Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft das Gebiet der Telekommunikationsnetzwerke und der
Paketvermittlung und speziell das Vorsehen verlässlicher funkbasierter
Verbindungen für Zellen und rahmengeschaltete Netzwerke.
Betroffene Anmeldung
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Diese Anmeldung ist eine Continuation-in-part der vorhergehenden Anmeldung
mit der Seriennummer 08/388, 110, die am 13. Februar 1995 eingereicht wurde,
und nun das US-Patent Nr. 5,648,969 ist.
Beschreibung des Standes der Technik
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Zellenbasierte Paketvermittlungsnetzwerke werden immer breiter verfügbar. Der
Einsatz von kleinen (das heißt "kurzen") Informationspaketen wird in modernen
Digitalnetzwerken bevorzugt, da es ermöglicht, synchrone und asynchrone
Informationen effizient zu mischen, was einen kostengünstigen Transport von
digitaler Sprache, LAN-Daten und Video ermöglicht. Weiter können kurze Pakete,
auch als "Zellen" bekannt, von integrierten Schaftkreisen geschaltet oder
vermittelt werden, was ein schnelles und ökonomisches Vermitteln von Daten in
breitbandigen faseroptischen Netzwerken ermöglicht. Dieses Konzept ist in der
Telekommunikationsindustrie als "Asynchroner Übertragungsmodus"
(Asynchronus transfer mode = ATM) bekannt. ATM-Netzwerke sind kommerziell
erwerbbar. ATM-Protokolle sind von verschiedenen internationalen Organisation formalisiert
worden, inklusive dem ITU- und dem ATM-Forum. ATM-Netzwerke
wurden unter der Annahme des Einsatzes von faseroptischen Verbindungen für
die Übertragung spezifiziert. Aufgrund der sehr geringen Bitfehlerrate der
faseroptischen Verbindungen erfordern ATM-Netzwerke keine zusätzlichen
Dienstleistungen, um die Zustellung von Zellen von einem Ende zum anderen Ende zu
garantieren. Die Zellen werden durch das Netzwerk geleitet, aber falls ein
Fehler auftritt (oder ein Speicher überläuft) können die Zellen ausrangiert werden.
Die Einfachheit Zellentransports für "höchste Beanspruchung" führt zu einem
schnellen und kostengünstigen Netzwerk.
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Typische Fasernetzwerke bestehen aus Faserverbindungen mit langem
Transportweg, die die ATM-Switchs verbinden. Diese Switchs können über
faseroptische Verbindungen mit Kundengebäuden wie etwa Bürogebäuden und
Privathäusern verbunden werden. In den Kundenhäusern gibt es
Netzwerkzugangsknoten, die eine Kundeninformation kombinieren und konvertieren in ATM-Zellen
für die Übertragung über das Netzwerk.
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Obwohl faseroptische Verbindungen das bevorzugte Medium für terrestrische
Verbindungen werden, sind sie nicht immer verfügbar. Städtevorschriften,
Installationskosten, lange Installationszeiten und Wegerechtsprobleme verhindern,
dass einige Regionen faseroptische Verbindungen installieren. In einigen
Städten sind vielleicht faseroptische Verbindungen installiert, die aber von einem
Monopolisten besessen werden, den ein Dienstleister vielleicht umgehen
möchte.
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Digitale Mikrowellenfunkverbindungen können eine alternative für faseroptische
Verbindungen zwischen den Netzwerkzugangsknoten und den ATM-Switchs
sein. Frequenzbänder innerhalb des Bereichs von ungefähr 300 MHz bis 60 GHz
wurden für kommerzielle Verbindungen zur Verfügung gestellt. Einige
Mikrowellenverbindungen in dem Millimeterwellenbereich sind unlizenziert oder für
geringe Benutzungsgebühren von den örtlichen Behörden lizenziert.
Mikrowellenfunkverbindungen werden dann zu einer kostengünstigen und einer
zeitnahen Lösung für die Entwicklung der Telekommunikationsverbindungen. Jedoch
gibt es einen Nachteil dieser Mikrowellenfunkverbindungen. Digitale
Mikrowellenfunkkommunikation ist für Bitfehler anfällig, speziell unter wetterbedingten
Fading-Bedingungen wie etwa Regen. Einige Protokollschemata für Vorwärtsfehlerkorrektur,
Redundanz und erneutes Übertragen wurden entworfen, um die
Leistungsfähigkeit der Mikrowellenverbindungen zu verbessern. Das Problem
dieser Ansätze ist, dass Sie nicht direkt für ATM, Rahmen-Relay und ähnliche
Arten von paketvermitteltem Verkehr anwendbar sind. Erneutes Übertragen ist
nicht akzeptierbar aufgrund der dadurch entstehenden Verzögerung.
Vorwärtsfehlerkorrektur alleine schützt nicht vor Antennenbehinderung oder
Antennenversagen. Redundanz durch Parallelverbindungen ist zu teuer und immer noch
anfällig für allgemeine Verbindungshindernisse wie etwa einem
wetterinduzierten Signalabsinken. Diese Probleme wurden durch unsere oben erwähnte
Anmeldung angegangen. Jedoch gibt es andere Probleme, die die vorherige
Anmeldung nicht angegangen hat. Die Migration zu ATM-basierten Netzwerken ist
ein allmählicher Prozess, in dem Nicht-ATM-Verkehr zusammen mit ATM-
Verkehr existieren kann. Beispielsweise kann ein Kunde wünschen, vier E1-
Leitungen mit einem Nahpunkt zu verbinden, wobei eine E1 digitale Sprache
(Pulscodemodulation - PCM) von einem Switch (Privatzweigaustausch - PBX)
trägt, indem ein Nicht-ATM-Primärraten-ISDN-Format eingesetzt wird. Eine
andere E1 kann Daten von einem Router oder einem Konzentrator tragen, dem
Rahmen-Relais-Format folgend. Noch eine andere E1 kann ATM-ähnliche
Protokolle aufweisen, die nicht zu einem Standard ATM-Format passen, gedacht für
eine Hauptverbindung (trung connection) zwischen ähnlichen Switchs und
schließlich kann die vierte E1 ein Standard-ATM sein, übereinstimmend mit dem
ATM-Forum. Diese Leitungen müssen auf einer einzelnen Funkverbindung
kombiniert werden, wobei jede Leitung die Servicequalität empfängt, die für die Art
der Informationen, die sie trägt, geeignet ist. Rahmen-Relais und ATM-ähnliche
Protokolle basieren alle auf einer Übertragung von Paketen variabler oder fester
Größe, die im weiteren allgemein als "Rahmen" bezeichnet werden. Diese
Rahmen können Fehlerprüfsummen aufweisen, um dem Empfangssystem zu
ermöglichen, Rahmen, die Fehler beinhalten, zurückzuweisen. Es gibt jedoch eine
kleine Wahrscheinlichkeit dafür, dass ein Rahmen Fehler beinhaltet, obwohl die
Prüfsumme korrekt ist immer wenn ein Burst-Fehler auftritt, den ein
Vorwärtsfehlerkorrektursystem nicht korrigieren kann, wird der Rahmen mit dem Fehler
übertragen. Wenn die Prüfsumme richtig scheint, kann der Rahmen zu einer
falschen Adresse geliefert werden, ein Prozess der "Falscheinfügung" genannt
wird. Ein anderes Problem der heutigen Ansätze ist das Fehlen einer
Standardmethodik für die Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC). FEC erfordert teuere
Digitalschalttechnik. Kosten könnten reduziert werden, falls das übertragende Informationsformat
sich auf FEC-Technologien verlassen könnte, die für die
Massenmärkte verfügbar sind.
