration
ermöglicht, dass
jeder Sendeempfänger,
der zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht an einer Kommunikation beteiligt ist,
sich von einer Übertragungsleitung
trennt und nur zwei Sendeempfänger,
die an der Kommunikation beteiligt sind, sich mit der Übertragungsleitung
zu einem Zeitpunkt verbinden. Dementsprechend kann diese Konfiguration
die Absenkung der Empfangsleistung in einem empfangenden Sendeempfänger minimieren,
da diese Konfiguration einen Einfluss der kombinierten Impedanz,
die durch die nicht an der Kommunikation beteiligten Sendeempfänger hervorgerufen
wird, wie oben erwähnt
worden ist, reduzieren kann. Der empfangende Sendeempfänger kann somit
Sendesignale, die von dem sendenden Sendeempfänger ausgegeben worden sind,
mit maximaler Empfangsleistung empfangen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm, das einen Sendeempfänger zeigt, der ein Zeitmultiplex-Kommunikationsverfahren
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung verwendet;
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2 ist
ein Blockschaltbild, das ein Kommunikationssystem mit fünf Sendeempfängern zeigt;
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3 ist
ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel einer Kanalkonfiguration
zeigt, die ein Zeitmultiplex-Kommunikationsverfahren gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung verwendet;
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4 ist
ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines TDMA-Steuerkanals zeigt,
der in einem Steuerkanal beschrieben ist, der ein Zeitmultiplex-Kommunikationsverfahren
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung verwendet;
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5 ist
ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines TDMA-Steuerkanals zeigt,
der in einem Steuerkanal beschrieben ist, der ein Zeitmultiplex-Kommunikationsverfahren
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung verwendet;
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6 ist
ein schematisches Diagramm, das eine Rahmenkonfiguration zeigt,
die ein Zeitmultiplex-Kommunikationsverfahren gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung verwendet;
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7 ist
ein schematisches Diagramm, das eine Rahmenkonfiguration zeigt,
die ein Zeitmultiplex-Kommunikationsverfahren gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung verwendet;
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8 ist
ein schematisches Diagramm, das eine Operation eines Kommunikationssystems
gemäß der vierten
Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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9 ist
ein schematisches Diagramm, das eine Rahmenkonfiguration zeigt,
die ein Zeitmultiplex-Kommunikationsverfahren gemäß einer
fünften Ausführungsform
der Erfindung verwendet;
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10 ist
ein Blockdiagramm, das einen Sendeempfänger zeigt, der eines der Zeitmultiplex-Kommunikationsverfahren
des Standes der Technik verwendet;
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11 ist
ein Blockschaltbild mit fünf
Sendeempfängern;
und
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12 ist
ein Blockschaltbild mit zwei Sendeempfängern.
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Bester Modus zur Ausführung der
Erfindung
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Mit
Bezug auf die 1 und 9 werden bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben.
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(Erste Ausführungsform)
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Ein
Sendeempfänger
(Transceiver) 100, der wenigstens eines der Zeitmultiplex-Kommunikationsverfahren
verwendet, enthält
eine Steuerschaltung 101, eine Sendeschaltung 102,
eine Empfangsschaltung 102 und einen Schalter 104.
Die Steuerschaltung 100 führt eine digitale Signalverarbeitung
durch, einschließlich
der Erzeugung digitaler Sendesignale und der Demodulierung digitaler
Empfangssignale, gibt die digitalen Sendesignale aus und steuert
die Sendeschaltung 102, die Empfangsschaltung 103 und
den Schalter 104. In dieser Ausführungsform wird FPGA (Field
Programmable Gate Alley) als Steuerschaltung 100 verwendet.
Die Steuerschaltung 100 enthält eine Uhr. Die Sendeschaltung 102 konvertiert
die von der Steuerschaltung 101 ausgegebenen digitalen
Sendesignale in analoge Sendesignale und gibt die analogen Sendesignale über den Schalter 104 an
eine Übertragungsleitung 105.
Die Sendeschaltung 102 enthält einen Digital/Analog/Wandler 102a,
ein Tiefpassfilter 102b und einen Verstärker 102c. In dieser
Ausführungsform
kann ein D/A-Wandler "AD9866BCPZ", hergestellt von
Analog Devices, Inc., als D/A-Wandler 102 verwendet werden,
der einen automatischen Verstärkungsfaktorregler
enthält.
Als Tiefpassfilter 102 wird ein Tiefpassfilter des diskreten
Typs verwendet. Ein Verstärker "OPA2674I-140" kann als Verstärker 102c verwendet werden.
Ein Analogschalter "DG202BDV", hergestellt von
Vishay Siliconix Incorporated, kann als Schalter 104 in
dieser Ausführungsform
verwendet werden. Die Übertragungsleitung 105 ist über einen Verbinder 106 mit
einer äußeren Übertragungsleitung 107 verbunden,
die sich außerhalb
des Sendeempfängers 100 befindet.
