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Verwandte
Anmeldungen
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Die
vorliegende Anmeldung steht mit dem gemeinsam anhängigen und
gemeinsam angemeldeten US-Patentanmeldungen 09/434,832, 09/434,815,
09/434,816 und 09/434,707 in Beziehung, die jeweils den Titel „SYSTEM
AND METHOD FOR BROADBAND MILLIMETER WAVE DATA COMMUNICATION" haben. Die genannten
Anmeldungen sind jeweils Teilanmeldungen des US-Patentes Nr. 6,016,313
des gleichen Anmelders, welche den Titel „SYSTEM AND METHOD FOR BROADBAND
MILLIMETER WAVE DATA COMMUNICATION" hat, am 18. Januar 2000 erteilt wurde
und gegenwärtig
zwei Re-Examinations-Verfahren
unterworfen ist, unter Anmeldenummern 90/005,726 und 90/005,974.
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Die
vorliegende Erfindung beansprucht die Priorität der ebenfalls anhängigen US-Provisional Application
Nr. 60/266,475 mit dem Titel „SOFTWARE
PROVISIONAL APPLICATION".
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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Kommunikationssysteme und Verfahren,
für die
die Erfassung und Neuerfassung von Signalen in verschiedenen Kommunikationsrahmen
benötigt
wird. Insbesondere betrifft das offenbarte erfinderische System
und erfinderische Verfahren drahtlose Punkt-zu-Mehrpunkt-Kommunikationssyteme
mit Zeitmultiplex-Zugriff, die ein sich wiederholendes Rahmenformat
verwenden.
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Bei
Kommunikationssystemen mit Multiplex-Zugriff ist es üblich, ein
Kommunikations-Hub oder ein Netz von Hubs zu verwenden, die mit
einem oder mehreren Sätzen
von entfernten Einrichtungen kommunizieren. Typischerweise geschieht
die Übertragung über ein
Airlink in einem Protokoll mit einem Format sich wiederholender
Rahmen (Repeating Frame Format Protocol), d.h. einem Format, in
dem die Übertragung
in viele Rahmen bzw. „Frames" unterteilt ist,
um Zugriff zu dem Kommunikations-Airlink durch mehr als eine entfernte
Einrichtung gleichzeitig zu gestatten. Die Rahmen enthalten typischerweise eine
Anzahl von Zeitschlitzen, wobei ein jeder Zeitschlitz in einem Rahmen
Information von einer separaten ent fernten Einrichtung während eines
bestimmten Rahmen übertragen
kann, um dadurch den Eindruck einer gleichzeitigen Kommunikation
zwischen einem Hub und mehreren entfernten Einrichtungen zu erwecken.
Nachdem ein Rahmen übertragen/empfangen
wird, beginnt ein weiterer Rahmen. Ein jeder Rahmen enthält typischerweise
andere Information als die anderen Rahmen, aber nicht notwendigerweise.
Der kontinuierliche Strom von Rahmen und Zeitschlitzen gestattet
die kontinuierliche Kommunikation beispielsweise zwischen dem Hub und
mehreren entfernten Einrichtungen, oder zwischen einem Hub und einem
oder mehreren anderen Hubs.
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Herkömmliche
drahtlose Systeme, die zwischen einem Hub und einer Mehrzahl von
entfernten Einrichtungen kommunizieren, sind im Stand der Technik
als Kommunikationssysteme mit Multiplex-Zugriff bekannt. Eine Art
von Kommunikationssysteme mit Multiplex-Zugriff ist das System mit
Zeitmultiplex-Zugriff („time
divisional multiple access", „TDMA"). In herkömmlichen „TDMA"-Systemen werden
Zeitschlitze oder Zeitsegmente in Rahmen aus mehreren Zeitschlitzen
organisiert. Beispielsweise können
einige von der Mehrzahl von entfernten Einrichtungen Informationen,
wie beispielsweise Daten, Tonsignale, Multimedia-Daten, Steuerungssignale etc. oder eine
Kombination derselben in einem Rahmen an den Hub senden. Typischerweise
wird einer jeden entfernten Einrichtung, welche Information in einem
Rahmen sendet, ein Zeitschlitz innerhalb des Rahmens zugewiesen.
Der Hub kann außerdem
die Gelegenheit gegeben werden, innerhalb eines Rahmens zu einer
oder mehreren der entfernten Einrichtungen zu übertragen. Die Information
wird typischerweise zu einer speziellen entfernten Einrichtung oder einem
speziellen Hub während
der Zeitschlitze in dem Rahmen gemäß einer Zeitschlitz-Zuordnung
zur speziellen entfernten Einrichtung bzw. Hub übertragen.
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Hubs
und entfernte Einrichtungen können über ein
Duplex-Schema kommunizieren, welches den Austausch von Information
in beide Richtungen über
das Airlink gestattet. Übertragungen
von dem Hub zur entfernten Einrichtung wird als „Downlink"- oder „Vorwärts"-Übertragungen
bezeichnet. Übertragungen
von der entfernten Einrichtung zum Hub werden als „Uplink"- oder „Rückwärts"-Übertragungen bezeichnet. Zeitduplex-Schemata
(„Time
Division Duplex, „TDD"), die im Stand der
Technik wohlbekannt sind, unterteilen typischerweise einen Rahmen in
Vorwärts-
und Rückwärtsabschnitte.
