DE69330084T2 - System zur Übertragung von Information mit unterschiedlichen Bitraten und Sendestation für ein solches System - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein System zur Übertragung von Information, das eine Vielzahl elementarer Kanäle mit einer elementaren binären Bitrate bietet, um die besagten Daten zu übertragen, wobei das System mindestens eine Basisstation aufweist, die eine Schaltung zur Aufteilung der elementaren Kanäle enthält, und eine Vielzahl an Satellitenstationen, mit einer Empfangs-Neuzuordnungsschaltung, um die über die besagten elementaren Kanäle übertragenen Daten zu empfangen.
• Die Erfindung betrifft auch eine Basisstation und eine Satellitenstation, die sich für ein aus solchen Stationen gebildetes System eignen.
• Die Erfindung findet breite Anwendungsbereiche, um Anwendern in Fahrzeugen verschiedene Telekommunikationsdienste zu bieten: z. B. Telefonverbindungen, die eine schmale Bandbreite benötigen, und Bildverbindungen, die eine sehr breite Bandbreite benötigen. Diese Art Dienstleistung wird von dem System RNIS angeboten, mit einer breiten, das ATM-Protokoll verwendenden Bandbreite. Dies wird in der Veröffentlichung beschrieben: "Asynchronous Transfer Mode" von J-P Coudreuse et al., erschienen in der Zeitschrift Commutation & Transmission Nr. 3/1990. Es stellt sich folglich das Problem der Zuteilung der Ressourcen, die vor allem im Bereich der Telekommunikation begrenzt bleiben.
• Ein System dieser Art wird in dem Patent der Vereinigten Staaten von Amerika Nr. 4 870 641 beschrieben. In diesem System wird eine bestimmte Gruppe Kanäle zugeteilt, um eine hohe Bitrate zu gewährleisten, die jedoch nicht unbedingt einer einzigen Kommunikation zugeteilt sind. Aufgrund dessen ist das System nicht dazu geeignet, um Daten im Mobilfunknetz zu übertragen, in dem die Frequenzkanäle per Funk übertragen werden und für die es notwendig ist, verschiedenartige Terminals miteinander zu verbinden. Aus Übertragungsgründen eignen sich die jeweiligen Frequenzkanäle zwischen einer Basisstation und einer entfernten Station nicht unbedingt zur Verbindung mit einer anderen Station. In diesem Patent ist keinerlei Maßnahme in bezug auf die dynamische Zuteilung der Übertragungsfrequenzen vorgesehen, um die geographische Lage der Stationen zu berücksichtigen, die Teil des Systems sind, und das Dokument macht keinerlei Angaben in bezug auf die gleichzeitige Übertragung zwischen mehreren Anwendern.
• Ein System dieser Art ist auch in dem Artikel von G. Pujoll et al. mit dem Titel beschrieben: "Throughput of a Satellite Channel-Communication", erschienen in Tenth International Teletraffic Congress, Vol. 1., Proc. 10, 9. Juni 1983, Seiten 3.1.1 bis 3.1.6. Dieses Dokument enthüllt eine Verbindung zwischen einer terrestrischen Station und einem Funkübertragungssatelliten zur Übertragung eines Signalrasters. Dieses System nicht für die Anforderungen von Anwendern im Funkübertragungsverkehr geeignet, die eher Übertragungen mit den der Art der zu übertragenden Informationen angepaßten Bitraten wünschen.
• Die Erfindung schlägt folglich ein System entsprechend der in der Einleitung aufgeführten Art vor, das eine bestmögliche Verwaltung der zugeteilten Ressourcen und eine für die Anwender bestmögliche, ihren Anforderungen entsprechende Zuteilung der Kanäle ermöglicht.
• Ein solches System ist deshalb bemerkenswert, da die Aufteilungsschaltung aus Mehrweg-Aufteilungsschaltungen besteht, um jeder Satellitenstation einen Anwenderkanal zuzuteilen, der aus einer variablen Anzahl elementarer Kanäle gebildet wird, je nach der für eine Kommunikation mit der Basisstation erforderlichen Bitrate.
• Die folgende, von den beigefügten Zeichnungen begleitete, als nicht begrenzendes Beispiel gegebene Beschreibung wird leicht verständlich machen, wie die Erfindung umgesetzt werden kann.
