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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Diese
Erfindung betrifft im Allgemeinen die Steuerung von redundanter
Hardware in Kommunikationssystemen und insbesondere die Verwendung von
drahtlosen Datenübertragungen
von einem Sendesystem zur Steuerung des Hin- und Herschaltens zwischen
redundanten Modulatoreinheiten.
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Verschiedene
erteilte Patente und anhängige
Patentanmeldungen, welche die
US
4,713,808 und
US 4,897,835 (beide
von Gaskill),
US 5,187,470 (King)
und die anhängige
Patentanmeldung US 08/046,112, eingereicht am 09.04.93, umfassen,
stellen Systeme dar, bei welchen digitale Daten auf einem FM-Zwischenträger gesendet
und auf einem FM-Basisband moduliert werden. Die Daten werden an
einen Personenrufempfänger
gesendet, der ein Zwischenträgersignal
aus dem Rest des FM-Basisbandes herausfiltert und dann die Daten
des Zwischenträgersignals
in digital codierte Nachrichten decodiert.
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Um
die Zuverlässigkeit
zu verbessern, verwenden Systeme, wie zuvor erörtert, häufig redundante Übertragungseinrichtungen.
Zum Beispiel ist
1 eine schematische Darstellung
eines drahtlosen Personenrufsystems des Standes der Technik, wie
beispielsweise in
US 4,713,808 an
Gaskill et al. beschrieben, das redundante Modulatoreinheiten verwendet.
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Die
Modulatoreinheiten 18 und 24 empfangen jeweils
dieselben Übertragungsdaten
von einer lokalen Verrechnungsstelle 11. Die Modulatoreinheiten
codieren die Übertragungsdaten
jeweils getrennt in Zeitmultiplexdatenpakete, die auf einem Zwischenträgersignal übermittelt
werden. Jede Modulatoreinheit 18 und 24 weist
ein Relais (nicht dargestellt) auf, das den Modulatoreinheitsausgang
selektiv an einen Frequenzmodulationserreger (FM-Erreger) 28 koppelt.
Der FM-Erreger 28 verknüpft
das Zwischenträgersignal
mit einem FM-Audiosignal 35 auf ein FM-Basisband.
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Die
FM-Basisbandausgabe vom FM-Erreger 28 wird durch einen
Leistungsverstärker
(PA) 30 verstärkt
und dann von einer Antenne 32 an einen entfernten Empfänger ausgestrahlt.
Zum Beispiel wird die digitale Datenausgabe von einem System 12 an drahtlose
Personenrufempfänger
gesendet.
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Die
Modulatoreinheiten 18 und 24 sind an einen Empfänger 26 angeschlossen,
der das Signal überwacht,
das von der Antenne 32 gesendet wird. Ein Bus 20 zur
Kommunikation zwischen den Einheiten wird zur Weiterleitung von
allgemeiner Steuerinformation von einer zentralen Steuereinheit
(nicht dargestellt) an die beiden Modulatoreinheiten 18 und 24 verwendet.
Fest geschaltete Redundanzstatusleitungen 22 sind zur Übertragung
des Betriebszustandes der Modulatoreinheiten zwischen die Modulatoreinheit 18 und
die Modulatoreinheit 24 gekoppelt.
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Wenn
die Modulatoreinheit 18 aktiv an den FM-Erreger 28 gekoppelt
ist, überwacht
der Empfänger 26 den
Zustand der Ausgabe von der Modulatoreinheit 18, die von
der Antenne 32 gesendet wird. Wenn die Daten nicht genau übertragen
werden, zum Beispiel wenn die Modulatoreinheit 18 ausgefallen ist,
dann sendet die Modulatoreinheit 18 über die Leitungen 22 ein
Signal, das die Modulatoreinheit 24 anweist, sich an den
FM-Erreger 28 anzukoppeln. Die Modulatoreinheit 18 ihrerseits
trennt sich vom FM-Erreger.
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Da
die Modulatoreinheit 24 dieselben Daten auf demselben Zwischenträgersignal
erzeugt, das durch die Modulatoreinheit 18 ausgegeben wurde, wird
die Datenübertragung
an die entfernten Empfänger
durch Ersetzen der ausgefallenen Modulatoreinheit 18 durch
die Reservemodulatoreinheit 24 aufrechterhalten.