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Ein anderes Problem ist die Wiederverwendbarkeit eines Funksystems zum
Ändern der Bedürfnisse. Das Installieren eines Funksystems auf einem Dach eines
Gebäudes ist teuer. Wenn sich die Benutzerbedürfnisse ändern, beispielsweise
eine größere Datenrate erwünscht ist, muss eine neue Außenfunkeinheit
installiert werden. Dies zwingt den Netzwerkintegrator auch dazu, viele verschiedene
Funkeinheiten aufzubewahren, die sich im Frequenzkanal, der Datenrate und
dem Modulationsschema unterscheiden.
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In der EP 0 471 380 ist ein Asynchrontransfermodus-ATM-Switch offenbart, der
Zellenpartitionierungsschaltkreise hat, die jeweils eine ATM-Zelle in N Teilzellen
unterteilt (N ist eine ganze Zahl größer als 1) und zum Zuweisen eines
identischen Leitkennzeichens zu den erzielten Teilzellen und N
Teilzellenvermittlungsswitchs zum jeweiligen Leiten der N Teilzellen in einer unabhängigen
Weise, basierend auf dem Leitkennzeichen.
Zusammenfassung der Erfindung
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Diese Erfindung stellt Burst-Fehler-resistente mikrowellenfunkbasierte
Kommunikationsverbindungen für ATM und nicht-ATM-Übertragung zur Verfügung.
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Gemäß diese Erfindung wird ein zellenbasiertes Zugangsnetzwerk gebildet, um
viele Kundenorte mit einer Vermittlungszentrale zu verbinden. Das Netzwerk als
ganzes und jede Verbindung in diesem Netzwerk sind speziell entwickelt, um
einen verlässlichen Service bei Bitfehler-Zuständen zu liefern.
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Gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung wird auf der Verbindungsstufe
ein verlässlicher Dienst zur Verfügung gestellt durch Untersysteme, die
"Hauptleitungseinheiten" (Trunk Units = TU) genannt werden, wobei die
Prozessinformationen vorher und nachher durch die fehleranfällige Funkverbindung fließen.
Auf der Übertragungsseite multiplext die TU zunächst Bit-Ströme aus vielen
Eingaben in einen kombinierten Bitstrom, der einen Zeitmultiplexbetrieb einsetzt
(Time Division Multiplexing = TDM). Dann teilt die TU die zu übertragenden
Informationen in Blöcke fixierter Größe auf. Diese Blöcke werden zur Vorwärtsfehlerkorrektur
(FEC) kodiert. Falls in einem Block Bitfehler auftreten, korrigiert
der FEC-Dekodierschaltkreis diese normalerweise. Falls die Fehler durch den
FEC-Schaltkreis nicht korrigiert werden können, wird eine Anzeige oder
Kennzeichnung zu einem Nutzlastverarbeitungsmodulschaltkreis (Payload Processing
Module Circuit = PPM Circuit) geleitet, das angepasst werden kann, um mit dem
Switch-Hersteller kompatibel zu sein, was von der Verbindungsart in jeder
Leitung abhängt, entweder:
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- lässt sie die fehlerbeinhaltenden Informationen unverändert oder:
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- modifiziert sie den Informationsgehalt, um abzusichern, dass er nicht falsch
eingefügt wird.
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Der Falscheinfügungsschutz wird für Ströme vorgesehen, die ATM beinhalten,
Rahmen-Relais oder ähnliche rahmenbasierte Protokolle.
Falscheinfügungsschutz wird durch Modifizieren der Daten mit Abbruchsequenzen gewährleistet
(für HDLC-ähnliche Protokolle (HDLC = High-Level Data Link Conrol)) oder
durch absichtliches Verfälschen der Fehlersumme entweder des ATM-Headers
oder HDLC-Rahmens, falls geeignet. Die Netzwerkausrüstung wird derartige
verfälschte Rahmen automatisch zurückweisen.
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Um mit einem kostengünstigen FEC-Schaltkreis auszukommen, benutzt diese
Erfindung das FEC-Blockformat, das mit den Standards, die für
Digitalvideoübertragung (Digital Video Broadcasting = DVB) eingesetzt werden, konform
gehen. DVB-Schaltkreise nutzen Reed-Solomon-Code (RS-Code) mit Interleave-
Technik und in Kombination mit Viterbi-Faltungsdekoder. Der kombinierte
Viterbi-RS-Code ist als ein Verkettungscode bekannt. Der Viterbi-Faltungskode und
die Interleaving-Funktionen sind für drahtlose ATM- und
Fernsprechanwendungen nicht erwünscht, da sie eine zusätzliche Bandbreite bzw. Verzögerungszeit
einsetzen. Daher werden diese Funktionen normalerweise umgangen aber sie
sind optional integriert, falls eine weitere Fehlerkorrekturleistungsfähigkeit
erwünscht ist, auf Kosten der Bandbreite (Viterbi) und Verzögerungszeit
(Interleaving).
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Die Allgemeinheit der Funkeinheit (Radio Unit = RU) gemäß dieser Erfindung
wird durch den Einsatz eines linearen Übertragungsschemas an dem Außenteil
gewährleistet. Die RU führt eine Übersetzung und Verstärkung des von der Innen-TU
gesandten Signals mit linearen Breitbandverstärkern durch. Daher
können verschiedene Modulationsschemata eingesetzt werden wie etwa QPSK,
FSK, QAM, MSK oder jedes andere bandbegrenzte Schema. Die Änderung des
Modulationsschemas erfordert nur eine Änderung eines Innenmodems.
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Die Radioverbindung wie oben beschrieben kann mit anderen
Netzwerkzugangssystemen oder alternativen Verbindungen (Mikrowellen-Relais-
Radioapparate oder faseroptische Verbindungen) von einem Netzwerk
verbunden werden. Das Netzwerk hat in einer Ausführungsform eine Maschentopologie
aber nicht notwendigerweise eine vollständige Masche. In anderen
Ausführungsformen sind einzelne oder viele Ringe ebenso akzeptable Topologien. Die
Bitrate der Netzwerkverbindungen ist größer als die vollständige Bitrate der
Benutzerinformationen, die über diese Verbindungen übertragen werden. Die
zusätzliche Bandbreite der Netzwerkverbindungen ermöglicht das Tragen von
Schutzbits, die den über das Mikrowellennetzwerk transportieren Informationen
Schutz hinzufügen.
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Diese Erfindung wird vollständiger in Verbindung mit der folgenden detaillierten
Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen verstanden.
Zeichnungen
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Fig. 1 zeigt ein drahtloses Netzwerk einer Art, die zum Einsatz in einer Stadt
geeignet ist.
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Fig. 2 zeigt die Grundaufbaublöcke eines Punkt-Zu-Punkt-Zugangsknotens
dieser Erfindung.
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Fig. 3 zeigt eine physikalische Implementierung eines Zugangsknotens.
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Fig. 4 stellt eine Produktfamilie dar, die auf der geschützten Verbindung dieser
Erfindung basiert.
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Fig. 5 stellt einen Anschluss eines Zugangsknotens dieser Erfindung zu
verschiedenen Netzwerksystemen dar.
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Fig. 6 stellt ein Blockdiagramm eines Netzwerkzugangssystems eines
Zugangsknotens dieser Erfindung dar.
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Fig. 7 stellt das Verarbeiten von Rahmen-Relais oder ähnlichen
rahmenbasierten Daten in dieser Erfindung dar.
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Fig. 8 stellt das Verarbeiten von ATM-Zellen in dieser Erfindung dar.
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Fig. 9
stellt ein Blockdiagramm der Sendeseite des
Nutzlastverarbeitungsmoduls dar.
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Fig. 10 stellt ein Blockdiagramm der Empfangsseite des
Nutzlastverarbeitungsmoduls dar.
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Fig. 11 ist ein Blockdiagramm einer linearen Funkeinheit, die zum Einsatz mit
dieser Erfindung geeignet ist.