Eine Stromversorgungsleitung wird als äußere Übertragungsleitung 107 verwendet.
Die Empfangsschaltung 103 empfängt analoge Empfangssignale
von der Übertragungsleitung 105 über den
Schalter 104, konvertiert die analogen Empfangssignale
in digitale Empfangssignale und gibt die digitalen Empfangssignale
an die Steuerschaltung 101 aus. Die Empfangsschaltung 103 enthält einen
Analog/Digital-Wandler 103a und ein Bandpassfilter 103b.
In dieser Ausführungsform kann
AD9866BCPZ, hergestellt von Analog Devices, Inc., als A/D-Wandler 103a verwendet
werden, der einen automatischen Verstärkungsfaktorregler enthält. Ein
Bandpassfilter des diskreten Typs wird als Bandpassfilter 103b verwendet.
Der Schalter 104 wird durch ein Steuersignal von der Steuerschaltung 101 so
gesteuert, dass der Schalter 104 zwischen ersten, zweiten
und dritten Positionen umschalten kann. Die erste Position verbindet
die Übertragungsleitung 105 und
die Sendeschaltung 102. Die zweite Position verbindet die Übertragungsleitung 105 und die
Empfangsschaltung 103. Die dritte Position ist weder mit
der Sendeschaltung 102 noch der Empfangsschaltung 103 verbunden.
Sowohl ein mechanischer Schalter als ein sogenannter Software-Schalter
können
als Schalter 104 verwendet werden.
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Mit
Bezug auf 2 wird eine Operation des Kommunikationssystems
beschrieben, das mehrere Sendeempfänger 100 verwendet.
Wie in 2 gezeigt ist, weist das Kommunikationssystem
fünf Sendeempfänger 100A, 100B, 100C, 100D und 100E auf,
von denen jeder die gleiche Konfiguration hat wie der in 1 gezeigte
Sendeempfänger 100.
Außerdem
wird in dieser Ausführungsform
angenommen, dass jede der entsprechenden Steuerschaltungen der Sendeempfänger 100A, 100B, 100C, 100D und 100E im
Voraus den Zeitpunkt kennt, zu dem jede Steuerschaltung 101 ein
Signal senden oder empfangen kann. In der ersten Ausführungsform
sendet der Sendeempfänger 100A ein
Signal zum Sendeempfänger 100B vom
Zeitpunkt T0 bis T1. Anschließend sendet
der Sendeempfänger 100C ein
Signal zum Sendeempfänger 100D vom
Zeitpunkt T1 bis T2.
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Zuerst
wird eine Operation des Kommunikationssystems vom Zeitpunkt T0 bis
T1 beschrieben. Die Steuerschaltung 101A gibt ein Sendesignal
an die Sendeschaltung 102A und ein Schaltsteuersignal an
den Schalter 104A aus, so dass der Schalter 104 in
die mit der Sendeschaltung 102A verbundene erste Position
schaltet. Die Steuerschaltung 101B gibt ein Schaltsteuersignal
an den Schalter 104B aus, so dass der Schalter 104B zu
mit der Empfangsschaltung 103B verbundenen zweiten Position
schaltet. Die Empfangsschaltung 103 empfängt das
von der Sendeschaltung 102A ausgegebene Sendesignal und
gibt ein digitales Empfangssignal an die Steuerschaltung 101B aus.
Die Steuerschaltung 101B führt anschließend eine
Demodulation des digitalen Empfangssignals durch, das von der Empfangsschaltung 103B ausgegeben
worden ist.
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Während dieser
Operation verbinden die Sendeempfänger 100C, 100D und 100E,
die zum Zeitpunkt T0 nicht an der Kommunikation beteiligt sind,
keine der Sendeschaltungen 102C, 102D, 102E und
der Empfangsschaltungen 103C, 103D, 103E und
halten diesen Zustand bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die nächste Kommunikation
durchgeführt
wird. Diese Konfiguration ermöglicht,
dass nur zwei Sendeempfänger 100A und 100B der
fünf Sendeempfänger 100A bis 100E vom
Zeitpunkt T0 bis T1 mit der Übertragungsleitung 107 verbunden
sind. Dementsprechend kann diese Konfiguration die Senkung der Empfangsleistung
im Sendeempfänger 100B minimieren,
da diese Konfiguration einen Einfluss der kombinierten Impedanz,
die durch die Sendeempfänger 1000, 100D, 100E hervorgerufen
wird, die nicht an der obenerwähnten
Kommunikation beteiligt sind, reduzieren kann. Der Sendeempfänger 100B kann somit
das vom Sendeempfänger 100A ausgegebene Signal
mit der maximalen Empfangsleistung empfangen.
