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Die
Erfindung betrifft im Allgemeinen Querverbinder, welche Schnittstellen
mit einem externen Kommunikationssystem aufweisen, wobei die Schnittstellen
durch eine interne Steuerschaltung im Querverbinder gesteuert werden.
Insbesondere betrifft die Erfindung Einrichtungen dieser Natur,
bei welchen der Betrieb der Steuerschaltung davon abhängt, ob
die Verbindungen mit dem externen Kommunikationssystem störungsfrei
funktionieren.
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1 stellt ein Basisstationsnetz in einem zellularen
Funksystem dar, welches eine Basisstationssteuerung 100 (BSC
für engl.
base station controller) und eine Mehrzahl von Basissendeempfangsstationen 101 (BTS
für engl.
base transceiver stations) umfasst. Die Basisstationssteuerung 100 ist
ferner mit einer Mobilvermittlungsstelle, die nicht dargestellt
ist, verbunden. Um die Übertragung
von Daten zwischen ihnen zu ermöglichen,
sind die Basisstationssteuerung 100 und die Basissendeempfangsstationen 101 durch
eine Mehrzahl von Verbindungen, welche ein so genanntes Übertragungssystem
im Basisstationsnetz bilden, miteinander verbunden. Die Standards
für ein
zellulares Funksystem, wie beispielsweise das globale System für mobile
Telekommunikation (GSM), spezifizieren das im Basisstationsnetz
zu verwendende Übertragungsverfahren
mit Ausnahme der Definition der Funktionen, welche das Übertragungsverfahren
auszuführen
imstande sein muss, für
gewöhnlich
nicht. Im GSM wird die Schnittstelle zwischen zwei Basissendempfangsstationen oder
einer Basissendeempfangsstation und der Basisstationssteuerung,
wie in den Standards definiert, die Abis-Schnittstelle genannt.
Das Übertragungsverfahren
kann z.B. eine PCM-Verbindung
(Pulsecodemodulation; ITU-T G.703 und G.704) mit 2 Mbit/s oder 1,5
Mbit/s, eine SDH-Verbindung (Synchron-Digital-Hierarchie; ITU-T
G.774.03), eine ATM-Verbindung
(asynchroner Übertragungsmodus
nach engl. Asynchronous Transfer Mode; ETS 300 371), eine ISDN-Verbindung (diensteintegrierendes
Digitalnetz nach engl. Integrated Services Digital Network) oder eine
HDSL-Verbindung
(digitale Teilnehmerleitung mit hoher Dichte nach engl. High Density
Subscriber Line) umfassen. Die physikalische Verbindung kann einen
gewöhnlichen
Kupferdraht, ein optisches Kabel oder eine Mikrowellenfunkverbindung
umfassen.
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In
den Basissendeempfangsstationen und der Basisstationssteuerung des
Systems, das in 1 abgebildet ist,
ist die Verbindung mit dem Übertragungssystem
durch einen Querverbinder 102 realisiert. Ein Querverbinder 102 in
einer Basissendeempfangsstation kann eine oder mehr Übertragungseinheiten
(TRU für
engl. transmission unit) aufweisen. Querverbinden bedeutet, dass
die eingehenden Daten, welche in Rahmen angeordnet sind, mit der
abgehenden Richtung in der Querverbindungseinrichtung derart verbunden
werden können,
dass die Stelle der Datenbits in den Rahmen geändert werden kann. Der Querverbinder
der Basissendeempfangsstation lässt
bestimmte Bits und Zeitschlitze im Übertragungssystemrahmen in
die Basissendeempfangsstation „fallen", d.h. er lenkt Daten,
welche diese konkrete Basissendeempfangsstation betreffen und in
bestimmten Zeitschlitzen ankommen, in die Basissendeempfangsstation
und ordnet andererseits die Daten, welche die Basissendeempfangsstation
in der Richtung der Basisstationssteuerung verlassen, bestimmten
Zeitschlitzen zu, welche dieser Basissendeempfangsstation zugeteilt
sind. Der Querverbinder kann auch Summierung, Multiplikation oder
andere Operationen an den eingehenden Daten durchführen, bevor
die Daten mit der abgehenden Richtung verbunden werden. Wenn der
Querverbinder mit der Basissendeempfangsstation in demselben Ausstattungsgestell
oder in ihrer unmittelbaren Nachbarschaft angeordnet ist, bildet
die Basissendeempfangsstation eine kompakte Einheit, und das Basisstationsnetz
kann leicht modifiziert und erweitert werden.
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Die Übertragungskapazität, welche
einer Basissendeempfangsstation zugeteilt wird, hängt davon ab,
wie viele TRX- oder Sende/Empfangseinheiten 103 sie enthält. Die
TRX-Einheiten bilden eine Funkschnittstelle mit der Endeinrichtung 104,
und die Anzahl von TRX-Einheiten
bestimmt, wie viele gleichzeitige Sprach- oder Datenverbindungen
die Basissendeempfangsstation abwickeln kann. Verschiedene Teile
des Basisstationsnetzes können
in Abhängigkeit
von der Topologie des Basisstationsnetzes auch verschiedene Mengen
von Übertragungskapazität benötigen. In
einem baumähnlichen
Basisstationsnetz wird die höchste
Kapazität
von Verbindungen benötigt,
die nahe der Basisstationssteuerung sind.
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In
seiner einfachsten Form umfasst ein Übertragungssystem eine so genannte Punkt-zu-Punkt-Verbindung,
wobei eine bestimmte GSM-Basissendeempfangsstation mit der Basisstationssteuerung
direkt und durch Letztere mit einer Vermittlungsstelle kommuniziert.
Im Falle einer PCM mit 2 Mbit/s zum Beispiel ist jedoch die Verkehrskapazität, welche
durch eine Basissendeempfangsstation mit einer TRX benötigt wird,
ziemlich gering im Vergleich zum gesamten Übertragungsband. Normalerweise
werden zweieinhalb Zeitschlitze in einem PCM-Rahmen (6 bis 8 Sprachkanäle und Signalisierung)
oder 160 kbit/s für
eine TRX reserviert.