Detaillierte Beschreibung
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Bestimmte Abkürzungen, die in dieser Anwendung eingesetzt werden, werden
nachfolgend definiert.
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AN Zugangsknoten
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ARQ Automatic Retransmit Request
(Automatische Nachfrage zum erneuten
Übertragen)
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ATM Asynchronus Transfer Mode
(Asynchroner Übertragungsmodus)
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AU Access Unit (Zugangseinheit)
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CU Control Unit (Steuerungseinheit)
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CRC Cyclical Redundancy Checking
(Zyklisches Redundanzüberprüfen)
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DC Direct Current (Gleichstrom)
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DVB Digital Video Broadcast
(Digitalvideoübertragung)
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E1 European Digital Line Interface at 2,048
Mbps (Europäische
Digitalleitungsschnittstelle bei 2,048 Mbps)
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E2 European Digital Line Interface at 8,448
Mbps (Europäische
Digitalleitungsschnittstelle bei 8,448 Mbps)
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E3 European Digital Line Interface at
34,0368 Mbps (Europäische
Digitalleitungsschnittstelle bei 34,0368 Mbps)
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EPROM Erasable Programmable Read-Only
Memory (Löschbarer programmierbarer
Festspeicher)
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EEPROM Electrically-Erasable Programable
Read-Only Memory (Elektrisch
löschbarer programmierbarer
Festspeicher)
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FEC Forward Error Correction
(Vorwärtsfehlerkorrektur)
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FPGA Field Programmable Gate Array
(Feldprogrammierbarer
anwendungsspezifischer Schaltkreis)
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FSK Frequency Shift Keying
(Frequenzverschiebungseintasten)
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HDLC High Level Data Link Protocol A Bit-
Oriented Synchronus Link Layer
Protocol (Schnelle
Datenverbindungssteuerung, ein Bit orientiertes
synchrones Verbindungsschichtprotokoll)
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HEC Header Error Control
(Header-Fehler-Kontrolle)
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IP Internet Protocol (Internet-Protokoll)
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LAN Local Area Network
(Lokalbereichsnetzwerk)
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LED Light Emitting Diode (Lichtemittierende
Diode)
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LNA Low Noise Amplifier (Verstärker mit
geringem Rauschen)
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MBPs Mega Bits Per Second (Megabits pro
Sekunde)
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MHz Megaherz
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MIB Management Information Base
(Managementinformationsbasis)
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MMIC Monolythic Microwave Integrated
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Circuit (Monolythischer
mikrowellenintegrierter Schaltkreis)
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MSK Minimum Shift Keying
(Minimalverschiebungseintasten)
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NAS Network Access System
(Netzwerkzugangssystem)
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NMS Network Management System
(Netzwerkmanagementsystem)
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PBX Private Branch Exchange
(Privatzweigaustausch, ein genereller Begriff
für ein Sprach-Switch)
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PCM Pulse Code Modulation
(Pulskodemodulation)
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POP Point Of Presence (Nahpunkt)
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PPM Payload Processing Module
(Nutzfastverarbeitungsmodul)
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PROM Programmable Read-Only Memory
(Programmierbarer Festspeicher)
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PTT Post Telegraph and Telephone
(Posttelegrafund Telefon; ein üblicher
Name für Service-Provider der
Regierung)
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QPSK Quadrature Phaseshift Keying
(Quadraturphasenverschiebeeintasten)
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QAM Quadrature Amplitude Modulation
(Quadratamplitudenmodulation)
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RU Radio Unit (Funkeinheit)
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RS Read Solomon
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SNMP Simple Network Management
Protocol (einfaches
Netzwerkmanagementprotokoll)
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STM Synchronous Transfer Mode
(Synchronübertragungsmodus)
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Terminal Ein System, das aus NAS, RU und
den Verbindungen besteht
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TMN Telekommunications Management
Networks
(Telekommunikationsmanagementnetzwerke)
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TU Trunk Unit (Hauptleitungseinheiten)
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VCI Virtual Channel Identifier
(Virtueller Kanal Identifizierer)
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VPI Virtual Path Identifier
(Virtueller Wegidentifizierer)
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X.25 ein internationaler
Benutzernetzwerkdatenkommunikationsschnittstellenstandard.
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Ein städtisches Bereichsnetzwerk gemäß dieser Erfindung ist in Fig. 1 gezeigt.
Die dunklen Pfeile 10a bis 10h repräsentieren drahtlose Verbindungen mit Funk-
Sender-Empfängern (nicht gezeigt) an jedem Ende. Diese drahtlosen
Verbindungen verbinden Gebäude, die mit 11a bis 11j gekennzeichnet sind in einer
Stadt mit einem Zentralbüro 14, das auch "Nahpunkt" genannt wird. Der
Nahpunkt 14 (Point of Presents = POP) weist ATM-Switchs auf, Rahmen-Relais-
Datenübertragung (X.25)-Switchs und Sprach-Switchs. Diese Erfindung betrifft
den Austausch von Digitalsprache und -Daten zwischen diesen Switchs und
macht ATM verfügbar, der für Faseroptik entwickelt wurde für die Übertragung
durch Digitalfunk. Ein Netzwerk ermöglicht die zusätzlichen Vorteile des
Übertragens von Informationen von Außenstationen wie etwa am Ort 15, sogar wenn
die Außenstationen keine direkt sichtbare Verbindung zu dem Nahpunkt 14
haben, genauso wie redundante Verbindungen und die Fähigkeit, Informationen
von vielen Knoten zu bündeln.
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Der Minimalzugangsknoten für eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung gemäß dieser
Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Dieses Minimalsystem ist ausreichend, falls
die Vorteile eines vollständigen Netzwerkes nicht erforderlich sind oder falls die
Netzwerkausrüstung schon verfügbar ist und eine drahtlose
Verbindungsausweitung dieser Netzwerkausrüstung erwünscht ist. Eine Zugangseinheit (AU) ist
in der Lage, mit einer Vielzahl von lokalen Schnittstellen zu verbinden. In der
AU werden die Signale von diesen Schnittstellen entweder in ATM-Zellen
konvertiert, die zu einer Hauptleitungseinheit (TU) übertragen werden oder sie
werden in dem Originalformat gehalten für das Zeitmultiplexen bei der TU. Eine
geeignete AU kann heutzutage von einer großen Anzahl von Lieferanten erworben
werden wie etwa ADC-Kenntrox aus Portland, Oregon. In der bevorzugten
Ausführungsform wird eine Zugangseinheit eingesetzt, die aus vier E1-Schnittstellen
besteht. Eine geeignete AU kann als ein Satz aus elektronischen Karten und
aus Software hergestellt sein, wie unten beschrieben. Eine Nicht-ATM-AU kann
aus einem Schnittstellen-IC bestehen, beispielsweise einer E1-Leitung, die
Daten- und Takt-Leitungen zu der Hauptleitung zur Verfügung stellt. Eine Nicht-
ATM-AU kann weiterhin ATM-Verkehr tragen, der von externer ATM-Ausrüstung
ausgeht, die ATM-Zellen auf E1-Bit-Übertragungsebenenschnittstellen abbildet.
Die TU weist das Nutzlastverarbeitungsmodul auf (Payload-Processing Module
= PPM), das die Zelle oder Rahmengrenzen identifizieren kann, die Zellen
einkapseln kann, falls so erwünscht und sie zu einem Multiplexer übertragen kann.