Die Vorwärts- und
Rückwärtsabschnitte,
die im allgemeinen die gleiche Größe haben, haben von Rahmen
zu Rahmen dieselbe Größe. Adaptive
Zeitduplex-Schemata („ATDD") gestatten es, daß TDD-Rahmen
in der relativen Größe bezüglich des
Vorwärts-
und Rückwärtsabschnitts
des Rahmens variieren, beispielsweise in Abhängigkeit vom Ausmaß des Datenaufkommens, welches
in eine jede Richtung zu einer bestimmten Zeit übertragen werden soll. ATDD-Systeme
sind in den US-Patentanmeldungen
09/434,832, 09/343,815, 09/434,816 und 09/434,707 beschrieben, die
sämtlich
den Titel „SYSTEM
AND METHOD FOR BROADBAND MILLIMETER WAVE DATA COMMUNICATION" haben und von denen
eine jede eine Teilanmeldung des US-Patents Nr. 6,016,313 mit dem Titel „SYSTEM
AND METHOD FOR BROADBAND MILLIMETER WAVE DATA COMMUNICATION" ist, welche am 18.
Januar 2000 erteilt wurde und gegenwärtig zwei Re-Examination-Verfahren
unter Anmeldenummern 90/005,726 und 90/005,974 unterzogen ist.
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Frequenz-Duplex-Schemata
(„Frequency
Division Duplexing", „FDD"), die ebenfalls
im Stand der Technik bekannt sind, gestatten einen Duplexbetrieb zwischen
einem Hub und einer entfernten Einrichtung durch das Trennen der Übertragungen
zwischen dem Hub und der entfernten Einrichtung im Frequenzraum
anstatt in der Zeit.
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Bei
Kommunikationssystemen, wie beispielsweise einem drahtlosen Kommunikationssystem,
müssen
der Empfänger
und der Transmitter synchronisiert werden, damit der Empfänger den
einkommenden Datenstrom, der durch den Transmitter gesendet wurde,
verstehen kann. Bei TDMA-Systemen ist es notwendig, daß ein jeder
entfernter Transmitter seine Information so sendet, daß sie von
dem Hub-Empfänger
zur richtigen Zeit empfangen wird. Wie im Stand der Technik bekannt
ist, wird der Hub typischerweise einen Phase-Lock-Loop-Schaltkreis mit
einem lokalen Oszillator haben, wie beispielsweise einem spannungsgesteuerten
Oszillator, der ein Signal mit derselben Frequenz erzeugt, wie sie
die von der entfernten Einrichtung gesendete Trägerwelle hat, der die Daten überlagert
sind. In manchen Systemen kann der Hub einen einfachen Input-Knoten
enthalten, um einen nachgebildete Trägerwelle zu empfangen, die
irgendwo anders als in dem Hub erzeugt wurde. Ein Teil des Synchronisierungsprozesses
ist die Erfassung des Signals. Sobald ein Signal von dem Empfänger empfangen
wurde, muß das
Signal erfaßt
werden, d.h., die Frequenz und die Phase der einlaufenden Daten
müssen
dem Empfänger
bekannt sein, so daß der
Empfängerschaltkreis beispielsweise
das Symboltiming feststellen kann, so daß die einlaufenden Daten zur
richtigen Zeit abgetastet werden können.
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Typische
Systeme aus dem Stand der Technik erfassen ein einlaufendes Signal
mittels eines eindeutigen Satzes von Datenbits, bekannt als „eindeutiges
Wort", in der Nähe des Anfangs
einer Mitteilung in einem Zeitschlitz. Das eindeutige Wort ist dem Empfänger bei
dem Hub bekannt. Der Hubempfänger
erkennt die Bits des eindeutigen Worts während sie in dem einlaufenden
Signal empfangen werden, und der Hub stellt sein internes Timing
so ein, daß er in
der Lage ist, die einlaufenden Bits zur geeigneten Zeit abzutasten.
Systeme aus dem Stand der Technik müssen typischerweise ein Signal
von derselben entfernten Einrichtung für jeden Rahmen erneut mittels irgendeiner
aus einer Anzahl von bekannten Techniken erfassen, wie beispielsweise
mittels der Verwendung eines eindeutigen Worts, welches in dem gesendeten
Signal in einem jeden Zeitschlitz in einem jeden Rahmen enthalten
ist. Das eindeutige Wort verbraucht wertvolle Zeit in dem Zeitschlitz,
die für die Übertragung
von Datenbits verwendet werden könnte.
Daher stellt das Vorliegen des eindeutigen Worts in einem jeden
Zeitschlitz eine ineffiziente Verwendung der Airlink-Resource dar.
Darüber
hinaus verlangsamt die Zeit, welche zum erneuten Erfassen eines
empfangenen Signals benötigt
wird, die effektive Gesamt-Datenbitrate des Systems.