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Das
Problem bei dem redundanten System, das in 1 dargestellt
ist, liegt darin, dass die fest geschalteten Redundanzstatusleitungen 22 erforderlich
sind, um den Betriebszustand zwischen der Modulatoreinheit 18 und
der Modulatoreinheit 24 zu steuern. Die Steuerleitungen 22 werden
verwendet, um den Einschaltzustand, den Realaiszustand zu übermitteln
und die Relaissteuerung der Modulatoreinheiten sowie den Handshake-Datenaustausch zwischen
den beiden Modulatoreinheiten 18 und 24 durchzuführen. Die
Verwendung der festgeschalteten Redundanzstatusleitungen 22 erhöht die Anzahl von
Pins und die gesamte Hardwarekomplexität jeder Modulatoreinheit.
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Universale
Kommunikationsnetze, wie beispielsweise ein lokales Netzwerk (LAN),
können
wirksam zur Übertragung
von Information zwischen verschiedenen Übertragungssystemen eingesetzt
werden. Lokale Netze fallen jedoch häufig aus oder verzögern Nachrichtensendungen
bei starkem Datenverkehr. Im Ergebnis weist ein allgemeines Kommunikationsnetz,
wie beispielsweise ein LAN, nicht genügend Zuverlässigkeit oder Leistungsfähigkeit
im Dauerbetrieb zum Senden von Redundanzstatusinformationen auf.
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Die
EP 0330178 offenbart ein
Satellitenkommunikationssystem, bei welchem ein allgemeiner Kanal
zur Kommunikation zwischen einer Zentralstation und mehreren entfernten
Stationen mit einem Satellitentransponder verwendet wird, um zu
vermeiden, dass das System infolge einer Störung in der Übertragung
eines Rundfunksignals mit einem Taktsignal durch die Zentralstation
zusammenbricht. Die Zentralstation weist zwei Einheiten, die an
verschiedenen Orten positioniert sind, und eine Steuereinheit auf.
Wenn die erste Einheit eine Störung
in der Übertragung
des Rundfunksignals erfasst, agiert die erste Einheit derart, dass
sie mit den entfernten Stationen durch Übertragung eines Rundfunksignals
kommuniziert. Die Steuereinheit wird von der Störung benachrichtigt und startet
eine zweite Einheit anstelle der ersten Einheit, so dass die Kommunikation
im System aufrechterhalten wird.
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Die
US 4,775,976 offenbart ein
Datenübertragungssystem,
in welchem mehrere Datenübertragungsdiensteinheiten
und -endgeräte
an eine Datenübertragungsleitung
angeschlossen sind, um zum Beispiel ein Inline- oder ein lokales
Netzwerk zu bilden, wobei eine der Einheiten als eine tatsächliche Systemsdiensteinheit
verwendet wird und eine andere Einheit als eine Reserveeinheit verwendet
wird. In der Diensteinheit kontrolliert jeder von mehreren Prozessoren,
ob die anderen Prozessoren in Betrieb sind und ob die erzeugten
Verarbeitungsergebnisse fehlerfrei sind. Wenn ein Fehler erfasst
wird, wird der Datenübertragungssteuerbetrieb
der Diensteinheit angehalten, und die Diensteinheit wird von der
Datenübertragungsleitung
getrennt. Wenn das Anhalten des Datenübertragungssteuerbetriebs der
Diensteinheit über
die Datenübertragungsleitung
erfasst wird, wird der Datenübertragungssteuerbetrieb
in der Reserveeinheit anstelle der Diensteinheit gestartet.
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Demgemäß bleibt
eine Notwendigkeit bestehen, Redundanzstatusinformation an redundante Modulatoreinheiten
zu übertragen,
ohne die Hardwarekomplexität
zu erhöhen
oder die Zuverlässigkeit der
Transmittergeräte
zu mindern.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Ein
drahtloses Kommunikationssystem verwendet übertragene Datensignale zum Überwachen und
Steuern von redundanter Modulatorgeräte. Eine Modulatoreinheitssignatur
wird in den Datenstrom des Übertragungssignals
eingebettet. Jede Modulatoreinheit kontrolliert dann das Übertragungssignal, um
sowohl den Zustand als auch die Quelle des aktuellen Übertragungssignals
festzustellen.