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Daher
vergeudet eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung oft Kapazität und wird
teuer. Andererseits kann die Verwendung von bestehenden ISDN-Verbindungen
für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen eine verlockende
Idee sein. Netzsicherung kann unter Verwendung von redundanten Punkt-zu-Punkt-Verbindungen erfolgen.
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Das Übertragungsband
kann durch Verketten von Basissendeempfangsstationen (eine so genannte
Mehrpunktverbindungskettenstruktur) wirksamer genutzt werden. In
der Kette benutzen mehrere Basissendeempfangsstationen auf einer
Zeitteilungsbasis gemeinsam dasselbe Übertragungsmedium, wodurch
die Verbindungskapazität
besser genutzt wird. Auf diese Weise wird die integrierte Querverbindungsfunktion
in der Basissendeempfangsstation tatsächlich nützlich, da die Zeitschlitzanordnungen
innerhalb der Basissendeempfangsstation durchgeführt werden können.
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Schleifennetze
werden zur Netzverdoppelung verwendet. Basissendeempfangsstationen
werden in Schleifenform zusammengeschlossen, so dass jederzeit eine Übertragungsverbindung
in beiden Richtungen der Schleife von jeder Basissendeempfangsstation
zur BSC besteht. Normalerweise ist eine der Verbindungen aktiv.
Die Netzüberwachung erfolgt
unter Verwendung von Statusbits oder so genannten Pilotbits, welche
jede Basissendeempfangsstation in beiden Übertragungsrichtungen in der Schleife
sendet. Eine Änderung
des Zustands eines Pilotbits zeigt eine Netzstörung an, an welchem Punkt Querverbinder
in den Basissendeempfangsstationen zur Sicherungsverbindung umschalten. Netzsynchronisierungsdaten
werden ebenfalls unter Verwendung ihrer eigenen Statusbits gesendet.
Eine so schnell als möglich
erfolgende Umschaltung ermöglicht
selbst in Störsituationen
einen Netzbetrieb ohne abgebrochene Anrufe. Ein GSM-Anruf kann eine
Unterbrechung von 500 ms in der Übertragungsverbindung
ohne Abbrechen des Anrufs selbst tolerieren.
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1b stellt
einen Querverbinder des Standes der Technik in einer GSM-Basissendeempfangsstation
dar. Er weist zwei getrennte Übertragungseinheiten 110 und 111 auf.
Beide Übertragungseinheiten weisen
eine „abgehende" Abis-Schnittstelle gemäß den GSM-Standards
auf, d.h. entweder eine Schnittstelle mit der Basisstationssteuerung
oder mit einer anderen Basissendeempfangsstation (nicht dargestellt).
Außerdem
weisen beide Übertragungseinheiten
eine Verwaltungsverbindung mit der Basisstationssteuerung auf. Eine
der Übertragungseinheiten ist
auch mit dem internen Datenbus in der Basissendeempfangsstation
verbunden, welcher beim Senden der Abwärtsdaten, die den Sprach- und
Signalisierungsverbindungen zugeordnet werden, die durch die Basissendeempfangsstation
gehandhabt werden, an die TRX-Einheiten (nicht dargestellt) der
Basissendeempfangsstation und dementsprechend der Aufwärtsdaten
von den TRX-Einheiten zur Basisstationssteuerung verwendet wird.
In der Realisierung des Standes der Technik sind die Übertragungseinheiten 110 und 111 im
Querverbinder ganz getrennt, und beide haben ihre eigenen internen
Querverbindungsbusse. Die Übertragungseinheiten
sind durch die Abis-Schnittstelle miteinander verbunden, wie in 1b dargestellt.
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In
zukünftigen
zellularen Funksystemen wird die durchschnittliche Zellengröße kleiner
und infolgedessen die Anzahl von Zellen größer sein als heute, so dass Übertragungssysteme
imstande sein müssen,
mehr Basissendeempfangsstationen zu handhaben, und die Netztopologien
und Querverbindungen werden komplexer als zurzeit sein. Der Betreiber, der
das Übertragungsmedium
bereitstellt, muss nicht unbedingt derselbe sein wie der Betreiber,
der das zellulare Funksystem ausführt, so dass Letzterer imstande
sein muss, die Übertragung
zwischen den Basissendeempfangsstationen und den Basisstationssteuerungen
unter Verwendung der verschiedenen verfügbaren Übertragungsmöglichkeiten
so vorteilhaft und wirksam als möglich
zu realisieren.
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Bekannte
Schriften des Standes der Technik auf demselben oder einem verwandten
Gebiet umfassen WO-A1-9428644 und EP-A1-622919. Von diesen offenbart
die Erstere einen Zeitschlitzschalter, der einen Zeitschlitzzähler und
ein Zeitschlitzwahlregister für
jede potenzielle Verbindung, die durch ich durchgehen könnte, umfasst.
Der Zähler
zählt Zeitschlitze
im Übertragungssystem
und löst
eine Lese- und/oder
Schreiboperation aus, wann immer sein aktueller Wert mit dem Wert übereinstimmt,
der im Zeitschlitzwahlregister gespeichert ist. Die letztere Schrift
offenbart einen Leitungswähler,
der ausgelegt ist, zu bestimmen, welcher der beiden gleichzeitigen Eingangsströme am ehesten
störungsfrei
ist, und diesen Eingangsstrom auszuwählen, um als ein Ausgangsstrom
weiter übertragen < u werden.
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Eine
Aufgabe dieser Erfindung ist die Bereitstellung eines Querverbinders
für Basissendeempfangsstationen,
welcher auf Übertragungssystemstörungen schnell,
wirksam und zuverlässig
anspricht.
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Die
Aufgaben der Erfindung werden durch Durchführen im Querverbinder einer
hardwarebasierten Überwachung
von Übertragungssystemstatusbits und
von Querverbindungsänderungen
auf der Basis von Änderungen,
die im Zustand der Statusbits festgestellt wurden.
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Die
Querverbindungseinrichtung gemäß der Erfindung
umfasst einen Querverbindungsprozessor, einen Datenspeicher zum
Speichern von Querverbindungsdaten in zyklisch wieder kehrenden
Elementen und einen Steuerspeicher zum Speichern von Anweisungen,
welche die Querverbindung steuern. Sie ist durch die Merkmale gekennzeichnet,
welche im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Patentanspruchs aufgeführt sind,
der an eine Querverbindungseinrichtung gerichtet ist.