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Ein TDM-Multiplexer in der TU verbindet die Benutzer-Bitströme, addiert FEC
und anderen Overhead und moduliert den aggregierten Bitstrom für die
Übertragung. Die TU und PPM sind Schlüsselelemente dieser Erfindung. Die TU gibt
einen modulierten seriellen Bitstrom aus zu der RU, die an der äußeren Wand
oder auf dem Dach eines Gebäudes angeordnet ist, befestigt an einer
Parabolantenne. Ein verdrilltes Kabelpaar, eine Koax- oder faseroptische Verbindung
verbindet die RU mit der TU. Die RU konvertiert den modulierten Bitstrom hoch
und überträgt ihn mit der erwünschten Mikrowellenfrequenz. Dieses System
arbeitet normalerweise in einem vollständigen Duplexmodus; folglich empfängt die
RU auch einen Bitstrom von einem gegenüberliegenden Zugangsknoten und
liefert diesen Bitstrom der TU. Die TU verarbeitet diesen empfangenen Bitstrom,
inklusive einer Fehlerkorrektur und benutzt das PPM, um das Abfallen von
Zellen oder Rahmen zu markieren, die in nicht wieder herstellbaren FEC-Blöcken
enthalten sind. Die TU überträgt gute Zellen zu der AU und protokolliert oder
meldet Zellverluste an eine Steuereinheit (CU) - ein Mikroprozessorschaltkreis.
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Eine physische Implementierung dieses Systems ist in Fig. 3 gezeigt. Ein
Netzwerkzugangssystem 30 ("NAS") ist innerhalb eines Metallgehäuses
gebildet. Die E1-Schnittstellen werden über Verbinder zur Verfügung gestellt, wie
etwa BNC 31. Andere Verbinder oder Stecker 32 ermöglichen NMS und
Benutzerzugang. Ein An-Aus-Schalter 33 steuert die Energie und eine LED 34 zeigt
den Energiezustand an. Andere Displays 35, 36 erlauben das Überwachen des
Verbindungszustands, der übertragenen Frequenz oder jedes anderen
erwünschten Zustands. Ein Koaxkabel 37 verbindet das NAS 30 mit der RU 38.
Eine Parabolantenne 39, die an der RU befestigt ist, sorgt für Übertragung zu
und von der Fern- bzw. Außenseite der Verbindung. Dieses System, das NAS 30
und RU 38 kombiniert, ist auch in Fig. 4 gezeigt.
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Mit den Prinzipien dieser Erfindung können auch andere Produkte hergestellt
werden. Wenn Zugangsfunktionen erwünscht sind, die Nicht-ATM-Verkehr zu
ATM konvertieren und diesen mit anderem ATM-Verkehr multiplexen, kann ein
integrierter Zugangsknoten 41 vorgesehen werden. Dieser Zugangsknoten 41
weist ATM-Zugangstechnologie auf, die aus anderen Quellen verfügbar ist (wie
oben erwähnt), und die TU, CU und RU 32 dieser Erfindung. Die TU kann als
eine Plug-in-Einheit 44 in die Hauptplatine eines derartigen Zugangsknotens 41
implementiert werden. Falls ATM-Schalten erwünscht ist, können viele
derartiger RU 28 zu vielen TU 45a, 45b in einem Vermittlungssystem 46 eingesteckt
werden. Eine Netzwerkmanagementsystemarbeitsstation 47 steuert und
konfiguriert die obigen Systeme. Ein Kommunikationsprotokoll ist zwischen jeder
Einheit 30, 41, 46 und der Arbeitsstation 47 angeordnet. SNMP-Protokoll und eine
Managementinformationsbasis (MIB) sind ein üblicher Weg, ein derartiges
Netzwerk zu verwalten. Es sollte klar sein, dass ein Netzwerk aus einer Vielzahl
entweder einer oder mehrerer Arten von Systemen 30, 41 oder 46 bestehen
kann.
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Fig. 5 stellt einen Vier-E1-Zugangsknoten dar, der mit verschiedenen
Informationsquellen verbunden ist. Diese Konfiguration ist willkürlich; das NAS 50 kann
jede Kombination von Verkehrsarten oder Ausstattungsarten handhaben. Das
NAS 50 ist mit einem PBX 51 verbunden, dass PCM-Sprache über die E1-
Schnittstelle liefert. Diese Sprache wird transparent über das NAS übertragen
ohne zusätzlichen Schutz. Die FEC des NAS arbeiten normalerweise fehlerfrei.
Falls gelegentlich Burst-Fehler auftreten, die die FEC nicht korrigieren kann,
kann der Benutzer vielleicht ein Rauschen hören, das einen geringen Effekt auf
die Gesamtverbindungsqualität hat. Ein anderer E1-Anschluss kann mit einem
ATM-Switch 52 mit geschütztem ATM-Verkehr verbunden werden. Eine
geschützte ATM-Verbindung hängt nicht an einem Industriestandard, falls der
Switch-Lieferant jedoch zustimmt, das Zellen- oder Rahmenformat zu
spezifizieren, kann der Verbindung durch das NAS eine spezielle Behandlung zukommen.
Da geschützte ATM-Verbindungen entweder dem Standard-ATM oder dem
Rahmen-Relais ähnlich sind, ist die Behandlung dieser Verbindungen eine
geradlinige Verallgemeinerung der Rahmen-Relais- und ATM-Schnittstellen, die
unten diskutiert werden. Die dritte Schnittstelle ist mit einem Rahmen-Relais-
Router 53 verbunden. Das Rahmen-Relais 53 basiert auf HDLC-Rahmen, die in
eine E1-Schnittstelle eingebettet sind. Wenn ein Rahmen-Relais-Rahmen einem
Burst-Fehler in der Funkverbindung ausgesetzt ist, den FEC nicht korrigieren
kann, kann eine Falscheinfügung passieren. Falscheinfügung bedeutet, dass
der Rahmen an einer unterschiedlichen Adresse ankommen kann, vielleicht der
Adresse eines Wettbewerbers des ursprünglichen Benutzers. Dieser Vorfall
sollte sehr selten sein, da viele Rahmen, die Fehler beinhalten, durch die
Rahmen-Relais-Netzwerkausrüstung zurückgewiesen werden, da ein Rahmen, der
Fehler beinhaltet, keine gültige CRC-Prüfsumme aufweist. Jedoch hat ein 16-
Bit-CRC unter Burst-Fehler eine Wahrscheinlichkeit von ca. 1 : 65000 korrekt zu
prüfen trotz des Fehlers. Ein Netzwerk mit einem Totaldurchsatz von Milliarden
von Rahmen pro Tag kann ausreichend Burst-Fehler aufweisen, so dass einige
Rahmen falsch eingefügt werden. Auf ähnliche Weise kann eine ATM-Quelle 54
ATM-Zellen aufweisen, die nicht korrigierbaren Burst-Fehlern und
Falscheinfügung ausgesetzt sind. Die NAS-Struktur die einen derartigen Mischverkehr
handhabt, ist in Fig. 6 gezeigt. Eine Zugangseinheit weist eine Mehrzahl von
Leitungsschnittstellen 61 auf (vier in diesem Beispiel). Jede
Leitungsschnittstelle 61 konvertiert eine Vollduplex E1 zu NRZ-Takt- und Datensignalen.