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Jede
Modulatoreinheit stellt über
das Datenübertragungssignal
unabhängig
fest, ob die aktive Modulatoreinheit ausfällt. Bei einer Störung trennt sich
die aktive Modulatoreinheit selbst vom Übertragungsschaltkreis, während sich
die Reservemodulatoreinheit unabhängig selbst an den Übertragungsschaltkreis
ankoppelt, um eine aktive Übertragung
zu beginnen.
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Das
drahtlose Redundanzkommunikationsprotokoll erhöht die Zuverlässigkeit
und verbessert die Ansprechzeit durch Beseitigen der temporären Störungen und Übertragungsengpässe, die
auftreten, wenn die Übertragung über ein
LAN-Netzwerk erfolgt. Das drahtlose Redundanzkommunikationsprotokoll
beseitigt auch die zusätzlichen
Stecker und Kabel, welche für
fest geschaltete Redundanzkommunikationsleitungen benötigt werden,
die in heutigen Modulatoreinheiten verwendet werden.
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In
einer Ausführungsform
wird die Modulatoreinheitssignatur in Füllbit mitgeführt, die
zurzeit zwischen Datenpakete gestopft werden, die Empfängernachrichten
enthalten. Somit wird die Modulatoreinheitsidentifikation ohne Änderung
von bestehenden Datenformaten im Datenübertragungssignal eingebettet.
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Die
vorhergehenden und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung
werden aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erfolgt, besser
verständlich.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Diagramm eines drahtlosen Übertragungssystems
nach dem
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2 ist
ein Diagramm eines drahtlosen Redundanzstatusübertragungssystems gemäß der Erfindung.
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3 ist
ein detailliertes Diagramm einer Modulatoreinheit für das in 2 dargestellte
System.
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4 ist
ein Schrittdiagramm, welches das Übertragungsprotokoll für die redundanten
Modulatoreinheiten veranschaulicht, die in 2 dargestellt sind.
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5 ist
ein Diagramm, das ein Datenformat nach dem Stand der Technik zur Übertragung
von Personenrufnachrichten darstellt.
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6 ist
ein Diagramm, das ein Format der Modulatoreinheitsidentifikationssignatur
darstellt.
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7 ist
ein Diagramm, das Positionen in einem Datenrahmen darstellt, wobei
Abschnitte der in 6 dargestellten Signatur zwischen
Datenpaketen eingebettet sind.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG
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2 ist
ein Diagramm für
ein drahtloses Übertragungssystem 12 mit
redundanten Modulatoreinheiten 42 und 44. Ein
Datenfernübertragungsnetzwerk
(WAN) 36 empfängt
Daten von Landleitungen, Satelliten, RF-Modems usw. Eine Netzwerkadapter 38 wandelt Übertragungsdaten
vom WAN 36 in ein im LAN 40 verwendetes Datenformat
um. Die Netzwerkadapter 38 ist den Fachleuten bekannt und
wird daher nicht ausführlich
beschrieben.
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Die
Modulatoreinheit 42 und die Modulatoreinheit 44 empfangen
jeweils Übertragungsdaten über das
LAN 40 und ihre Ausgänge
werden selektiv an einen Übertragungsschaltkreis 49 gekoppelt,
die einen FM-Erreger 28, eine Leistungsverstärker 30 und
eine Antenne 32 umfasst. Der FM-Erreger 28 verknüpft die
Datenausgabe von der Modulatoreinheit mit einem FM-Audiosignal von
der Leitung 35 auf demselben FM-Basisband, das von der
Antenne 32 gesendet wird. FM-Senderschaltungen sind den Fachleuten
allgemein bekannt und werden daher nicht ausführlich beschrieben.