• - Fig. 1 zeigt ein der Erfindung entsprechendes System.
• - Fig. 2 zeigt den Aufbau einer in dem System der Fig. 1 verwendeten Datenzelle.
• - Fig. 3 zeigt mehr im Detail eine Aufteilungsschaltung als Teil des Systems der Fig. 1.
• - Fig. 4 zeigt mehr im Detail eine Neuzuordnungsschaltung als Teil des auf Fig. 1 dargestellten Systems.
• Das der Erfindung entsprechende Übertragungssysstem von Fig. 1 eignet sich insbesondere für Mobilfunknetze, die über eine Basisstation 1 miteinander verbunden sind. Um diese Basisstation 1 bewegen sich drei mobile Stationen 2, 3 und 4, als Satellitenstationen betrachtet. Diese verschiedenen Stationen bestehen aus einem Sendeteil und einem Empfangsteil. Der Sendeteil der mobilen Stationen 2, 3 und 4 tragen jeweils die Bezeichnungen 12, 13 und 14, während der Empfangsteil der Basisstation 1 die Bezeichnung 21 trägt. Der Sendeteil der Basisstation 1 ist mit 31 bezeichnet, und die Empfangsteile der mobilen Stationen 2, 3 und 4 mit 42, 43 und 44. Die Verbindungen zwischen den verschiedenen Stationen verlaufen über Funkkanäle. Zu diesem Zweck sind die verschiedenen Stationen 1, 2, 3 und 4 jeweils mit Sendeantennen 45, 46, 47 und 48 und mit Empfangsantennen 51, 52, 53 und 54 versehen. Die verwendete Funkverbindung wird z. B. aus 30 Kanälen zu 25 MHz in einem Hyperfrequenzband von 60 GHz gebildet. Diese Sende- und Empfangsteile arbeiten im Frequenzmultiplex und verwalten die Zuteilung der Frequenzkanäle. So können der Sende- 31 und der Empfangsteil 21 die gesamte Kapazität der Verbindung, also 30 Kanäle zu 25 MHz nutzen, während die Sende- und Empfangsteile der Stationen 2 und 4 acht Kanäle verwalten, und die Sende- und Empfangsteile der Station 4 nur einen einzigen. Jedem Kanal entspricht ein Zugang für einen eingehenden Kanal und ein Zugang für einen ausgehenden Kanal. Der Teil 31 verfügt über 30 eingehende Zugänge 11 bis I30. Die Empfangsteile 42 bis 43 sind mit acht ausgehenden Zugängen O1 bis 08 versehen, während der Teil 44 nur einen einzigen O1 aufweist. Die Sendeteile 12, 13 und 14 sind nicht detailliert, verfügen jedoch über eingehende Zugangswege, deren Anzahl ihrem beigeordneten Empfangsteil entspricht. Ebenso ist der Empfangsteil 21 mit ausgehenden Zugangswegen versehen, deren Anzahl dem der eingehenden Zugangswege des Sendeteils 31 entspricht. Die Sende- und Empfangsteile, die soeben erwähnt wurden, werden üblicherweise in Mobilfunknetzen verwendet und bedürfen daher keiner detaillierteren Beschreibung. Diese Teile bestimmen unter einem Satz zugeteilter Kanäle die geeignetsten Frequenzkanäle, um eine Verbindung zwischen zwei Stationen herzustellen. Jedem Weg entspricht im Prinzip ein unterschiedlicher Frequenzkanal.
• Ziel des Systems der Erfindung ist es, im Rahmen des beschriebenen Beispiels Informationen gemäß der ATM-Technik (Asynchronous Transfer Mode) zu übertragen, die sich für das RNIS-Breitbandsystem gut eignet. Man erinnere hier daran, daß das in dem vorgenannten Artikel erwähnte ATM-System im Aufteilen der Information in Pakete bzw. in Zellen besteht, deren Format in Fig. 2 dargestellt wird. Diese Zellen werden z. B. aus 53 Bytes gebildet, von denen fünf Nutzbytes sind, die insbesondere für deren Zustellung verwendet werden.
• Die von der Basisstation 1 zu übertragende Information wird in der Form von aufeinanderfolgenden Zellen einem Zugang 56 der Station 1 zugeführt. Die zu den mobilen Stationen übertragenen Informationen können an den Zugängen 57, 58 und 59 dieser Stationen 2, 3 und 4 wiederhergestellt werden. Die Informationen, immer noch in ATM- Zellenform, können so in umgekehrter Richtung von den mobilen Stationen zur Basisstation übertragen werden. Sie können dafür den Zugängen 62, 63 und 64 dieser selben Stationen 2, 3 und 4 zugeführt werden, um an einem Zugang 71 der Basisstation 1 wiederhergestellt zu werden.