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Die
Erfindung ist auch an ein Verfahren zur Durchführung einer bedingten Querverbindung
gerichtet. Das Verfahren gemäß der Erfindung
ist durch die Merkmale gekennzeichnet, die im kennzeichnenden Teil
des unabhängigen
Anspruchs aufgeführt sind,
der an ein Verfahren gerichtet ist.
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Außerdem betrifft
die Erfindung ein Basisstationsnetz für ein zellulares Funksystem,
welches die charakteristischen Merkmale aufweist, die im kennzeichnenden
Teil des unabhängigen
Anspruchs aufgeführt
sind, der an ein Basisstationsnetz gerichtet sind.
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In
der erfinderischen Strukturlösung
sind die Querverbindung und die durch die Übertragungsverbindungen benötigten Funktionen
modular realisiert, indem sie zu mehreren Teilen, welche in dieser
Patentanmeldung Übertragungseinheiten
genannt werden, dezentralisiert sind. Dezentralisierung ist so zu verstehen,
dass eine einzelne Übertragungseinheit alle Übertragungsverbindungen
einer Basissendeempfangsstation herstellen kann, aber Einheiten
gemäß den Kapazitätsanforderungen
hinzugefügt
werden können,
so dass sie als ein Ganzes funktionieren. Die Querverbindung wird
durch die Übertragungseinheiten
durch einen parallelen Bus auf der so genannten Mutterplatine, welcher
die Übertragungseinheiten
miteinander verbindet und der Zuverlässigkeit halber verdoppelt
ist, gemeinsam benutzt. Vom Gesichtspunkt der Basisstationssteuerung
aus bilden die Übertragungseinheiten
ein steuerbares Ganzes. Jede Übertragungseinheit
realisiert eine bestimmte Art von Standardübertragungsschnittstelle.
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Wenn
die GSM-Verkehrsmenge zunimmt, entsteht auch eine Notwendigkeit,
verschiedene Übertragungsschnittstellen
in ein und derselben Basissendeempfangsstation zur Verfügung zu
haben. Daher kann die neue Basisstationslösung Übertragungseinheiten vieler
verschiedener Arten verwenden. Innerhalb einer Übertragungseinheit realisiert ein
bestimmtes erstes Teil die Übertragungsschnittstelle
und wandelt die empfangenen Daten, welche quer zu verbinden sind,
von dem im Übertragungssystem
verwendeten Format in das interne Format, das im Querverbinder verwendet
wird, um. Die Daten werden in diesem Format in den Querverbindungsbus
geschrieben, der die Übertragungseinheiten
miteinander verbindet. Die anderen Teile der Übertragungseinheit realisieren
vorteilhafterweise wenigstens Querverbindung, Einheitssteuerung,
Synchronisierung mit anderen Übertragungseinheiten
und Schnittstellen mit der Basisstationsmutterplatine. Eine Übertragungseinheit
kann eine oder mehr gedruckte Leiterplatten umfassen. Im Folgenden
bezieht sich der Begriff „Spezialteil" auf Teile, welche eine Übertragungsschnittstelle
realisieren, und der Begriff „allgemeines
Teil" bezieht sich
auf den Querverbindungs- und Busschnittstellenblock. Neben den zuvor
erwähnten
Funktionen kann eine Übertragungseinheit
auch andere Funktionsblöcke
umfassen.
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Das
Spezialteil in der Übertragungseinheit passt
den Querverbinder in der Basissendeempfangsstation an das Übertragungssystem
des Basisstationsnetzes an, das zum Beispiel ein PCM-, HDSL- oder
ISDN-System sein kann. Vorteilhafterweise kann das Spezialteil auch
Anpassungsschaltungen für
verschiedene physikalische Übertragungsmedien,
wie beispielsweise einen Kupferdraht, ein optisches Kabel oder eine
Funkverbindung, umfassen.
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Im
allgemeinen Teil werden alle Daten, die durch den Querverbindungsbus
fließen,
im Datenspeicher gespeichert. Einer der Blöcke in der Querverbindungsschaltung
im allgemeinen Teil ist der Zustandsüberwachungsblock, welcher gemäß voreingestellten
Bedingungen bestimmte Pilotbits aus den im Datenspeicher gespeicherten
Daten ausliest. Eine Änderung
des Zustands eines Pilotbits weist auf eine Störung im Übertragungssystem hin, wodurch
sich der Zustand des Statusregisters im Zustandsüberwachungsblock ändert. Die
Anweisungen, welche den Betrieb des Querverbindungsprozessors steuern,
berücksichtigen
die Situationen, in welchen der Betrieb von den Statusregisterbits
abhängt.
Wenn der Querverbindungsprozessor, gesteuert durch eine Anweisung,
eine Änderung
im Statusregister erfasst, führt er
die Querverbindungsmaßnahme,
die durch die Anweisung definiert wird, auf eine andere Weise aus, als
wenn keine Änderungen
im Statusregister erfasst worden wären.
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Die
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen,
die als Beispiel dargelegt werden, und die beiliegenden Zeichnungen
ausführlicher
beschrieben, wobei
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1a ein
bekanntes Basisstationsnetz darstellt;
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1b einen
bekannten Querverbinder in einer Basissendeempfangsstation darstellt;
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2 einen
Querverbinder darstellt, in welchem die Erfindung angewendet werden
kann;
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3 einen
Teil von 2 detaillierter darstellt;
-
4 einen
anderen Teil von 2 detaillierter darstellt, und
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5 einen
Teil von 4 detaillierter darstellt.
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2 stellt
ein Beispiel der neuen Struktur für den Querverbinder in einer
Basissendeempfangsstation dar. Der Querverbinder weist wenigstens
eine Übertragungseinheit 200 auf.