Derartige Vorrichtungen sind von vielen Lieferanten verfügbar, wie etwa Cristal
Semiconductor Corporation aus Austin, TX. Diese Bitströme werden durch einen
Digitalmultiplexer 62 zeitmultiplext, aber da jede E1 etwas in ihrer Taktrate
differiert, ist die E1-Rate an die Multiplexrate durch eine Ratenanpassungslogik 63
angepasst. Diese Logik ist ähnlich den Funktionen, die durch T1 bis T3-
Multiplexer ausgeführt werden, die sehr bekannt sind. Die Multiplextaktrate ist
nominell ein paar Prozent größer als der E1-Takt. Bitstopfen, Stopfanzeige und
Rahmen sind in dem Multiplexschema enthalten, wie es bei derartigen
Multiplexern üblich ist. Ein Nutzlastverarbeitungsmodul (Payload Processing Module =
PPM) 64 führt, wie unten diskutiert wird, das Burst-Fehler-Schutzverarbeiten
durch. Die Verbindungsleitungen in Fig. 6 repräsentieren bidirektionale
Verbindungen; folglich führt das PPM 64 sowohl die Übertragungs- als auch die
Empfangsfunktionen aus, wie unten erläutert wird. Der Multiplexer 62 kombiniert alle
der PPM-Ausgaben und Overhead-Bits (für NMS oder ähnliche Funktionen,
gesammelt durch eine Overhead-Schnittstelle 64) zu einem Puffer 66. Der Puffer
66 ist erforderlich, da die nächste Stufe, FEC 67, die Eingabe von Daten zur
Übertragung einer Fehlerkorrekturprüfsumme verzögern muss. FEC-Kodierer
und -dekoder sind in vielen Formen verfügbar; jedoch setzt die bevorzugte
Ausführungsform einen Reed-Solomon (RS-Code) ein mit einer Blocklänge von
204 Bytes und einer Datenlänge von 188 Bytes. Der Overhead ist folglich 16
Bytes, was eine Korrektur von bis zu 8 Bytes ermöglicht, die Fehler beinhalten.
Falls mehr als 8 Bytes Fehler beinhalten, kann der Dekoder den Fehler nicht
korrigieren. Der Kodierer kann anzeigen, dass ein unkorrigierbarer Fehler
aufgetreten ist. Aufgrund des inneren Verzögerns von Daten für
Fehlerkorrekturzwecke, kann der Dekoder den Fehler zur selben Zeit anzeigen, zu der er die
Daten an dessen Anschluss ausgibt. Diese Anzeige ist über einen Leiter 680 mit
dem PPM verbunden. Ein RS-Dekoder kann gelegentlich einen Block, der große
Fehler beinhaltet, als einen korrigierbaren fehlinterpretieren, aber dieser
Vorgang hat eine geringe Wahrscheinlichkeit. Bei der Blockgröße (204, 188) wird
die Wahrscheinlichkeit für nicht korrektes Dekodieren mit ungefähr 1 : 300000
eingeschätzt, was das Verhältnis von gültigen oder korrigierbaren Blöcken zu
der Gesamtzahl von möglichen Blöcken darstellt. Das ist der Nettogewinn des
Burst-Fehlerschutzes, das heißt, es ist bei einer FEC-geschützten Verbindung
mit einem PPM gemäß dieser Erfindung ca. 300000 Mal weniger wahrscheinlich,
eine Falscheinfügung zu verursachen, als bei derselben Verbindung ohne ein
PPM. Der RS-Kode (204, 188) wurde durch die europäische
Rundfunkunionspezifikation DTI8622/DVB standardisiert, die auf direkten Satellitenvideorundfunk
bezogen ist. Der Vorteil eines derartigen Ansatzes ist die Verfügbarkeit von
integrierten Schaltkreisen für diese Funktion bei großem Volumen und geringen
Kosten durch viele Lieferanten, inklusive AHA von Pullman WA, LSI Logic of
Milpitias, CA und VLSI Technologie of San Jose, CA. Die meisten Lieferanten
liefern nur einen Dekoder, da dieser auch der Massenmarktteil beim Rundfunk
ist. Glücklicherweise ist dieses auch der komplexere Teil. Einige Lieferanten,
inklusive LSI, haben auch einen Kodierer. Weiter weisen die IC Entschlüsselung
und Rahmen des FEC-Rahmens auf, was die Implementierung einer Verbindung
weiter vereinfacht. Ein Beispiel eines Dekoder-Chips ist AHA4210. Die
Rahmenerzeugung und das Verschlüsseln kann durch
Rückkopplungsschieberegistertechniken implementiert werden, die in dem Fachgebiet des Digitaldesigns gut
bekannt sind. Da Kodiererkonstruktionen existieren, liefern einige der obigen
Lieferanten derartige Konstruktionen für Kundenlogik von feldprogrammierbarer
anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreisimplementierung. Einige FEC-
Dekoder erlauben es nicht, den Viterbi-Dekoder zu umgehen. Es würde eine
einfache technische Aufgabe sein, diese Lieferanten zu bitten, die Konstruktion
zu modifizieren, um den Viterbi-Dekoder herauszunehmen, aber es könnte
kostenintensiv sein. Falls der Viterbi-Dekoder nicht umgangen werden kann, kann
daher ein Dummy-Viterbi-Kode emuliert werden, um Zugang zu dem RS-
Dekoder zu gewinnen. Dies ist im Folgenden durchgeführt. Die empfangenen
Digitalinformationen von dem Modem werden byte-synchronisiert, indem das
reservierte Synchronisations-Byte in dem FEC-Block eingesetzt wird, oder durch
Phasenverschiebung eines Bittakts, geteilt durch acht bis der RS-Dekoder
sperrt. Wenn die Byte-Synchronisation einmal erreicht ist, wird der Bitstrom
Viterbi-kodiert. Ein 2 : 1 Kodieren erfordert das Verdoppeln des Bittakts; Dies kann
mit Hilfe eines Frequenzverdopplers erreicht werden. Ein anderer Kodegewinn,
wie etwa 7 : 8 kann eingesetzt werden, aber ist etwas schwieriger zu
implementieren. Der Viterbi-Dekoder ist aus acht D-Flip-Flops und Rückkopplungslogik
hergestellt, wie in der Fehlerkorrekturliteratur beschrieben. Der kodierte
Bitstrom tritt in den FEC-Dekoder ein, der den Viterbi-Code "dekodiert" ohne
Fehler (die lokale Digitalverbindung von dem Viterbi-Kodierer zu dem FEC-Decoder
ist praktisch fehlerfrei). Der Rest des Dekodierens läuft normal weiter.
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Der FEC-kodierte Bitstrom treibt ein Modem 68 an. Dieses ist ein
trägerbasiertes QPSK-Modem. QPSK-Modem-IC sind erhältlich von LSI Logic, Plessey und
Maxim. Der Modemübertragungsträger ist ca. 200 MHz und die
Empfangsfrequenz ist 70 MHz. Diese Frequenzen sind nur Beispiele und deren exakter Wert
kann angepasst werden, um eine Kombination mit minimaler harmonischer
Interferenz zu erhalten. Andere Modemarten sind möglich. Wenn die Bandbreite
kritisch ist, kann eine QAM-Modulation gewählt werden. Die Modemausgabe ist
mit einem Frequenzteilermultiplexer 64 verbunden, der aus Bandpassfiltern
besteht, einer für jede beteiligte Frequenz. Zusätzlich zu den 70 und 200 MHz, die
oben genannt sind, kann eine niedrige Frequenz (beispielsweise 10,7 MHz)
eingesetzt werden für eine Datenverbindung mit dem RU-Mikroprozessor über ein
kleines Modem, das in Fig. 6 nicht gezeigt ist. DC-Energie kann zu der RU
über das Kabel 70 und einen Tiefpassfilter gesendet werden.
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Die Empfangsseite ist im Aufbau ähnlich. Die Daten, die durch das Modem 68
empfangen werden, werden mit dem FEC-Decoder 67 verbunden. Die Daten
fließen auf die E1-Schnittstellen zu, wie gezeigt über die anderen
Verarbeitungsblöcke. Die Steuerungseinheit ist ein Mikroprozessor-Board mit Software,
die in einem Boot-EPROM, Flash-EPROM und RAM eingebettet ist. Das Flash-
EPROM ermöglich eine Fernaktualisierung der Software über das NMS. Das
CPU-Board kommuniziert mit dem System über I/O-Treiber. Nur eine I/O-Leitung
71 ist gezeigt, aber fast jede komplexe Vorrichtung ist mit der CU zur
Konfiguration und zu Alarmüberwachungszwecken verbunden.
