DE60211908T2

DE60211908T2 - Verfahren und vorrichtung zur mässigen breitbandigen kommunikationen

Info

Publication number: DE60211908T2
Application number: DE60211908T
Authority: DE
Inventors: Thomas Philip Noss Mayo HUGHES
Original assignee: Redwave Technology Ltd
Current assignee: Redwave Technology Ltd
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2022-06-29
Also published as: EP1410534A2; RU2305373C2; CA2457702A1; RU2004103803A; GB0117177D0; GB2393341B; HK1065412A1; HUP0401259A2; ATE328409T1; CZ2004228A3; SK972004A3; NZ531056A; WO2003007510A3; WO2003007510A2; GB0400672D0; US20040213294A1; DE60211908D1; GB2393341A; CN1554161A; BG108579A

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende betrifft ein System und ein Verfahren für Kommunikationen hoher Teilnehmerdichte.
Viele Jahre lang war das Problem, eine große Anzahl von aus Wohnbezirken und kleinen Unternehmen stammenden Teilnehmern zeitgleich auf eine wirtschaftliche Weise mit Hochgeschwindigkeits-Telekommunikationsdiensten zu versorgen, schwierig zu lösen. Für Kommunikationen mit geringer Bandbreite (z.B. weniger als 56.000 Bit pro Sekunde (bps)) zwischen Teilnehmern ist das Telephonsystem völlig ausreichend. Wenn zwischen den Teilnehmern Bandbreiten erforderlich sind, die einige Größenordnungen höher sind (z.B. beim Streaming von Videos mit hoher Qualität – 2–6 Mbs), sind traditionelle Ausrüstungen und Verfahren jedoch nicht mehr angemessen.
Daher wurden verschiedene Technologien entwickelt, um zu versuchen, diese Arten von Bandbreiten an Teilnehmer in einer Weise auszuliefern, die es dem Besitzer und/oder Betreiber der benötigten Ausrüstung erlaubt, sie einzusetzen und anschließend für die Benutzung einen Preis zu verlangen, der über einen Zeitraum von einigen Jahren einen Nettogewinn ermöglicht. Ohne Frage ist es umso besser für den Besitzer/Betreiber, je kürzer die Zeit bis zum Gewinn dauert.
Diese Technologien fallen unter zwei Kategorien: Kabelgebunden und Kabellos. Kabelgebundene Systeme sind angewiesen auf leitende Kabel, die zu den Örtlichkeiten jedes Teilnehmers (entweder unterirdisch oder über der Erde) ausgebracht werden. Die Kabel können entweder elektrische oder optische Signale leiten. Für Systeme mit hoher Bandbreite sind die Kosten dafür jedoch in beiden Fällen sehr hoch.
Die andere Kategorie von Systemen: Kabellos – nutzt Elektromagnetische Strahlung im freien Raum, um Signale zwischen Teilnehmern zu übertragen. Kabellose Systeme selbst teilen sich auf in Funkfrequenzsysteme – solche, die elektromagnetische Wellen mit einer Frequenz von weniger als {10¹² Hz} verwenden – und für annähernd ein Jahrhundert wohl bekannt sind, und optische Systeme, die wohl noch eine ältere Herkunft haben. Aufgrund von Verbesserungen bei den Erzeugungs- und Erkennungstechnologien für Strahlungen dieser Wellenlängen, wurden vor kürzerer Zeit jedoch Systeme populär, die Infrarotstrahlung nutzen (mit Wellenlängen von 800 nm bis zu 50.000 nm). Im Prinzip könnten sogar Strahlungen kürzerer Wellenlänge und darüber hinaus genutzt werden: die praktischen Schwierigkeiten bei den Erkennungs- und der Ausstrahlungstechnologien verhindern dies jedoch zur Zeit.
Der Vorteil kabelloser Systeme ist der, dass im Prinzip die Ausrüstung einfacher und günstiger anzuwenden ist, als kabelgebundene – es werden keine Grabungen oder Kabelführende Strukturen benötigt. Sowohl im Bereich der Funkübertragung als auch auf optischem Gebiet ist der Stand der Technik umfangreich, der darauf abzielt, das Problem der „letzten Meile" zu lösen.
In kabellosen Kommunikationssystemen sind die Schlüsselstellen, die deren Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit bestimmen die folgenden:

1. Wie viel von dem Frequenzspektrum wird ausgenutzt, um die Dienste einer Gesamtheit von Teilnehmern anzubieten: „Spektrums-Effizienz"
2. Wie einfach ist es für Teilnehmer, sich einzurichten, um die Ausstrahlung effektiv zu senden und zu empfangen – die sogenannte „Abdeckung"
3. Die Komplexität und somit die Herstellungskosten der Ausrüstung, die eingesetzt werden muss, speziell der Ausrüstung an den Örtlichkeiten des Teilnehmers.

Hinsichtlich des Anteils am Frequenzspektrum, das pro Teilnehmer erforderlich ist, ist dies sowohl für Funk- als auch für optische Systeme ein Kernpunkt. Da das Medium der Nachrichtenübermittlung eine ausgestrahlte Welle ist, wird es, wenn ausreichend viele Strahlungsquellen im Wesentlichen gleichzeitig vorhanden sind, schwierig zu entwirren, welches Signal von welchem Teilnehmer stammt und für welchen es vorgesehen ist. Dies bedeutet, dass bei einer bestimmten Teilnehmerdichte diese sogenannte Interferenz dominieren wird, und das Kommunikationssystem unbrauchbar wird. Je effizienter ein Kommunikationssystem sein Spektrum nutzt, desto höher wird diese Grenzdichte. Daher muss ein kabelloses System für einen Einsatz im Massenmarkt eine sehr gute spektrale Effizienz haben, um den hohen Teilnehmerdichten Stand zu halten, die in den meisten Wohngebieten vorzufinden sind.
Es gibt verschiedene, gut bekannte technische Wege, die spektrale Effizienz eines kabellosen Systems zu erhöhen; zu diesen gehören das Frequenz-, Zeit-, Code- und Raummultiplexverfahren. Frequenz-, Zeit-, Code-Systeme arbeiten, indem sie die Signale, die übertragen werden sollen, in unterschiedlicher Weise kodieren, um so viele Signale wie möglich auf diese Ressourcen zu packen, ohne dass nachteilige Interferenzen auftreten. Jedes dieser Systeme erhöht die Komplexität und damit die Kosten der erforderlichen Ausrüstung, dies zahlt sich jedoch insofern aus, dass es ermöglicht, höhere Teilnehmerdichten zu erreichen. Von diesen Verfahren ist das Zeitmultiplexverfahren wahrscheinlich das unkomplizierteste und am leichtesten in einem brauchbaren System einzusetzende (besonders optische Systeme).
Das Raummultiplexverfahren nutzt im Wesentlichen die geometrischen Eigenschaften der übertragenen Strahlung, wie etwa den Richtwinkel und die effektive Reichweite, um Interferenzen zu mildern, indem die räumliche Ausbreitung der Strahlung eingeschränkt wird. Das bedeutet, dass Gerätegruppen, entweder außerhalb der Reichweite von einander, oder innerhalb bestimmter Winkelbereiche von einander, vorgegebene Frequenzen im Prinzip ohne Interferenzen wiederverwenden können. Diese zwei Arten von Raummultiplexverfahren werden von modernen, in mehrere Sektoren eingeteilten GSM-Basisstationszellen vorgeführt.
Beim Raummultiplexverfahren müssen Sender und Empfänger wiederum sorgfältig konzipiert sein, um aus der Reichweite und den winkelbezogenen Freiheitsgraden den vollen Nutzen zu ziehen. Tatsächlich nutzen einige Funkfrequenz- und die meisten optischen Systeme Strahlen mit hochgradig parallelgerichteter Ausstrahlung, so dass die winkelige Verbreitung dieser Strahlen sehr gering ist; und somit kann die Wiederverwendung des Spektrums sehr hoch sein.
Ein Schlüsselproblem mit diesen so genannten „Punkt-zu-Punkt-" und „Maschen-" Systemen ist, dass aufwändige Mittel zum Ausrichten und Wiederausrichten der Sender und Empfänger der Strahlen notwendig werden, was wiederum Gerätekosten und Installationskomplexität und -zeit erhöht. Dies kommt daher, dass die geographischen Standorte der Teilnehmer nicht in geometrischen Mustern angeordnet sind, und die Ausrüstung, die an diesen Standorten verwendet wird, in der Lage sein muss, damit umzugehen.
Ein weiteres mit der Ausstrahlung im freien Raum verbundenes Problem ist, dass mit der Zunahme an verwendeten Frequenzen eine Anordnung für einen verlässlichen Empfang der Strahlung schwieriger wird. Bei Langwellen- (1.500m) Funkübertragung (LW RF) beispielsweise durchdringen diese Strahlen leicht feste (nichtmetallische) Strukturen (sowohl vom Menschen geschaffene, als auch natürliche, zum Beispiel Vegetation, Hügel, Berge, etc.) und können mit einfacher Ausrüstung sehr leicht empfangen werden. Die Informationsmenge, die unter Verwendung dieser Funkfrequenz übertragen werden kann, ist jedoch ziemlich begrenzt. In dem oben angegebenen Beispiel sind nur 400 kbit/s als theoretisches Maximum möglich. Dies ist für Massen-Breitbandkommunikationstechniken, die viel hunderte oder tausende von Megabits pro Sekunde erfordern, vollkommen unzulänglich.
In der Praxis bedeutet das, dass Frequenzen jenseits von einigen GHz verwendet werden müssen. Dann liegt das Problem jedoch darin, dass Strahlung dieser Frequenzen weit weniger einfach feste Objekte durchdringt, als LW RF. Tatsächlich verhält sich die Strahlung bei diesen Frequenzen im Wesentlichen wie sichtbares Licht. Somit muss, damit Information übertragen wird, der Empfänger in einer Sichtlinie zum Sender stehen. Dies stellt im Prinzip kein Problem dar. In der Praxis sind kabellose Kommunikationssysteme mit Breitbandzugang im Allgemeinen für die Anwendung in dicht besiedelten Gebieten vorgesehen, was bedeutet, dass Gebäude Sichtlinien verdecken. Der Entwurf und die Einrichtung dieser Systeme erfordert daher viel Zeit und Aufwand, um den Teilnehmer und die Systemausrüstung für eine Sichtverbindung oder eine Position nahe einer Sichtverbindung auszurichten, da Teilnehmergeräte an herausragenden Positionen angeordnet werden müssen, oberhalb von Dachlinien, an der Seite hoher Gebäude, etc. Dies vergrößert wiederum die Installationsprobleme und die Komplexität der Systeme und, in einigen Gebieten, verursacht es Probleme im Bezug auf Baugenehmigungen – dort wo Vorschriften die Montage oder die Zurschaustellung von Objekten, die gewisse Ausmaße überschreiten, oder gewissen ästhetischen Anforderungen nicht entsprechen, nicht erlauben.
Der Sachverhalt des direkten Sichtkontakts von Geräten des Kommunikationssystems wird allgemeine als „Abdeckung" bezeichnet, ein Begriff, der abstammt von zellulären oder Punkt-zu-Mehrpunkt-Funksystemen, in denen die Teilnehmergeräte (ortsfest oder mobil) in geographische Gebiete (oder „Zellen") eingeteilt sind, wobei jedes von einer Mehrkanal-Sende/Empfangs-„Basisstation" bedient wird. Solche Basisstationen müssen so aufgestellt sein, dass jeder Teilnehmer innerhalb des Bereiches mit einer hohen Wahrscheinlichkeit mit der Basisstation kommunizieren kann. Wenn dies der Fall ist, wird das Telnehmergerät als von der Basisstation „abgedeckt" bezeichnet.
Wenn in diesem Dokument die Bezeichnung „abgedeckt" oder „Abdeckung" verwendet wird, dann ist damit die Möglichkeit für einen Teilnehmer gemeint, mit dem Rest des Systems zu kommunizieren – dies setzt nicht notwendigerweise ein zelluläres oder Punkt-zu-Mehrpunkt-System voraus.
Bestimmte Systeme und Technologien des Standes der Technik
Die WO99/67903 offenbart ein Kommunikationsnetzwerk, welches mehrere Gebiete aufweist, wobei jedes Gebiet einen sogenannten Seitenstreifen aufweist wobei es ein lokales Netzwerk pro Seitenstreifen gibt. Teilnehmer in diesen lokalen Netzwerken kommunizieren mit den Seitenstreifen mittels kabelloser optischer Signale.
Die US-5566022 betrifft ein kabelloses Kommunikationssystem für den Innenbereich, mit omnidirektionalen Sendern und Empfängern und einer Vielzahl an Relais zum Senden und Empfangen von Infrarotsignalen über die freie Luft.
EP-1085707 – Radiant Networks: „Maschenfunk"-System
Die EP-1085707 beschreibt ein Kommunikationssystem mit einer Vielzahl an Knoten, wobei jeder Knoten einen kabellosen Sender und Empfänger zum kabellosen Senden und Empfangen von Signalen aufweist. Jeder Knoten weist ebenfalls Mittel auf, um zu bestimmen, ob ein von dem Knoten empfangenes Signal Informationen für einen anderen Knoten beinhaltet, und um zu veranlassen, dass ein Signal, welches die zu übertragende Information beinhaltet von den Übermittlungsmitteln zu einem anderen Knoten übermittelt wird, wenn das Signal Informationen für einen anderen Knoten enthält. Jeder Knoten hat eine im Wesentlichen einseitig gerichtete kabellose Punkt-zu-Punkt-Verbindung mit nur einem anderen Knoten. Somit offenbart dieses Patent ein Netzwerksystem, welches aus vielen gerichteten Funkverbindungen zwischen Paaren von Funk-Sende/Empfangsgeräten („Knoten") aufgebaut ist, die an den Örtlichkeiten des Teilnehmers angeordnet sind. In jeder Konfiguration des Netzwerks gehört jede Funkverbindung genau zu einem bestimmten Senderknoten und einem bestimmten Empfängerknoten. Jeder Knoten kann mehr als eine solche Verbindung zu einer Reihe anderer Knoten haben. Das offenbarte Netzwerksystem ist eine Mehrfachetappen- oder „Maschen"-Architektur, in der jeder Knoten sowohl Datenverkehr für andere Knoten übertragen kann, als auch selbst Quelle und Senke für Datenverkehr sein kann. Die Knoten tun dies, indem sie die Signale, die auf jeder Verbindung gesendet werden, untersuchen, um in den Signalen eingebettete Routinginformation zu finden, und indem sie gemäß der Information handeln.
Die spektrale Effizienz dieser Erfindung ist gut, jedoch ist sie durch die Tatsache eingeschränkt, dass ihr Raummultiplexverfahren auf winkeligen (azimuthalen) Sektoren basiert. Das bedeutet, dass die spektrale Effizienz durch die Verwendung von Hochgewinnantennen erzielt wird. Die spektrale Effizienz zu erhöhen bedeutet dabei, den Antennengewinn und somit die Öffnung zu erhöhen. Die spektrale Effizienz in diesem System ist daher mit den Unkosten von großen Knoten erkauft, die die Schwierigkeiten bei der Installation erhöhen. Zusätzlich dazu erfordert das System in jedem Knoten einen komplexen Dekodierprozess der empfangenen Signale um das Routing der Information quer über das Netzwerk aufzubauen. Dies erhöht abermals die Kosten und die Komplexität der Knoten und senkt somit die Wirtschaftlichkeit des Netzwerkes und die Einfachheit der Installation.
WO99/45665 Airfiber: Hybrides Picozellen-Kommunikationssystem
Die WO99/45665 beschreibt ein Laser-Kommunikationssystem für den freien Raum, das eine große Anzahl von Picozellen aufweist. Jede Picozelle weist eine einzige Basisstation auf, welche eine konventionelle (Funkfrequenz, RF) Kommunikation mit einem oder mehreren (normalerweise mehreren) Benutzern vorsieht. Jede Basisstation weist auch zumindest zwei Laser-Sender/Empfänger auf, die mittels eines automatischen Ausrichtungsmechanismus mechanisch im Raum ausgerichtet werden. Diese optischen Sender/Empfänger ermöglicht es ein Punkt-zu-Punkt-Netz von Basisstationen aufzubauen, welches ein zwischenzeitliches Rücktransportnetzwerk (back-haul network) für den Datenverkehr des Endbenutzers bildet. In dieser Erfindung ist der Zugang zum Endbenutzer mit Mitteln des Standes der Technik bewerkstelligt: ein zelluläres RF-Sender/Empfänger-System. Der neuartige Rücktransport-Mechanismus verwendet hochgradig gerichtete optische Strahlen als feste Kommunikationsverbindungen. Wiederum erhöht die absolute Notwendigkeit, die Rücktransportverbindungen sorgfältig auszurichten, die Komplexität und die Größe der Ausrüstung der Basisstation. Da die Reichweite einer Picozelle in der Größenordnung von 100 m ist, bedeutet dies, dass zur Bedienung von 1 Quadratkilometer etwa 30–35 solcher Basisstationen erforderlich wären (unter der Annahme einer einheitlichen Aufstellungsdichte). Die Wirtschaftlichkeit einer solch Anzahl an komplexen Installationen würde dazu neigen, gegenüber einer Markteinführung am Massenmarkt schwächend zu sein.
Nokia „Hausdach"-Funksytem
Diese System ist in verschiedenen frei zugänglichen Dokumenten beschrieben, beispielsweise in „Nokia Rooftop Wireless Routing", eine Informationsschrift, die auf Nokias öffentlicher Website: www.nokia.com, zusätzlich zu anderen Offenbarungen auf dieser Website verfügbar ist.
Nokia offenbart ein System von am Hausdach montierten kabellosen Routern, wobei von dem System behauptet wird, dass es verschiedenen Arten von Kommunikationsbetreibern ermöglicht, einen größeren Kundenstock mit einem Breitbandzugang zu versorgen, als nur mit kabelgebundenen Mitteln erreichbar wäre. Unter Verwendung dieser omindirektionalen kabellosen Router kann ein Paketbasiertes (IP) Mehrfachetappen-(Maschen)-Netzwerk geschaffen werden. Die Router arbeiten in lizenzbefreiten RF-Bändern (z.B. 2,4 GHz und 5,8 GHz), welche für den Datenverkehr der Benutzer ein beschränktes Spektrum verfügbar haben. Die Information durchläuft mehrere Etappen (typischerweise 3–4), bevor sie einen anderen Gerätetyp („Luftkopf") erreicht, der eine Datenbündelungs-Schnittstelle zu einem kabelgebundenen konventionellen Präsenzpunkt (point of presence, POP) darstellt. Das beschränkte verfügbare Spektrum zusammen mit der Eigenschaft der uneingeschränkten Ausstrahlung der Kabellosen Verbindungen des Systems deuten darauf hin, dass die Aufstellungsdichte der Ausrüstung begrenzt ist. Dies wird einigermaßen abgeschwächt durch die dem System innewohnende Unterstützung für paketbasierende (IP) Kommunikationsprotokolle, die nicht zeitempfindlich sind. Die Bereitstellung von streng Zeitempfindlichen Diensten, wie etwa E1/T1, würde jedoch die Kapazitäten diese Systems ernsthaft einschränken.
US-5.724.168 – Kabelloses gestreutes Infrarot-LAN-System
Die US-5724168 offenbart ein kabelloses gestreutes Infrarot Nahbereichsnetzwerks-Kommunikationssystem, das in geschlossenen Bereichen (im Haus) arbeitet. Das Kommunikationssystem enthält eine Steuereinheit und einen zentralen, im Wesentlichen omnidirektionalen Infrarot-Sender/Empfänger, der an der Wandinnenseite des geschlossenen Bereichs angeordnet ist, wobei er mit der Steuereinheit operativ verbunden ist. Das System enthält weiters ein entferntes Endgerät und Mittel, die operativ an das entfernte Endgerät gekoppelt sind, um ein kommuniziertes Signal mit dem omnidirektionalen Infrarot-Sender/Empfänger zu Senden/Empfangen.
Die entfernten Endgeräte kommunizieren mit dem zentralen Sender/Empfänger nur mit einer einzelnen Frequenz über entweder eine direkte Sichtverbindung oder mittels Reflexionen von den Wänden der Umwandung. Somit sind die Geräte in ein im Wesentlichen isotropes Strahlungsbad eingetaucht. Die Rolle der Eingrenzenden Wände in dieser Erfindung scheint zu sein, reflektierende Oberflächen zu bieten, so dass die fernen (mobilen) Geräte nicht in Richtung des zentralen Senders/Empfängers ausgerichtet werden müssen. Es ist auch ein spezielles Zeitmultiplex (time-division multiple access, TDMA) Kommunikationsprotokoll zwischen der zentralen und der entfernten Stationen offenbart, welches einem entfernten Endgerät und der zentralen Station ermöglicht, in dem gemeinsam genutzten Medium des isotropen Infrarotmediums zu kommunizieren.
Diese Innen-System ist offensichtlich ungeeignet für ein öffentliches Breitband Kommunikationsnetzwerk außerhalb eines Gebäudes, da es sich auf gestreute Reflexion der Signale von verschiedenen Oberflächen stütz, was, für Größenordnungen außerhalb von Gebäuden aufgrund der Abschwäschungen die dies mit sich bringt und dem „Rauschen" das es im Bezug auf reflektierte Signale von anderen Geräten erzeugt, unpraktikabel ist.
Anforderungen an kabellose Breitband-Zugangssysteme
Die obigen Beispiele demonstrieren die Unzulänglichkeiten solcher Systeme des Standes der Technik, um praktisch umsetzbare Massenkommunikationsnetzwerke zu unterstützen.
Vorteilhafter Weise würden folgende Kennzeichen für solch eine Technologie verfügbar sein:

1. Das Verfügbare Spektrum wird für eine hohe Aufstellungsdichte optimal genutzt und wiedergenutzt (d.h. durchaus über 1.000 Teilnehmer pro Quadratkilometer).
2. Das System sollte in der Lage sein, Breitband (d.h. Dienste mit mehreren Megabits) an eine wesentliche Anzahl an Teilnehmern gleichzeitig zu erbringen.
3. Das System sollte sowohl bei geringen Dichten, als auch bei viel höheren Dichten (wie oben) wirtschaftlich anzuwenden sein.
4. Es sollte einfach sein, im Prinzip eine Abdeckung von 100% eines Teilnehmerbestandes einzurichten
5. Das System sollte ausreichend zuverlässig sein, sodass konkurrenzfähige Dienstverfügbarkeiten erreich werden.
6. Das System sollte bestehende Dienste ausreichend unterstützen und einen erheblichen Spielraum für neue, unvorhergesehene Dienste aufweisen.
7. Die Teilnehmer-Ausrüstung sollte so einfach, und damit so günstig wie möglich sein. Komplexe Schemata, wie etwa Code-Multiplexverfahren, sollten daher nach Möglichkeit vermieden werden.
8. Das Teilnehmergerät sollte so klein und leicht sein, wie möglich, und keine beweglichen Teile enthalten (beispielsweise zum Ausrichten von Lasern und Antennen) – welche dazu neigen, die Verlässlichkeit des Gerätes nachteilig zu beeinflussen. Zusätzlich sollten Außenanlagen eine so lange Einbau- und Betriebslebenszeit haben, wie möglich.
9. Die Teilnehmerausrüstung sollte einfach zu installieren sein und sehr zuverlässig arbeiten, mit minimaler Ausrüstung und Fachkönnen. (Tatsächlich sollten Teilnehmer idealer Weise in der Lage sein, ihre eigene Ausrüstung selbst zu installieren)
10. Das System sollte im Betrieb eine erhebliche Flexibilität erlauben und ausreichend mit bestehenden installierten Anlagen zusammenarbeiten.

Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Massenkommunikations-Netzwerksystem gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren, um Breitband-Massenkommunikationen vorzusehen, gemäß Anspruch 12, und basiert auf einer modifizierten optischen Übertragung von Signalen im freien Raum.
Das System weist zumindest ein, und bevorzugt viele „Felder" auf. Jedes Feld weist eine geographische Gruppierung von Netzwerkteilnehmern, wobei jeder ein Teilnehmergerät (SU) auf dessen Örtlichkeiten oder in der Nähe derselben installiert hat, und verschiedene Objekte in der Umgebung, wie etwa Gebäude, in der Nachbarschaft, auf.
Ein kennzeichnender Aspekt der Erfindung ist die Verwendung von Objekten in der Umgebung, wie etwa Gebäude, in und um das Feld, um den Weg, mit dem Signale innerhalb des Feldes zwischen SUs verbreitet werden, zu verändern.
Physische Objekte, die im Raum angeordnet sind, haben gewisse Eigenschaften hinsichtlich der Ausbreitung von elektromagnetischer Strahlung in den dazwischenliegenden Räumen.
Das Ausbreitungsmuster in diesen dazwischenliegenden Räumen hängt hauptsächlich von den folgenden Merkmalen ab:

1. Die Dimension und Frequenz/Wellenlänge der Strahlung, sowohl in absoluten Begriffen, als auch im Bezug auf die Abmessungen der Objekte;
2. Die Form der Objekte
3. Die Anordnung der Objekte im Bezug zu einander; und
4. Die Art der Oberfläche der Objekte, d.h. ob sie absorbierend, durchlässig, reflektierend oder eine Kombination von allen dreien ist.

Wenn man diese Anordnung von Objekten bedenkt, dann sind Anordnungen, in denen jeder dazwischenliegende Freiraum vollständig von den Objekten umschlossen ist (d.h. wie etwa in einem Gebäude), ausgegrenzt.
Für die Art von Umgebung, wie sie im aufgebauten öffentlichen Raum im Freien vorgefunden wird – in Innenstadtbereichen, Städten, oder Ortschaften, etc. -, können die obigen Merkmale eingeschränkt werden auf

1. Ausstrahlung von kurzer Wellenlänge – in der Praxis von etwa 10 GHz und höher, inklusive dem Infrarotbereich des Spektrums, jedoch nicht darauf beschränkt
2. Objekte von der Größe von Gebäuden – von der Größenordnung von mehreren zehn Metern in der Abmessung und voneinander mit mehreren zehn Metern getrennt.
3. Solche Objekte sind im Wesentlichen vieleckig, wobei sie zumindest eine nahezu vertikale Kante haben, in der Praxis normale Gebäude – Häuser, Büros, Betriebe, etc., die in Strassen- Block- und Campusanordnungen angeordnet sind. Diese allgemeinen Anordnungen von Objekten (inklusive Zäunen und Bäumen) werden als „Objektzonen" bezeichnet.
4. Diese Objekte sind im Allgemeinen absorbierend, mit einem kleinen Anteil an Reflektionsvermögen.