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Andere
System aus dem Stand der Technik müssen ein jedes Symbol von einer
entfernten Einrichtung erneut erfassen, indem die Timing-Phase berechnet
wird oder das eindeutige Wort für
ein jedes Symbol bestimmt wird. Jedoch sind solche System nicht
effizient darin, ein später
empfangenes Signal erneut zu erfässen,
aufgrund der Verzögerungen,
die den Berechnungen innewohnen, die zum Erfassen eines jeden Symbols
benötigt
werden. Manche dieser Systeme aus dem Stand der Technik haben einen Zeitschlitz,
welcher einer bestimmten entfernten Einrichtung gewidmet ist, so
daß der
Hubempfänger
immer die Abfolge des Empfangs der Signale kennt: Zeitschlitz 1
trägt immer
die Signale von der entfernten Einrichtung A, Zeitschlitz 2 trägt immer
die Signale von der entfernten Einrichtung B, etc. Solche Systeme
aus dem Stand der Technik sind nicht effizient, wenn die Menge von
Daten, welche zwischen den verschiedenen entfernten Einrichtungen
zum Hub gesendet werden, sich von Rahmen zu Rahmen ändert. Diese
System können
außerdem
nicht in TDMA-Systemen arbeiten, in denen keine Beziehung zwischen
einer bestimmten entfernten Einrichtung und einem gegebenen Zeitschlitz
vorliegt.
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TDMA-Punkt-zu-Multipunkt-Kommunikationssysteme,
wie beispielsweise solche, die in den oben zitierten Dokumenten
beschrieben sind, sind so ausgelegt, daß sie mehr entfernte Abonnenten
(„subscribers") als Zeitschlitze
pro Rahmen haben. Demzufolge besteht zum Zwecke einer effizienten
Kommunikation zwischen dem Hub und den entfernten Einrichtungen
solch eines Systems keine Beziehung zwischen einer bestimmten entfernten
Einrichtung und einem gegebenen Hub. In einem System mit vier Zeitschlitzen
pro Rahmen überträgt beispielsweise die
entfernte Einrichtung A im Zeitschlitz 1 in einem ersten Rahmen,
im Zeitschlitz 3 im nächsten
Rahmen, im Zeitschlitz 1 für
den nächsten
Rahmen, dann im Zeitschlitz 2, Zeitschlitz 4 etc. Es versteht sich, daß das obige
System nur beispielhaft aufzufassen ist und nicht auf irgendeine
Weise einschränkend verstanden
werden soll. Die vorliegende Erfindung kann mit einer beliebigen
Anzahl von Zeitschlitzen pro Rahmnen arbeiten. Systeme aus dem Stand
der Technik, die versuchen, Zeitinformation bezüglich einer entfernten Einrichtung
aus der Lage des Zeitschlitzes im Rahmen abzuleiten, werden offensichtlich
in dem oben beschriebenen System, wenn überhaupt, dann nicht effizient
arbeiten.
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Systeme,
die mit variierenden Baudraten arbeiten, machen das Erfassungssystem
noch komplizierter. Die Baudrate kann als Anzahl von Symbolen definiert
werden, welche pro Rahmen übertragen werden.
Systeme aus dem Stand der Technik, die versuchen, in einem später empfangenen
Rahmen ein Signal von einer entfernten Einrichtung erneut zu erfassen,
indem die Anzahl von Symbolen gezählt werden, die von einem vorhergehenden
Rahmen empfangen wurden, würden
in Systemen mit variierenden Baudraten nicht korrekt funktionieren.
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Somit
besteht ein Bedarf für
ein System und ein Verfahren für
die Kommnunikation in einem Kommunikationssystem mit Zeitmultiplex-Zugriff,
welches mit einem sich wiederholenden Rahmenformat arbeitet, welches,
nachdem ein Signal von einem ersten Abonnenten in einem ersten Rahmen
erfaßt
wurde, Signale in nachfolgenden Rahmen erfaßt, ohne auf Zeitinformation
zurückzugreifen,
die in dem Signal in dem nachfolgenden Rahmen enthalten ist, um
dadurch die Beschränkungen
der Systeme und Verfahren aus dem Stand der Technik zu überwinden.
Darüber
hinaus besteht ein Bedarf für
ein System und ein Verfahren für
eine Kommunikation mit einem Kommunikationssystem mit Zeitmultiplex-Zugriff,
welches mit einem sich wiederholenden Rahmenformat arbeitet, das,
nachdem ein Signal von einem ersten Abonnenten in einem ersten Rahmen
erfaßt
wurde, Signale in nachfolgenden Rahmen erfaßt, ohne auf eine Berechnung
der Timing-Phase für
ein jedes empfangenes Symbol/Signal zurückzugreifen.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vermeidet die Probleme und Einschränkungen
des Standes der Technik, indem bei dem Hub Zeitinformation für ein Signal
in einem ersten Rahmen von einer Mehrzahl von Abonnenten gespeichert
wird und die gespeicherte Zeitinformation für einen aus der Mehrzahl von
Abonnenten zum Erfassen eines Signals in einem später empfangenen
Rahmen von diesem einen Abonnenten verwendet wird, wobei diese Zeitinformation
unabhängig
von jeglicher Zeitschlitzinformation in irgendeinem der empfangenen
Rahmen ist.
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Eine
weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vermeidet die Probleme und Beschränkungen
des Standes der Technik, indem der Start eines Zeitschlitzes in
einem jeden Rahmen begrenzt wird auf eine ganzzahlige Anzahl von
Airlink-Zeiteinheiten nach dem Start des vorhergehenden Zeitschlitzes
und/oder Rahmens.