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Die Verarbeitungsschritte des Rahmen-Relais oder ähnliche Arten von Rahmen
sind in Fig. 7 gezeigt. HDLC-Rahmen 72 werden in einer Router-Ausrüstung
für Übertragung erzeugt. Die Rahmen werden durch mindestens ein Flag
(01111110 Symbol) gemäß dem HDLC-Protokoll getrennt. Folglich könnte ein
folgender Rahmen 73 von einem anderen Benutzer stammen. Das Netzwerk
kann Rahmen zu deren Bestimmungsort steuern, basierend auf den Adressbits,
die in den Rahmen enthalten sind. Diese Bits zeigen üblicherweise eine virtuelle
Verbindungsnummer an, die von Routing-Tabellen in dem Rahmen-Relais-
Netzwerk eingesetzt werden, um jeden Rahmen zu dem nächsten
Netzwerkknoten zu leiten, bis dieser dessen Bestimmungsort erreicht. Dieser Vorgang
tritt in Routern oder Rahmen-Relais-Switchs auf und wird normalerweise
außerhalb der Ausrüstung dieser Erfindung durchgeführt. Die Rahmen sind
normalerweise in einen E1-Rahmen eingebettet, so dass sie über
E1-Übertragungseinrichtungen gesendet werden können. Der Rahmen 72 könnte auf einen E1-
Rahmen abgebildet werden, besetzend den Graubereich 74 in dem E1-Rahmen.
Der HDLC-Rahmen 74 wird periodisch durch E1-Rahmen-Byte 75 unterbrochen.
Diese E1-Schnittstelle inklusive deren Rahmen-Relais-Nutzlast, wird in das NAS
dieser Erfindung eingegeben. Für Rahmen-Relais-Nutzlast, ist die PPM-
Übertragungsseite in einer bevorzugten Ausführungsform transparent. Der
gesamte E1-Bitstrom, inklusive E1-Rahmen, wird mit anderen PPM-Ausgaben
multiplext, wie in Fig. 6 gezeigt wurde. Die Multiplexerausgabe wird dann gepuffert
und FEC-Prüfwort (16 Bytes) 76 wird angehängt. Die kombinierte Übertragung
wird ein "FEC-Block" genannt. Er beinhaltet Synchronisationsbits 77, die
Blockstarten/-enden anzeigen und Bitstopfen für die Ratenanpassung jeder E1-
Leitung oder anderer multiplexter Nebenflüsse. Diese FEC-Blöcke werden
üblicherweise an der Fernseite der Verbindung ohne Fehler empfangen. Falls einige
Fehler auftreten, korrigiert der FEC-Dekoder diese Fehler. Falls mehr als 8
Bytes in einem FEC-Block Fehler beinhalten, ist der FEC-Dekoder nicht in der
Lage, diese Daten zu korrigieren. Er ist nur in der Lage, durch ein Fehlersignal
78 anzuzeigen, das an dem Anfang des Blocks startet, dass die folgenden
Blöcke unkorrigierbare Fehler beinhalten. Ein typisches Digitalradio nicht dieser
Erfindung überträgt diesen Block normalerweise mit den Fehlern zu der
Ausgabe. Falls jedoch ein Burst-Fehler Teile eines Rahmens 79 verfälscht, kann der
Flag 700, der die Rahmen 72 und 73 trennt, durch den Fehler eliminiert werden
und die zwei Rahmen können so erscheinen, als wären sie in einem
vergrößerten Rahmen 701 verschmolzen. Dieser kombinierte Rahmen erscheint
gegenüber dem Netzwerk als ein gültiger Rahmen, der die Adresse des ersten
Rahmens 72 aufweist und das CRC des anderen Rahmens 73 (HDLC-Rahmen
weisen die Adresse am Anfang des Rahmens auf und CRC an dem Ende). Wenn
das CRC gültig geprüft wird, wird folglich der kombinierte Rahmen zu dem
Zielort vom Kunden A geleitet, aber der Kunde A wird auch einen angehefteten
Rahmen 73 eines nicht in Beziehung stehenden Benutzers empfangen. Falls
dieser Rahmen ASCII-Text eines Wettbewerbers enthält, kann schwerer
wirtschaftlicher Schaden die Folge sein. Diese Erfindung sichert, dass diese
Rahmen alle durch das Rahmen-Relais-Netzwerk zurückgewiesen werden. Dies wird
bei dem Empfangsseiten-PPM erreicht durch Schreiben einer Abbruchsequenz
702, die aus sieben oder mehr "von diesen" besteht. Diese Abbrüche werden
injiziert nach jedem Flag, dessen folgender Rahmen sich mit einem FEC-Block
überlappt, der Fehler 78 enthält. Falls die äußere Ausrüstung die
Abbruchsequenz nicht toleriert (es kann vielleicht konstruiert sein, für eine bestimmte Zeit
außer Betrieb zu gehen), dann ist es eine alternative Abbruchmethode dieses
PPM dieser Erfindung, den Bitstrom für die Tiefe dieser CRC-Wortgröße (16-
Bits) zu puffern, um jeden Rahmen mit den Fehlern zu übertragen, aber den
letzten Bit dieses CRC-Kodes jedesmal zu invertieren, wenn es "gültig" prüft
ohne diese Erfindung. Dieser gerade beschriebene Vorgang wird in jedem
Nebenfluss ausgeführt, der Rahmen-Relais- oder ähnliche HDLC-basierte
Informationen beinhaltet. Ein ähnlicher Vorgang tritt für ATM-Verkehr auf.
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Wie in Fig. 8 gezeigt, weisen die ATM-Zellen 80 und 81 eine feste Größe auf
(53 Bytes) inklusive eines 5-Byte-Headers mit einem virtuellen Weg virtuellen
Schaltkreisfeld (Virtual Part Virtual Circuit Field = VPI/VCI), das hier als ein
Adressfeld 82 dargestellt ist. Ein 8-Bit-Header Fehlersteuerungscode 83 (HEC) ist
auch vorhanden. Die ATM-Zellen werden auf einen E1-Bitstrom 84 abgebildet
gemäß den ATM-Standards. Dies ist der Weg, auf dem die ATM-Zellen in das
NAS dieser Erfindung in der bevorzugten Ausführungsform eintreten. Innerhalb
des NAS wird der Bitstrom 84 zu der PPM-Übertragungsseite geliefert, die einen
extra CRC-Code anhängen kann. Dieser Code fügt ca. 1,8% Bandbreite pro
jedem extra CRC-Byte hinzu, was die Funkverbindungsbandbreite etwas erhöht,
aber was in vielen Anwendungen annehmbar sein kann. Dieses CRC ist nur eine
Option. Das Multiplexen zu einem FEC-Block ist ähnlich wie die Rahmen-Relais-
Anwendung und beide können in getrennten Nebenflüssen koexistieren. Falls
eine ATM-Zelle mit einem Fehler 86 empfangen wird, der vielleicht die Adresse
82 beschädigt haben kann, wird dann diese Zelle normalerweise ein ungültiges
HEC-Byte 83 enthalten. Eine der 256 derartiger Zellen könnte jedoch trotz eines
Fehlers auf gültig prüfen. Es gibt kein Risiko, zwei Zellen wie das Rahmen-
Relaisgehäuse zu verschmelzen, aber eine Zelle kann falscheingefügt werden
und einem anderen Dienst geliefert werden, der nicht mit dem ursprünglichen
Bestimmungsort in Beziehung steht. Falls der andere Dienst fehlersensitiv ist,
wie etwa komprimierte Video- oder konstante Bitratendienste, verursacht das
Einfügen einer Zelle, die nicht zu diesem Dienst gehört, eine Unterbrechung
dieses Dienstes. Eine falscheingefügte Zelle kann in dem Netzwerk wandern
und eine Unterbrechung des Dienstes verursachen in Bereichen, die derartige
Vorgänge nicht erwarten. Bei der großen Anzahl von Zellen, die ein ATM-
Netzwerk durchqueren, ist dieses Phänomen sehr wahrscheinlich.