Er kann in Abhängigkeit
von der gewünschten
Qualität
und Quantität
der Übertragungsverbindungen
auch mehr Übertragungseinheiten
aufweisen. Jede Übertragungseinheit 200 weist
ein allgemeines Teil 202 und ein Spezialteil 204 auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform
ist jede Übertragungseinheit
auf einer Leiterplatte mit den vom allgemeinen Teil 202 und
vom Spezialteil 204 benötigten
Schnittstellen und Funktionsblöcken
realisiert. Die Übertragungseinheiten
sind mit dem internen verdoppelten Querverbindungsbus der Basissendeempfangsstation
elektrisch verbunden. Die Übertragungseinheiten
können
auch mit dem Datenbus verbunden sein, der durch die Sende/Empfangs-
oder TRX- Einheiten
der Basissendeempfangsstation verwendet wird. In einer typischen
Ausführungsform,
in der die TRX-Einheiten der Basissendempfangsstation mit dem Datenbus
verbunden sind, muss wenigstens eine Übertragungseinheit mit dem
Datenbus verbunden sein, um Datenübertragungen zwischen den TRX-Einheiten
und Übertragungsverbindungen
außerhalb
der Basissendeempfangsstation über
die Übertragungseinheiten
zu ermöglichen.
In anderen Ausführungsformen
der Erfindung können
die TRX-Einheiten auch mit dem Querverbindungsbus verbunden sein.
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Neben
dem Querverbindungsbus und dem Datenbus, die in 2 dargestellt
sind, kann die Basissendeempfangsstation auch andere Busse zum Steuern
und Synchronisieren des Betriebs der Übertragungseinheiten umfassen.
In solch einer Ausführungsform
werden die Übertragungseinheiten
auch mit diesen Bussen verbunden.
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Das
Spezialteil 204 in jeder Übertragungseinheit 200 weist
wenigstens eine bidirektionale externe Übertragungsverbindung 206 auf,
welche z.B. eine PCM-, SDH-, ATM-, ISDN-, HDSL- oder irgendeine
andere Verbindung sein kann. Das Spezialteil, welches von der RRI-Art
(Richtfunkschnittstelle nach engl. Radio Relay Interface) ist, ist
vorteilhafterweise direkt mit der äußeren Einheit des Mikrowellenfunks
in der Basissendeempfangsstation verbunden. In einem Querverbinder
können
die externen Übertragungsverbindungen
in den Spezialteilen der Übertragungseinheiten
alle identisch sein, oder sie können
verschieden sein. Außerdem
kann eine Übertragungseinheit
Schnittstellen für
zwei oder mehr Arten von Übertragungsverbindungen
haben. Der Datenverkehr zwischen dem Spezialteil 204 und
dem allgemeinen Teil 202 ist vorzugsweise in allen Übertragungseinheiten
unabhängig
von der Art der externen Übertragungsverbindung
im Wesentlichen ähnlich. Eine
vorteilhafte Lösung
ist die Bereitstellung von Verbindungen mit einer Standardkapazität N (sagen wir,
2.048 Mbit/s) zwischen dem Spezialteil und dem allgemeinen Teil,
wobei N derart gewählt
wird, dass die Übertragungskapazität zwischen
dem Spezialteil und dem allgemeinen Teil wenigstens den kombinierten
Kapazitäten
der mit dem Spezialteil verbundenen Übertragungsverbindungen entspricht.
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3 stellt
ein Spezialteil 300 einer Übertragungseinheit in einem
Querverbinder gemäß der Erfindung
detaillierter dar, wobei das Spezialteil für das Senden und Empfangen
eines PCM-Signals bestimmt ist. Es weist eine N-Kanal-Leitungsschnittstellenschaltung 301 auf,
welche bei Empfang an den empfangenen Signalpegel angepasst wird
und Zeitgabeinformation den Daten entnimmt und aufbereitet. In Abhängigkeit
von der Anwendung kann der Leitungswiderstand 75 Ohm, 120 Ohm (E1)
oder 100 Ohm (T1) betragen. Beim Senden passt die Leitungsschnittstellenschaltung 301 die
Daten an das Übertragungsmedium
an, das ein Koaxialkabel oder ein verdrilltes Leiterpaar ist. Die Übertragungsleitung wird
durch eine N-Kanal-Rahmenbildungsschaltung 303 logisch
abgeschlossen. Bei Empfang decodiert sie die Leitungscodierung (z.B.
Dreiercode, HDB3; bipolare Schrittinversion, AMI; oder Binär-8-Null-Ersetzung,
B8ZS) und wird mithilfe von Rahmenausrichtungswörtern im Datenstrom mit der
Rahmenphase verkoppelt. Außerdem
umfasst die Rahmenschaltung 303 andere Funktion, z.B. zum
Verarbeiten von vermittelungstechnischen Daten; Decodieren der Kanalsignalisierung,
Abwickeln von T1-HDLC-Nachrichten,
Verarbeiten von verschiedenen Alarminformationen usw. Schließlich liefert
das Spezialteil den Datenstrom in einer Form an das allgemeine Teil,
in welcher das Taktsignal von den Daten getrennt ist und der Beginn
eines Rahmens unter Verwendung eines eigenen Signals angezeigt wird.
In der abgehenden Richtung werden die zuvor erwähnten Schritte in der umgekehrten
Reihenfolge ausgeführt.
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Ungeachtet
dessen, ob die Übertragungsschnittstellenkapazität 2.048
Mbit/s (E1) oder 1.554 Mbit/s (T1) beträgt, stellt die Rahmenbildungsschaltung 303 stets
eine Schnittstelle von N × 2.048
Mbit/s für
das allgemeine Teil bereit. Dies wird durch internes Datenpuffern
innerhalb der Rahmenbildungsschaltung 303 und durch Anordnen
der Daten in der E1-Rahmenstruktur in Verbindungen zwischen der Rahmenbildungsschaltung 303 und
dem allgemeinen Teil 202 erreicht, so dass, wenn die T1-Rahmenstruktur
mit niedrigerer Kapazität
in der Übertragung
verwendet wird, die „Extra"-Zeitschlitze in
der E1-Rahmenstruktur mit Pseudodaten gefüllt werden. Dasselbe Prinzip
gilt auch für
andere Anwendungen des Spezialteils; die Schnittstelle mit dem allgemeinen
Teil ist stets N × 2.048
Mbit/s.