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Als
nächstes
wird eine Operation des Kommunikationssystem vom Zeitpunkt T1 bis
T2 beschrieben. Die Steuerschaltung 101C gibt ein Sendesignal
an die Sendeschaltung 102C aus und gibt ferner ein Schaltsteuersignal
an den Schalter 104C aus, so dass der Schalter 104C in
die mit der Sendeschaltung 102C verbundene erste Position
schaltet. Die Steuerschaltung 101D gibt ein Schaltsteuersignal
an den Schalter 104D aus, so dass der Schalter 104 in die
mit der Empfangsschaltung 103D verbundene zweite Position
schaltet. Die Empfangsschaltung 103D empfängt das
von der Sendeschaltung 102C ausgegebene Sendesignal und
gibt ein digitales Empfangssignal an die Steuerschaltung 101D aus. Anschließend führt die
Steuerschaltung 101D eine Demodulation des von der Empfangsschaltung 103C ausgegebenen
digitalen Empfangssignals durch.
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Während dieser
Operation verbinden die Sendeempfänger 100A, 100B und 100E,
die nicht zum Zeitpunkt T1 an der Kommunikation beteiligt sind,
keine der Sendeschaltungen 102A, 102B, 102 und
der Empfangsschaltungen 103A, 103B, 103E und
halten diesen Zustand bis zu dem Zeitpunkt, zu dem eine nächste Kommunikation
durchgeführt
wird. Die Steuerung dieser fünf
Sendeempfänger 100A bis 100E gemäß dieser
Konfiguration ermöglicht,
dass nur zwei Sendeempfänger 100C und 100D der
fünf Sendeempfänger mit
der Übertragungsleitung 107 vom
Zeitpunkt T1 bis T2 verbunden sind. Dementsprechend ermöglicht diese
Konfiguration, die Senkung der Empfangsleistung im Sendeempfänger 100D zu
minimieren, da diese Konfiguration einen Einfluss der kombinierten
Impedanz die durch die Sendeempfänger 100A, 100B, 100E hervorgerufen wird,
die nicht an der obenerwähnten
Kommunikation beteiligt sind, reduzieren kann. Der Sendeempfänger 100D kann
somit das vom Sendeempfänger 100C ausgegebene
Sendesignal empfangen, ohne dass ihm von den Sendeempfängern 100A, 100B und 100E Empfangsleistung
weggenommen wird.
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Obwohl
nur zwei Fälle
sowohl des Sendens von Signalen vom Sendeempfänger 100A zum Sendeempfänger 100B als
auch des Sendens von Signalen vom Sendeempfänger 100C zum Sendeempfänger 100D in
dieser Ausführungsform
beschrieben worden sind, kann außerdem ein ähnliches Ergebnis erreicht
werden, wenn jeder Sendeempfänger 100 die
obenerwähnte
Operation zum jeweiligen Zeitpunkt durchführt.
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Wenn
ferner in der ersten Ausführungsform ein
Sendeempfänger 100 der
fünf Sendeempfänger 100A bis 100E nicht
an der Kommunikation beteiligt ist, trennt der Schalter 104 des
einen Sendeempfängers 100 von
der Übertragungsleitung 105.
Es ist jedoch möglich,
so zu konfigurieren, dass der Schalter mit einem Anschluss verbindet,
der eine hohe Impedanz aufweist, wie z. B. 50 kΩ, statt von der Übertragungsleitung
zu trennen. In diesem Fall bedeutet "hohe Impedanz", das eine Impedanz des Anschlusses ausreichend
höher ist
als die Impedanz im inneren des gewöhnlichen Sendeempfängers, so
dass die höhere
Impedanz einen Strom hindert, von dem mit dem Anschluss mit der
hohen Impedanz verbundenen Sendeempfänger zu fließen. Insbesondere
ist es ausreichend, dass die hohe Impedanz größer als 50 kΩ, im Vergleich
zu etwa 50 Ω der
gewöhnlichen Sendeempfänger. Ferner
beträgt
die hohe Impedanz vorzugsweise mehr als 1 MΩ, so dass nahezu kein Absinken
der Empfangsleistung im Kommunikationssystem stattfindet.
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(Zweite Ausführungsform)
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Eine
Kanalkonfiguration, die in dem in der ersten Ausführungsform
geschriebenen Kommunikationssystem verwendet wird, wird in der zweiten
Ausführungsform
genauer beschrieben. TDMA wird als Zeitmultiplex-Kommunikationsverfahren
verwendet. Wie in 3 gezeigt ist, weist ein Übertragungskanal 200 wenigstens
einen TDMA-Kanal 200A auf. Jeder TDMA-Kanal 200A weist
einen Steuerkanal 201 und wenigstens einen Datenkanal 202 auf.