• Gemäß der Erfindung wurde eine Sende-Aufteilungsschaltung 100 vorgesehen, die aus einem Zellenaufteiler 105 gebildet wird, damit die Zellen in bezug auf eine Kommunikation, der Klemme 56 zugeführt, entweder an eine der Mehrweg- Aufteilungsschaltungen 112, 114, 116, 118 und 120, an die zu übertragende Bitrate angepaßt, oder direkt an Funkzugänge des Funkteils 31 geleitet werden. In dem beschriebenen Beispiel sind die Schaltungen 112 und 114 Schaltungen mit acht Wegen, und die Schaltungen 118 und 120 mit vier Wegen. Dementsprechend sind Empfangs-Neuzuordnungsschaltungen 132 und 133 auf dem Niveau der mobilen Stationen 2 und 3 vorgesehen.
• Fig. 3 zeigt im Detail die Mehrweg-Aufteilungsschaltung 112, wobei die Struktur der anderen Mehrweg-Schaltungen davon direkt abzuleiten ist.
• Die von dem Zugang 56 herrührenden und von der Schaltung 105 hergeleiteten Zellen werden in einem ersten Speicher 201 von dem Typ abgelegt, in dem die Daten in der Reihenfolge ausgelesen werden, in dem sie eingegeben werden, besser unter dem Namen FIFO-Speicher bekannt. Ein zweiter Speicher 203 desselben Typs, in eigener Schleife geschaltet, enthält eine Struktur binärer Elemente, die eine leere ATM-Zelle darstellen. Ein Multiplexer 205 ermöglicht es folglich, indem er präzise an den Ausgang einer dieser Speicher 201 oder 203 geschaltet wird, leere Zellen in den Datenfluß seines Ausgangs einzufügen. Ein Datenschalter 210 liefert in einem regelmäßigen Takt die ausgehenden Zellen mit vier Zweigen B1, B2, B3 und B4. Diese verschiedenen Zweige werden über vier Speicher 211, 212, 213 und 214 vom FIFO-Typ mit den Zugängen 11, 12, 13 und 14 des Sendeteils 31 verbunden. Die Eingabe in diese Speicher 211, 212, 213 und 214 erfolgt im Takt der lokalen Uhr 220, die diesen Speichern über die Ports ET 221, 222, 223 und 224 Uhrsignale H liefert. Diese Ports werden der Reihe nach von einem Zähler 230 mit zwei Positionen geöffnet. Hier sind die vorhandenen Inverter an den Eingängen dieser Ports zu bemerken, damit für alle in dem Zähler 230 enthaltenen binären Elementekonfigurationen ein einziger durchlässig wird. Auf dem Niveau jedes Zweigs B1, B2, B3 und B4 sind jeweils Zellenbegrenzungsschaltungen 231, 232, 233 und 234 angeschlossen. Diese Schaltungen liefern ein Signal, sobald eine Zelle den Zweig durchlief. Ein ODER-Port 240 sammelt alle diese Signale, um den Inhalt des Zählers 230 voranzubringen. Die Speicher 211, 212, 213 und 214 werden im Takt der Uhr des Empfangsteils 31 gelesen, verfügbar an einem Zugang CK, unter der Bedingung, daß ein Port ET 250 durchlässig gemacht wurde. Dies wird über ein Füllungssignal bewirkt, das von einem beliebigen der Speicher 211, 212, 213 und 214 abgegeben wird, wenn diese Speicher eine einer bestimmten Anzahl Zellen entsprechende Datenmenge enthalten.
• Fig. 4 zeigt im Detail die Neuzuordnungsschaltung 132. Diese Schaltung ermöglicht die Wiederherstellung der über verschiedene Kanäle übertragenen und an den Eingangszweigen B' 1, B'2, B'3 und B'4 eines Multiplexers 310 verfügbar gemachten Zellenfolgen. Die Speicher 31 l, 312, 313 und 314 vom FIFO-Typ verbinden die Ausgänge O1, 02, 03 und 04 des Empfangsteils mit den Eingangszweigen B'1, B'2, B'3 und B'4. Die Eingabe in diese Speicher 311, 312, 313 und 314 erfolgt im Takt der Uhr des Empfangsteils 42, dessen Signale an einem Zugang CK' verfügbar sind und im Takt der lokalen Uhr 318 gelesen werden, die diesen Speichern über einen ersten Port ET 320 und die Ports ET 321, 322, 323 und 324, jeweils einem dieser Speicher zugeteilt, Uhrsignale 1-1' liefert. Diese Ports ET 321, 322, 