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4 stellt
die elektrische Grundstruktur eines allgemeinen Teils 202 einer Übertragungseinheit in
vereinfachter Form dar. Das allgemeine Teil umfasst eine Querverbindungsschaltung 231,
welche für gewöhnlich eine
anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC für engl.
application specific integrated circuit) ist und welche im Folgenden
Koppelschaltung genannt wird. Außerdem umfasst das allgemeine
Teil einen Oszillator 232, einen Mikroprozessor 233 und
eine Querverbindungsbusschnittstelle 234. Sende- und Empfangsblöcke 235a und 235b für Kommunikationen
mit dem Spezialteil befinden sich in der Koppelschaltung 231,
welche unter anderem ferner einen Querverbindungsprozessor 236,
einen Datenspeicher (DM für
engl. data memory) 237 und einen Steuerspeicher (CM für engl.
control memory) 238 umfasst. Der Datenspeicher 237 dient
als ein Datenzwischenspeicher, wo die abgehenden Daten, d.h. Daten,
welche vom Querverbindungsbus über die
Koppelschaltung zu den Sendeblöcken
fließen, zur
Neuanordnung vorübergehend
gespeichert werden. Der Mikroprozessor 233 steuert den
Betrieb des ganzen allgemeinen Teils.
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Durch
die Querverbindungsbusschnittstelle 234 ist das allgemeine
Teil mit dem Querverbindungsbus des Querverbinders verbunden, dessen Datenstruktur
mit einem bestimmten Busprotokoll übereinstimmt. Die Daten auf
dem Querverbindungsbus sind in Rahmen angeordnet, welche eine bestimmte
regelmäßige Form
aufweisen. Jeder Rahmen auf dem Querverbindungsbus wird seinerseits im
Datenspeicher DM der Querverbindungsschaltung 231 gespeichert.
Ein Querverbindungsprozessor XC liest Daten aus dem Datenspeicher
DM, z.B. jeweils ein Byte, aus und schreibt diese Daten in die Sendeblöcke 235a,
welche zum Spezialteil der Übertragungseinheit
führen.
Ein Begriff, der Granularität genannt
wird, definiert die kleinste Menge von Daten, die in einer Schreiboperation
unabhängig
bearbeitet werden können.
Wenn die Granularität
ein Bit beträgt,
bedeutet dies, dass jedes Bit, das aus dem Datenspeicher DM ausgelesen
und in die Sendeblöcke 235a geschrieben
wird, unabhängig
von anderen Bits gesteuert werden kann. Anweisungswörter, welche aus
dem Steuerspeicher CM ausgelesen werden, bestimmen die Reihenfolge,
in welcher die Daten, die aus dem Datenspeicher DM ausgelesen werden,
in die Sendeblöcke 235a geschrieben
werden.
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Ein
GSM-Anruf gemäß dem Stand
der Technik erfordert eine Kapazität von 16 kbit/s im Übertragungssystem,
was zwei Bits in einem PCM-Übertragungssystemrahmen
entspricht (gemäß den Standards
G.703 und G.704 werden PCM-Rahmen im Übertragungssystem 8.000-mal
in der Sekunde wiederholt, so dass ein Bit je Rahmen einer Kapazität von 8
kbit/s entspricht). In der Querverbindung gemäß der Erfindung ist es jedoch
vorteilhaft, sich auf die so genannten GSM-Halbratenverbindungen vorzubereiten,
welche jeweils eine Übertragungskapazität von genau
8 kbit/s darstellen. Da Querverbindungen diese Verbindungen unabhängig voneinander handhaben
können
müssen
und da es außerdem vorteilhaft
ist, sich auf die Einzelkanalsignalisierung (CAS für engl.
channel associated signalling) gemäß den Standards G.703 und G.704
in Querverbindern vorzubereiten, hat die Granularität ein Bit
zu betragen.
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Zur
Bereitstellung eines Hintergrunds für die Erfindung werden als
Nächstes
verschiedene Schaltarten in einem Querverbinder kurz beschrieben.
Die B-Art ist die einfachste Schaltart: für jedes abgehende Bit ist es
möglich,
die Position anzuzeigen, von welcher das Bit zu verbinden ist. Wenn
die Granularität
ein Bit beträgt
und die Übertragungsverbindung G.703/G.704
erfüllt,
beträgt
der Querverbindungspegel 8 kbit/s. Wenn die zuvor erwähnte Einzelkanalsignalisierung
(CAS) verwendet wird, kann die Koppelschaltung sie durch Spezifizieren
einer 64-kbit/s-Verbindung
in dem Zeitschlitz, der dem CAS-Kanal entspricht, ebenfalls quer
verbinden. Obwohl die Koppelschaltung gemäß der Erfindung wahrscheinlich
in erster Linie in GSM-Systemen verwendet wird, in welchen keine
CAS verwendet wird, ist es vorteilhaft, die CAS-Querverbindung in der Koppelschaltung
zu unterstützen,
um sich auf eine Situation vorzubereiten, in welcher das GSM-Basisstationssystem
Teil eines Festnetzes ist und die Festnetzkanäle mit CAS-Signalisierung dadurch
verbunden werden müssen.
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Die
Y-Art kann zum Spezifizieren bedingten Schaltens verwendet werden.
Die Granularität
kann in Abhängigkeit
davon, ob auch die CAS umzuschalten ist, 32 kbit/s oder 64 kbit/s
betragen. Bedingtes Schalten bedeutet, dass ein bestimmtes abgehendes Element
(Bit, Byteteile oder Byte) von zwei alternativen Quellen, d.h. zwei
alternativen Stellen in den eingehenden Daten, verbunden werden
kann. Y-Schalten wird z.B. bei einer Schleifennetzbasisstation verwendet,
welche im Prinzip dieselbe Information aus zwei verschiedenen Richtungen über das Übertragungssystem
empfängt.