Bei Frequenzen (wie oben angedeutet) bei denen die Strahlung sich in einem „Sichtlinienmodus" ausbreitet, werden gewisse Konfigurationen von angenommenen omnidirektionalen Strahlungsquellen, die rund um eine gegebene Objektzone (OZ) angeordnet sind, eine oder bevorzugt mehrere räumliche „Zonen freier Ausbreitung" (FPZ) hervorrufen, welche eine Untergruppe der Gesamtanzahl von angenommenen Strahlungsquellen enthalten. In einer FPZ fällt die Strahlung von jeder enthaltenen angenommenen Quelle auf all die anderen Quellen in der FPZ und auf keine anderen (außerhalb der FPZ).
Es gibt sehr viele mögliche FPZ-Konfigurationsmöglichkeiten für eine gegebene OZ. Die Anzahl der realisierbaren FPZ-Konfigurationen für eine gegebene OZ hängt jedoch von der Anzahl und der Anordnung von angenommenen Quellen ab, denen erlaubt ist, die OZ zu besiedeln. In den meisten praktischen Fällen gibt es eine große Anzahl an realisierbaren FPZ für eine OZ und seine Quellen.
Der Nutzen einer FPZ wird in praktischen Begriffen von den folgenden Faktoren/Überlegungen festgelegt:

1. Es gibt keine Interferenzen zwischen der Ausstrahlung von zwei unterschiedlichen FPZs. Das bedeutet, dass die spektrale Bandweite, die in diesen FPZs eingesetzt wird, gleich sein kann.
2. FPZs können räumlich mit sehr schmalen Abständen getrennt werden (z.B. die Dicke einer Mauer oder eines Gebäudes), im Vergleich zur Ausdehnung der OZ. Somit können die FPZs sehr dicht gepackt werden.
3. Die FPZ bildet die Basis eines zweckmäßigen Verfahrens, ein Kommunikationsnetzwerk zu organisieren.

Vom Standpunkt eines Kommunikationsnetzwerks ist es wünschenswert, dass die realisierbare FPZ-Konfiguration die folgenden Merkmale aufweist:

1. Angenommen es gibt pro Objekt etwa eine angenommene Quelle, und kein Objekt hat mehr als (sagen wir) 10 Quellen, die diesem zugeordnet sind, dann sollten so viele FPZs geschaffen werden, wie möglich
2. Die FPZs sollten mit Quellen realisiert werden, die in angemessen zugänglichen Positionen an den Gebäuden (z.B. unter der Dachhöhe) liegen, jedoch nicht von bewegten Objekten, z.B. Menschen, Fahrzeugen, etc., behindert werden.

In den meisten praktischen Fällen ist es nicht offensichtlich, wenn man eine spezielle OZ annimmt, wieviele Quellen es geben sollte, und wie diese anzuordnen sind, um die maximale Anzahl von FPZs zu erzeugen, und somit die höchste spektrale Effizienz. Somit, wenn die möglichen FPZ-Charakteristiken einer beliebigen OZ (die unabhängig von der Technologie ist) angenommen werden, dann betrifft diese Erfindung in vorteilhafter Weise:

1. Offenbaren der FPZ/OZ und damit verbundener Konzepte in einer theoretischen (oder allgemeinen) Art und Weise,
2. Vorzeigen der Prinzipien, wie eine gewisse realisierbare FPZ oder jegliche OZ ausgenutzt werden kann, um die Basis für ein wirtschaftliches, leistungsstarkes Kommunikationssystem von hoher Dichte zu bilden,
3. Offenbaren der grundlegenden Elemente eines Verfahrens, um die FPZ-Konfiguration für irgendeine OZ zu optimieren, und
4. Offenbaren der grundlegenden Elemente der Gestaltung der Ausrüstung und seiner Installation, um diese Prinzipien auszunutzen.

Eine realisierbare und ausgerüstete FPZ wird als „Feld" bezeichnet.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird daher ein Breitband-Massenkommunikations-Netzwerksystem vorgesehen, welches aufweist:
eine Vielzahl von Feldern,
wobei jedes Feld eine Vielzahl an Teilnehmern aufweist,
und jeder Teilnehmer ein entsprechendes Teilnehmergerät hat um Signale zu anderen Teilnehmern zu übertragen und von diesen zu empfangenen und
wobei entsprechende Felder über Feld-Schnittstellenpunkte untereinander verbunden sind,
in welchem System:
jedes Teilnehmergerät ein Innen-Schnittstellengerät für den Benutzerzugang zu dem System und ein außen montiertes Kommunikationsgerät zum Übertragen und zum Empfangen von Signalen aufweist,
die Signale auf einer Trägerfrequenz aufgetragen sind, die auf Frequenzen im Bereich von Infrarot bis Ultraviolett arbeitet,
die Teilnehmergeräte eines entsprechenden Felds angeordnet sind, um die Trägerfrequenz im Wesentlichen in alle Richtungen zu übertragen, und um mittels Verbindungen in direkter Sichtverbindung innerhalb des Feldes zu kommunizieren,
Objekte innerhalb und/oder rund um das entsprechende Feld werden verwendet, um das Ausbreitungsmuster des Trägersignals zu bestimmen und/oder zu modifizieren und um Begrenzungen für das Feld festzulegen, und
jeder Feld-Schnittstellenpunkt mit entsprechenden Teilnehmergeräten von zumindest zwei angrenzenden Feldern durch Kommunikationsmittel verbunden ist, die anders sind, als die zwischen entsprechenden Teilnehmergeräten innerhalb der Felder.
Die Erfindung nutzt somit die abschattenden Eigenschaften von Objekten in der Umgebung, um den Freiraum in Bereiche, genannt „Felder", einzuteilen, in welchen ein Kanal einer kabellosen Frequenz wiederverwendet werden kann, ohne mit dem gleichen Kanal in benachbarten Feldern zu interferieren. Dies hat den Vorteil, dass durch ein Raummultiplexverfahren eine hohe spektrale Effizienz erreicht wird.
In einer unten beschriebenen bevorzugten Ausführungsform sind die SUs mit der Kundenausrüstung an den Örtlichkeiten des Teilnehmers (customer premises equipment, CPE) verbunden und können Informationen untereinander mithilfe von Signalen, die auf einem Träger aufgetragen sind, der im Infrarot(IR)-Bereich des elektromagnetischen Spektrums arbeitet, weitergeben. Solche Frequenzen werden leichter absorbiert und weniger leicht gestreut als Funkfrequenzen, und dies ermöglicht die Bildung von wohldefinierten Feldbegrenzungen.
Die SUs sind im Wesentlichen ominidirektional und alle SUs in einem bestimmten Feld sind in direkter Sichtverbindung zueinander. Dies ermöglicht es, eine maximale Bandbreite in die in dem Feld verfügbaren Frequenzen zu packen und bedeutet, dass die SUs nicht präzise ausgerichtet sein müssen. Aus dem gleichen Grund sind SUs in verschiedenen Feldern nicht in direkter Sichtverbindung zueinander und können nicht direkt kommunizieren.
Die maximale lineare Abmessung eines Feldes kann in der Größenordnung von 200m sein. Im Stand der Technik sind viele Anzeichen dafür bekannt, dass Atmosphärische Beeinträchtigungen einer IR-Signalausbreitung über Entfernungen dieser Art die Verfügbarkeit des Systems nicht beeinträchtigen.
Die Unsichtbarkeit von SUs in verschiedenen Feldern ist im Wesentlichen auf Physische Behinderungen in der natürlichen und aufgebauten Umgebung zurückzuführen, in der die SUs installiert sind. Beispiele für Physische Behinderungen sind gebaute Wände, Zäune, Bäume, geographische Merkmale, etc.
Da Gebäude und andere Objekte in typischen Umgebungen mit hoher Teilnehmerdichte hochfrequente Strahlung, wie etwa IR, effektiv absorbieren, kann die Erfindung eine sehr hohe spektrale Wiederverwendung (und somit hohe Teilnehmerdichten) erzielen. Diese hohe Wiederverwendung ist im Prinzip nicht auf die Konstruktion der Ausrüstung zurückzuführen – sondern eher auf die Art und Weise, in der die Ausrüstung als ein System eingesetzt wird. Diese Abschattungseffekte auszunutzen bedeutet auch, dass die SUs nicht auf einem Dach oder auch einen Schornstein montiert sein müssen, sondern, dass sie auch auf viel niedrigeren Niveaus montiert sein können.
Um die Notwendigkeit, die Sender und Empfänger aktiv wiederauszurichten oder sie zueinander in Linie zu bringen, unnötig zu machen, werden die SU-Signale vorzugsweise in einer im Wesentlichen omnidirektionalen Art und Weise ausgesendet und empfangen. Dieses Merkmal reduziert die Kosten und die Komplexität der Ausrüstung erheblich und erleichtert aufgrund der daraus resultierenden Verringerung von Größe und Gewicht der Ausrüstung die Physische Installation außerordentlich.
Signale, die aus einem bestimmten Feld stammen, können zu irgendeiner anderen Stelle in dem Netzwerk übermittelt werden, indem die Felder mittels einer Feld-Querverbindungs-Einheit (PIP) miteinander verbunden werden. Daher können Felder nicht nur Signale übertragen, die von innerhalb des Feldes herstammen und dorthin enden, sondern auch Signale, die von anderen Feldern empfangen werden, oder dorthin übertragen werden sollen.
Die Hauptnutzen von kleinen, untereinander verbundenen Feldern sind:

1. Es kann gezeigt werden, dass weniger Systemressourcen (Zeitschlitze) erforderlich sind, wenn kleine Felder verwendet werden.
2. Dementsprechend ist der Netzwerkdurchsatz höher (und die potentielle Überlastung geringer).
3. Die Wiederverwendung des IR-Spektrums ist höher – und somit die maximale Einsatzdichte.

Die Verwendung von IR bedeutet, dass ein großer Umfang an Bandbreite zum Tragen der Signale verfügbar ist, und daher die Bereitstellung von Mehrfach-Megabit-Diensten an viele Teilnehmer gleichzeitig praktisch umsetzbar ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bereitstellung breitbandiger Massenkommunikation vorgesehen, welches aufweist:
Bilden einer Vielzahl von Zonen, welche je eine Vielzahl von Teilnehmern beinhalten, Bereitstellen eines entsprechenden Teilnehmergerätes an jeden der Teilnehmern, um Signale zu anderen Teilnehmern zu Übersenden und von diesen zu Empfangen, wobei jedes Teilnehmergerät ein Innen-Schnittstellengerät für den Benutzerzugang zum System und ein außen montiertes Kommunikationsgerät zum Übertragen und zum Empfangen von Signalen aufweist,
Lokalisieren der Teilnehmergeräte eines entsprechenden Feldes so, dass sie mittels einer Kommunikation in direkter Sichtverbindung innerhalb des Feldes kommunizieren,
Auftragen der Signale auf ein Trägersignal, das auf Frequenzen im Bereich von Infrarot bis Ultraviolett arbeitet,
Übertragen der Trägersignale im Wesentlich in alle Richtungen,
Verwenden von Objekten innerhalb und/oder rund um das entsprechende Feld, um das Ausbreitungsmuster des Trägersignals zu bestimmen und/oder zu modifizieren, und um für das Feld Begrenzungen festzulegen, und
untereinander Verbinden entsprechender Felder mittels Feld-Schnittstellenpunkten, wobei jeder Feld-Schnittstellenpunkt mit entsprechenden Teilnehmergeräten von zumindest zwei angrenzenden Feldern durch Kommunikationsmittel verbunden ist, die anders sind, als die zwischen entsprechenden Teilnehmergeräten innerhalb der Felder.
Das Kommunikationsverfahren in und zwischen den Feldern in der vorliegenden Erfindung ist so entworfen, dass es dem mit einem Stück elektrischen Kabel genau nachgebildet ist. Daher ist die Erfindung für Endbenutzerprotokolle zugänglich.
Aufgrund der verhältnismäßig einfachen Bauweise der Ausrüstung und der Leichtigkeit der Installation können die Betriebskosten gering gehalten werden, und damit stellt die Erfindung den Betreibern eine wirtschaftliche Lösung für einen Netzwerkaufbau bereit.
Kurzbeschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die Erfindung wird weiters beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
1a eine typische Anbringung eines Telnehmergerätes (SU) gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
1b maßstabsgetreu eine typische Anbringung eines kabellosen Teilnehmergerätes des Standes der Technik darstellt;
2 einige SUs darstellt, die in einem typischen bebauten Gebiet eingesetzt sind, um ein Feld zu bilden;
3a eine allgemeine vieleckige Feldbegrenzung zeigt, die im Allgemeinen aus undurchlässigen und transparenten Segmenten besteht;
3b besondere Merkmale eines SU zeigt, welches entworfen ist, um mit nicht idealen Feldgrenzen zurechtzukommen;
4 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines SU ist;
5 die Querverbindung von Feldern mittels Feld-Schnittstellenpunkten (PIPs) darstellt;
6a ein Gebiet zeigt, das mit einer Anzahl an untereinander verbundenen Feldern bedeckt ist;
6b das Gebiet der 6a im Bezug auf die eingesetzten PIPs zeigt, wobei die Linien zwischen den PIPs die mehrfach geroutete Struktur der Felder darstellt;
7 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines PIPs ist;
8 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Kernnetzwerk-Schnittstelle (CNI) ist;
9 ein Diagramm ist, das die Steuerungs- und Organisationsaspekte des Netzwerks gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
10a eine Tabelle ist, die die Aktivitäten der Geräte in der vorliegenden Erfindung zu jedem Zeitpunkt in einer sich periodisch wiederholenden Zeitsequenz darstellt;
10b ein Fragment eines Netzwerks der 9 zeigt, dass dessen Aktivitäten in einer Zeitsequenz für zwei der Komponenten des Fragments darstellt; und
11 ein Blockdiagramm ist, das der 4 entspricht, jedoch eine veränderte Ausführungsform eines SU zeigt.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die Figuren beschrieben
Das Feld
Ein grundlegender Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist das Feld 10, von dem eine Ausführungsform in 2 dargestellt ist. Ein Netzwerksystem gemäß der Erfindung weist eines oder mehrere solcher Felder 10 auf.
Jedes Feld weist zwei oder mehrere Teilnehmergeräte (SU) 12 und verschiedene Physische Behinderungen 14 auf, die eine konzeptuelle Begrenzung des Feldes 10 bilden. Die SUs 12 eines Feldes 10 sind beispielsweise an entsprechenden Gebäuden 16 befestigt, sodass sie jeweils in Sichtverbindung zueinander sind, und so, dass optisch undurchlässige Teile der Feldbegrenzung 14 sie von den SUs 12 in anderen Feldern 10 abschirmen.
Physisch besteht jede SU 12 aus zwei grundlegenden Teilen: ein außen montiertes „Kopf" Kommunikationsgerät 18 ein Schnittstellengerät 20 im Innenbereich für einen Benutzerzugang zu dem Netzwerksystem. Die zwei Teile 18, 20 sind mittels einer geeigneten kurz geführten Kabelanordnung 22 verbunden. Dies ist in dem Diagramm in der 1a dargestellt.
Das Diagramm in 1b zeigt ein Kabelloses Gerät des Standes der Technik – in etwa maßstabsgetreu. Man kann erkennen, dass das Gerät des Standes der Technik (aufgrund der Physik der Antennen) erheblich größer ist, als das SU 12 der vorliegenden Erfindung. Weiters muss das SU 12, im Unterschied zu dem Gerät des Standes der Technik, nicht oberhalb des Dachfirstes montiert werden – sondern viel weiter unten.
Die einzige Einschränkung in der Montagehöhe eines SU 12 ist, dass es:

1. hoch genug ist, dass es normaler Weise Personen und Fahrzeugen, etc., nicht im Weg sind,
2. Augensicher ist, und
3. niedrig genug ist, um die vertikalen (oder nahezu vertikalen) Oberflächen der Gebäude 16 zu nutzen, um einen Teil der Feldbegrenzungen 14 zu bilden.

Das Diagramm in 2 zeigt, wie ein typisches Feld in der Praxis verwirklicht sein kann.
Jedes SU 12 enthält ein Sender-Untersystem und ein Empfänger-Untersystem, wie unten beschrieben, und ist eingerichtet, um IR-Strahlung in einer, auf den Azimut bezogenen, im Wesentlichen omnidirektionalen Art und Weise Auszusenden und zu Empfangen. In der Höhe kann das Muster mehr kollimiert sein. Die SUs 12 sind ebenfalls eingerichtet, dass sie die Fähigkeit haben, dieses Ausstrahlungsmuster zu verändern, um nicht ideale Feldbegrenzung 14 zu berücksichtigen. Eine Feldbegrenzung 14 kann man sich als unregelmäßiges Polygon mit einer oder mehrerer Seiten vorstellen, die aus folgenden Elementen gebildet sind:

1. ein undurchlässiges Hindernis 24 (z.B. eine Ziegelmauer)
2. eine Öffnung 26 (z.B. keine Mauer, offener Raum)
3. eine Kombination davon

Dies ist in 3a dargestellt. In realen Umgebungen wird man viele verschiedene Arten von Feldbegrenzungen vorfinden – abhängig von der Architektur, der Vegetation, der Topographie, etc.
Die Bildung eines Feldes ist dort am einfachsten, wo die in Frage stehende Feldbegrenzung, wie auch immer dessen genaue Form ist, vollständig undurchlässige Elemente aufweist. In der Praxis werden jedoch nicht ideale Grenzen 28 vorgefunden werden. Um in der Lage zu sein, mit so vielen unterschiedlichen Typen von Feldbegrenzungen wie möglich zurecht zu kommen, sind die SUs entworfen, um folgende Merkmale aufzuweisen:

1. Eine Fähigkeit, das Senden und Empfangen von Strahlung über beliebige azimutale Bereiche zu unterdrücken. Ein wohlbekanntes Mittel, um dies zu erreichen, währe es: a. entweder das Sender-Untersystem oder das Empfänger-Untersystem oder beide in einzelne festgelegte Sektoren zu unterteilen, b. diese festgelegten Sektoren so anzuordnen, dass eine Ausstrahlungsachse von jedem entsprechend in geographisch unterschiedlichen Richtungen weist, jedoch so, dass alle ein zusammenhängendes Ganzes bilden; und c. die Leistung, die von einem oder mehreren Sendersektoren ausgesendet wird, oder die Empfindlichkeit von einem oder mehreren Empfängersektoren oder beides zu vermindern. In diesem Fall kann das omnidirektionale Muster des Senders/Empfängers im Prinzip über 360 Bogengrade in der Ausbreitung verändert werden, sodass nur 270, 180, 90 Grad, etc. beleuchtet werden.
2. Eine Fähigkeit, entweder bündig mit einer Gebäudewand montiert zu werden, oder an einem kurzen (< lm) Abstehträger. Dies dient dazu, dass lineare Anordnungen von SUs für einander sichtbar sind.
3. Die Fähigkeit, die Sendeleistung oder die Emfängerempfindlichkeit oder beides des SU zu verändern. Die Auswirkung davon wird es sein, die effektive Reichweite des Gerätes zu erhöhen oder zu begrenzen.

3b stellt die Verwendung dieser Merkmale mit speziellen, nicht idealen Feldbegrenzungen dar. Diese Arten von Grenzen sind wahrscheinlich in Wohnsiedlungen mit hoher Dichte und geringer Höhe vorzufinden, die entlang länglicher Anliegerstraßen angeordnet sind.
Die Elemente eines SU 12 in einer bevorzugten Ausführungsform kann mit Bezug auf 4 beschrieben werden. Es gibt 4 Hauptkomponenten:

1. Das IR-Sender-Untersystem (TX) 30,
2. Das IR-Empfänger-Untersystem (RX) 32,
3. Eine Teilnehmer-Schnittstelle 34, die aus 2 Simplex-Puffern 36, 38 (FIFOs) besteht – „AUS" und „EIN".
4. Ein Übermittlungs-Puffer (TX_FIFO) 40.

Der Teilnehmer AUS-Puffer 36 ist an das IR-Sender-Untersystem TX 30 angeschlossen, wie auch der Übermittlungs-Puffer TX_FIFO 40. Das IR-Empfänger-Untersystem RX 32 ist an den Eingang 42 des Übermittlungs-Puffer TX_FIFO 40 angeschlossen und an den Teilnehmer EIN-Puffer 38. Dabei gibt es drei grundlegende Datenwege von Bedeutung, einen SENKE-Weg, einen QUELLE-Weg und einen TRANSIT-Weg. IR-Signale (dargestellt durch den Pfeil R), die von dem Empfänger-Untersystem RX 32 ermittelt werden, werden in eine digitale elektrische Form umgewandelt und entweder an den Teilnehmer-EIN-Puffer 38 (für Daten, die an diesem SU konsumiert werden – der SENKE-Weg) oder an den Übermittlungs-Puffer TX_FIFO 40 für eine Weiterleitung zu einer anderen SU 12 (der TRANSIT-Weg) übergeben. Der Übermittlungs-Puffer TX_FIFO 40 wird von dem Sender-Untersystem (TX) 30 gelehrt, welches digitale Daten aufnimmt, und sie in für IR-Übermittlung geeignete Signale (dargestellt durch den Pfeil T) umwandelt. Digitale elektronische Daten von dem Teilnehmer AUS-Puffer 36 werden ebenfalls für eine ähnliche Umwandlung und Ausstrahlung an das Sender-Untersystem (TX) 30 übergeben (der QUELLE-Weg).
Der Betrieb der verschiedenen SUs 12 in einem Feld 10 muss von dem System koordiniert werden, um richtig zu funktionieren. Zu diesem Zweck hat jedes SU eine Steuereinheit 44, welche ein gespeichertes Programm von Anweisungen enthält, die angeordnet sind, um zu regelmäßigen Taktintervallen („Zeitschlitze") ausgeführt zu werden, die allen anderen Komponenten des Netzwerksystems geläufig sind. Die Synchronisation der einzelnen Takte in verschiedenen SUs 12 kann beispielsweise bewerkstelligt werden, indem für jede SU 12 ein Zugriff auf die Signale eines primären Referenztaktes vorgesehen ist, wie er beispielsweise mit dem GPS-System verfügbar ist.
Die Haupttypen von Anweisungen, die von dem SU 12 unter der Steuerung durch die Steuereinheit 44 ausgeführt werden, sind:

1. Tue nichts (NOOP)
2. Nimm eine Datenscheibe von dem internen Übermittlungs-Puffer TX_FIFO 40 und wandle sie um und sende sie.
3. Empfange Daten und hänge sie an den internen Übermittlungs-Puffer TX_FIFO 40 an.
4. Empfange Daten und hänge sie an den Teilnehmer-Schnittstellen-EIN-Puffer (EIN) 38 an. Diese Daten werden in einer unten beschriebenen Weise weiterverarbeitet.
5. Nimm eine Datenscheibe von dem Teilnehmer-Schnittstellen-AUS-Puffer (AUS) 36 und übergebe sie an das Sender-Untersystem TX 30 für die Umwandlung und Sendung.

Das gespeicherte Programm jeder SU kann kabellos von einer zentralen Netzwerkverwaltungs-Einrichtung heruntergeladen werden.
In dem Diagramm in 2 sind die Querverbindungen, die tatsächlich in Verwendung sind, als Linien zwischen den Geräten gezeigt. Es ist wichtig festzuhalten, das diese Querverbindungen sehr schnell geändert werden können – entweder um Teilnehmer eines Feldes 10 hinzuzufügen/zu entfernen, oder in Reaktion auf eine Änderung des Datenverkehrs, der das Feld 10 belastet – ohne der Notwendigkeit, irgendetwas (Außengeräte, Installationen, etc.) physisch zu bewegen.
Eine Abänderung des SU 12 der 4 ist in 11 gezeigt. Ähnliche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In dem SU 112 sind ein zusätzliches. IR-Sender-Untersystem (TX2) 130 und ein zusätzliches IR-Empfänger-Untersystem (RX2) 132 hinzugefügt. Diese zusätzlichen Sender- und Empfänger-Untersysteme 130, 132 sind an den Teilnehmer „AUS" bzw. „EIN" Puffer 36, 38 und an den Übermittlungs-Puffer TX_FIFO 40 und die Steuereinheit 44 angeschlossen, in der gleichen Weise wie die Sender- und Empfänger-Untersysteme 30, 32. Entsprechende winkelige Segmente der Signalaussendung oder des Signalempfangs, die dem SU 112 zugehören, haben dann deren eigene Sender- und Empfänger-Untersysteme 30, 32 oder 130, 132 zugewiesen und die Steuereinheit 44 ist eingerichtet, um das richtige Paar für das Senden/Empfangen in einem bestimmten winkeligen Segment auszuwählen. Auf diese Weise kann eine Unterdrückung von Trägersignalen von dem SU über ausgewählte winkelige Bereiche erzielt werden.
Für eine feinere Steuerung können zusätzliche Sender- und Empfänger-Untersysteme hinzugefügt werden.
Feld-Querverbindung
Innerhalb eines Feldes 10 können somit zwischen verschiedenen beliebigen Benutzerpaaren Kommunikationswege aufgebaut werden, um ihnen zu ermöglichen, untereinander im Wesentlichen gleichzeitig zu kommunizieren. Um Benutzern zu ermöglichen, mit anderen Benutzern zu kommunizieren, die nicht in dem selben Feld 10 sind, können Signale zwischen den Feldern 10 weitergegeben werden, wie in 5 gezeigt ist.
Um dies durchzuführen, enthält ein Feld 10 auch ein oder mehrere SUs 12, die an einen zweiten Typ von Gerät angeschlossen sind, genannt Feld-Schnittstellenpunkt (PIP) 46. Um eine optimale spektrale Effizienz zu gewährleisten, ist es wichtig, dass diese Verbindungen durch ein Medium ausgeführt werden, das unterschiedlichen zu dem zwischen den SUs 12 in dem Feld ist. In der vorliegenden Erfindung wird diese Verbindung mittels kurz geführter Kabel erzielt. Daher tritt der PIP 46 für ein SU 12 als dessen innere Schnittstelle auf. Ein so angeschlossenes SU wird im folgenden als „Portal"-Gerät 48 bezeichnet. Normaler Weise ist ein Portal 148 an einen PIP 46 angeschlossen und ein PIP 46 ist an zwei oder mehrere Portale 48 in verschiedenen Feldern 10 angeschlossen.
Ein PIP 46 kann entweder ein innen oder außen montiertes Gerät sein. Somit werden PIPs 46 dort angeordnet, wo zwei oder mehr Felder räumlich im Wesentlichen benachbart sind, beispielsweise an gegenüberliegenden Seiten von einem Gebäude. Eine Sammlung von von untereinander verbundenen Feldern ist unten in 6a dargestellt. In dieser Figur sind zur Übersichtlichkeit nur die PIPs 46 und die Feldbegrenzungen 14 gezeigt.
Somit können wir, wenn wir die PIPs 46 betrachten und die SUs 12 in den Feldern 10 für den Moment vernachlässigen, das gesamte Netzwerk als eine Zusammenstellung von (im Prinzip) vollständig untereinander verbundenen PIPs 46 betrachten, wie das in dem Diagramm der 6b gezeigt ist. Die Linien in diesem Diagramm stellen die Verbindungen zwischen PIPs 46 dar, die von den Feldern 10 unterstützt werden (d.h. die SUs 12 und das Gebiet, über welchem sie eingesetzt sind. Das bildet ein reichhaltiges „Gewebe", über das die Daten übertragen werden. Potentiell sind vielfach redundante Verbindungswege verfügbar, und dies trägt wesentlich zur Möglichen Durchsatzrate des Netzwerkes bei, verbessert dessen Überlastungsverhalten und verbessert dessen Zuverlässigkeits-/Verfügbarkeitseigenschaften erheblich.
Wenn ein SU 12 in einem Feld 10 ausfällt, aus welchem Grund auch immer, muss der Dienst nur für den Teilnehmer, der unmittelbar an das fehlerhafte Gerät angeschlossen ist, für einen merklichen Zeitraum unterbrochen werden. Wenn ein fehlerhaftes Gerät ermittelt wird, können die Feldverbindungen aus der Ferne neu festgelegt werden, ohne dass der Dienst für einen anderen Teilnehmer beeinträchtigt ist. Falls notwendig, kann ein Serviceanruf bei dem bestimmten beeinträchtigten Teilnehmer getätigt werden, um das SU 12 zu ersetzen; es ist keine weitere Tätigkeiten im Außenbereich erforderlich. Dies ist ein wichtiger Faktor.
Einen PIP 46 kann man sich als programmierbare Netzweiche vorstellen, die aus den in 7 dargestellten Komponenten besteht und zwei Untersysteme aufweist, wie folgt:

1. Eine Anzahl an Duplex-Schnittstellen-Puffern 50 – einen für jedes angeschlossene SU 12.
2. Eine Netzweichen-Struktur 52, die von den Puffern 50 mit Dateneingaben gespeist wird und die Daten zu den Puffern 50 hinzufügt.

Es ist auch eine Steuereinheit 54 vorgesehen, die einen Referenztaktgeber enthält um den Betrieb des PIP 46 so zu steuern, dass auf jedem Zeitschlitz (siehe oben) der PIP folgendes tut:

1. Aufstellen einer Netzweichenstruktur-Routingtabelle für diesen Takt-Augenblick,
2. Lesen der gesamten Eingangs-Puffer IN_FIFO 50,
3. Betreiben der Netzweichenstruktur 52 gemäß der Umschalt-Tabelle, so dass die Netzweichen-Eingangsdaten zu den richtigen Netzweichen-Ausgabe-Ports übertragen werden.
4. Hinzufügen der Ausgabe-Schnittstellen-Puffer OUT_FIFO 50 mit den Inhalten der Netzweichen-Ausgabeports.

Auf diese Weise werden Benutzerdaten nacheinander zwischen einem Quellen-SU 12 und einem Ziel-SU 12 übertragen – wobei sie möglicherweise auf dem Weg viele Felder und PIPs 46 durchlaufen.
Natürlich können die PIPs 46 auch mittels kabelloser Punkt-zu-Punkt-Verbindungen untereinander verbunden sein, wie dies von bestehenden IR- oder RF-Verbindungsprodukten unterstützt wird. Dies hat jedoch den potentiellen Nachteil, dass zusätzliche Ausrüstung für die Installation, Instandhaltung und Verwaltung vorgesehen wird, und dass es Interferenzprobleme innerhalb der Felder verursachen kann.
Um zu verstehen, warum die vorliegende Erfindung konventioneller Picozellen-Technologie überlegen ist, bedenke man, ein Szenario, in dem eine Basisstation (BS) einem PIP entspricht, und Teilnehmer-Außenstationen (OS) den SUs entsprechen. Alle OS in einer Picozelle wären in Sichtweite mit der BS (wenn auch nicht notwendiger Weise mit einander) und eine OS würde nur mit der BS kommunizieren. In einer statischen Situation würde dies funktionieren. Dieser Ansatz hat jedoch aus den folgenden Gründen Nachteile:

1. Wenn das System wächst, um mehr Teilnehmer abzudecken, wird es notwendig sein, die Felder/Picozellen an beliebigen Punkten untereinander zu verbinden. In dem BS/OS-Modell erfordert dies eine neue Basisstation. In dem Feldmuster-Modell ist es nur notwendig, einen PIP 46 an ein bestehendes SU 12 anzuschließen. Dies ist physisch einfacher und günstiger.
2. Eine vollständige/beliebige Verbindung von SUs 12 untereinander zuzulassen, ermöglicht ein redundantes Routing innerhalb eines Feldes 10 – z.B. um den temporären Verlust der Sichtverbindung zu einem Portsl 48 zu lindern. In dem BS/OS-Modell währe das nicht möglich.
3. Um die beste spektrale Effizienz zu erzielen, ist es bevorzugt, dass alle SUs 12 in dem Feld 10 in Sichtverbindung zu einander stehen. Dies kann jedoch in dem frühen Entwicklungsstadium von Netzwerken gemäß der vorliegenden Erfindung erleichtert werden, sodass dünn besiedelte Felder möglich sind. Das bedeutet, dass alle SUs 12 in einem Feld 10 mittels des sich ergebenden logischen Netzes von Verbindungen in dem Feld 10 an einen geeigneten PIP 46 angebunden sein können. Das Picozellen-Modell erlaubt diese Flexibilität nicht.

Die PMP-, oder Picozellen-Topologie ist in der Tat ein Beispiel von einer von vielen Topologien, die möglicherweise einrichtet werden können, indem die programmierbaren Eigenschaften der Feldkomponenten genutzt werden – siehe unten. Diese Erfindung umfasst daher Topologien von Systemen des Standes der Technik, ist aber ein allgemeinerer und praktischerer Weg für Breitbandsysteme mit hoher Teilnehmerdichte.
Anschließen an ein Rücktransportnetzwerk
Wo Teilnehmer Dienste benötigen, die nur verfügbar sind mittels einer Verbindung mit einem Kern- (oder Fern-) Netzwerk (um beispielsweise mit anderen Teilnehmern zu kommunizieren, die die vorliegende Erfindung nicht nutzen), wird ein dritter Typ Gerät, eine Kernnetzwerk-Schnittstelle (CNI) 56 verwendet, wie in 6b gezeigt ist. Dies stellt sicher, dass Signale von einem Segment 58 eines Netzwerks gemäß der vorliegenden Erfindung zu einem Stamm 60 des Kernnetzwerks weitergehen und umgekehrt. Dieser Verbindungstyp erfordert mehr an Funktionalität als für ein PIP 46 erforderlich ist, und wird an weit weniger Stellen in einem Netzwerk gemäß der vorliegenden Erfindung benötigt, als PIPs 46 es werden. Daher schreibt die Wirtschaftlichkeit den Bedarf an einem zusätzlichen, spezialisierten Gerät vor, um diese Rolle darzustellen. Es können eine oder mehrer CNIs erforderlich sein, um einen gegebenen Bereich auszustatten. In dem Diagramm in 6 sind die CNIs 56 als quadratische Kästchen dargestellt und sind, wie gezeigt, an eine oder mehrere PIPs angeschlossen, vorzugsweise mittels Kabeln.
Die CNI 56 ist ausschließlich Schnittstellenfunktion für Daten befasst und nicht mit der Abdeckung von Diensten für Teilnehmer. Daher kann eine CNI 56 irgendwo in dem Netzwerk angeordnet sein, aber vorzugsweise nahe einem geeigneten Präsenzpunkt des Kernnetzwerks.
Die Daten von all den angeschlossenen Teilnehmern kommen an einer CNI 56 in einer Zeitverschlüsselten Weise, wobei aufeinander folgende Zeitschlitze wahrscheinlich Daten von verschiedenen Benutzern enthalten. Daher ist eine Hauptaufgabe der CNI 56, solche zusammengesammelte Teilnehmer-Datenströme weiter zu verarbeiten und diese, angemessen entwirrt, dem Kernnetzwerk zu übergeben.
Die CNI 56 kann so entworfen sein, dass dieses Entwirren von den Standard Datenansammlungs- und Schnittstellenfunktionen für das Kernnetzwerk getrennt sein kann. Auf diese Weise kann ein Netzwerk gemäß der vorliegenden Erfindung unabhängig von dem tatsächlichen Transportprotokollen sein, die von dem Netzbetreiber und den Teilnehmern verwendet werden.
Die CNI 56 ist in ihrer inneren Funktionalität analog zu dem PIP 46, wie in 8 dargestellt. Jedoch hat die CNI 56 eine zusätzliche Funktion um eine Schnittstelle zu einem Standard-Kernnetzwerk zu bilden. Bezug nehmend auf 8 kann die CNI als aus zwei Hälften 62, 64 bestehend angesehen werden, die in der Figur als „P-Seite" und „S-Seite" bezeichnet sind. Auf der P-Seite werden Daten gemäß der Prinzipien und des Betriebes der vorliegenden Erfindung gehandhabt. Auf der „S-Seite" werden die Daten gemäß einem Standart Transportprotokoll, zum Beispiel ATM, IP, etc., gehandhabt.
Die Haupt-Untersysteme der CNI 56 sind:

1. Eine Anzahl an Duplex-Schnittstellenpuffern 66 – einer für jeden angeschlossenen PIP 46.
2. Eine Netzweichenstruktur 68, die an die Schnittstellenpuffer 66 angeschlossen ist.
3. Ein Dienstanschluss-Untersystem 70, das aus einer Anzahl an Puffern besteht (im Prinzip einen pro Dienstverbindung in dem Netzwerksegment). Diese Puffer sind an einer Seite an die Netzweichenstruktur 68 angeschlossen und an einen geeigneten Dienstmulitplexer (Kernnetzwerk-Gateway (CNG)) 72 an der anderen.
4. Das CNG 72 (eine Standardkomponente) bildet die Schnittstelle von den Dienstansschlüssen zu einer Standard-Kernnetzwerkschnittstelle 74 (z.B. OC-3/STS-3c, STM-4 etc.)

Eine Steuereinheit 76 mit einem Referenztakt 78 steuert den Betrieb der CNI 56, so dass die die folgenden Funktionen in jedem Zeitschlitz durchführt:

1. Lesen von Daten aus den PIP-Schnittstellenpuffern (FIFO) 66 und Stellen solcher Daten auf die entsprechenden Port-Puffer auf der Netzweichenstruktur 70.
2. Gemäß der Netzweichenstruktur-Routingtabelle, Übertragen von Zeitschlitz-Daten von der Seite des Eingangs-Ports auf die Seite des Ausgangs-Ports. Im Prinzip gibt es einen Ausgangs-Port für jeden derzeit aktiven Benutzerschaltkreis. Die Aufgabe der CNI-Netzweichenstruktur 68 ist es demnach, Daten eines Zeitschlitzes Tj an irgendeinem Port (k) zu dem richtigen Kanal(x) zu übertragen.
3. Erneut übertragen der Daten, gemäß der Netzweichenstruktur-Routingtabelle, von einem Benutzerkanal x zur richtigen Eingangsport-Nummer und zum richtigen Zeitschlitz. (Der komplimentäre Arbeitsschritt zu Arbeitsschritt 2)
4. Die Daten auf jedem Benutzerkanal werden von der Dienstanschluss-Einheit 70 gepuffert, um eine Schnittstelle mit einem standardbasiertem Netzwerk-Transportprotokoll zu bilden, das von dem CNG 72 unterstützt wird. Der Ausgang der Dienstanschluss-Einheit 70 ist eine Zusammenstellung von Datenschaltkreisen, die für eine Aggregierung durch den CNG-Multiplexer 72 eines Dritten geeignet ist.

