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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für Funksynchronisation von zeitverschachtelten Systemen,
insbesondere DECT (Digital European Cordless Telecommunication,
digitale europäische schnurlose
Telekommunikation). Dies ist ein vollständig zeitverschachteltes System
mit Zeitverschachtelung sowohl beim Zugriff (TDMA = Time Division
Multiple Access, Zeitteilungsvielfachzugriff) als auch duplex (TDD
= Time Division Duplex, Zeitteilungsduplex). Für eine vollständigere
Beschreibung von DECT siehe die DECT Schnittstelle (ETS 300 175).
DECT hängt
dabei in großem
Ausmaß von
Zeitgenauigkeit ab, was dazu geführt
hat, dass große
Anstrengungen zur Untersuchung und Handhabung von zum Beispiel Zeitdispersion
und Zeitverzögerung
unternommen worden sind.
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Auch
die Kapazität
in DECT hängt
von der Zeitgenauigkeit oder Zeitpräzision ab, sowohl innerhalb
eines Systems als auch extern in Verbindung mit anderen DECT-Systemen. Die Kapazität hängt im großen Ausmaß von Synchronisation
ab, auch derjenigen Synchronisation, die zwischen zwei oder mehr geografisch
nahe beieinander angeordneten DECT-Systemen besteht. Die Kapazitätsberechnungen,
die vor genommen worden sind, zeigen, dass bei Systemen, die nicht
miteinander synchronisiert sind, die Kapazität bis auf 50% des normalerweise
möglichen
abfällt.
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Synchronisation
von in anderer Hinsicht unabhängigen
DECT-Systemen kann dadurch beträchtlich
die gemeinsame lokale Kapazität
erhöhen.
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STAND DER
TECHNIK
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In
der Spezifikation von DECT ist angegeben, dass es möglich ist, über Kabel
nahe beieinander angeordnete feste Einheiten in DECT-Systemen zu
synchronisieren, wenn sie mit einem sogenannten Synchronisationsanschluss
versehen sind. Synchronisation über
Kabel, die als die natürlichste
angesehen werden könnte,
muss als im hohen Ausmaß unrealistisch
angesehen werden, sie allgemein durchzuführen, da sie extra Verkabelung
erfordert, was weiter bei öffentlichen
Anwendungen zwischen im Wettbewerb bestehenden Betreibern durchgeführt werden
müsste.
Dieses Verfahren der Synchronisation über Kabel hat auch technische
Nachteile, zum Beispiel ist die Ausbreitungszeitverzögerung sehr stark
bemerkbar, was extra hohe Anforderungen erfordert, wie die Verkabelung
durchgeführt
wird. Außerdem
ist Kompensation in den Einheiten für diese Ausbreitungszeit erforderlich.
Man kann sagen, dass Synchronisation über Kabel globale Synchronisierung
ergibt, was lokale Synchronisierung nicht garantiert.
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Innerhalb
der Patentliteratur sind eine Anzahl von Dokumenten veröffentlicht,
die unterschiedliche Verfahren zum Lösen ähnlicher Probleme beschreiben:
EP 626 769 zeigt ein drahtloses
Kommunikationssystem, das aus einer Anzahl von Zellen oder Basisstationen besteht.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, die Basisstationen miteinander
zu synchronisieren. Die Synchronisierung wird auf solche Weise durchgeführt, dass
eine Basisstation Synchronisationsinformation sendet, mit der sich
eine Nachbarstation synchronisieren kann. Diese Stationen bilden
eine Master/Slave-Beziehung und fahren fort, sich selbst mit anderen
Stationen im System zu synchronisieren. Die auf diese Weise hergestellte
Synchronisierung wird mit Hilfe von Kommunikationsleitungen, dass heißt von festen
Kommunikationsleitungen aufrecht erhalten. Die drahtlose Synchronisierung
ist auch zwischen unterschiedlichen drahtlosen Systemen möglich.
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US 5 285 443 beschreibt
ein Verfahren und eine Vorrichtung, TDD-Systeme zu synchronisieren. Gemäß diesem
Verfahren wird ein Zeitsignal drahtlos übertragen, wobei zum Beispiel
eine Basisstation dieses extrahieren kann, um Synchronisierung mit dem
Signal zu erhalten. Das Synchronisationssignal wird von einer Basisstation übertragen,
die Master genannt ist, und wird bei den andern Slave-Stationen im
Abdeckungsbereich des Masters empfangen.