323 und 324 werden der Reihe nach von einem Zähler 330 mit zwei Positionen geöffnet. Hier sind die vorhandenen Inverter an den Eingängen dieser Ports zu bemerken, damit für alle in dem Zähler 330 enthaltenen binären Elementekonfigurationen ein einziger durchlässig wird. Das Lesen dieser Speicher 311, 312, 313 und 314 kann nur stattfinden, wenn einer dieser Speicher ein bestimmtes Füllniveau erreicht hat; auf der Figur ist es der Speicher 311, der den Port 320 durchlässig macht. Auf dem Niveau der Eingangszweige B' 1, B'2, B'3 und B'4 wurden verschiedene Zellenbegrenzungsschaltungen 341, 342, 343 und 344 vorgesehen. Diese Schaltungen liefern, wie bereits gesagt wurde, ein Signal, sobald eine Zelle den Zweig durchlief. Ein ODER-Port 350 sammelt alle diese Signale, um den Inhalt des Zählers 330 voranzubringen. Auf dem Niveau der Zugänge O1, 02, 03 und 04 sind verschiedene Zellenerkennungsschaltungen 351, 352, 353 und 354 angeschlossen, die ein aktives Signal abgeben, sobald die erste Zelle auf dem Niveau dieser Zugänge O1, 02, 03 und 04 erkannnt wurde. Dies ermöglicht es, die Ports ET 361, 362, 363 und 364, jeweils den Speichern 311, 312, 313 und 314 zugeteilt, durchlässig zu machen. Die Uhrsignale des Empfangsteils, verfügbar am Zugang CK', können dann diesen Speichern 31 l, 312, 313 und 314 zugeführt werden.
• An den Ausgang des Multiplexers 310 wurden verschiedene Elemente hinzugefügt, um die eventuell von den Elementen 201, 202 und 205 der Mehrweg- Aufteilungsschaltung 112 eingefügten leeren Zellen zu entfernen. Der Ausgang des Multiplexers 310 ist an eine Kaskadenschaltung aus zwei Speichern 280 und 381 vom FIFO- Typ angeschlossen, verbunden über einen Unterbrecher 385. Dieser Unterbrecher wird von dem Ausgangssignal einer Schaltung zur Erkennung leerer Zellen 387 gesteuert. Da die Kapazität des Speichers 380 einer Zelle entspricht, wenn das Ausgangssignal der Schaltung 387 aktiv wird, bedeutet dies, daß die im Speicher 380 enthaltene Zelle leer ist und der Unterbrecher 385 dann geöffnet und das Schreiben in den Speicher 381 gesperrt wird.
• Ein solches System arbeitet auf folgende Weise. Beim Aufbau einer Kommunikationsnachfrage von der Basisstation zwischen einem wählenden Teilnehmer und einem angewählten, an eine mobile Station gebundenen Teilnehmers ist die zu übertragende Bitrate bekannt. Die Zellenaufteilungsschaltung leitet die Zellen in bezug auf diese Kommunikation zu einer Wegaufteilungsschaltung, die diese Bitrate gewährleisten kann. Wenn die erforderliche Bitrate eine drei Wegen entsprechende Bitratenkapazität benötigt, wird eine Aufteilungsschaltung gewählt, die diese Anzahl oder eine größere Anzahl Wege verwalten kann, z. B. eine der Aufteilungsschaltungen 116 oder 118 oder 120, mit vier eingehenden Zugangswegen versehen. Dies beinhaltet, daß die Empfangsschaltung des angewählten Teilnehmers kompatibel mit dieser Bitrate sein muß. Daraufhin sendet die Aufteilungsschaltung parallel die verschiedenen Zellen über die vier Kanäle. Zur Speisung dieser vier Kanäle fügt man über die Elemente 201, 202 und 205 leere Zellen ein. Zum Wiederherstellen der übertragenen Information auf der Empfangsseite müssen die verschiedenen parallel erhaltenen, von den ausgehenden Zugangswegen übertragenen Zellen in die richtige Reihenfolge gebracht und zudem die leeren Zellen entfernt werden. Die richtige Reihenfolge wird aufgrund der Tatsache gewährleistet, daß das Senden der nicht leeren Zellen zyklisch unter Verwendung der eingehenden Wege in derselben Reihenfolge verläuft, indem mit dem ersten eingehenden Weg 11 begonnen wird: Da, wo eine Füllungserkennung des Speichers 211 in bezug auf das Entfernen der leeren Zellen vorgesehen ist, wird dies von den Elementen 380, 381, 385 und 387 übernommen.