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Die
Modulatoreinheit 42 weist eine Antenne 46 auf,
und die Modulatoreinheit 44 weist eine Antenne 48 auf,
welche das Signal, das von der Antenne 32 gesendet wird,
jeweils unabhängig
empfangen. Wie im Folgenden ausführlicher
beschrieben, wird eine Modulatoreinheitsidentifikationssignatur
im digitalen Datenstrom eingebettet, der von der Übertragungsschaltung 49 ausgegeben
wird. Somit kann jede Modulatoreinheit das Übertragungssignal unabhängig überwachen
und gleichzeitig die Quelle des Übertragungssignals
identifizieren. Da der Status und die Quelle des Übertragungssignals 34 direkt vom Übertragungssignal
abgeleitet werden, werden keine Spezialstecker und -kabel (d.h.
Redundanzstatusleitungen 22 in 1) zur Übermittlung
von Redundanzstatusdaten zwischen den Modulatoreinheiten benötigt.
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Zur
näheren
Erklärung
ist 3 ein detailliertes Schaltbild für jede der
in 2 zuvor dargestellten Modulatoreinheiten 42 und 44.
Ein Prozessor 52 empfängt
die Übertragungsdaten über eine LAN-Leitung 40 und
erzeugt digital in ein Zeitmultiplexdatenrahmenformat codierte Signale,
wie im Folgenden beschrieben. Die digitalen Daten werden in einer
Nachrichtenwarteschlange 58 gespeichert. Eine Modulatoreinheitsidentifikationssignatur
wird in einem Register 57 gespeichert und in die Datenrahmen
eingebettet, die in der Nachrichtenwarteschlange 58 gespeichert
sind. Die Daten in der Nachrichtenwarteschlange 58 werden
dann mit einem Zwischenträgersignal
im Zwischenträgersignalgenerator 60 verknüpft. Das
Relais 62 koppelt und entkoppelt den Ausgang des Zwischenträgersignalgenerators 60 selektiv
mit dem FM-Erreger 28 (2).
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Die
Antenne 46 ist an einen Empfänger 56 gekoppelt,
der das Übertragungssignal 34 überwacht,
das von der Antenne 32 (2) ausgegeben wird.
Die Daten aus dem Übertragungssignal 34 werden
in der Empfängerwarteschlange 54 gespeichert. Der
Prozessor 52 liest die Daten in der Empfängerwarteschlange 54,
um festzustellen, ob er das Relais 62 aktivieren oder deaktivieren
soll, wie im Folgenden beschrieben wird. Der Empfänger 56 meldet über die
Leitung 59 auch Takt-und Phasendaten an den Zwischenträgersignalgenerator 60 zurück, um die
Taktung für
das Zwischenträgersignal
einzustellen.
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4 ist
ein Schrittdiagramm, das ein Redundanzstatusprotokoll darstellt,
das durch jede Modulatoreinheit 42 und 44 ausgeführt wird.
Dieselben Übertragungsdaten
vom LAN 40 (2) werden durch die beiden Modulatoreinheiten
bei Schritt 64 zum selben Zeitpunkt unabhängig empfangen,
codiert und mit derselben Zwischenträgerfrequenz verknüpft. Schritt 66 bestimmt
dann, welche Modulatoreinheit anfänglich durch das Relais 62 (3)
an den Übertragungsschaltkreis 49 (2)
gekoppelt wird.
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Es
gibt mehrere Prioritätsprotokolle,
die verwendet werden können,
um zu bestimmen, welche Modulatoreinheit Daten über die Übertragungsschaltung 49 sendet.
Zum Beispiel kann eine Modulatoreinheit derart programmiert werden,
dass sie automatisch Daten zu übertragen
beginnt. Der Prozessor 52 steuert das Relais 62 dann
derart, dass es den Ausgang des Zwischenträgersignalgenerators 60 an die Übertragungsschaltung 49 (2)
anschließt.
Alternativ können
beide Modulatoreinheiten zuerst auf Übertragungsdaten prüfen, die
durch den Empfänger 56 empfangen
wurden. Wenn die Empfängerwartschlange
Daten enthält,
die von einer anderen Modulatoreinheit gesendet wurden, dann koppelt
das Relais 62 den Ausgang des Zwischenträgersignalgenerators 60 nicht
an die Übertragungsschaltung 49.