Systembetrieb von Ende-zu-Ende des Systems Um allgemein zu verstehen, wie die Komponenten konfiguriert sein müssen, dass das Netzwerk funktionieren kann, soll das folgende bedacht werden.
Die vorliegende Erfindung verwendet ein Zeimultiplexverfahren (TDMA), welches eine Standardtechnik ist – ähnlich der oben umrissenen Synchronisation. Demgemäß kann man die Aktivitäten aller Geräte in einem Segment einer Netzwerkregion mittels eines Diagramms visualisieren, wie es in 10a dargestellt ist. In dieser Figur ist die Zeit, die in Form von System-Zeitschlitzen T0, T1, T2, etc. quantisiert ist, entlang der X-Achse aufgetragen. Die Y-Achse ist auf die SUs 12, PIPs 46 und CNI(s) 56 aufgeteilt. Jede Zelle 76 in dieser Tabelle kann verwendet werden, um darzustellen, was jeder dieser Einheiten in seinem speziellen Zeitschlitz tut. Die Zeitachse ist dahingehend zyklisch, dass, nach einer gewissen Anzahl von Zeitschlitzen, alle Aktivitäten wiederholt werden. In der folgenden Beschreibung bezeichnen wir diese Wiederholungsperiode als „Superrahmen".
Das Diagramm in 10a zeigt auch zwei „Kreisläufe", die als „Kreislauf A" und „Kreislauf B" bezeichnet werden, in einem Fragment des in 10b gezeigten Netzwerks. Jeder dieser Schaltkreise wird von den koordinierten Aktionen der zugehörigen SUs 12 und PIPs 46 unterstützt, wie oben beschrieben. Beispielsweise hat der Benutzer des Kreislaufes B die doppelte Bandbreite des Benutzers des Kreislaufes A angefordert und bekommen. Somit benutzt der Kreislauf B zwei Zeitschlitze, wohingegen der Kreislauf A nur einen Zeitschlitz nutzt.
Wie oben erörtert ist eine Netzwerkverwaltungssoftware dafür verantwortlich, die Handlungen der entsprechenden Geräte (d.h. das SU 12, die PIP-Routingtabelle, die CNI-Routingtabelle) in jedem Zeitschlitz des Superrahmens (oder jeder Zelle der obigen Tabelle) zu bestimmen und zu konfigurieren, um die erforderlichen Datenverbindungen zu erzielen. Die Verwaltungssoftware führt diese Aufgaben parallel zum Netzwerkbetrieb aus, während Benutzer Dienstanforderungen tätigen.
Die Tabelle der 10a kann, wenn sie von der Netzwerkverwaltungssoftware konfiguriert ist, als ein Satz horizontaler Streifen gesehen werden – einer für jede Einheit 12, 46 etc. – wobei dann jeder Streifen eine zyklische Liste von detaillierten Betriebsanweisungen (oder ein „Betriebsprogramm") für jede Einheit darstellt. Die ist in 10b für einen PIP 46, bzw. SU 12 dargestellt. Diese und ähnliche Listen sind es, die von dem Verwaltungssystem in die Netzwerkgeräte geladen werden, um dem Netzwerk den Betrieb zu ermöglichen.
Netzwerkverwaltung
Die Netzwerkkomponenten der vorliegenden Erfindung werden von Serversoftware eines Netzwerkverwaltungssystems 78 aus der Ferne konfiguriert und anderweitig verwaltet, beispielsweise auf der Basis des Netzwerk-Steuerungszentrums 80 des Netzbetreibers, oder eines IT-Schaltraums (im Falle privater Netzwerke). Dies ist in 9 dargestellt.
Während des gewohnheitsmäßigen Betriebs, wenn das Netzwerk Verkehr zwischen den Teilnehmern überträgt, ist im Prinzip kein Eingreifen durch das Netzwerkverwaltungssystem erforderlich. Die SU-, PIP- und CNI-Einheiten arbeiten in einer autonomen, obgleich kooperativen Weise, um Daten durch das Netzwerk zu transportieren, wie oben beschrieben wurde. Die Dienste des Netzwerkverwaltungssystems werden jedoch erfordert, wenn die Netzwerkelemente konfiguriert oder rekonfiguriert werden müssen.
In diesem Fall nutzt das Netzwerkverwaltungssystem 78 ein eigenes Netzwerksteuerungs- und Verwaltungszentrum 81, um Befehle und Daten zu/von den Netzwerkelementen (SU 12, PIP 46, etc.) über einen oder mehrere stellvertretende „Elementmanager" 82 zu senden und zu empfangen, die an geeigneten Punkten in dem Netzwerk (beispielsweise am Standort einer CNI) angeordnet sind, wie dies von öffentlichen Telekommunikationsnetzwerken wohlbekannt ist.
Das von der Netzwerkverwaltung und dem Kontrollzentrum 81 verwendete Verwaltungsnetzwerk kann aufgesetzt auf Netzwerkdienste, die von der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden, implementiert sein – ein sogenanntes „Inband"-Verwaltungsnetzwerk – wie abermals von öffentlichen Telekommunikationsnetzwerken bekannt ist.
Programm und Betriebsabläufe
Wie oben erwähnt, führt die Wirtschaftlichkeit der Netzwerkelemente dazu, dass deren interner Takt nicht perfekt ist, und sich daher mit der Zeit verschiebt – d.h. im Bezug auf den Standard-Netzwerktakt schneller oder langsamer läuft. Besonders genaue Standard Taktsignale sind von bestimmten primären Referenzuhren, wie etwa einer Cäsium-Atomuhr, oder, möglicherweise vorteilhafter, von den Signalen verfügbar, die von dem weltweit verfügbaren Global Positioning System (GPS) Satellitennetzwerk abgeleitet werden. Eine durchgängige Gerätesynchronisation könnte beispielsweise folgendermaßen erzielt werden:

1. Als Teil eines Routinevorgangs übermitteln alle Netzwerkelemente periodisch ihre internen Taktsignale, wenn sie mit einem geeigneten Standard synchronisiert sind.
2. Ebenfalls als Teil eines Routinevorgangs schalten alle Geräte ihre Empfänger periodisch an, um diese Signale zu ermitteln. Diese Information kann von Geräten verwendet werden, um deren internen Takt (durch verschiedene wohlbekannte Mittel) zu synchronisieren und dann die Signale entsprechend Punkt 1 nochmals zu übertragen.

Die vorliegende Erfindung muss, wie oben dargelegt, anfänglich synchronisiert werden. Diese Synchronisation muss jedoch nicht notwendigerweise irgendeiner Synchronisation in der Benutzer-Schicht gleichen, oder mit dieser verbunden sein, z.B. EI/TI, Dienste, die von der vorliegenden Erfindung getragen werden.
Netzwerkinstallation
Die Bereitstellung von Diensten, die von der vorliegenden Erfindung unterstützt werden, innerhalb einer neuen Region wird mittels der folgenden Aktivitäten im Auftrag des Netzbetreibers erreicht:

1. Bestimmen, welche Teilnehmerinteressenten die Dienste aufnehmen werden und wann.
2. Ausbauen der Netzwerk-Infrastruktur.
3. Dauerbetrieb des Netzwerks – z.B. um die Einhaltung einer Dienstgütevereinbarung (service level agreement, SLA) zu sichern und um Fehler und die Abwanderung von Teilnehmern zu handhaben.

Die Architektur der vorliegenden Erfindung ermöglicht ein großes Maß an Flexibilität (im Gegensatz zu PMP- und verkabelten Systemen) bezüglich der Planung und Bestellung dieser Aktivitäten, und was genau verwendet wird, hängt von der speziellen Strategie und dem Finanzmanagement des Betreibers ab.
Vorteilhafter Weise kann die Bereitstellung von Diensten innerhalb einer neuen Region die folgenden Schritte aufweisen:

A) Bestimmen, mithilfe digitaler Daten von Geländekarten oder mit Feldbeobachtungen, welche bestehenden Gebäudekonfigurationen in einem Sektor als Felder verwendet werden können.
B) Aufstellen von Außengeräten auf Gebäuden, so dass ein „Feldmuster" geschaffen wird – eventuell unter Verwendung eines GIS/DTM, um dies zu erleichtern.
C) Berechnen eines „Betriebsprogramms" für jedes Teilnehmergerät und jeden PIP in dem Netzwerk (Feldmuster). Dieses Betriebsprogramm sagt seinem Gerät entweder seinen Sender, oder seinen Empfänger (oder möglicherweise beide) für bestimmte Zeitperioden zu betreiben.
D) Herunterladen des „Betriebsprogramms" zu jedem Gerät in dem Netzwerk.
E) Anweisen aller Geräte in dem Netzwerk, mit der Abarbeitung ihrer Betriebsprogramme zu beginnen. Dieses führt dazu, dass sich eine Verbindungsfähigkeit auf der physikalischen Schicht zwischen den bestimmten Stellen in dem Netzwerk ergibt.
F) Wenn sich das Netzwerk ändert, entweder durch Hinzufügen oder Entfernen von Teilnehmern oder durch eine Veränderung von deren Dienstleistungsverträgen, werden entscheidende Gerätebetriebs-Programme nochmals berechnet, heruntergeladen und in Betrieb gestellt wie oben.
G) Anschließen von geeigneter, eventuell standardisierter Ausrüstung an das Netzwerk wo sie gebraucht wird, an der Örtlichkeit des Teilnehmers und an der Kernnetzwerkschnittstelle.

Als Beispiel wird im Folgenden veranschaulicht, wie ein Netzwerk gemäß der vorliegenden Erfindung in einer neuen Region aufgebaut werden könnte.
A) Bestimmung einer möglichen Feldstruktur für die Region
Dies wird von einer geeigneten Netzwerksplanungssoftware durchgeführt – unter Verwendung digitaler Kartendaten oder photographischer Daten als Eingabe. Im Unterschied zu Systemen des Standes der Technik, die dreidimensionale Daten benötigen, da in diesen Systemen die Dachgeometrien der Gebäude entscheidend sind, erfordert die Planung für die vorliegende Erfindung im Prinzip einfachere, zweidimensionale (Plan-) Daten. Das kommt daher, dass das vorliegende Netzwerk aus Feldern 10 im Prinzip von vertikalen Behinderungen festgelegt wird, wie etwa Wänden oder deren Fehlen. Diese entscheidende Information über die Anordnung von Gebäudewänden und anderer Merkmale ist aus 2d-Kartendaten verfügbar.
Hinsichtlich der Arten von Ausbaustrategien, es sind viele möglich, sind die folgenden als Beispiele angegeben:

1. Kontinuierliches, organisches Wachstum von einem geeigneten Kernnetzwerk-Präsenzpunkt und einer CNI 56 auswärts („Kristallwachstums"-Modell) – alle SUs 12 bringen Erträge ein.
2. Erste Phase: Aufbau der Infrastruktur – ein „Skelettnetzwerk" geringer Dichte von SUs 12 und PIPs 46, von denen nicht alle Erträge einbringen. Zweite Phase: Erhöhen der Dichte des Skelettnetzwerks, indem an verschiedenen Bereichen des Skeletts Ertrag bringende Teilnehmer hinzugefügt werden.
3. Eine Mischung der Ansätze mit Kristall- und Skelettwachstum.

Die vorliegende Erfindung kann jegliches in der Praxis verwendetes Verfahren unterstützen.
B) Basierend auf Eingangsdaten aus Verkauf und Marketing, Installation von Außengeräten und Anbindung von geeigneter Ausrüstung an Örtlichkeiten von Teilnehmern an die Innengeräte.
Wie oben angegeben erfordern die SUs 12 und PIPs 46 eine einfache Montage – maximal auf Höhe des Dachgesimses. Zunächst ist vorgesehen, dass diese Installation, eher als von den Teilnehmern selbst, von den Betreibern (oder Unternehmern) ausgeführt wird.
C) Berechnung der Betriebsprogramme für SU-, PIP- und CNI-Geräte
Dies verwendet die oben beschriebenen Prinzipien um sicherzustellen, dass die Systemgeräte bereits mit den geeigneten Sätzen von Anweisungen vorbereitet sind, um die laufende oder geplante Netzwerkbelastung zu unterstützen.
D) Herunterladen des Betriebsprogramms zu allen Geräten
Wenn ein Kreislauf berechnet wurde, wird das Betriebsprogramm – in Reaktion auf eine Dienstaufforderung des Teilnehmers – an jedes Gerät in dem Kreislauf (unter Verwendung des Verwaltungsnetzwerks) verschickt.
Das Programm wird jedoch nicht unmittelbar nach dem Herunterladen ausgeführt, sondern nachfolgend auf den nächsten Schritt
E) Wenn alle Programme ausreichend empfangen wurden, Anweisen aller Geräte, mit der Ausführung ihrer Programme zu beginnen.
Dieser „Zwei-Schritt-Übergabe" Ansatz stellt sicher, dass die kreisläufige Struktur des Netzwerks nicht durch Zusammenhanglose Programme beschädigt wird – ein Fall der auftreten könnte, wenn, aus irgendeinem Grund, eine oder mehrere Herunterladevorgänge nicht erfolgreich waren.
F) Ausführen grundlegender Diensttests vor dem Dauerbetrieb.
Wenn alle Programme laufen bedeutet dies, dass im Prinzip alle Benutzer ihre gewünschte Verbindung haben. Dieser Schritt prüft, ob diese Verbindung benutzbar ist, bevor der Teilnehmer Daten sendet, indem gewisse End-zu-End Tests und Leistungstests ausgeführt werden. Wenn die Tests bestanden wurden, kann der Teilnehmer Daten senden. Wenn nicht, muss weitere Diagnosearbeit durch den Betreiber durchgeführt werden.
G) Wenn Dienst- oder Netzwerkkonfigurationen sich ändern, Bestimmen, welche Geräte betroffen sind, und wiederholen der Schritte, beginnend mit obigem Schritt C).
Wenn ein Teilnehmer seinen Kreislauf ändern will – entweder um ihn zu entfernen, oder um einige der Parameter (z.B. maximale Bandbreite) zu ändern, dann werden die alten Zuordnungen freigegeben – zu einer geeigneten Zeit, und ein neuer Kreislauf berechnet – unter der gegebenen Einschränkung, dass alle anderen Verkehrskreisläufe von dem Netzwerk simultan gehandhabt werden.
Alternativen
Die obige Beschreibung betrifft gewisse bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Es wird erkannt werden, dass verschiedene Modifikationen möglich sind, und dass die folgenden alternativen Anordnungen ebenfalls vollständig innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung fallen.