Der Übertragungskanal 200 weist
im allgemeinen mehrere TDMA-Kanäle 200A auf,
wie in 3 gezeigt ist, wobei der TDMA-Kanal 200A einen
Datenkanal 202 aufweist, der mehrere Datenkanäle 202a, 202b, 202c enthält. Der
Steuerkanal 201 wird von dem in 1 gezeigten
Sendeempfänger 100 periodisch
gesendet und zeigt Informationen darüber, wann die Kommunikation
mit Bezug auf den Empfangszeitpunkt dieses zweiten Kanals starten
kann (Zeitinformation 201a), und welche Sendeempfänger miteinander
kommunizieren können
(ID-Information 201b und 201c). Der Steuerkanal 201 kann
mehrere Sätze
von Zeitinformationen 201a und ID-Informationen 201b und 201c enthalten,
entsprechend der Anzahl der Datenkanäle 202.
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Wie
in 3 genauer gezeigt ist, enthält der Steuerkanal 201 Daten,
die anzeigen, dass zu einem Zeitpunkt T1 ein Sendeempfänger zum
Senden von Daten ein Sendeempfänger "00" ist und ein weiterer Sendeempfänger zum
Empfangen von Daten ein Sendeempfänger "01" ist,
zum Zeitpunkt T2 ein Sendempfänger
zum Senden von Daten ein Sendeempfänger "FF" ist
und ein weiterer Sendeempfänger zum
Empfangen ein Sendeempfänger "0A" ist, und zum Zeitpunkt
T3 ein Sendeempfänger
von Daten ein Sendeempfänger "02" ist und ein weiterer
Sendeempfänger
zum Empfangen von Daten ein Sendeempfänger "03" ist.
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Indessen
enthält
der Datenkanal 202 zu sendende Daten.
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In 3 gibt
es z. B. drei Datenkanäle 202a, 202b und 202c.
Gemäß dem Steuerkanal 201 beginnt
der erste Datenkanal 202a zu senden von einem Sendeempfänger mit
einer ID gleich "00" zum Sendeempfänger mit
einer ID gleich "01" zum Zeitpunkt T1.
Als Nächstes
beginnt der zweite Datenkanal 202b zu senden vom Sendeempfänger mit
der ID "FF" zu einem Sendeempfänger mit
der ID "0A" zum Zeitpunkt T2.
Anschließend
beginnt der dritte Datenkanal 202c zu senden von einem
Sendeempfänger mit
der ID "02" zu einem Sendeempfänger mit
der ID "03" zum Zeitpunkt T3.
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Alle
Sendeempfänger
mit Ausnahme eines Sendeempfängers,
der als Sender arbeitet, sollten zum Empfangen von Daten in der
Periode TP1 bereit sein, in der der Steuerkanal 201 gesendet
wird. Diese Konfiguration kann alle Sendeempfänger veranlassen, mit der äußeren Übertragungsleitung 107 zu verbinden,
um die Länge
der Zeitspanne zu erfassen, wann jeder der Sendeempfänger Daten
empfangen kann.
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Dementsprechend
können
in jedem der Sendeempfänger 100 die
jeweiligen Steuerschaltungen 101 jeden der Schalter 104 mit
Bezug auf den zweiten Steuerkanal 201 steuern. Diese Konfiguration kann
somit die Senkung der Empfangsleistung im Sendeempfänger beim
Datenempfang minimieren.
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Nach
dem Empfangen von Informationen des Steuerkanals 201 ist
eine Operation des Kommunikationssystems die gleiche wie die Operation
der ersten Ausführungsform.
Der Schalter 104 verbindet mit der Sendeschaltung 102 in
einem Sendeempfänger 100,
der Daten sendet. In einem Sendeempfänger, der Daten empfängt, verbindet
der Schalter 104 mit der Empfangsschaltung 103.
In einem Sendeempfänger,
der Daten weder sendet noch empfängt, verbindet
der Schalter 104 weder mit der Sendeschaltung 102 noch
mit der Empfangsschaltung 103.
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Die
obenerwähnte
Konfiguration ermöglicht, die
Empfangsleistung des als Empfänger
arbeitenden Sendeempfängers
zu maximieren, d. h. das Verhältnis
von Signal zu Störung
zu maximieren, da über die
gesamte Länge
der Zeitspanne für
die Datenübertragung
nur die Sendeempfänger,
die Daten senden oder empfangen, mit der äußeren Übertragungsleitung 107 verbunden
sind. Dementsprechend kann diese Konfiguration die Übertragungseffizienz
in diesem Kommunikationssystem verbessern.
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Anstelle
der Zeitinformation 201a können ferner Zahlen einer eindeutigen
Einheit als Kanalnummerinformationen im Steuerkanal 201 enthalten sein
durch Festlegen einer bestimmten Zeitspanne als eindeutige Einheit,
z. B. ein Symbol, wie in 4 gezeigt ist.