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Wenn
kein Übertragungssignal
durch den Empfänger 56 empfangen
wird, stellt der Prozessor 52 fest, dass zurzeit keine
Modulatoreinheit Daten überträgt. Demgemäß wird der
Ausgang des Zwischenträgersignalgenerators 60 an
die Übertragungsschaltung 49 gekoppelt.
Ein Zufallszeitgenerator wird verwendet, um zu verhindern, dass
sich beide Modulatoreinheiten 42 und 44 gleichzeitig
an die Übertragungsschaltung 49 ankoppeln
und davon trennen.
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Nach
Beginn der Datenübertragung
fahren beide Empfänger
bei Schritt 68 fort, das Übertragungssignal 34 zu überwachen,
das von der Antenne 32 gesendet wird. Der Prozessor 52 in
jeder Modulatoreinheit decodiert die Übertragungsdaten, um festzustellen,
welche Modulatoreinheit zurzeit an die Übertragungsschaltung 49 gekoppelt
ist. Jede Modulatoreinheit überprüft auch
die Daten, die mit dem Übertragungssignal
gesendet werden. Zum Beispiel werden durch den Prozessor 52 Standardprüfroutinen
ausgeführt,
um festzustellen, ob das Übertragungssignal 34 zur
rechten Zeit und mit den korrekten Daten übertragen wurde. Übertragungsprüfungssoftware
ist den Fachleuten allgemein bekannt und wird daher nicht ausführlich beschrieben.
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Wenn
der Datenrahmen korrekt übertragen wurde,
kehrt der Entscheidungsschritt 70 zu Schritt 68 zurück, um die Übertragungssignalüberwachung fortzusetzen.
Wenn durch den Prozessor 52 fehlerhafte Datenrahmen erfasst
wurden, stellt der Entscheidungsblock 72 durch Lesen der
Modulatoreinheitssignatur, die in den Datenrahmen eingebettet ist, fest,
welche Modulatoreinheit das Übertragungssignal
ausgegeben hat.
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Wenn
eine erste Modulatoreinheit die Quelle von fehlerhaften Datenrahmen
ist, trennt Schritt 74 den Zwischenträgersignalgenerator 60 der
ersten Modulatoreinheit über
das Relais 62 von der Übertragungsschaltung 49.
Zum selben Zeitpunkt überwacht auch
die zweite Modulatoreinheit das Übertragungssignal 34.
Die zweite Modulatoreinheit stellt fest, dass fehlerhafte Datenrahmen
von der ersten Modulatoreinheit gesendet werden. Demgemäß schließt das Relais 62 in
der zweiten Modulatoreinheit den Ausgang des Zwischenträgersignalgenerators 60 an
die Übertragungsschaltung 49 an.
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Wenn
sie nicht an die Übertragungsschaltung 49 gekoppelt
ist, funktioniert jede Modulatoreinheit in einem „Hot Standby"-Betriebszustand,
in dem sie damit fortfährt,
sowohl digital codierte Daten mit dem Zwischenträgersignal zu verknüpfen als
auch das Übertragungssignal 34 zu überwachen.
Somit kann jede Modulatoreinheit unverzüglich eine Reservesignalübertragung
beginnen, wenn die primäre Modulatoreinheit
ausfällt.
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5 stellt
schematisch ein Format nach dem Stand der Technik dar, das zum Übertragen
von Daten an drahtlose Personenrufempfängern verwendet wird. Mehrere
Pakete 80 enthalten Zeitmultiplexdaten, welche digital
in einen kontinuierlichen Datenstrom codiert sind. Jedes Paket 80 umfasst
240 Bit von Nachrichtendaten und ein 20-Bit-Kennzeichnungsfeld.
Mehrere Pakete werden miteinander verknüpft, um einen Datenrahmen 78 zu
bilden. Jeder Datenrahmen enthält
mehrere Nachrichten, die an verschiedene Empfänger gerichtet sind. Füllbits 82 werden
selektiv zwischen benachbarte Pakete 80 gestopft, um Taktverschiebung
im Datentakt der Modulatoreinheit zu korrigieren. Die Erzeugung
von Datenrahmen wird in Gaskill et al. ausführlich erörtert und hierin durch Bezugnahme
aufgenommen.