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EP 414 409 betrifft die Synchronisation
von drahtlosen Telefonsystemen, die „burst mode duplex" verwenden. Synchronisierung
wird dadurch aufrecht erhalten, dass die Basisstationen mit Mitteln
zum Hereinhören
in die Kommunikation an anderen Basisstationen ausgerüstet sind
und die relative Phase zwischen den Zeitschlitzen berechnen.
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WO
94/18764 betrifft ein Kommunikationssytem, das aus einer Anzahl
von Basiseinheiten und tragbaren Einheiten besteht. Das System verwendet TDD.
Die Basisstationen haben die Möglichkeit,
die Übertragung
zwischen sich dadurch zu synchronisieren, dass eine der Basisstationen
als Master zugeordnet oder eingeordnet oder eingerichtet wird. Diese Basisstation
sendet ein Signal, das von den anderen Basisstationen verwendet
wird, um sich mit der Mastereinheit zu synchronisieren. Das erwähnte Synchronisationssignal
wird von dem Master über
Funk gesendet und aus einem Signal extrahiert, das über Draht
verteilt wird.
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EP 592 209 beschreibt ein
Verfahren, Synchronisation zwischen Basisstationen in einem mobilen
Funksystem einzurichten. Die Basisstationen sind autonom, soweit
sie nicht von äußerer Steuerung
abhängen,
um die erwähnte
Synchronisation einzurichten.
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WPO
94/10768 betrifft auf eine andere Anordnung, um Synchronisation
in einem mobilen Telekommunikationssystem zu erhalten. Die Anordnung schließt eine
zentrale Koordinationseinheit ein, um Synchronisationsinformation
zu den Basisstationen zu senden.
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US 4 135 059 beschreibt
ein TDMA-System, das Kommunikation zwischen zwei unterschiedlichen Gruppen
ermöglicht,
indem Synchronisierung zwischen den Gruppen aufrechterhalten wird.
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US 5 363 376 betrifft ein
Verfahren und eine Vorrichtung für
Synchronisierung in einem drahtlosen Kommunikationssystem.
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Das
technische Problem, das die Erfindung lösen will, ist es, Synchronisierung
zwischen unabhängigen
zeitverschachtelten drahtlosen Kommunikationssystemen auf solche
Weise zu erhalten, dass sie lokal miteinander synchro nisiert werden,
und dies vorzugsweise, ohne dass in existierende Systeme eingeriffen
wird oder dass ausgiebige Änderungen
in existierenden Systemen vorgenommen werden müssen.
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LÖSUNG DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung löst
die obigen Probleme, indem ein Verfahren für Funksynchronisation von zeitverschachtelten
drahtlosen Kommunikationssystemen geschaffen wird, die wenigstens
zwei in anderer Hinsicht unabhängige
Systeme mit wenigstens einer festen Steuereinheit und entsprechenden
tragbaren Einheiten einschließen.
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Gemäß der Erfindung
wird ein erstes System sich selbst als ein Mastersystem einrichten,
während die
anderen Systeme als Slave-Systeme beginnen und über Funk in das Mastersystem
hineinhören
und sich mit dem Master-System synchronisieren.
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Vorzugsweise
hören Slavesysteme
in das Mastersystem während
einer gewissen Zeitperiode herein, die zum Beispiel 100 Zeitdatenblöcken entspricht.
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Die
Synchronisation kann periodisch wiederholt werden, mit festem Zeitintervall
oder nach einem Zeitintervall, das adaptiv eingestellt werden kann.
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Die
Erfindung wird detaillierter in den beigefügten Patentansprüchen beschrieben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung soll nun detailliert unter Bezugnahme der beigefügten Zeichnungen
beschrieben werden. Es zeigen:
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1 ein
Ablaufdiagramm über
das Verfahren gemäß der Erfindung;
und
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2 die
Zeitstruktur in DECT.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung beruht darauf, dass unabhängige DECT-Systeme über Funk synchronisiert werden,
das heißt,
dass ein System in die Funkkommunikation von anderen Systemen (oder
Teilen davon) hineinhört
und seinen eigenen Takt mit demjenigen des Systems synchronisiert,
in das es hineinhört.
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Ein
DECT-System schließt
eine feste Steuereinheit FP (Fixed part, fester Teil) und tragbare
Einheiten PP (portable parts, tragbare Teile) ein. Das FP im DECT-System,
das innerhalb eines lokalen Gebiets zuerst eingerichtet wird, wird
hier als Master arbeiten. Die anderen nahe angeordneten DECT Systeme
sollen damit synchronisiert werden. Die Master/Slave-Beziehung wird
ganz einfach dadurch entschieden, dass alle Einheiten anfänglich (beim
Einschalten oder Start des Systems) „Slave"-Stellung einnehmen (das heißt, taste
die Nachbarschaft auf andere synchronisierte Systeme ab). Nachdem
das System mit einem anderen System synchronisiert worden ist, kann
das System eine Masterrolle annehmen. Auf diese Weise werden alle
Systeme gleich, was dazu führt,
dass keine besondere Produktion oder Herstellung von Master-Systemen
benötigt
wird.