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Dementsprechend
besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, viele der
obigen Probleme des Standes der Technik auszuräumen und eine neues System
und ein neues Verfahren zum Kommunizieren in einem sich wiederholenden
Rahmenformat zwischen einem Hub und festen entfernten Einrichtungen
in einem drahtlosen Punkt-zu-Mehrpunkt-Kommunikationssystem mit Zeitmultiplex-Zugriff
anzugeben, in dem die Rahmen eine vorbestimmte Anzahl von Zeitschlitzen
und eine vorbestimmte Anzahl von Airlink-Zeiteinheiten (ATU) enthalten
und wobei die Zeitschlitze eine ganzzahlige Anzahl von Airlink-Zeiteinheiten enthalten
und wobei ein Signal in einem ersten Rahmen von einer entfernten
Einrichtung durch irgendein bekanntes Verfahren erfaßt wird,
und wobei die Periodizität
der Airlink-Zeiteinheiten die Neuerfassung von Signalen in später empfangenen
Rahmen aus dem ersten Rahmen gestattet, ohne auf Zeitinformation
zurückzugreifen, welche
in den Signalen in den später
empfangenen Rahmen enthalten ist.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein neues
System und ein neues Verfahren zum Kommunizieren in einem Format
sich wiederholender Rahmen zwischen einem Hub und festen entfernten
Einrichtungen in einem drahtlosen Punkt-zu-Mehrpunkt-Kommunikationssystem mit Zeitmultiplex-Zugriff
anzugeben, wobei die Anzahl von ATUs pro Rahmen eine Konstante ist,
um eine Erfassung eines Signals von einer entfernten Einrichtung
in Rahmen zu gestatten, die auf den Rahmen der anfänglichen
Erfassung folgen, ohne Zeitinformation innerhalb des Signals in
dem nachfolgenden Rahmen zu benötigen.
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Noch
eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein
neues System und ein neues Verfahren zum Kommunizieren in einem
Format sich wiederholender Rahmen zwischen einem Hub und festen
entfernten Einrichtungen in einem drahtlosen Punkt-zu- Mehrpunkt-Kommunikationssystem
mit Zeitmultiplex-Zugriff anzugeben, wobei die Größe der Zeitschlitze
innerhalb eines Rahmen variabel ist, solange die Zeitschlitze jeweils
eine ganzzahlige Anzahl von ATUs umfassen.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein neues
System und ein neues Verfahren zum Neuerfassen eines Signals von
einem aus einer Mehrzahl von entfernten Transmittern in Rahmen,
welche auf den Rahmen der anfänglichen Erfassung
folgen, bei einem Punkt-zu-Mehrpunkt-Kommunikationssystem mit Zeitmultiplex-Zugriff
anzugeben.
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Diese
und viele weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden dem Fachmann, an den sich die Erfindung richtet, durch das Studium
der Ansprüche,
der beigefügten
Zeichnungen und der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
unmittelbar einleuchten.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine gedankliche Ansicht eines Punkt-zu-Mehrpunkt-Kommunikationssystems
mit einer Mehrzahl von Hubs und einer Mehrzahl von entfernten Einrichtungen.
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2 ist
ein Diagramm eines Kommunikationsformats mit sich wiederholenden
Rahmen, welches ein Verhältnis
zwischen einem Zeitschlitz und einem Rahmen und die verallgemeinerten
Komponenten eines Zeitschlitzes zeigt. Außerdem ist die Veränderung
der Zeitschlitz-Zuweisungen
für die
entfernten Einrichtungen gezeigt.
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3 ist
eine Abbildung eines Zeitduplex-Rahmens, der identische Zeitschlitzdauern
aufweist.
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4 ist
eine Abbildung eines adaptiven Zeitduplex-Rahmens, der asymmetrische
Zeitschlitzdauern aufweist.
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5 ist
eine Abbildung eines Rückwärts-Links
von zwei Zeitduplex-Rahmen (oder adaptiven Zeitduplex-Rahmen), die
eine ganzzahlige Anzahl von Airlink-Zeiteinheiten für einen
jeden asymmetrischen Zeitschlitz zeigt. Außerdem ist die Änderung
der Zeitschlitz-Zuordnungen
für die
entfernten Einrichtungen gezeigt.
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6 ist
ein Flußdiagramm
für das
Neuerfassen von Signalen von einer entfernten Einrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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7 ist
ein funktionales Blockdiagramm eines Abschnitts eines Hubempfänger-Signalweges.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Bei
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten
in sämtlichen
Zeichnungen.
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1 repräsentiert
ein typisches drahtloses Kommunikationssystem zum Bereitstellen
einer Breitband-Kommunikation mit hoher Geschwindigkeit. Das System
in 1 umfaßt
die Hubs 101, 102 und 103, die entfernten
Einrichtungen 150 bis 154 und das Kommunikations-Backbone 160.
Das Kommunikations-Backbone kann durch eine beliebige Form von Kommunikationsmitteln
gebildet werden, beispielsweise durch ein Glasfaseroptik-Gateway bzw.
Protokollumsetzer oder eine andere Breitband-Datengradverbindung
(„Broadband
Data Grade Connection"),
T1-Übertragungsleitungen,
ein Kabel-Kommunikationssystem, das Internet oder dergleichen. Man
beachte, daß die
Anzahl und die Anordnung der Hubs und entfernten Einrichtungen in 1 nur
beispielhaft sind und nicht in irgendeiner Weise als einschränkend für die Anwendbarkeit
der vorliegenden Erfindung betrachtet werden sollte. Die Hubs 101 und 102 kommunizieren
miteinander über ein
Airlink, während
die Hubs 101 und 103 miteinander über das
Kommunikations-Backbone 160 kommunizieren. Ein jeder der
Hubs kommuniziert mit seinen zugehörigen entfernten Einrichtungen über ein Airlink.