Falscheinfügung kann die Qualität des Dienstes für das gesamte ATM-Netzwerk
beeinflussen, nicht nur für die Verbindung, die Fehler beinhaltet. Wenn einmal ein
unkorrigierbarer Fehler durch den FEC-Dekoder detektiert wurde, werden alle Zellen,
die in diesem Block enthalten sind, markiert, um zurückgewiesen zu werden.
Das Markieren beinhaltet die Inversion des letzten HEC-Bits in dem Fall, dass
falls und nur falls dieses HEC "gültig" ohne die Inversion prüfen würde und
diese Zelle erwünscht ist, zurückgewiesen zu werden. Die optionalen Extra-CRC 85
und 88 können die Leistungsfähigkeit weiter erhöhen. Wie oben bemerkt, kann
der FEC-Dekoder gelegentlich einen Fehler falsch dekodieren. Das CRC kann
vielleicht immer noch anzeigen, dass die letzte Zelle Fehler beinhaltet; daher
kann es die Chance von Falscheinfügung weiter reduzieren. Indem diese CRC-
Option eingesetzt wird, wird eine Zelle markiert zur Zurückweisung, wenn
entweder ein FEC-Block einen nicht korrigierbaren Fehler anzeigt oder ein CRC-
Fehler detektiert wurde.
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Alternativ kann man das CRC einsetzen, um die Anzahl von verlorenen Zellen
zu reduzieren. In dieser Alternative wird eine Zelle markiert, die fallengelassen
wird, wenn sowohl das CRC als auch die FEC-Blöcke einen Fehler anzeigen. Da
das CRC an eine einzelne Zelle angehängt ist, wird nur diese Zelle
fallengelassen; folglich verursacht ein Burst-Fehler, der eine Zelle beeinflusst, nicht den
Verlust anderer Zellen desselben FEC-Blocks. Das PPM der bevorzugten Ausführungsform
kann beide Optionen ausführen. Die Wahl wird durch
Softwarekonfiguration vorgenommen. Der Kompromiss zwischen zusätzlichen
Zellverlusten und Reduzierung von Falscheinfügungswahrscheinlichkeit ist dem
Systembediener überlassen.
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Eine dritte Option ist es, kein Extra-CRC einzufügen. Das Bedürfnis, das CRC
zu prüfen, verursacht eine zusätzliche Verzögerung von ca. einer Zelle, was als
ein schlechter Kompromiss angesehen werden kann.
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Nach der Beschreibung des Vorgangs des Schützens von Rahmen-Relais und
ATM-Zellen folgt das PPM-Implementieren geradlinig. Ein Übertragungsseiten-
PPM ist in Fig. 9 gezeigt. Die Übertragungsseite hängt das CRC an ATM-
Zellen an und nicht an Rahmen-Relais-Rahmen. Eine E1-Rahmenüberwachung
detektiert das rahmende Byte der E1, ermöglicht eine Trennung der
Nutzlastrahmen/Zellen von dem E1-Bitstrom. Ein handelsüblicher E1-Rahmer kann
eingesetzt werden, wie etwa Dallas Semiconductor of Dallas TX DS2153Q. In einer
bevorzugten Ausführungsform wird diese Funktion von einem
feldprogrammierbaren anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (Field Programmable
Gate Array = FPGA) ausgeführt. Der nächste Schritt ist ein
Zellen/Rahmendelineator. Für Rahmen-Relais detektiert dieses System Flag-Symbole gemäß
dem HDLC-Protokoll. Die benachbarten Nicht-Flag-Bits zwischen zwei Flags
werden als "Rahmen" betrachtet und können mit einem Extra-CRC angehängt
werden. Für ATM wird Zellendelineation durch Suchen einer Byteposition
durchgeführt, was in einem gültigen HEC-Code für einige aufeinanderfolgende 53-
Byte-Zellen resultiert. Dieser Vorgang ist in ATM-Standards gut dokumentiert.
Die delineierten Zellen werden dann durch einen Prüfsummenrechner
angehängt, vorzugsweise ein CRC-8-Bit-Kode. Ein Puffer hält die Daten, während
das CRC übertragen wird. Ein Multiplexer selektiert zwischen den Daten und
dem CRC. Offensichtlich wird die Bitrate des Multiplexers durch den zugefügten
CRC-Overhead erhöht. Der gesamte PPM-Abschnitt von Fig. 9 kann durch
einen feldprogrammierbaren anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis
implementiert werden, wie etwa EPF8820A, hergestellt von Altera aus San Jose,
CA. Tatsächlich sollte dieser Schaltkreis einen geringen Bruchteil eines
derartigen FPGA besetzen, wobei die Integration der Digitalfunktionen des NAS
ermöglicht wird.
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Wie vorher bemerkt, ist die PPM-Übertragungsseite optional. Die Empfangsseite
führt den Hauptfalscheinfügungsschutzvorgang aus. Das Empfangs-PPM wird in
Fig. 10 gezeigt. Ähnlich wie die Übertragungsseite weist es eine E1-
Rahmenüberwachung auf und einen Zellen-(ATM) oder Rahmen-(Rahmen-
Relais) Delineator und einen Prüfsummenrechner für das Extra-CRC in der ATM
CRC-Option. Dieser Block kann also die HEC für ATM-Zellen berechnen oder
das CRC von HDLC-Rahmen. Das Fehlersignal 78 von dem FEC-Block wird
verzögert durch einen Verzögerungs-Equalizer (ein Schieberegister) um die
Ankunftzeit der Fehlerkennzeichnung mit der Verarbeitungsverzögerung des PPM
abzugleichen. Ein Rahmenzurückweisungsmarkierer steuert das Markieren
eines Rahmens oder einer Zelle. Für ATM-Zellen identifiziert dieser Markierer den
Ort des letzten Bits der HEC, und er ermöglicht Inversion dieses Bits, falls und
nur falls diese Zelle von einem fehlerbeinhaltenden Block stammt und die HEC-
Prüfsumme gültig ist. Alternativ kann dieser Block implementiert werden, um
eine Zelle zurückzuweisen, nur falls das Extra-CRC nicht gültig ist. In dem Fall
von Rahmen-Relais, spezifiziert der Rahmenzurückweisungsmarkierer die Zeit,
zu der eine Abbruchsequenz von vielen von diesen ausgelöst wird. Wie bemerkt,
wird dieses Auftreten, während alle detektierten Rahmen während ein FEC-
Fehlerblocksignal 78 empfangen wird. Ein Puffer ermöglicht das Auslassen von
Extra-CRC-Bits, falls diese Option implementiert ist. Ein Gatter führt das
Markieren aus. Für Bit-Inversion im ATM ist dieses einfach ein exklusives OR-Gatter.
Für HDLC-Abbruch ist dieses ein OR-Gatter. Schließlich entfernt ein
Demultiplexer das optionale CRC (falls eingefügt) aus den ATM-Zellen.