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Wie
in 5 gezeigt ist, braucht indessen nur die ID-Information
im Steuerkanal 201 enthalten sein, wenn die Länge jedes
Datenkanals fest ist. In diesen Konfigurationen kann die Datenübertragungseffizienz
zunehmen, da die Datenmenge des Steuerkanals 201 verringert
werden kann.
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(Dritte Ausführungsform)
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Eine
weitere Kanalkonfiguration, die in dem in der ersten Ausführungsform
beschriebenen Kommunikationssystem verwendet wird, wird in der dritten
Ausführungsform
genauer beschrieben. CSMA wird als Zeitmultiplex-Kommunikationsverfahren verwendet. Wie
in 6 gezeigt ist, enthält ein CSMA-Rahmen 300a einen Steuerblock 301 und
einen Datenblock 302. Der Steuerblock 301 enthält Rahmenlängeninformationen 301a,
Sender-ID-Informationen 301b und Empfänger-ID-Informationen 301c. Der
Steuerblock 301 ist ein Signalabschnitt, der Daten enthält, die
zeigen, wie lange die Daten mit Bezug auf den Zeitpunkt gesendet
werden, zu dem der Steuerblock 301 von einem Sendeempfänger 100 empfangen
wurde. Der Datenblock 302 enthält N Symbole. Der Datenblock 302 ist
ein Signalabschnitt, der zu sendende Daten enthält.
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Eine
Operation eines Kommunikationssystems, das den obenerwähnten Rahmen
verwendet, wird im Folgenden beschrieben.
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Da
CSMA als Zeitmultiplex-Übertragungsverfahren
verwendet wird, hat ein Sendeempfänger, der Daten empfangen will,
keine Informationen darüber,
wann der CSMA-Rahmen 300 gesendet wird, mit anderen Worten,
wann der CSMA-Rahmen 300 vom Sendeempfänger empfangen
wird. Dementsprechend wartet der Sendeempfänger auf den Empfang des CSMA-Rahmens 300,
wobei im Sendeempfänger
der Schalter 104 mit der Empfangsschaltung 103 verbunden
bleibt.
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Wenn
der CSMA-Rahmen 300a von einem als Sender arbeitenden Sendeempfänger gesendet wird,
sind alle Sendeemfänger
mit Ausnahme des als Sender arbeitenden Sendeempfängers für den Empfang
von Daten in einer Periode TP1 bereit, in der der Steuerblock 301 gesendet
wird. Jeder der Sendeempfänger
erkennt durch Demodulation des Steuerblocks 301, (1) welche
Sendeempfänger
in einer Kommunikation bezüglich
des CSMA-Rahmens 300a verwendet werden, und (2) wie lange
die Kommunikation bezüglich
des CSMA-Rahmens 300a andauern wird. 6 zeigt,
dass die Kombination für
N Symbollängen
zwischen einem Sendeempfänger "00" und einem Sendeempfänger "01" durchgeführt wird.
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Nach
dem Empfang des CSMA-Rahmens 300a trennt der Schalter 104 jedes
Sendeempfängers
ohne Bezug zu der Kommunikation zwischen der Senderschaltung 102 oder
der Empfangsschaltung 103 und der Übertragungsleitung 105,
und verbindet anschließend
zwischen der Übertragungsleitung 105 und
einem Anschluss mit hoher Impedanz für eine Zeitspanne entsprechend
N Symbolen. Indessen schaltet der Schalter 104 des jeweiligen
Sendeempfängers
mit Bezug zur Kommunikation auf die zweite Position, die mit der
Empfangsschaltung 103 verbunden ist, um Signale zu empfangen,
und empfängt
und demoduliert Signale entsprechend dem Datenblock 302.
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Nach
der Operation des Sendens des Datenblocks 302 kehren alle
Sendeempfänger
zu der Empfangszustandsbereitschaft zurück, um Daten zu empfangen,
d. h. jeder Schalter 104 aller Sendeempfänger schaltet
auf die mit der Empfangsschaltung 103 verbundene zweite
Position, wenn der Schalter 104 nicht mit der Empfangsschaltung 103 verbunden ist,
oder jeder Schalter 104 hält die zweite Position, wenn
der Schalter 104 bereits mit der Empfangsschaltung 103 verbunden
ist. Anschließend
beginnen alle Sendeempfänger,
auf den nächsten
CSMA-Rahmen 300b zu
warten.
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Die
obenerwähnte
Konfiguration ermöglicht, die
Sendeeffizienz zu verbessern, da der als Empfänger arbeitende Sendeempfänger Daten
mit maximaler Empfangsleistung empfangen kann, mit anderen Worten
mit einem maximalen Störabstand während des
Sendens der Daten des Datenblocks 302.
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Außerdem kann
der Steuerblock 301 die Zahlen einer eindeutigen Einheit
enthalten durch Festlegen einer bestimmten Rahmenlänge als
eindeutige Einheit, anstelle von Informationen der Rahmenlänge 301a.