In diesem Fall wählt
der Querverbinder in der Basisstation eines der empfangenen Daten,
um weiter übertragen
zu werden (oder an die TRX-Einheit in der Basisstation gesendet
zu werden). Die Datenquelle wird geändert, wenn eine bestimmte
Bedingung erfüllt
wird. Die Existenz und die Realisierung bedingten Schaltens als
solche sind bekannt, aber die vorliegende Erfindung betrifft die Art
und Weise, wie der Querverbinder entscheidet, dass die bedingte
Schaltbedingung erfüllt
wird und die Verbindung geändert
werden sollte.
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Die
C-Schaltart kann zum Ausführen
digitalen Summierens von Kanälen
verwendet werden. In Abhängigkeit
von der Anzahl von zu summierenden Quellen und davon, ob CAS-Kanäle zu summieren sind
oder nicht, kann der Schaltpegel 16 kbit/s, 32 kbit/s oder 64 kbit/s
betragen. Das Bestimmen der zu summierenden Quellen und Anweisungen, welche das
Summieren steuern, werden in der Patentanmeldung „Instruction
architecture of crossconnecting processor", die vom gleichen Anmelder gleichzeitig mit
dieser Anmeldung eingereicht und später als EP-A1-1010299 veröffentlicht
wurde, ausführlicher beschrieben.
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5 stellt
ein vereinfachtes Diagramm einer Koppelschaltung in einem Querverbinder
gemäß der Erfindung
dar. Der Einfachheit halber sind nur einige der Blöcke in der
Koppelschaltung dargestellt. Empfangsblöcke 501 bis 508 empfangen
Daten vom Spezialteil (nicht dargestellt) einer Übertragungseinheit und senden
die Daten durch eine Art Pufferspeicheranordnung 509 an
eine Querverbindungsbusschnittstelle 510. Letztere schreibt
die empfangenen Daten in den Querverbindungsbus, und zwar in eine Stelle
in der Rahmenstruktur des Querverbindungsbusses, die der betreffenden Übertragungseinheit zugeteilt
ist. Alle Daten, welche aus dem Querverbindungsbus ausgelesen werden,
werden in Rahmen im Datenspeicher 511 gespeichert, aus
dem sie durch den Querverbindungsprozessor 512, die Mikroprozessorschnittestelle 513 der
Koppelschaltung und den Zustandsüberwachungsblock 514 ausgelesen werden
können.
Das Auslesen erfolgt durch Leseanschlüsse, von welchen es im Datenspeicher 511 zwei gibt.
Ein Leseanschluss 515 wird nur durch den Querverbindungsprozessor 512 verwendet,
da er in diesem beispielhaften Fall jede Taktimpulsflanke des Taktfrequenzsignals
von 16,384 MHz der Koppelschaltung Daten aus dem Datenspeicher auslesen muss.
Die Verwendung des anderen Leseanschlusses 516 teilen sich
die Mikroprozessorschnittstelle 513 und der Zustandsüberwachungsblock 514 zeitlich
auf eine derartige Weise, dass der Zustandsüberwachungsblock das Vorrecht
auf den Leseanschluss 516 hat.
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Zwischen
der Mikroprozessorschnittstelle 513 und dem Zustandsüberwachungsblock 514 besteht
eine Lese- und Schreibverbindung, durch welche ein Mikroprozessor,
der mit der Mikroprozessorschnittstelle 513 verbunden ist
und den Betrieb der betreffenden Übertragungseinheit steuert,
die Inhalte von Speicherstellen im Zustandsüberwachungsblock 514 lesen
und diese Stellen beschreiben kann. Außerdem besteht eine Leseverbindung
zwischen dem Zustandsüberwachungsblock 514 und
dem Querverbindungsprozessor 512, durch welche der Querverbindungsprozessor 512 die
Inhalte von Speicherstellen im Zustandsüberwachungsblock 514 lesen
kann. Der Zustandsüberwachungsblock
kann eine bestimmte Anzahl von Bedingungen in ihm speichern, so
dass Daten auf dem Querverbindungsbus in Bezug auf diese Bedingungen überwacht
werden können.
Damit der Zustandsüberwachungsblock
nicht unverhältnismäßig groß wird,
sollte die Anzahl von Bedingungen begrenzt werden. Eine geeignete
obere Grenze sind 128 Bedingungen.
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Eine
Bedingung umfasst eine Bitadresse, eine Definitionsregister und
ein Zustandsstatusregister. Außerdem
muss es einen bestimmten Zähler
für jede
Bedingung geben. Die Bitadresse identifiziert das Bit in der Querverbindungsbusrahmenstruktur, das
zu überwachen
ist. Die Länge
der Bitadresse wird daher durch die Anzahl von Bits in der Querverbindungsbusrahmenstruktur
bestimmt; in der Entwicklungsarbeit, die zu der Erfindung führte, wurde ein
Querverbindungsbusrahmen verwendet, der 13.824 Bits (54 Blöcke mit
jeweils 32 Zeitschlitzen und 8 Bits in jedem Zeitschlitz) umfasste,
in welchem Fall die Bitadressenlänge
14 Bits (214 = 16.384) zu sein hat. Das
Definitionsregister verwendet bestimmte Codewerte, um besondere
Merkmale in Bezug auf die Verarbeitung jeder Bedingung zu spezifizieren. Ein
Definitionsregisterwert kann z.B. spezifizieren, ob die betreffende
Bedingung durch die Koppelschaltung oder einen Mikroprozessor, der
mit der Mikroprozessorschnittstelle verbunden ist, aktualisiert wird,
wobei „Aktualisieren" bedeutet, dass die
Koppelschaltung oder der Mikroprozessor das Bit überwacht, das durch die Bedingung
angezeigt wird, und nötigenfalls
auf eine Änderung
anspricht, die im Status des Bits erfasst wird. Ein bestimmter Codewert
im Definitionsregister kann auch anzeigen, ob es sich bei dem überwachten
Bit um normale Daten, ein Sa-Bit (ein bestimmtes Bit nationalen
Gebrauchs im Nullzeitschlitz im G.703/G.704-E1-Rahmen) oder ein CAS-Signalisierungsbit
(ein bestimmtes Einzelkanalsignalisierungsbit im G.703/G.704-E1-Rahmen)
handelt und welcher Filterungsgrad auf das betreffende Bit gerichtet
wird. Die Größe des Definitionsregisters kann
zum Beispiel vier Bits je Bedingung betragen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
beträgt
die Größe des Zustandsstatusregisters
jeder Bedingung genau ein Bit, und sein Wert zeigt den „festgelegten
Status" des Bits
an, der in der durch die Bitadresse spezifizierten Position erfasst
wurde. In diesem Zusammenhang bedeutet „festgelegt", dass der Wert des
Zustandsstatusregisters nicht geändert wird,
bis ein anderer Wert als der im Zustandsstatusregister N-mal hintereinander
erfasst wurde. Die Zahl N zeigt den Filterungsgrad an. Ein bedingungsspezifischer
Zähler
wird benötigt,
um zu zählen,
wie viele abweichende Bitwerte hintereinander erfasst wurden, bevor
der Wert im Zustandsstatusregister geändert wird.