Die entfernten Einrichtungen können
beispielsweise mit einem einzelnen PC, wie beispielsweise PCs 130 oder 131 verbunden
sein, oder mit einem Netz, wie beispielsweise die lokalen Netze
bzw. Local Area Networks 110 oder 120. Ein vollständige Beschreibung
des beispielhaften Systems von 1 kann in
den US-Anmeldungen 09/434,832, 09/434,815, 09/434,816 und 09/434,707
gefunden werden, die jeweils den Titel „SYSTEM AND METHOD FOR BROADBAND
MILLIMETER WAVE DATA COMMUNICATION" tragen und die jeweils eine Teilanmeldung
des US-Patents Nr. 6,016,313 sind, die den Titel „SYSTEM
AND METHOD FOR BROADBAND MILLIMETER WAVE DATA COMMUNICATION" trägt, am 18.
Januar 2000 erteilt wurde und gegenwärtig zwei Re-Examination-Verfahren
unter Anmeldenumnern 90/005,726 und 90/005,974 unterzogen ist.
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Die
Anzahl der entfernten Einrichtungen, mit denen ein gegebener Hub
kommuniziert, kann größer als
die Anzahl von Zeitschlitzen sein, die pro Rahmen verfügbar sind.
Beispielsweise kann eine bevorzugte Ausführungsform bis zu 128 entfernte Einrichtungen
haben, die mit einem Sektor eines Hubs über Rahmen kommunizieren, die
ein Maximum von 32 Zeitschlit zen haben. Daher ist es möglich, daß eine bestimmte
entfernte Einrichtung von Rahmen zu Rahmen mit dem Hub in dem gleichen Zeitschlitz
kommuniziert, oder eine entfernte Einrichtung kann nicht in jedem
Rahmen mit dem Hub kommunizieren. In solch einem System ist es vorteilhaft, wenn
der Hub in der Lage ist, die entfernte Einrichtung in der kürzest möglichen
Zeit zu erfassen, jedes Mal, wenn die entfernte Einrichtung ein
Signal zum Hub sendet, unabhängig
von dem Zeitschlitz in dem Rahmen, über den das Signal der entfernten
Einrichtung zum Hub gesendet wird.
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Wie
in 2 gezeigt ist, werden Rahmen 1 bis N von einem
Hub, wie beispielsweise dem Hub 101 in 1 (hier
der Klarheit halber nicht gezeigt), empfangen, und sie sind bei
Bezugszeichen 201 in einer Weise dargestellt, in der die
Rahmen 2, 5 und N bei Bezugszeichen 210, 211 bzw. 212 in
detaillierter Explosionsdarstellung gezeigt sind. Eine jede der Explosionsansichten 210, 211 und 212 zeigt
Zeitschlitze 1 bis M als TS1 bis TSM. Außerdem
sind die Zeitschlitzzuordnungen für vier entfernte Einrichtungen,
R1, R2, R3 und R4 gezeigt,
die mit dem Hub kommunizieren. Wie 1 zu entnehmen
ist, können
die Zuordnungen der Zeitschlitze der entfernten Einrichtungen sich
von Rahmen zu Rahmen ändern.
Beispielsweise befindet sich R1 im Rahmen
2 in TS1, während sich R1 im
Rahmen 5 in TS4 befindet. TSM von
Rahmen 2 ist weiter explodiert dargestellt, um den typischen Inhalt
eines Uplink-Zeitschlitzes
zu zeigen, wie beispielsweise die Präambel 221, ein eindeutiges
Wort 222 und die Nutzlast bzw. „Payload" 223, von denen ein jedes typische
Funktionen durchführt,
die im Stand der Technik bekannt sind.
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In 3 ist
ein Zeitduplex („TDD")-Rahmen 301 mit
einem Vorwärts-Link-Abschnitt 310 und
einem Rückwärts-Link-Abschnitt 320 dargestellt.
Ein jeder der Link-Abschnitte ist ferner aufgebläht, um die Zeitschlitze 1 bis
M als TS1 bis TSM zu
zeigen, wie bei Bezugszeichen 315 und 325 gezeigt
ist. Die Dauer von TS3 in dem Vorwärts-Link
ist bei Bezugszeichen 331 bildlich als DF3 dargestellt,
und die Dauer von TS2 in dem Rückwärts-Link
ist bei Bezugszeichen 332 als DR2 bildlich
dargestellt. DF3 und DR2 sind
als gleich und als ganzzahliges Vielfaches von Airlink-Zeiteinheiten
(„ATU") dargestellt. ATUs
werden unten mehr im Detail diskutiert. Außerdem ist die Dauer des Vorwärts-Links
DF und die Dauer des Rückwärts-Links DR gezeigt. 3 zeigt
einen symmetrischen TDD-Rahmen, daher gilt DF =
DR. Die Dauer des Rahmens DFRAME ist
von Rahmen zu Rahmen konstant. Da die Zeitschlitze jeweils ganzzahlige
Vielfache von ATUs sind und es eine ganzzahlige Anzahl von Zeitschlitzen
pro Verwärts- oder Rückwärts-Links gibt,
bestehen auch die Vorwärts-
und die Rückwärts-Links
aus einer ganzzahligen Anzahl von ATUs. Auf ähnliche Weise besteht ein jeder
Rahmen aus einer ganzzahligen Anzahl von ATUs, die eine konstante
Zahl ist. Ein jeder Rahmen besteht aus der gleichen Anzahl von ATUs.