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Ferner
ist es möglich,
die maximale Empfangsleistung zu erreichen durch Trennen jedes Schalters 104 von
sowohl jeder Sendeschaltung 102 als auch jeder Empfangsschaltung 103 in
allen Sendeempfängern,
die nicht an der Kommunikation teilnehmen, wie in der ersten und
der zweiten Ausführungsform
erwähnt
worden ist.
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(Vierte Ausführungsform)
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In
der vierten Ausführungsform
wird angenommen, dass ein Modulationsschema entsprechend einem Ergebnis
einer Kanalbewertung verändert
wird, welche einer Kommunikation vorangehend durchgeführt wird.
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Wie
in 7 gezeigt ist, werden in der Ausführungsform
4 zwei Arten von Rahmenkonfiguration F1 und F2 vorbereitet. Die
Rahmenkonfiguration F1 enthält
eine Präambel 501,
einen Synchronisationscode 502, eine Rahmensteuerung 503 und
eine Nutzlast 504. Die Rahmenkonfiguration F2 enthält eine
Präambel 501,
einen Synchronisationscode 502, eine Rahmensteuerung 503,
eine Nutzlast 504 und eine Referenz 505. Der Unterschied
zwischen den Rahmenkonfigurationen F1 und F2 besteht darin, ob die
Referenz 505 vorhanden ist. In diesen Rahmen F1 und F2
wird die Präambel 501 für die Symbolzeitablaufsynchronisation
und/oder die Kanalbewertung verwendet. Der Synchronisationscode 502 zeigt,
wann oder wo ein logischer Rahmen beginnt. Die Rahmensteuerung 503 enthält Informationen,
wie z. B. eine Sender-ID, eine Empfänger-ID, eine Rahmenlänge und
Anwesenheit oder Abwesenheit der Referenz 505. Die Nutzlast 504 enthält Daten,
die von einer physikalischen Schicht zu einer oberen Schicht zu übertragen
sind. Die Referenz 505 wird für die Kanalbewertung verwendet.
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Eine
Operation eines Kommunikationssystems, das den obenerwähnten Rahmen
verwendet, wird mit Bezug auf 8 beschrieben.
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Eine
Kanalbewertung wird für
alle Kombinationen von zwei Empfängern,
die miteinander kommunizieren, durchgeführt. Das Modulationsschema für die Nutzlast 504,
wenn alle Sendeempfänger
arbeiten, und wenn nur ein Sendeempfänger arbeitet, wird festgelegt.
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In 8 ist
eine Zeitperiode von T0 bis T1 eine Kommunikationsperiode eines
Steuerkanals. Die nächste
Zeitperiode von T1 bis T3 ist eine Kommunikationsperiode, in der
ein Kommunikationskanal durch den Steuerkanal gesteuert wird, wobei
in dieser Periode TDMA angewendet wird. Die nächste Zeitperiode von T3 bis
T5 ist eine Kommunikationsperiode, in der ein Kommunikationskanal
nicht durch den Steuerkanal gesteuert wird, wobei in dieser Periode
CSMA angewendet wird und alle Sendeempfänger A, B, C und D wetteifern,
um einen Kommunikationskanal zu erhalten. Das heißt, sowohl
TDMA als auch CSMA werden in einer Kommunikation in einer einzelnen
Steuerkanalperiode verwendet.
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Ein
Steuerkanal wird vom Sendeempfänger A
mit der Rahmenkonfiguration F1 in der Zeitperiode von T0 bis T1
gesendet. Alle Sendeempfänger
mit Ausnahme des Sendeempfängers
A empfangen den Steuerkanal und erkennen, dass die Sendeempfänger B und
C miteinander in einer Zeitperiode von T1 bis T2 kommunizieren und
die Sendeempfänger
A und C miteinander in einer Zeitperiode von T2 bis T3 kommunizieren.
Dies bedeutet, dass jeder Sendeempfänger A bis D seinen Zustand
unter dem Sendezustand, dem Empfangszustand oder dem Trennungszustand
zu jedem der Zeitpunkte von T1 bis T2 und der Zeitpunkte von T3
bis T4 erkennt.