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Obwohl in den Figuren nicht gezeigt, ist es übliche, gute Ingenieurpraxis,
außergewöhnliche Ereignisse, wie etwa einen nicht korrigierbaren Fehler oder das
Markieren einer ATM-Zelle für Zurückweisung in einem Register zu speichern,
das adressiert werden kann, gelesen und gelöscht von der CU zum Berichten an
das NMS. Auch nicht gezeigt aber implementiert sind Schnittstellenmittel zu der
CU, durch die das System konfiguriert wird, um in einem Protokollmodus oder
einem anderen zu arbeiten. Diese Kennzeichnungen werden üblicherweise über
Konfigurationsregister durchgeführt. Ein Vorteil dieser Erfindung ist deren
Transparenz bezüglich des Bitstroms des Benutzers. Das gesamte obige
Verarbeiten verändert nicht die Reihenfolge oder den Inhalt von Bits, die an der NAS-
Eingabe empfangen werden in Bezug auf diejenigen, die an die Fern-NAS-
Ausgabe geliefert werden. Das einzige Eingreifen in den Benutzerstrom ist die
gelegentliche Einfügung eines Abbruchs oder Bit-Inversionen. Dies ermöglicht
dem System, in einem automatischen Modus zu arbeiten. Wenn ein neuer E1-
Anschluss aktiviert wird, wird dessen Bit-Strom zu der anderen Seite der
Funkverbindung übertragen. Wenn einmal der PPM-Schaltkreis E1-
Rahmensynchronisation und Zellen-/Rahmen-Delineation gewinnt, kann er mit
dem Ausführen der Falscheinfügungsschutzfunktionen beginnen. Falls ein PPM-
Schaltkreis versagt zu synchronisieren, ist die Schutzfunktion verloren, aber es
gibt keine Interferenz mit einem Benutzerverkehr. Darüber hinaus ermöglicht
diese Erfindung die automatische Detektion des Protokolls, angenommen dass
das Eingabeprotokoll eines eines bekannten Satzes von verschiedenen
Protokollen ist. Beispielsweise angenommen, dass das Protokoll entweder ATM,
Rahmen-Relais oder PCM-Sprache sein kann. Die CU kann eine Protokollsuche
beginnen, indem die PPM-Empfangsseite angewiesen wird, nach ATM-
Delineation zu suchen. Falls erfolgreich, wird ATM vermutet und der Vorgang
stoppt. Falls ATM-Delineation nicht detektiert wird, wird das PPM angewiesen,
nach Rahmen-Relais-Flags zu suchen. Dieser Vorgang ist komplizierter, da
Zufallsdaten auch "Flags" beinhalten können. Jedoch wird ein Rahmen-Relais-
Bitstrom gelegentlich viele Flags hintereinander beinhalten, was eine
Ruheperiode kennzeichnet. In der Tat überschreitet ein warteschlangenbildendes System
vor einem HDLC-Sender normalerweise nicht 90% Ausnutzung; folglich sind die
Flags wahrscheinlicher als Zufallsdaten. Wenn einmal die Flagdichtenregel
eingesetzt wird, um dieses Protokoll zu detektieren, kann eine Abbruchkorrektur
stattfinden. Falls keine der obigen vorliegt, wird angenommen, dass die
Verbindung nicht gemäß einem Protokoll ist und Burst-Schutz wird nicht vorgesehen.
Das PPM kann weiter zwischen ATM und Rahmen-Relais-Suchmoden wechseln,
bis ein Protokoll entdeckt wird. Die CU kann auch programmiert werden, um in
einem nicht automatischen Modus zu arbeiten, indem nur ein Protokoll
ausgesucht wird für eine gegebene Schnittstelle. Die Multiprotokollfähigkeit kann auf
verschiedenen Wegen implementiert werden. Ein einfacher Weg ist es, den
PPM-Schaltkreis zu duplizieren für jedes verschiedene Protokoll und nur die
Ausgabe eines ausgewählten freizugeben. In dem obigen Beispiel ist es
kostengünstiger, ein generalisiertes PPM zu implementieren mit Protokollvariationen,
die in jedem PPM-Block eingebettet sind.
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Eine Funkeinheit ist in Fig. 11 gezeigt. Ein Koaxkabel von der NAS-
Hauptleitungseinheit trägt alle Informationen und DC-Energie zu der RU und die
empfangenen Signale aus dem RU. Ein Kabelmultiplexer 110, identisch zu dem
NAS-Multiplexer 69 in Fig. 6, kombiniert alle involvierten Signale (DC-Energie
ist nicht gezeigt). Das übertragene Signal kann bei einer Frequenz von 200 MHz
sein. Es wird hochkonvertiert durch einen Mixer 111 auf 2,6 GHz. Der Mischer
wird durch einen Synthesizer 113 von 2,4 GHz angetrieben. Derartige
Synthesizer sind käuflich erwerbbar von vielen Quellen, inklusive Communications
Technics Inc. aus Whippany, NJ. Das gemischte Signal wird von einem
softwaregesteuerten Verstärker verstärkt, um Leitungsanpassung abhängig von dem
Verbindungsbereich zu ermöglichen. Weitere Konvertierungsschritte sind möglich
bis eine erwünschte Frequenz erreicht wird. In der bevorzugten
Ausführungsform findet eine Zusatz-Konvertierung statt bei 36 GHz, die von der 15.
Harmonischen des Synthesizers 112 genommen wurde durch einen
Frequenzmultiplikator 114. Ein Mischer 115 konvertiert das Signal auf 38,6 GHz, was die
erwünschte Millimeterwellenfrequenz sein kann. Ein Diplexer 116 treibt die
Parabolantenne an und empfängt ein Signal von der Antenne auf einer anderen
Frequenz, beispielsweise 37,4 GHz. Das empfangene Signal wird von einem
optionalen Verstärker mit niedrigem Rauschen 117 verstärkt, um das Rauschen des
Systems zu minimieren. Das Signal wird dann herunterkonvertiert auf eine
geringere Frequenz (in diesem Beispiel auf 1,4 GHz), gefiltert in einem
Bandpassfilter 118 und herunterkonvertiert wiederum auf 70 MHz durch einen 2,1 GHz
Synthesizer 119. Die Übertragungsverstärker werden auf einem Linearmodus
des Vorgangs gehalten, was die Variation von Modulationsschemata, die oben
diskutiert wurden, ermöglicht. Fig. 11 zeigt nur einige der enthaltenen Filter.
Es ist üblich, Bildzurückweisungsfilter einzusetzen nach jedem
Frequenzkonvertierungsschritt, da es gut bekannt ist bei Funkingenieuren, aber in Fig. 11 nicht
immer gezeigt ist. Auch die DC-Energieverteilungsleitungen und AGC-Verstärker
werden nicht gezeigt, die typischerweise in derartigen Schaltkreisen eingesetzt
werden. Alle diese Merkmale sind Funkingenieuren gut bekannt. Ein
Mikroprozessor 120 steuert die Synthesizer und überprüft die Unversehrtheit der RU
durch Messen von Spannungen in verschiedenen Testpunkten in der RU. Der
Mikroprozessor hält eine niedrige Bitratenverbindung mit der NAS-
Steuerungseinheit aufrecht; folglich werden die Frequenz- und
Energieeinstellungen der RU direkt von der CU gesteuert und indirekt von dem NMS. Von
speziellem Interesse ist ein Neigungsschalter 121, der an der Funkeinheit
angebracht ist. Die RU kann vertikal oder horizontal befestigt werden, was
Übertragung/Empfang von entweder vertikaler oder horizontaler Funkwellenpolarisation
ermöglicht. Wenn die RU vertikal eingerichtet wird, ist der Neigungsschalter
aus. Wenn sie horizontal eingestellt wird, ist er an. Die
RU-Befestigungshardware (nicht gezeigt) ist konstruiert, so dass es nur zwei mögliche
Befestigungspositionen gibt; folglich ist der Schalterstatus ein Kennzeichen der
Polarisation. Dies ermöglicht dem Mikroprozessor 120, die Schalterposition 121 zu
lesen und die Polarisation der CU zu melden und dann dem NMS. Gelegentliche
Befestigungsfehler können daher von der Ferne mit geringen Kosten entdeckt
werden.
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Andere Ausführungsformen dieser Erfindung werden den Fachleuten der
Technik anhand dieser Offenbarung offensichtlich sein.