Dieses ganzzahlige Verhältnis
von ATUs zu Zeitschlitzen und Rahmen ist für den Betrieb des offenbarten
erfinderischen Systems und erfinderischen Verfahren wichtig.
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In 4 ist
ein adaptiver Zeitduplex-Rahmen 401 („ATDD") dargestellt, der den Vorwärts-Link 410 und
den Rückwärts-Link 420 umfaßt. 4 könnte auch
als ein asymmetrischer TDD-Rahmen betrachtet werden. 4 ist
der 3 ähnlich,
und gleiche Bezugszeichen in den Figuren repräsentieren gleichen Konzepte.
Der Unterschied zwischen 3 und 4 besteht
darin, daß der
Vorwärts-Link 410 und
der Rückwärts-Link 420 von 4 nicht
dieselbe Dauer haben. Darüber
hinaus ist die Dauer 431 der Zeitschlitze 415 des
Vorwärts-Links
verschieden von der Dauer 432 der Zeitschlitze 425 in
dem Rückwärts-Link.
Jedoch ist es wichtig zu beachten, daß ein jeder der Zeitschlitze, ob
in einem Vorwärts-Link
oder in einem Rückwärts-Link,
eine ganzzahlige Anzahl von ATUs beträgt. Die Zeitschlitz-Dauer muß eine ganzzahlige Anzahl
von ATUs betragen, damit das offenbarte erfinderische System und
Verfahren praktiziert werden kann. Auf ähnliche Weise ist die Dauer
des Vorwärts-Links
und die Dauer des Rückwärts-Links,
obwohl sie verschieden voneinander sind, jeweils eine ganzzahlige
Anzahl von ATUs. Die Dauer des Rahmen 401 in 4 ändert sich
nicht und hat dieselbe Anzahl von ATUs wie die Dauer des Rahmens 301 in 3.
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5 zeigt
den Rückwärts-Link
der zwei Rahmen, Rahmen A bei 501 und Rahmen B bei 502. Ein
jeder Rückwärts-Link
umfaßt
Zeitschlitze 1 bis M. Der Rückwärts-Link
von Rahmen A umfaßt
die Zeitschlitze TSA1 bis TSAM.
Der Rückwärts-Link
von Rahmen B umfaßt
die Zeitschlitze TSB1 bis TSBM.
Mit den Zeitschlitzen 1 bis 4 für
einen jeden Rahmen sind die Zeitschlitz-Zuordnungen für die entfernten
Einrichtungen 1 bis 4, R1 bis R4,
dargestellt, die sich mit dem Hub in Kommunikation befinden, der
die Rückwärts-Link-Rahmen
empfängt.
Man beachte, daß sich
die Zeitschlitz-Zuordnungen für
die entfernten Einrichtungen von Rahmen zu Rahmen ändern können, wie
zuvor unter Bezugnahme auf 2 diskutiert
wurde. Darüber
hinaus kann sich die Zeitschlitzdauer, die für Rahmen A als DAi bezeichnet
ist und für Rahmen
B als DBi bezeichnet ist, wobei i = 1 bis
M, von Zeitschlitz zu Zeitschlitz und von Rahmen zu Rahmen ändern, solange
ein jeder Zeitschlitz eine ganzzahlige Anzahl von ATUs umfaßt und die
Rückwärts-Links
eine ganzzahlige Anzahl von ATUs umfassen.
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Wie
in 5 gezeigt ist, ist eine ATU die Zeit, die benötigt wird,
um S Symbole bei einer Baudrate von R zu übertragen. Gemäß dem System
und dem Verfahren der Erfindung ist eine ATU die Körnigkeit des
Systems. ATUs sind die Bausteine der Zeitschlitze und somit der
Rahmen, d.h., eine ATU definiert die Zeiteinheit, durch die Zeitschlitze
definiert sind. Ein jeder Zeitschlitz muß eine ganzzahlige Anzahl von ATU
betragen, obwohl nicht jeder Zeitschlitz in einem Rahmen dieselbe
Anzahl von ATUs haben muß,
solange ein jeder Rahmen eine konstante Anzahl von ATUs hat. Durch
das Begrenzen der Zeitschlitze auf ganzzahlige Anzahlen von ATUs,
was heißt,
das ein Zeitschlitz nach einer ganzzahligen Anzahl von ATUs beginnen
muß, nachdem
ein vorgehender Zeitschlitz begonnen wurde, können das System und das Verfahren
der Erfindung das Timing, das dieser Regelmäßigkeit innewohnt, ausnützen, um
Signale von einer entfernten Einrichtung erneut zu erfassen, ohne auf
Zeitinformation innerhalb des Signals zurückzugreifen.
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6 ist
ein Blockdiagramm, das ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
zur Neuerfassung eines Signal von einer entfernten Einrichtung zeigt.