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Mittels
des Zustandsüberwachungsblocks 514 kann
die Koppelschaltung den Status von Datenbits, die durch irgendeine
Querverbindungsschnittstelle in der Basisstation ankommen, unabhängig überwachen.
Die Überwachung
erfolgt nur nach dem Querverbindungsbus, wodurch die Überwachung von
Daten, welche durch andere Übertragungseinheiten
im Querverbinder ankommen, ebenfalls ermöglich wird.
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Mittels
der Bitadresse kann jede Bedingung auf jeden Zeitschlitz und jedes
Bit in jedem Querverbindungsbusrahmenblock gerichtet werden. Außerdem ist
es möglich,
die Überwachung
für die
Sa-Bits und die CAS-Bits in ungeradzahligen Rahmen einzustellen.
Jedes Bit kann entweder unter Verwendung einer drei- oder einer
sechsstufigen Filterung überwacht
werden, d.h. die Statusinformation wird nicht geändert, bis der geänderte Bitstatus
drei- oder sechsmal hintereinander erfasst wurde.
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Es
gibt zwei Hauptverwendungszwecke für die Bitüberwachung in einer Übertragungseinheit. Erstens
werden Pilotbitstatusdaten als Y-Schaltbedingungen verwendet. Bei
der Verdoppelung eines Basisstationsschleifennetzes wird der Querverbinder,
welcher das Y-Schalten ausführt,
so eingestellt, dass er Pilotbits in beiden Übertragungsrichtungen überwacht.
Normalerweise, wenn die Übertragungsverbindungen
störungsfrei
funktionieren, kommt der Wert des Pilotbits unter Beobachtung im überwachenden
Querverbinder aus beiden Übertragungsrichtungen
identisch an, so dass der Querverbinder zum Schalten die Daten,
die aus einer der beiden Richtungen kommen, auswählt. Die Auswahl ist konservativ,
d.h. der Querverbinder zieht es vor, die Übertragungsrichtung auszuwählen, die
bereits in Gebrauch war. Wenn sich der Status eines Pilotbits, das
aus der gewählten Übertragungsrichtung
kommt, ändert,
aber der Wert desselben Bits, das aus der alternativen Übertragungsrichtung
kommt, unverändert bleibt,
beginnt der Querverbinder, Daten zu verbinden, die aus der „Reserve"-Übertragungsrichtung kommen.
Da die Überwachung
des Status des Pilotbits ein wesentlicher Bestandteil des Betriebs
der Koppelschaltung ist, kann die Umschaltung sehr schnell ausgeführt werden,
wenn sich die Pilotbitstatusinformation ändert. Es ist zu erwähnen, dass
eine Änderung
des Wertes eines Pilotbits aufgrund von Filterung nicht dasselbe
ist wie eine Änderung
der entsprechenden Statusinformation; eine drei- oder sechsstufige
Filterung wird verwendet, damit einzelne Bitfehler auf dem Übertragungsweg
die Verbindung nicht ins Schwanken bringen.
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Zweitens
kann Bitüberwachung,
welche auf der Hardwareebene der Koppelschaltung durchgeführt wird,
in der Schnellsynchronisierungsquellenumschaltung basierend auf
der Überwachung
von Synchronisierungsbits in einem Schleifen- oder Kettennetz verwendet
werden. Ein so genanntes Haupttaktbit (MCB für engl. master clock bit) und
ein so genanntes Schleifentaktbit (LCB für engl. loop clock bit) bestimmen
die Schleifeneingangsschnittstelle, mit der die Synchronisierung
durchgeführt
wird, und ob als der Haupttakt des Systems zu fungieren oder nicht.
In der Praxis wird die Koppelschaltung so eingestellt, dass sie
Synchronisierungsbits überwacht und
eine Unterbrechung an den Mikroprozessor sendet, wenn die Statusinformation
des Synchronisierungsbits geändert
wird. Danach liest der Mikroprozessor die Statusinformation aus
der Koppelschaltung aus und führt
möglicherweise
eine Synchronisierungsquellenumschaltung durch. Eine sechsstufige
Filterung kann in diesem Falle ebenso verwendet werden. Die Bitüberwachungsfunktion
in der Koppelschaltung kann auch in Situationen verwendet werden,
in welchen es wünschenswert
ist, feste Statusinformationen in den Datenbits zu überwachen.
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Die Überwachung
von Pilotbits und MCB/LCB-Bits in Querverbindern erfolgte herkömmlicherweise
auf Softwareebene unter Verwendung des Aufrufprinzips und der Softwarefilterung.
Dies hat in Fällen,
welche viele Y-Verbindungen
aufweisen, die mit verschiedenen Bedingungen verbunden sind, die
Mikroprozessorlast beträchtlich
erhöht. Demnach
verringert eine Bitüberwachung,
welche durch die Koppelschaltung erfolgt, die Last des Mikroprozessors
erheblich. Ein zweiter Vorteil liegt darin, dass bei Y-Verbindungen
die Quellenumschaltung mit einer sehr kurzen Verzögerung,
sogar in weniger als 400 μs,
erfolgt. Gleichermaßen
wird die MCB/LCB-Statusinformation
durch den Prozessor aufgrund der dafür erzeugten Unterbrechungsanforderung
schnell erfasst.