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Die
Systeme können
auch eine automatische „Klassifikation" erhalten, dass das
erste eingerichtete System an einem geografischen Ort für alle neu
eingeführten
Systeme zum Master wird und alle nachfolgenden zum Resynchronisieren
bringt (siehe unten).
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Das
Synchronisierungsverfahren kann auch wiederholt durchgeführt werden,
wenn gewünscht periodisch,
auf eine Weise, dass die Systeme nicht aus der Synchronisation miteinander
herausfallen. Dies kann zu einem Zeitpunkt durchgeführt werden, wenn
es im System keinen Verkehr gibt oder es dort zu einer gewissen
Zeitdauer keinen gegeben hat, wenn das System auf die Slaveposition
zurückgestellt
werden kann. Das Synchronisierungsverfahren selbst wird Bruchteile
einer Sekunde einnehmen und tritt verhältnismäßig selten auf; demgemäß ist die Verkehrsreduktion
in den meisten Fällen
weigehend unbemerkbar.
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Es
gibt ein äußert kleines
Risiko, das die synchronisierten Systeme dabei gleichzeitig in die
Slaveposition gesetzt werden sollten, wobei Synchronisation der
Systeme beginnen könnte,
selbstschwingend zu sein. Diese Gefahr kann weiter dadurch verringert werden,
dass der Zeitpunkt für
Resynchronisierung auf der Zeit beruht, wann das System gestartet
wurde.
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Eine
andere Alternative sollte es sein, Slaveposition durch Übertragung
eines gewissen Musters in den Zeitfrequenzschlitzmustern von DECT
zu übertragen.
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Die
Zeit zwischen den erneuten Synchronisierungen kann ein einstellbarer
Parameter sein oder sogar adaptiv auf eine Weise eingestellt werden,
die bewirkt, dass die Systeme mit der Zeit besser und besser miteinander
synchronisiert werden.
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Das
Synchronisierungsverfahren gemäß der Erfindung
ist in 1 gezeigt. Die feste Einheit FP, die synchronisiert
werden soll, hört
während
einer gewissen Zeit in die nahe angeordneten festen FP-Einheiten
und tragbaren PP-Einheiten
herein. Die Signalstärke
von den FPs und PPs, in die hineingehört werden, werden gemäß der gemeinsamen
DECT Schnittstelle (ETS 300 175, Teil 2, §8.3) gemessen. Die Einheiten,
in die hineingehört
werden, werden verglichen, und es wird in sie hineingehört in der
Reihenfolge der Signalstärke
(gemäß der Prozedur
für PP
in ETS 300 175, Teil 2 §9.2).
Nur diejenigen, die die stärkste
Signalstärke
haben, sollen benutzt werden, da es mit diesen am wichtigsten ist,
synchronisiert zu sein. Ob das Signal, in das hineingehört wird, von
einer nahe angeordneten PP oder FP kommt, kann aus den Sync-Bits
erhalten werden (Sync-Bits von einer PP sind in Bezug auf diejenigen
der FP invertiert). Im Falle, dass die größte Signalstärke von einer
PP erhalten wird, wird geprüft,
dass diese bei dieser Gelegenheit mit irgendeiner anderen FP synchronisiert
ist (das heißt
in einem Zustand leerlaufverriegelt oder aktiv verriegelt zu einer
anderen FP, siehe ETS300 175, Teil 3, §4.3.1). Nur wenn dies der Fall
ist, kann dies als Referenz verwendet werden.
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Das
Abhören
kann während
einer verhältnismäßig langen
Zeit durchgeführt
werden, höchstens eine
Sekunde, was 100 Zeitdatenblöcken
in DECT entspricht. Normalerweise wird erwartet werden, dass Synchronisierung
innerhalb von weniger als 10 Zeitdatenblöcken durchgeführt wird.
Von einem tragbaren Gerät
wird erwartet, dass es sich mit einer Geschwindigkeit von 1,5 m/s
bewegt, was einer normalen Geh- Geschwindigkeit
entspricht. Sogar, wenn ein tragbares Gerät, in das hineingehört wird,
sich von der FP entfernt, wird es daher keine Zeit haben, sich aus
dem Abdeckungsbereich der FP zu entfernen, bevor das Abhören und
der Vergleich von nahe angeordneten Einheiten beendet sind.