1. Jedes SU 12 ist vorzugsweise ortsfest. Es ist jedoch ein gewisses Maß an Beweglichkeit oder Tragbarkeit möglich.
2. Während die Kopfeinheit des SU 12 vorzugsweise auf der Außenseite eines Gebäudes montiert ist, kann es auch im Gebäude, hinter einem Fenster oder einer anderen geeigneten Öffnung montiert sein.
3. Um einem Portal-SU 48, genauso wie den gewöhnlichen, nicht-Portal SUs 12, zu ermöglichen, Erträge zu erzielen, kann für ein SU 12 eine Vorkehrung getroffen werden, dass es sowohl mit einer Kundenausrüstung an den Örtlichkeiten des Teilnehmers, als auch mit einem PIP 46 eine Verbindung herstellen kann.
4. Die Erfindung konzentriert sich auf IR als Trägermedium, es können jedoch im Prinzip auch andere höherfrequente Spektralbereiche (wie etwa sichtbares Licht, Ultraviolett) verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung hat, wie oben beschrieben, eine Anzahl erheblicher Vorteile, von denen zumindest einige unten angeführt sind.
Einfacher Entwurf der Hauptprodukte – Wirtschaftlichkeit und Finanzierung

14. Zugangsnetzwerklösungen können aus nur 3 Produkttypen aufgebaut werden – mit vielen Gemeinsamkeiten, was eine frühe Aufstellung mit hoher Dichte verspricht.
15. Produkte können von Natur aus geringe Größen aufweisen und erfordern keine Montage am Dach – was Plangenehmigungsauflagen unnötig macht.
16. Es gibt keine Notwendigkeit für bewegliche Teile, um Produkte auszurichten, oder neu auszurichten, wenn sie einmal installiert sind.
17. Der Technologische Schwerpunkt ist auf der PHY/MAC-Schicht – Edge-/Bearer-Dienste/Technologien sind nicht eingeschränkt – z.B. Sprache, Daten, alle möglichen Multimediaanwendungen.
18. Designflexibilität – ermöglicht, IP- und ATM- Lösungen etc. von Dritten über das System aufzubauen.
19. Test und Herstellung kann rationalisiert werden – Minimierung des Anteils an erforderlichen Geräte- und Integrationstests.
20. Der Anteil und der Grad der Entwicklung, die Testausrüstung und die Fähigkeiten, die erforderlich sind, können minimiert werden.
21. Die Entwicklung von zeitlichen Rahmen kann reduziert werden.
22. Der Anteil an erforderlicher kundenspezifischer Entwicklung – von Hardware und Software – kann minimiert werden.
23. Der Anteil der erforderlichen Eingliederung Dritter und von Lizenzgebühren kann minimiert werden.
24. Der Anteil an Werkzeugbereitstellung – Arbeit am Gehäuse, interne Modellierungen, etc. – kann minimiert werden.
25. Die Komplexität der Vorarbeit und der Produktion – Anzahl der Anbieter – kann minimiert werden.

Auswahl der Systemarchitektur

1. SUs können von Tag Eins an sehr dicht aufgestellt werden. Die äußerste erreichbare Dichte hängt von der gesendeten Bittrate ab, nicht von der Architektur von Produkt oder System.
2. Das System verfügt über eingebaute Redundanzen, zuzüglich der Möglichkeit, weitere Redundanzen in höheren Schichten hinzuzufügen.
3. Das System bewältigt inhärent Probleme mit der IR-Ausbreitung bei schlechten Wetterbedingungen.
4. Die SUs können sowohl in Gebäuden, als auch im Außenbereich verwendet werden – potentiell beides.
5. Das System kann sowohl Gruppenruf-/Rundrufdienste, als auch Punkt-zu-Punkt-Dienste bewältigen.

Vermeiden von Begrenzungen geographischer Abdeckung Das System nutzt Schlüsselmerkmale städtischer und halb-städtischer Geographie, die für konventionelle Systeme problematisch sind.
Verhindern von Verzögerungen aufgrund von Zulassungsthemen

1. Funkbetriebs-Genehmigungen sind nicht erforderlich.
2. Die möglichen kleinen Abmessungen erleichtern die Planung von Genehmigungsthemen.
3. Gewissen beschwerlichen Standards (ETSI) muss nicht entsprochen werden.

Hauptvorteile für Netzbetreiber

1. Es sind hohe Bandbreiten verfügbar, im Prinzip für alle Kunden
2. Es ist ein reichhaltiger Satz an Ertrag erzielenden Dienstarten und Gattungen verfügbar.
3. Der anfängliche Investitionsaufwand ist geringer – keine Basisstationen, etc.
4. Die Rentabilitätsschwelle ist viel früher – die Erzielung eines Ertrages kann viel schneller beginnen.
5. IR erfordert derzeit keine Regulierungszulassungen.
6. Das verwendete SU hat voraussichtlich kleine Abmessungen und ist unauffällig hinsichtlich der Planung von Genehmigungen etc. Eine hohe Montage ist nicht erforderlich, noch eine spezielle Ausrichtung. Dies macht die Installation viel einfacher und günstiger hinsichtlich der Arbeitskräfte/der Gesundheit und Sicherheit. Es besteht auch die Möglichkeit, dass Teilnehmergeräte vom Teilnehmer angepasst/installiert werden.
7. Flexible Netzwerkplanung und -Verwaltung

Netzwerk-/Systemverwaltungs-Techniken/-Abläufe können inhärent automatisiert und einfach sein. Es gibt keine Notwendigkeit, eine SU, entweder bei der Installation oder danach, auszurichten.
Einige wichtige eigentümliche Merkmale der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, sind unten angeführt.

1. Die Verwendung von Licht-Undurchlässigkeit (z.B. die Abdeckung durch Gebäude) als ein Systemmerkmal ist bei der Schaffung eines Feldes, und somit eines funktionsfähigen Netzwerks, genauso wichtig, wie die Sichtbarkeit.
2. Felder sind ein neuartiges Mittel eines Raum-Multiplexverfahrens – welches eine sehr hohe Wiederverwendung des Spektrums ermöglicht. Dies ist besonders für Infrarot erforderlich, wo die Erzeugungs- und Empfangsmittel praktisch auf einen einzelnen Frequenzkanal beschränkt sind – im Gegensatz zu konkurrierenden RF-Systemen.
3. Die Verwendung von im Wesentlichen omnidirektionalen Infrarotgeräten dient dazu, Anordnungs- und Ausrichtungsprobleme zu lindern.
4. Die Verwendung von PIPs und kurz geführter Verkabelung um die Felder untereinander zu verbinden.
5. Die Verwendung einfacher, günstiger, allgemeiner, vorprogrammierter (oder datengetriebener) Geräte, um das Systemverhalten zu orchestrieren.
6. Die Verwendung einer reinen TDMA-Struktur um das erforderliche Routing von Daten auszuführen. (Die Effizienz davon ist Abgeleitet von der Kombination mit Punkt 2 weiter oben). Dies wird ohne die Notwendigkeit, spezielle Routing-Protokolle (z.B. IP, ATM) zu verwenden, durchgeführt, und ermöglicht dem Netzwerk, vollständig analog zu einem groben verkabelten Netzwerk zu sein.

Weitere spezielle Merkmale der beschriebenen Erfindung werden in den folgenden Absätzen erwähnt, um die Flexibilität und die unverwechselbare Eigenart der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen.

1. Die Teilnehmerausrüstung kann stationär oder bis zu einem gewissen Ausmaß mobil sein, oder eine Mischung aus beiden Typen.
2. Die Einheiten arbeiten in einer direkten Weise (Peer-to-Peer) – im Gegensatz zu zellulären Basisstation/Außensstation-Systemen.
3. Das vorliegende System erfordert keine Basisstationen – oder andere herausragende Sender-/Empfänger-Ausrüstung oder Liegenschaften.
4. Die Information wird in einem Ablauf von Schritten oder Sprüngen zwischen der Teilnehmerausrüstung und der Feldschnittstellen-Ausrüstung (PIPs) übertragen. 5. Die Felder sind daher, mittels der PIPs, untereinander in beliebiger Weise verbunden – dies ist für eine höchst effiziente Übermittlung von Signalen zwischen lokalen Teilnehmern oder zwischen Teilnehmern und dem Kernnetzwerk geeignet.
6. Die SUs und PIPs können als Anbieter eines „Feldmusters" von untereinander verbundenen Sendern/Empfängern betrachtet werden, die ein geographisches Gebiet abdecken.
7. Es kommen prinzipiell kabellose Übertragungen zur Verwendung – was es unnötig macht, Kabel einzugraben oder zu spannen. Felder werden untereinander mithilfe von PIPs verbunden, die typischer Weise kurze (< 100 m) Kabelwege zwischen den optischen Einheiten und den Querverbindungsgeräten aufweisen.
8. Vorzugsweise senden SUs nur aus zwei Hauptgründen: 1) um periodisch Zeitsteuerungsinformation über das Netzwerk zu verteilen, und 2) wenn Benutzer- oder Systeminformation durchgeleitet wird.
9. Vorzugsweise empfangen SUs nur aus zwei Hauptgründen: 1) um periodisch Zeitsteuerungsinformation für die Synchronisation des Gerätes zu ermitteln, und 2) für Benutzer- oder Systeminformation.
10. Ein SU ist an eine Benutzerschnittstelle im Inneren mittels typischer Weise kurzer (< 100 m) geeigneter Kabelwege angeschlossen.
11. In einem Beispiel der vorliegenden Erfindung sind Teilnehmergeräte auf Strukturen (z.B. Gebäuden, Lichtmasten, Brücken, etc.) montiert. Diese Strukturen können Örtlichkeiten des Teilnehmers sein, müssen es aber nicht. Ein Teilnehmergerät muss nicht an irgendeinen Teilnehmer angeschlossen sein (in diesem Fall wird die gesamte Information von dem Gerät weiter übermittelt, nichts wird erzeugt oder konsumiert).
12. Ein Teilnehmergerät kann Dienste an mehr als einen Benutzer anbieten; beispielsweise in einem Appartementblock (oder anderen Mehrfachwohneinheiten).
13. Das vorliegende System verwendet ein Ausstrahlungsmuster, welches, auf den Azimut bezogenen, im Wesentlichen omnidirektional ist (in einer horizontalen Ebene) und in der Höhe kollimiert ist (in einer vertikalen Ebene). Dies dient dazu, den Bedarf an beweglichen Elementen zur Wiederausrichtung unnötig zu machen und um die Probleme der Installation und Anordnung zu erleichtern.
14. Für die Feineinstellung des Ausstrahlungsmusters, um heiklen Feldgeometrien Rechnung zu tragen – kann die omnidirektionale Eigenschaft der Ausstrahlung durch auf Null Setzen verschiedener winkeliger Bereiche verändert werden. Dies ist gegenteilig zu Maschensystemen.
15. Das vorliegende System verwendet Ausstrahlung geringer Leistung, so dass es 1) in vielen Aufstellungen sicher für die Augen ist und 2) die unbehinderte Reichweite (siehe nächster Punkt) auf ein Maximum von ~ 150 m beschränkt ist.
16. Diese Reichweite bringt mit sich, dass Probleme mit atmosphärischer Absorption und Streuung im Vergleich mit Langbereichs-Systemen verringert oder beseitigt werden – besonders für Infrarot.
17. Eine der Funktionen der Felder ist es, zuzulassen, dass die Übertragungsleistung erhöht wird, um Wetterauswirkungen zu lindern – ohne die Interferenz negativ zu beeinflussen.
18. Das vorliegende System nimmt wesentlichen, inhärenten Nutzen aus einem Raum-Multiplexverfahren, welches die typische Geographie von Massenmärkten, Gebäudestrukturen und Geräteanordnung ausnützt, sodass die Ausstrahlung in wohldefinierten kleinen geographischen Bereichen, oder „Feldern" in Grenzen gehalten ist. Was andere Systeme als Problem betrachten, wird zum Vorteil dieses Systems genutzt.
19. Die SUs sind daher vorzugsweise unterhalb der Dachhöhe angebracht, um die Ausbildung begrenzter Felder zu ermöglichen. Felder sind daher durch physische Behinderungen in der gebauten/natürlichen Umgebung festgelegt.
20. Felder können im Prinzip physikalisch überlappen. Zum Beispiel können in einer städtischen Hochhausanordnung aufgrund der kollimierten vertikalen Ausstrahlungsmuster der Geräte, getrennte Felder gebildet werden, indem Geräte in verschiedenen Höhenebenen montiert sind – dies erlaubt eine noch höhere spektrale Wiederbenutzung und sorgt dafür, dass im Prinzip für den Teilnehmer mehr Bandbreite verfügbar ist.
21. Im Prinzip kann der Datenverkehr bei jedem SU im Netzwerk eingeleitet und ausgeleitet werden; dies ermöglicht eine Flexibilität in der Struktur und einen Wachstum des Netzwerks.
22. In der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise alle SUs in einem Feld in Sichtverbindung zueinander. Dies bildet eine logisch vollständig untereinander verbundene Netzwerktopologie.
23. Im Falle eines Ausfalls eines einzelnen SU versagt nur der Dienst zu genau dem Teilnehmer oder den Teilnehmern, die dem SU zugeordnet sind. Im Prinzip kann jedes andere Gerät in dem Feld, aufgrund der Feld-Querverbindungs-Topologie übernehmen, um den Gesamtdienst zu anderen aufrecht zu erhalten.
24. Um den Jitter der Signale zu minimieren wird jeder Teilnehmer zu entweder der Kernnetzwerkschnittstelle oder zu einem anderen Teilnehmergerät mittels vorzugsweise zumindest einem vordefinierten Weg zurückverbunden. Solch ein Weg besteht aus verschiedenen Schritten zwischen Teilnehmergeräten und PIPs.
25. Aufgrund der omnidirektionalen Eigenschaft der SUs können im Prinzip mehrere Sätze von Wegen berechnet werden und mit geringen Verzögerungen des Datenverkehrs verwendet werden.
26. Augrund dieses Querverbindungs-Schemas kann ein SU wiederum logisch mit mehr als einem anderen SU verbunden sein.
27. Die Dauer der Querverbindung der SUs bestimmt die Banbreite der logischen Verbindung. Dies kann von dem Verwaltungssystem flexibel verändert werden, im Prinzip in sehr kurzen Zeiträumen, um einer (beispielsweise tagesabhängigen) Veränderung der Verkehrsflüsse und der Nachfrage Rechnung zu tragen.
28. Die vorliegende Erfindung sieht physische Querverbindungsmittel vor, um Teilnehmer untereinander oder mit einer Kernnetzwerkschnittstelle zu verbinden. Dieses physische Querverbindungsmittel ist im Prinzip, aus der Sicht der Teilnehmerausrüstung, völlig gleichwertig zu einer fest zugeordneten Kabelverbindung.
29. Zusätzlich weist die vorliegende Erfindung Mittel auf, um mehreren nicht zugehörigen Nutzern zu ermöglichen, die selbe physische Verbindung zu nutzen.
30. Die Vorteile des Schemas mit von Transportprotokollen unabhängigen Verbindungen ist der, dass Betreiber oder Benutzer nicht gezwungen sind, in der Aufstellung eine bestimmte Technologie zu nutzen (wie etwa ATM oder IP) – sondern im Prinzip deren bestehende Ausrüstung benutzen können.
31. Eine SU kann gleichzeitig Informationen Empfangen und Senden. Dies ist eine Fähigkeit, die von der jeweiligen Konfigurationstabelle des SU festgelegt wird- und ist daher kein grundlegendes Merkmal seiner Architektur oder seines Entwurfs.
32. Ein ganzes Feldmuster-System handelt wie eine dezentralisierte Netzweiche.
33. In Zusammenhang mit außen angebrachten Geräten gibt es vorzugsweise ein Netzwerkverwaltungs- und Planungssystem, mit dem der Betreiber das System konfigurieren und überwachen kann. Die zentralen Verwaltungs- und Planungssysteme kommunizieren mit den außen angebrachten Geräten vorzugsweise mittels eines Inband-Verwaltungsnetzwerks – d.h. von dem Feldmuster-Netzwerk selbst unterstützt.
34. Wenn ein Teilnehmer hinzugefügt wird, oder seinen Dienstleistungsvertrag ändert, wird vorzugsweise das Netzwerkplanungssystem verwendet, um eine oder mehrere Querverbindungswege des Teilnehmers zu seinem ausgewählten Ziel zu bestimmen. Dies könnte ein weiterer Teilnehmer sein (wie beispielsweise in einem Campus- oder LAN-Querverbindungsszenario), oder ein Fernnetzwerk.
35. Um sicherzustellen, dass die einzelnen im Einsatzgebiet angebrachten Komponenten des Systems so einfach wie Möglich sind, wird deren Betrieb prinzipiell durch „Programm"-Daten festgelegt, die von dem Verwaltungssystem zu diesen heruntergeladen werden. Dies Daten bestimmen beispielsweise, wann ein Teilnehmergerät sendet und empfängt. Durch Anordnung von annähernd komplimentären Datenkonfigurationen in jedem SU in jedem Feld, können Daten von verhältnismäßig „dummen" Geräten mit hohen Geschwindigkeiten übertragen werden. Dies bedeutet, dass die Entwicklungs- und Herstellungskosten und Risiken minimiert werden können – unter Aufwendung einer ausgereifteren Verwaltung. Auf diese Weise ist es nicht erforderlich, dass jede SU eine Netzwerkadress-Logik hat.
36. Der SU-Sender/Empfänger kann im Prinzip mit jeder Frequenz arbeiten, vorausgesetzt, dass die Ausstrahlung von den Strukturen, in denen das System eingebettet ist, schnell abgeschwächt wird.
37. Vorzugsweise nutzt das System das Senden und Empfangen von Infrarot und dies erfordert derzeit keinerlei Betriebsgenehmigungen.
38. Die SUs können programmiert sein, um mehr als eine Frequenz zu verwenden, wenn die Erzeugungs- und Detektionsmittel dies erlauben (und es ökonomisch notwendig ist).
39. Das SU kann verschieden polarisierte Ausstrahlung verwenden, beispielsweise zirkular polarisierte. Dies dient dazu, jegliche Reflexionseffekte innerhalb des Feldes zu lindern.
40. Aufgrund der Möglichkeit mehrfacher Wege, sind Absicherungswege oder redundante Wege möglich – was eine hohe Widerstandsfähigkeit ermöglicht.
41. In vielen Telekommunikationssystemen muss die Information, die über das Netzwerk übertragen wird, an mehreren Stellen kodiert und dekodiert werden, wenn sie auf verschiedene physische Medien trifft. Dies ist besonders bei vernetzten Funksystemen der Fall, die ATM als systemeigenes Transportrotokoll nutzen. Bei jeder Teilstrecke müssen alle Funksignale in ATM-Zellen dekodiert werden – alle, die für den vorliegenden Knoten bestimmte sind müssen extrahiert werden und der Rest wird wieder verschlüsselt und gesendet. Das bedeutet, dass eine ATM-Netzweiche und ein Protokollstapel bei jeder Netzwerkteilstrecke erforderlich sind. Das ist für ein Feldmuster-SU nicht erforderlich, da die Architektur so entworfen ist, dass Information nur an den Start- und Endpunkten codiert und dekodiert wird, und nirgendwo anders auf dem Weg. Dies bedeutet, dass grundlegende SUs sehr einfach, und daher günstig sein können. Wo dies erforderlich ist, wird Information in der angeschlossenen Teilnehmerschnittstelle dekodiert, die an ein SU angeschlossen ist. Die Feldmuster-Architektur verspricht die Fähigkeit, jegliches Transportprotokoll von hohem Niveau (z.B. ATM, IP) ohne unnötige Kodier-/Dekodier-Vorgänge zu unterstützen. Dies bedeutet, dass ein Großteil der Produktentwicklung nicht von diesen komplexen, von dritter Seite stammenden Standards abhängt: ein erheblicher Faktor für das Verringern der Entwicklungskosten, des Risikos und der Produkteinführungszeit.
42. Im Prinzip können SUs untereinander so verbunden sein, dass ein „Rundruf-" oder genauer ein „Gruppenruf-" Betriebsmodus erzielt werden kann. Dieser Modus ist voraussichtlich gefragt bei Betreibern/Teilnehmern, die Kabelnetzwerke für die Verteilung von Video gewohnt sind, wo es wahrscheinlich ist, dass mehrere Benutzer zur gleichen Zeit zusehen (z.B. bei Sportereignissen, Nachrichten, etc.).