Im Schritt 610 empfängt
der Hub ein erstes Signal S1 in einem ersten
Rahmen F1 von einer ersten entfernten Einrichtung,
die in diesem Beispiel als R1 bezeichnet
ist. Der Empfänger
beim Hub demoduliert S1 durch eine beliebiges
Verfahren, das im Stand der Technik bekannt ist. Das demodulierte
Signal S1 wird dann im Schritt 620 mit
einer vorbestimmten Abtastrate abgetastet. Die Abtastrate basiert
auf einer vorbestimmten ganzzahligen Anzahl von Abtastwerten pro
ATU. Im Schritt 630 wird S1 durch
irgendein im Stand der Technik bekanntes Verfahren erfaßt, um die
Zeitinformation, die alternativ auch als Phaseninformation bekannt
ist, von R1 zu erhalten, wie beispielsweise
unter Verwendung eines eindeutigen Wortes. Die Zeitinformation für R1 wird beim Hub im Schritt 640 in
einem Speichermodul, wie beispielsweise einem RAM, einem Register
oder dergleichen gespeichert. Die Zeitinformation für R1, die von einem zuvor empfangenen Signal
oder Signalen von R1 wie beispielsweise
S1 abgeleitet ist, wird im Schritt 660 aus
einem Speicher wiedergewonnen. Die wiedergewonnen Zeitinformation
R1 wird verwendet, um das Signal S2 zu erfassen, ohne daß Zeitinformation benötigt wird,
die in S2 enthalten sein kann.
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7 ist
ein Funktions-Blockdiagramm eines Hubempfängers gemäß dem erfindungsgemäßen System.
Eine erste entfernte Einrichtung sendet ein Signal, welches am Hub
empfangen wird. Die erste entfernte Einrichtung, und alle anderen
entfernten Einrichtungen, die mit dem Hub kommunizieren, arbeiten
mit einer automatischen Frequenzsteuerungsschaltung, so daß eine Ausgabe
mit konstanter Frequenz erhalten wird. Sobald das Signal von der
entfernten Einrichtung am Hub empfangen wurde, wird ein Zwischenfrequenzsignal
(„ZF") erzeugt, wie im Stand
der Technik bekannt ist, welches in den Analog-zu-Digital-Wandler 710 („ADC") eingeben wird. Der
ADC tastet durch bekannte Verfahren das ZF-Signal mit einer Rate
ab, die durch den Abtaster-Zeitgeber vorgegeben ist. Die Ausgabe
des ADC wird zu dem Optimalfilter 720 und dann zum Resampler 730 gesendet.
Der Zweck des Resamplers besteht darin, die relative Timing-Phase
der in den Resampler eingegebenen Signale bzw. Abtastwerte zu ändern, so daß das Symbol
zur optimalen Zeit abgetastet wird, wie unten mehr im Detail beschrieben
wird. Die Ausgabe des Resamplers wird in den Dezimator 740 gesendet,
der eine ganzzahlige Anzahl von Abtastwerten pro Symbol ausgibt.
Die Ausgabe des Dezimators wird für weitere Signalverarbeitung
an den Equalizer bzw. Entzerrer gesendet. Die Ausgabe des Dezimators
wird außerdem
zu dem Timing-Wiederherstellungskreis 750 rückgeführt, der
den Offset der Timingphase der Ausgabe des Dezimators bestimmt. Der
Offset der Timingphase wird im Speicher 760 für eine spätere Wiedergewinnung
und Verwendung gespeichert, wie unten diskutiert wird. Die Ausgabe
des Timing-Wiederherstellungskreises 750, die der Offset der
Timingphase ist, wird in den Resampler 730 und den Dezimator 740 eingegeben,
um die Eingangssymbole für
jeden von ihnen zur richtigen Zeit abzutasten. Sobald die richtige
Timingphase für
eine entfernte Einrichtung bestimmt ist, muß der Hub das Timing der nachfolgenden
Symbole nicht mehr berechnen.
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Während des
Betriebs arbeitet der Abtaster-Zeitgeber („Sampler Clock") unabhängig von
dem Resampler 730 und dem Dezimator 740. Der Abtaster-Zeitgeber
und der Resampler tasten ein einlaufendes Symbol mit derselben Rate
(Abtastwerte/Symbol), jedoch nicht notwendigerweise zur selben Zeit
und/oder Phase ab. Wie oben diskutiert wurde, werden der Resampler
und der Dezimator durch den Offset der Timingphase gesteuert, welcher
von dem Timing-Wiederherstellungskreis 750 ausgegeben wird.
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Wenn
ein Signal von einer ersten entfernten Einrichtung anfangs beim
Hub empfangen wird, folgt das Signal dem in 7 gezeigten
Pfad. Da die Timingphase des Signals von der ersten entfernten Einrichtung
nicht bekannt ist, wird bei Resampler 730 eine Schätzung vorgenommen
und verfeinert, bis das Signal von der ersten entfernten Einrichtung
erfaßt
wird. In einer bevorzugten Ausführungsform
arbeiten der Resampler (und der Abtaster-Zeitgeber) bei 2,625 Abtastwerten/Symbol.
Die Ausgabe des Resamplers wird zum Dezimator 740 gesendet,
der einen ganzzahlige Anzahl von Abtastwerten/Symbol ausgibt. Für eine bevorzugte
Ausfüh rungsform
ist die Ausgabe des Dezimators 2 Abtastwerte/Symbol. Diese Ausgabe
wird dann in den Timing-Wiederherstellungskreis 750 eingegeben,
der den Offset der Timingphase bestimmt. Der Offset der Timingphase wird
dann im Speicher 760 für
spätere
Wiedergewinnung und Verwendung gespeichert. Die Ausgabe des Timing-Wiederherstellungskreises
gibt einen Rhythmus für
den Resampler und den Dezimator vor, so daß diese Vorrichtungen die nachfolgenden
Symbole von der ersten entfernten Einrichtung zur richtigen Zeit
abtasten.