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6 ist
ein Format für
die Modulatoreinheitsidentifikationssignatur 84, die in
den in 5 dargestellten Füllbits 82 eingebettet
ist. Die Signatur umfasst 32 Bit, wobei acht Kennzeichnungsbits 86 zum
Markieren des Beginns der Signatur enthalten sind. Die Signatur 84 enthält ferner
vierundzwanzig Identifikations- oder ID-Bits, die identifizieren,
welche Modulatoreinheit zurzeit die Datenrahmen überträgt. Die Signatur 84 wird
in jedem Datenrahmen derselben Folge wiederholt, wie in 6 dargstellt
ist. Somit können
beide Modulatoreinheiten die Übertragungsquelle
jederzeit identifizieren, wenn eine Übertragungsstörung eintritt.
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7 ist
eine schematische Darstellung, welche eine Übertragungszeitdauer von einer
Sekunde für
den Datenrahmen, der von der Antenne 32 (2) übertragen
wird, darstellt. Datenpakete (1 bis 73) werden mit einer Geschwindigkeit
von 73 Paketen je Sekunde übertragen.
Füllbits 90 werden
zwischen ausgewählte
Pakete 1 bis 73 gestopft, wie in 6 dargestellt.
Somit sind jede Sekunde potenziell dreiundsiebzig verschiedene Füllbitpositionen
zum Speichern von Abschnitten der Modulatoreinheitssignatur verfügbar.
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Normalerweise
werden während
einer Sekundendauer nur ungefähr
11 Füllbit
zwischen Pakete gestopft. Somit sind jede Sekunde normalerweise elf
Füllbit
zum Senden von Abschnitten der Modulatoreinheitssignatur, wie in 6 dargestellt,
verfügbar.
Zum Beispiel würde
das Füllbit
zwischen den Paketen 1 und 2 das erste Bit der Kennzeichnung 86 (6)
enthalten. Das Füllbit
zwischen den Paketen 2 und 3 würde
das zweite Bit der Kennzeichnung 86 mitführen usw.
Die genaue Rate, mit der Füllbit
erzeugt werden, und wo die Füllbit
zwischen Paketen angeordnet werden, variiert gemäß Änderungen des Sendertakts und
anderen Hardwarevariablen.
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Das
Format der in 6 dargestellten Modulatoreinheitssignatur 84 kann
in Abhängigkeit
von der aktuellen Modulatoreinheitskonfiguration variieren. Wenn
zum Beispiel nur zwei Modulatoreinheiten in jedem Übertragungssystem
vorhanden sind, werden in der ID 88 weniger Bit benötigt, um
die beiden verschiedenen Modulatoreinheiten zu identifizieren. Somit
kann eine kleinere Wortgröße verwendet
werden, um jede Modulatoreinheit zu identifizieren, wodurch die
Signatur 84 häufiger
gesendet werden kann.
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Da
die Füllbit
bereits in Datenrahmen erzeugt werden, wie beispielsweise in Gaskill
et al. erörtert,
können
Redundanzsteuerdaten (Modulatoreinheitssignatur) ohne Änderung
von heutigen Datenformaten und Übertragungsprotokollen
gesendet werden.
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Jede
Modulatoreinheit in der Erfindung liest Übertragungssignale unabhängig von
anderen, um den Redundanzstatus zu übertragen. Somit wird Spezialhardware,
die normalerweise zum Weiterleiten des Redundanzzustands benötigt wird,
beseitigt, wodurch die Hardwarekomplexität verringert wird.
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Nach
der Beschreibung und Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung
in einer bevorzugten Ausführungsform
davon sollte klar sein, dass die Erfindung in der Anordnung und
den Einzelheiten modifiziert werden kann, ohne sich von diesen Prinzipien
zu entfernen. Es werden alle Modifikationen und Änderungen beansprucht, die
in den Rahmen der folgenden Patentansprüche fallen.