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Allgemein
ausgedrückt
ist ein Ergebnis einer Kanalbewertung unter Verwendung der Präambel 501 unter
allen Sendeempfängern
verschieden von einem Ergebnis von einer Kanalbewertung zwischen zwei
Sendeempfängern,
die ebenfalls die Präambel 501 verwenden,
da mehr als zwei Sendeempfänger an
der Übertragungsleitung
hängen,
wenn die Präambel 501 von
einem Sendeempfänger
gesendet wird. In dem Perioden von T1 bis T2 und von T2 bis T3 wird
jedoch jede Kanalbewertung unter Verwendung der Präambel 501 unter
einer Bedingung durchgeführt,
das nur zwei Sendeempfänger
(B und C, oder A und D) mit der Übertragungsleitung
verbunden sind. Das Ergebnis der Kanalbewertung unter Verwendung
der Präambel 501 kann
somit für
die Kommunikation der Nutzlast 504 verwendet werden. Andererseits
war vor dieser Erfindung das Ergebnis der Kanalbewertung unter Verwendung
der Präambel 501 nicht
für die
Kommunikation der Nutzlast 504 verwendet worden, da das
Ergebnis der Kanalbewertung unter Verwendung der Präambel 501 einen
Einfluss der Sendeempfänger
enthielt, die nicht an der Kommunikation teilnehmen.
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Da
andererseits CSMA in der Zeitperiode von T3 bis T5 verwendet wird,
erkennt keiner der Sendeempfänger
A bis D seinen Zustand unter dem Sendezustand, dem Empfangszustand
und dem Trennungszustand. Somit gehen alle Sendeempfänger B,
C und D, mit Ausnahme des Sendeempfängers A, der einen Kommunikationskanal
erhält,
in den Empfangszustand über
durch Schalten des Schalters 104 in die zweite Position.
Zu diesem Zeitpunkt sendet der Sendeempfänger A die Rahmenkonfiguration F2.
Alle Sendeempfänger
B, C und D demodulieren die Präambel 501,
führen
eine Kanalbewertung durch, erkennen die Startposition des logischen
Rahmens durch Modulieren des Synchronisationscodes 502,
und erhalten Informationen, wie z. B., welcher Sendeempfänger den
Rahmen sendet, welcher Sendeempfänger
das Ziel des zu sendenden Rahmen ist, und wie lang der Rahmen ist,
durch Empfangen der Rahmeninformationen 503.
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Durch
Ausführen
aller obenerwähnten
Prozeduren in allen Sendeempfängern
erkennen die Sendeempfänger
A und B, dass sie in der Zeitperiode von T3 bis T4 miteinander kommunizieren.
Die Sendeempfänger
C und D, die nicht an der Kommunikation teilnehmen, gehen durch
Schalten des Schalters 104 in die dritte Position in den
Trennungszustand über.
Anschließend
hält der
Sendeempfänger
B den Empfangszustand, empfängt
die Referenz 505 und führt
erneut die Kanalbewertung auf der Grundlage der Referenz 505 durch.
Der Grund dafür,
dass der Empfänger
B die Kanalbewertung erneut durchführt, ist, dass der Zustand
des Übertragungskanals
sich ausgehend von dem ursprünglichen
Zustand, der zum Zeitpunkt des Empfangs der Präambel 505 bestand, ändern kann
und die Sendeempfänger
C und D in den Trennungszustand übergegangen
sind. Der Sendeempfänger
B demoduliert Daten der Nutzlast 504 unter Verwendung des
Ergebnisses der unter Verwendung der Referenz 505 erhaltenen
Kanalbewertung. Eine Operation in einer Zeitperiode von T4 bis T5
wird nahezu in der gleichen Weise durchgeführt, mit Ausnahme der Änderung
der Sendeempfänger,
die miteinander verbunden sind, von den Sendeempfängern A
und B zu den Sendeempfängern
D und A.
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Durch
Verwenden der obenerwähnten
Konfiguration kann ein als Empfänger
arbeitender Sendeempfänger
Daten, die von einem als Sender arbeitenden Sende empfänger gesendet
worden sind, mit maximaler Empfangsleistung empfangen, wenn jeder
Sendeempfänger
A, B, C und D die Nutzlast 504 jedes Rahmens empfängt. Dementsprechend
ermöglicht
die obenerwähnte
Konfiguration, eine höhere
Modulationsgeschwindigkeit mit der Kommunikation zu erreichen. Das
bedeutet die Fähigkeit,
eine höhere Übertragungseffizienz
oder eine höhere
Effizienz in der Nutzungsübertragungskanals
zu erreichen. Genauer funktioniert die Konfiguration gut einem Kommunikationssystem,
das zwei oder mehr Kommunikationsverfahren verwendet, wie sowohl CSMA
als auch TDMA.
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(Fünfte
Ausführungsform)
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In
der fünften
Ausführungsform
sollte die Kanalbewertung im Voraus durchgeführt werden, wobei anschließend ein
Modulationsschema für
eine Kommunikation unter Verwendung des Ergebnisses der Kanalbewertung
festgelegt wird. Es kann irgendeine Anzahl von möglichen Modulationsschemen
zur Verwendung vorhanden sein, jedoch gibt es zu Darstellungszwecken
in dieser Ausführungsform
zwei Arten von Modulationsschemen: QAM1 und QAM2. QMA1 ist für einen
Zustand, in dem alle Sendeempfänger unter
Empfangsbedingung arbeiten. QAM2 ist für einen Zustand, in dem weniger
als alle Sendeempfänger
die Erlaubnis zur Kommunikation haben und sich im Empfangszustand
befinden. Ferner werden zwei Arten von Rahmenkonfigurationen F1
und F2 in der fünften
Ausführungsform
verwendet, ebenso wie in der vierten Ausführungsform.