Claims (5)

1. System zur Übertragung von Information, das eine Vielzahl elementarer Kanäle mit einer elementaren binären Bitrate bietet, um die besagten Daten zu übertragen, wobei das System mindestens besteht aus:

- einer Basisstation (1), die eine Schaltung zur Aufteilung der elementaren Kanäle (100) enthält,

- einer Vielzahl an Satellitenstationen (2, 3 oder 4 etc.), mit einer Empfangs- Neuzuordnungsschaltung, um die über die besagten elementaren Kanäle übertragenen Daten zu empfangen, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilungsschaltung aus Mehrweg-Aufteilungsschaltungen (112, 114, 116...) besteht, um jeder Satellitenstation einen Anwenderkanal zuzuteilen, der aus einer variablen Anzahl elementarer Kanäle gebildet wird, je nach der für eine Kommunikation mit der Basisstation erforderlichen Bitrate.

2. System zur Übertragung von Information nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu übertragenden Daten die Form von aufeinanderfolgenden Informationszellen haben, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufteilungsschaltung (105) vorgesehen ist, um die aufeinanderfolgenden Zelle über verschiedene elementare Kanäle zu übertragen.

3. System zur Übertragung von Information nach Anspruch 2, mit einer gewissen Bitrate, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung zum Einfügen leerer Zellen (203) vorgesehen ist, damit die Bitraten der Zellen mit einer gewissen Bitrate kompatibel sind.

4. Systemkompatible Basisstation mit mindestens einer Basisstation (1) und mindestens einer Satellitenstation (2, 3, 4...) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bestehend aus:

- einem eingehenden Datenzugang (56) für den Erhalt der mit einer gewissen Bitrate über einen Kommunikationszeitraum zu übertragenden Daten,

- einem Sendeteil (31) zum Senden über mindestens einen Übertragungskanal der an mindestens einem der eingehenden Zugangswege (11...I30) vorhandenen Informationen entsprechend einer Bitrate des Kanals,

- einem ausgehenden Datenzugang (71) zum Bereitstellen der übertragenen Daten,

- einer Sende-Aufteilungsschaltung (105) zum Verbinden des besagten eingehenden Datenzugangs mit einer gewissen Reihe eingehender Zugangswege (11...I30) entsprechend der Bitrate über den besagten Kommunikationszeitraum, einem Empfangsteil (21) für den Erhalt der Informationen aus mindestens einem der besagten Kanäle, um sie mindestens einem der ausgehenden Zugangswege zuzuführen,

- einer Empfangs-Neuzuordnungsschaltung, um eine entsprechende Reihe ausgehender Zugangswege mit dem ausgehenden Zugang zu verbinden.

5. Systemkompatible Satellitenstation mit mindestens einer Basisstation und mindestens einer Satellitenstation nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bestehend aus:

- einem eingehenden Datenzugang (62, 63, 64) für den Erhalt der mit einer gewissen Bitrate über einen Kommunikationszeitraum zu übertragenden Daten,

- einem Sendeteil (12, 13, 14...) zum Senden über mindestens einen Übertragungskanal der an mindestens einem der eingehenden Zugangswege vorhandenen Informationen entsprechend einer Bitrate des Kanals,

- einem Empfangsteil (42, 43, 44...) für den Erhalt der Informationen aus mindestens einem der besagten Kanäle, um sie mindestens einem der ausgehenden Zugangswege (01, 02, ... 08) zuzuführen,

- einem ausgehenden Datenzugang (58) zum Bereitstellen der übertragenen Daten,

- einer Sende-Aufteilungsschaltung zum Verbinden des besagten eingehenden Datenzugangs mit einer gewissen Reihe eingehender Zugangswege entsprechend der Bitrate über den besagten Kommunikationszeitraum,

- einer Empfangs-Neuzuordnungsschaltung (132, 133, 134), um eine entsprechende Reihe ausgehender Zugangswege mit dem ausgehenden Zugang zu verbinden.