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Da
die erste entfernte Einrichtung mit einer automatischen Frequenzsteuerung
arbeitet und daher Signale mit einer konstanten vorbestimmten Frequenz überträgt, und
da bekannt ist, daß die
Körnigkeit
des Systems eine ATU beträgt,
deren Zeitdauer bekannt ist, gestattet die Periodizität des Timing-Wiederherstellungskreises
die Neuerfassung von später übertragenen
Signalen von der ersten entfernten Einrichtung, ohne daß das Timing
des später übertragenen
Signals berechnet werden muß.
Der Grund hierfür
liegt darin, daß der
Offset der Timingphase, der für die
erste Einrichtung berechnet wurde, auch der Offset der Timingphase
für alle
von der ersten entfernten Einrichtung später übertragenen Signale sein wird, da
diese Signale in der Frequenz durch die automatische Frequenzsteuerung
beschränkt
sind und die Zeitschlitze für
den Empfang der Signale der ersten entfernten Einrichtung beim Hub
so festgelegt oder eingeschränkt
sind, daß sie
nur zu Beginn einer ATU starten. Das vorliegende System und Verfahren
der Erfindung nützt
die resultierende Periodizität,
um später übertragene
Signale zu erfassen.
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Da
der Hub mit mehr als einer entfernten Einrichtung kommunizieren
kann, muß der
Hub anfangs für
eine jede entfernte Einrichtung den Offset der Timingphase erfassen
und speichern. Für
Symbole/Signale, welche von einer zweiten entfernten Einrichtung
empfangen werden, nachdem der Offset der Timingphase für die zweite
entfernte Einrichtung bestimmt wurde, kann der Hub das Signal von
der zweiten entfernten Einrichtung erneut erfassen, indem auf den
Offset der Timingphase für
die zweite entfernte Einrichtung im Speicher 760 zugegriffen
wird und dieser Offset der Timingphase in den Resampler 730 und
Dezimator 740 eingegeben wird. Der Hub muß nur einen
Timing-Wiederherstellungskreis für
all die entfernten Einrichtungen haben, mit denen er kommuniziert,
solange die Offsets der Timingphase für eine jede der entfernten
Einrichtungen, die mit dem Hub kommunizieren, gespeichert und wiedergewonnen
werden können,
um später
empfangene Symbole/Signale erneut zu erfassen.
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Das
grundlegende Designkriterium für
das erfinderische System und Verfahren besteht darin, daß die ATU
die feinste Körnigkeit
des Systems darstellt. Ein jeder Zeitschlitz, ein jeder Vorwärts/Rückwärts-Link
und ein jeder Rahmen enthält
eine ganzzahlige Anzahl von ATUs. Der Fachmann versteht, daß ein Zeitschlitz
aus einer anderen Anzahl von ATUs besteht als ein Vorwärts/Rückwärts-Link,
und daß ein
Rahmen aus noch einer anderen ganzzahligen Anzahl von ATUs besteht.
Die ATU selbst ist als Zeit zum Übertragen
einer vorbestimmten Anzahl von Symbolen definiert. Eine Ausführungsform
der Erfindung setzt die ATU auf die Zeit zum Übertragen von sechzehn Symbolen
fest. Die bevorzugte Ausführungsform
fügt die
zusätzliche
Begrenzung der Rahmendauer auf 1,5 ms hinzu.
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Wie
im Stand der Technik bekannt ist, ist die Baudrate die Anzahl von
Symbolen, die pro Sekunde übertragen
werden. Daher gestatten unterschiedliche Baudraten, daß unterschiedliche
Anzahlen von Symbolen pro Rahmen übertragen werden. Die bevorzugte
Ausführungsform
hat das folgende Verhältnis
zwischen der Baudrate und der Anzahl von ATUs pro Rahmen, wobei
MBaud ein Megabaud bedeutet:
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
tastet beim Hub das von den entfernten Einrichtungen einlaufende
Signal mit einer Rate ab, bei der 42 Abtastwerte bzw. Samples auf
eine ATU kommen, also 2,625 Abtastwerte pro Symbol. Eine andere
bevorzugte Ausführungsform
behält
ein Steuerungsverhältnis,
das Verhältnis
von Abtastrate zu Baudrate, von 5,25 aufrecht. Der Fachmann erkennt,
daß alle diese
Zahlen geändert
werden können,
während
die geeigneten Beziehungen beibehalten werden, solange eine ganzzahlige
Anzahl von Abtastwerten pro ATU und eine ganzzahlige Anzahl von
ATUs pro Zeitschlitz vorliegen.
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Obwohl
bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, versteht es sich
außerdem,
daß die
beschriebenen Ausführungsformen
nur illustrativ sind und daß der
Rahmen der Erfindung nur durch die anhängenden Ansprüche definiert
werden soll, wenn diesen ein vollständiger Equivalenzbereich, verschiedene
Variationen und Modifikationen zugerechnet werden, die dem Fachmann
beim Studium derselben in den Sinn kommen.