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Die
Abweichung der Synchronisierung wird zwischen der Referenz, die
ausgewählt
worden ist, und dem internen Takt im FP bestimmt, der synchronisiert
werden soll. Seine Referenzzeit wird gemäß dem Verfahren eingestellt,
das in der Standard DECT gemeinsamen Schnittstelle (ETS 300 175,
Teil 2, § 8.5)
beschrieben ist, wo die Synchronisierung zwischen einem FP und einer
PP beschrieben ist, wodurch die Synchronisierung durchgeführt wird.
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Bei
allen Synchronisierungen ist es notwendig, dass man Zugang zu einem
Takt von hinreichend großer
Genauigkeit für
den Zweck hat. Es gibt eine Anzahl von unterschiedlichen Verfahren,
einen Typ von Takt zu extrahieren.
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Die
natürliche
Wahl ist es, den eingebauten Takt in dem FP zu verwenden (den Frequenzoszillator).
Gemäß DECT gemeinsame
Schnittstelle (ETS 300 175, Teil 2, § 4.2.2) soll jede FP und PP
mit einem internen Takt ausgerüstet
sein. Die Genauigkeits- und Stabilitätsanforderung ist für den Takt
des FP 10 ppm und für
denjenigen des PP 25 ppm.
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Sogar
wenn der eingebaute Takt nicht direkt zugänglich sein sollte, ist es
jedoch möglich,
von der eingebauten Zeitstruktur in DECT Gebrauch zu machen. In 2 ist
der Inhalt eines DECT Zeitschlitzes gezeigt. Jeder Datenblock enthält 24 Schlitze.
Es ist ersichtlich, das ein solcher Schlitz 480 Bits enthält, was
mit der Datenblockzeit von DECT (10 ms) 1 Bit/μs ergibt. Daher ist 1 μs leicht
aus dem Zeitzyklus des DECT zu extrahieren. Es liegt in der Natur
der Dinge, dass dies mit dieser Genauigkeit (1 Bit) ausreichend
ist, da dies gleichzeitig die kleinste Einheit ist, durch die Synchronisierung
durchgeführt
werden kann.
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Man
kann sagen, dass der Zugriff zu externen Taktpulsen ein drittes
Verfahren bildet. Solche Taktpulse sind von vielen digitalen Systemen
zugänglich,
mit denen DECT-Systeme
verbunden werden können
(PCM, ISDN, digitales PABX usw.).
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DECT
Systeme mit digitaler Schnittstelle können das digitale Frequenznormal
als den tragenden Teil bei der Synchronisierung selbst verwenden, was
bewirkt, dass die Einstellung durch Verwendung des Frequenznormals
bewirkt wird. In diesem Zusammenhang kann es wichtig sein, herauszustellen, dass
direkte Synchronisierung mit diesen Frequenzen normal keine lokale
Synchronisierung oder Synchronisierung mit zum Beispiel einem DECT
System mit analoger Schnittstelle garantiert.
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Die
vorliegende Erfindung schafft daher ein Verfahren für Funksynchronisation
von zeitverschachtelten Systemen, insbesondere DECT Systemen, mit
einer Anzahl vorteilhafter Qualitäten:
Die Synchronisierung
ist vollständig
auf Funk beruhend. Die Synchronisierung kann auch in Bezug auf mobile
Einheiten, das heißt
tragbare Geräte
durchgeführt
werden. Lokale Synchronisierung kann zwischen unabhängigen Systemen
erhalten werden, was die Kapazität
um bis zu 60% gemäß durchgeführter Simulationen
erhöhen
kann. Das Verfahren kann in existierende Systeme ohne größere Kosten oder
Probleme eingeführt
werden und führt
nie zu einem verschlechterten Betriebsverhalten. Ausrüstung, die
das Synchronisationsverfahren gemäß dieser Erfindung verwendet,
arbeitet zusammen mit Ausrüstung,
bei der diese Funktion fehlt. Synchronisierung kann weiter in Bezug
auf Ausrüstung
durchgeführt
werden, die die hier beschriebene Funktion nicht besitzt.
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Das
Verfahren der Erfindung kann innerhalb aller Anwendungsfälle von
DECT, demgemäß Firmennetzen, öffentlichen
Netzen, privaten Netzen und lokalen Netzen verwendet werden. Die
Erfindung ist nur durch die folgenden Patentansprüche begrenzt.