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Nur
die in 8 gezeigte CSMA-Periode wird beschrieben, wobei
eine Beschreibung der anderen Perioden in der fünften Ausführungsform weggelassen wird.
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In
der CSMA-Periode, wenn alle Sendeempfänger sich im Empfangszustand
befinden, wenn die Nutzlast 504 empfangen wird, wird die
Nutzlast 504 unter Verwendung von QAM1 moduliert/demoduliert und
unter Verwendung der Rahmenkonfiguration F1 übertragen. Wenn indessen weniger
als alle Sendeempfänger
die Erlaubnis zur Kommunikation haben und sich im Empfangszustand
befinden, wird die Nutzlast 504 unter Verwendung von QAM2
moduliert/demoduliert und unter Verwendung der Rahmenkonfiguration
F2 übertragen.
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Es
wird angenommen, dass QAM1 das 16QAM(4 Bits/Symbol) ist, und QAM2
das 64QAM(6 Bits/Symbol) ist, wobei eine Größe der Übertragungsdaten der Nutzlast 504 gleich
12 Bits ist (3 Symbole mit 16QAM und 2 Symbole mit 64QAM), und wobei
der Referenzteil 505 in der Rahmenkonfiguration F2 4 Symbole
umfasst.
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Wie
in 9 gezeigt ist, beträgt eine Rahmenlänge der
Rahmenkonfiguration F1 (N + 3) Symbole, während eine Rahmenlänge der
Rahmenkonfiguration F2 gleich (N + 6) Symbole ist. In diesem Fall ist
daher die Übertragungseffizienz
der Rahmenkonfiguration F1 höher
als die Übertragungseffizienz
der Rahmenkonfiguration F2, obwohl die Modulationsgeschwindigkeit
von F2 höher
ist als die Modulationsgeschwindigkeit von F1. Wenn Daten der Nutzlast
mit weniger als 53 Bits (z. B. 52 Bits (13 Symbole mit 16QAM und
9 Symbole mit 64QAM)) gesendet werden, ist die Übertragungseffizienz F1 (N
+ 13 Symbole) gleich oder größer als
die Übertragungseffizienz F2
(N + 4 + 9 Symbole), aufgrund der Wirkung des Hinzufügens der
Referenz 505 zum Rahmen F1. Wenn im Gegensatz hierzu Daten
der Nutzlast gleich oder mehr als 53 Bits gesendet werden (z. B.
53 Bits (14 Symbole mit 16QAM und 9 Symbole mit 64QAM)), ist die Übertragungseffizienz
von F2 (N + 4 + 9 Symbole (53 Bits)) höher als die Übertragungseffizienz
von F1 (N + 14 Symbole (53 Bits)).
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Es
somit möglich,
die Übertragungseffizienz in
der CSMA-Periode zu verbessern durch Beurteilen in einem als Sender
arbeitenden Sendeempfänger, welche
Rahmenkonfiguration F1 oder F2 eine höhere Übertragungseffizienz bieten
kann als die andere, und durch Hinzufügen einer Information, welche Rahmenkonfiguration
F1 oder F2 verwendet wird, zur Rahmeninformation 503.
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Außerdem können die
Konfigurationen der ersten bis fünften
Ausführungsformen
auf vielfältige Weise
nach Bedarf miteinander kombiniert werden.
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Ferner
sind die ersten bis fünften
Ausführungsformen
in einem Kommunikationssystem wie der Stromleitungskommunikation
(PLC, Power Line Communication) nützlich, die eine Stromversorgungsleitung
als Übertragungsleitung
verwendet, da in der PLC mehrere Modems parallel zu einem als Sender
arbeitenden Modem angeschlossen sind.
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Die
Anwendung beruht auf dem Nutzen der Priorität der japanischen Patentanmeldung
Nr. 2004-1333128, eingereicht am 28.04.2004, deren Inhalte hiermit
in ihre Gesamtheit durch Literaturhinweis eingefügt sind, und beansprucht diesen
Nutzen.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sendeempfänger und
ein Kommunikationsverfahren, die Zeitmultiplex-Übertragungsverfahren verwenden,
welche eine Datenübertragung
unter mehreren Sendeempfängern
durchführen,
so dass die Empfangsleistung einer Kommunikation für einen Sendeempfänger, ein
Kommunikationssystem und ein Kommunikationsverfahren in einem Zeitmultiplex-Übertragungsverfahren erhöht wird.