Claims

Breitband-Massenkommunikations-Netzwerksystem, welches aufweist: eine Vielzahl von Zonen (10), welche je eine Vielzahl von Teilnehmern beinhalten, die kabellose Kommunikationsmittel (12) aufweisen, um Signalen innerhalb der Zone zu Übersenden und zu Empfangen, und Schnittstellenmittel (46), um die Vielzahl an Zonen entsprechend miteinander zu verbinden, wobei die Schnittstellenmittel eine andere Form der Kommunikation verwenden, als innerhalb der Zone vorgesehen ist, wobei: jede Zone als Feld (10) ausgebildet ist, welches umfasst: eine Vielzahl von Teilnehmergeräten (12), von denen jedes einem zugehörigen Teilnehmer zugeordnet ist, um Signale zu den anderen Teilnehmern innerhalb des Feldes zu Übersenden und von diesen zu Empfangen, wobei die Vielzahl an Teilnehmergeräten innerhalb des Feldes zueinander eine Kommunikation in direkter Sichtverbindung aufweisen, jedes Teilnehmergerät ein Innen-Schnittstellengerät (20) für den Benutzerzugang zu dem System und ein außen montiertes Kommunikationsgerät (18) zum Übertragen und zum Empfangen von Signalen aufweist, jedes Teilnehmergerät so angeordnet ist, um Signale auf einer Trägerfrequenz aufzutragen, die auf Frequenzen im Bereich von Infrarot bis Ultraviolett arbeitet, und um die Trägersignale im Wesentlichen in alle Richtungen zu übertragen, und Objekte (16, 24, 26) innerhalb und/oder rund um das entsprechende Feld, welche angeordnet sind, um für das Feld Begrenzungen (14) festzulegen und um das Ausbreitungsmuster des Trägersignals zu begrenzen, und wobei: die Schnittstellenmittel Feld-Schnittstellenpunkte aufweisen, welche entsprechende Felder untereinander verbinden, wobei die Feld-Schnittstellenpunkte mit entsprechenden Teilnehmergeräten aus zumindest zwei angrenzenden Feldern verbunden sind.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Teilnehmergeräte innerhalb eines entsprechenden Feldes mit Mitteln (44) ausgestattet sind, um die Übertragung und den Empfang der Trägersignale zu unterdrücken.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterdrückungsmittel so eingerichtet sind, dass sie die Übertragung und den Empfang von Signalen über ausgewählte Winkelbereiche unterdrücken.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Teilnehmergerät eine Steuereinheit (44) für die Koordinierung der Teilnehmergeräte innerhalb des zugeordneten Feldbereichs aufweist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Objekte, die Begrenzungen für das Feld festlegen, eine oder mehrere undurchlässige Barrieren (16, 24) aufweisen.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Feld-Schnittstellenpunkt eingerichtet ist, um mit zugeordneten Teilnehmergeräten (48) mittels entsprechender Kommunikationskabel zu kommunizieren.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches weiters ein oder mehrere Kernnetzwerk-Schnittstellengeräte (56) aufweist, die eingerichtet sind, um eine Schnittstelle zwischen dem Netzwerksystem und einem herkömmlichen Fernnetzwerk (60) zu bieten.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechende Feld-Schnittstellenpunkte angeordnet sind, um mit dem (den) Kernnetzwerk-Schnittstellengeräten) zu kommunizieren.
System nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernnetzwerk-Schnittstellengerät einen für die Kommunikation mit dem zugeordneten Feld-Schnittstellenpunkt eingerichteten ersten Schaltkreis (62), einen für die Kommunikation mit dem herkömmlichen Fernnetzwerk unter Benutzung eines Standard Übertragungsprotokolls eingerichteten zweiten Schaltkreis (64), und ein Kernnetzwerk-Gateway (72) zum Bilden einer Schnittstelle zwischen erstem und zweitem Schaltkreis aufweist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiters gekennzeichnet durch eine Steuerungssoftware (78), welche eingerichtet ist, um den Betrieb der Elemente des Netzwerksystems auf der Basis eines Multiplexverfahrens zu koordinieren.
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Multiplexverfahren ein Zeitmultiplexverfahren ist.
Verfahren zur Bereitstellung breitbandiger Massenkommunikation, welches aufweist: B ilden einer Vielzahl von Zonen (10), welche je eine Vielzahl von Teilnehmern beinhalten, die kabellose Übertragungsmittel (12) haben, um Signale innerhalb der Zone zu übersenden und zu empfangen, und Verbinden der Vielzahl der Zonen entsprechend miteinander mittels Schnittstellenmitteln (46), wobei die Schnittstellenmittel eine andere Form der Kommunikation verwenden, als innerhalb der Zone vorgesehen ist, und wobei jede Zone als Feld (10) geformt ist, durch: Bereitstellen eines entsprechenden Teilnehmergerätes (12) an jeden aus der Vielzahl an Teilnehmern, um Signale zu den anderen Teilnehmern in dem Feld zu Übersenden und von diesen zu Empfangen, wobei jedes Teilnehmergerät ein Innen-Schnittstellengerät (20) für den Benutzerzugang zum System und ein außen montiertes Kommunikationsgerät (18) zum Übertragen und zum Empfangen von Signalen aufweist, Lokalisieren der Vielzahl der Teilnehmergeräte innerhalb des Feldes, die eine Kommunikation in direkter Sichtverbindung zueinander aufweisen, Auftragen der Signale auf ein Trägersignal, welches in Frequenzen im Bereich von Infrarot bis Ultraviolett arbeitet, Übertragen der Trägersignale im Wesentlich in alle Richtungen, Verwenden von Objekten (16, 24, 26) innerhalb und/oder rund um das entsprechende Feld, um für das Feld Begrenzungen festzulegen und um das Ausbreitungsmuster des Trägersignals zu begrenzen, und untereinander Verbinden entsprechender Felder mit Schnittstellenmitteln, welche Feld-Schnittstellenpunkte aufweisen, die mit entsprechenden Teilnehmern von zumindest zwei angrenzenden Felder verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch das Unterdrücken von Übertragung und Empfang der Trägersignale von zumindest einigen der Teilnehmergeräte innerhalb eines bestimmten Feldes.
Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch das Unterdrücken von Übertragung und Empfang der Trägersignale über ausgewählte Winkelbereiche.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, weiters gekennzeichnet durch das Bereitstellen eines oder mehrerer Kernnetzwerk-Schnittstellengeräte (56) welche eine Schnittstelle zwischen dem Netzwerksystem und einem konventionellen Fernnetzwerk bilden.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechende Feld – Schnittstellenpunkte eingerichtet sind, um mit dem (den) Kernnetzwerk-Schnittstellengeräten) zu kommunizieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, weiters gekennzeichnet durch das Koordinieren des Betriebes der Elemente des Netzwerksystems auf der Basis eines Multiplexverfahrens.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Multiplexverfahren ein Zeitmultiplexverfahren ist.