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Wenn
die maximale Menge von Bedingungen 128 beträgt und die Länge der
Bitadresse 14 Bits beträgt,
beträgt
die Größe des Bedingungsquellen-RAMs,
d.h. des RAMs, der die Bitadressen enthält, 128 × 4 = 1.792 Bits. Die Bitdefinitionen
werden vorteilhafterweise im RAM durchgeführt, da eine Speicherung dieser
Größe durch
Register bis zu 50.000 Logikgatter in Anspruch nehmen würde.
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Bedingungen
werden phasengleich mit dem Querverbindungsbusrahmen zyklisch gelesen,
so dass alle 128 Überwachungsereignisse
gleichmäßig über die
Querverbindungsbusrahmenzeit (sagen wir, 125 μs) verteilt werden. Ein Überwachungszyklus verwendet
vorteilhafterweise die Block- und Zeitschlitzzähler des Querverbindungsbusses.
Für jede Bedingung
werden zuerst eine Bitadresse und die Inhalte des Definitionsregisters
gelesen. Wenn die Bedingung eine Aktualisierung durch den Mikroprozessor,
definiert im Definitionsregister, ist, unternimmt der Zustandsüberwachungsblock
nichts mehr. Eine Aktualisierung durch den Mikroprozessor wird für Y-Verbindungen verwendet,
welche eine Bedingung erfüllen,
die für
die Koppelschaltung transparent ist. Wenn es sich bei dem überwachten
Bit um normale Daten oder ein Sa-Bit handelt, werden die Inhalte
des Bedingungsquellen-RAMs jedes Mal, und im Falle von CAS, jedes
16. Mal gelesen. Eine für
die Koppelschaltung sichtbare CAS werden stets auf eine Dauer von
16 Rahmen festgelegt. Danach wird der Daten-RAM an einer Speicherstelle
gelesen, die durch den Bedingungsquellen-RAM angezeigt wird. Wenn die
Definition Sa-Bit war, wird Bit 2 interpretiert, um herauszufinden,
ob der Rahmen ein geradzahliger ist, in welchem Fall er abgelehnt
wird.
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Wenn
das überwachte
Bit aus dem Daten-RAM ausgelesen wurde, wird sein Status mit dem
Wert im Zustandsstatusregister verglichen. Wenn die Werte übereinstimmen,
werden keine weiteren Maßnahmen
getroffen. Wenn sich die Werte unterscheiden, wird der Wert des
so genannten Bedingungsfilterungs-RAMs für die betreffende Bedingung
gelesen. Dieser Wert wird um eins erhöht, sofern er bereits den Höchstwert
aufweist, in welchem Fall er eins wird. Der Höchstwert hängt davon ab, ob eine drei- oder sechsstufige
Filterung verwendet wird. Wenn der Wert des Filterungs-RAMs 2 (oder
im Falle einer sechsstufigen Filterung 5) beträgt, wird er weiter um eins
erhöht,
aber auch der Wert des Zustandsstatusregisters wird geändert. Demnach
wird der Wert des Zustandsstatusregisters, der mit der Bedingung
verbunden ist, nicht sofort geändert,
sondern nur nachdem der Status des überwachten Bits drei oder sechs
aufeinander folgende Zyklen geändert
wurde. Um eine sechsstufige Filterung durchzuführen, wird also ein RAM mit
3 × 128
Bit als der Bedingungsfilterungsspeicher benötigt.
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Zuvor
wurde dargelegt, wie der Zustandsstatusregisterwert von Leseoperationen
abhängt,
die durch den Zustandsüberwachungsblock
ausgeführt werden.
Die bedingte Querverbindung selbst findet statt, wenn der Querverbindungsprozessor
aus dem Steuerspeicher eine Anweisung ausliest, die von der so genannten
Y-Art ist, d.h., dass sie für
ein bestimmtes abgehendes Byte oder einen bestimmten abgehenden
Byteteil wenigstens zwei alternative Quellen (d.h. Byte- oder Byteteilstellen
in der Rahmenstruktur, welche aus dem Querverbindungsbus ausgelesen
werden) und wenigstens eine Bedingung, die mit einem Zustandsstatusregister
verbunden ist und deren Wert bestimmt, welche Quelle mit dem abgehenden
Byte oder Byteteil verbunden wird, definiert. Die Struktur der Y-Anweisung wird in
der Patentanmeldung „Instruction
architecture of cross-connecting processor", die durch denselben Anmelder gleichzeitig
mit dieser Anmeldung eingereicht und später als EP-A1-1010299 veröffentlicht
wurde, ausführlicher beschrieben.
Ihre wesentlichen Teile umfassen den Artenidentifizierer, der anzeigt,
dass dies eine Anweisung der Y-Art ist, Stellenidentifizierer, welche
die Position der alternativen Datenquellen in dem im Datenspeicher
gespeicherten Rahmen anzeigen, und Bedingungsidentifizierer, welche
die Bedingung(en) anzeigen, die die fragliche Y-Verbindung betreffen.
Die Anweisung kann auch feste Daten oder ein Bitmuster enthalten,
das anstelle des Bitmusters, das bei einem bestimmten Wert der Bedingung(en)
aus dem Datenspeicher ausgelesen wird, in das abgehende Byte oder
den abgehenden Byteteil geschrieben wird. Die Anweisung kann auch
spezifizieren, dass ein bestimmter Wert der Bedingung(en) eine logische
Verknüpfung
zwischen dem Bitmuster, das aus dem Datenspeicher ausgelesen wird,
und den festen Daten, die in der Anweisung enthalten sind, bewirkt.
Die Adresse im Steuerspeicher der Anweisung bestimmt die Übertragungsschnittstelle
und den Zeitschlitz, welche durch die fragliche bedingte Querverbindung betroffen
sind.
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Gemäß der erfinderischen
Idee, die in dieser Patentanmeldung offenbart wird, kann der Zustandsüberwachungsblock
statt eines einzelnen Bits auch eine Mehrfachbitkombination, wie
beispielsweise einen Teil eines Bytes, ein Byte oder mehrere Bytes überwachen.
Wenn jedoch gewünscht
wird, alle Bits in einer Bitkombination gleichzeitig zu überwachen, muss
das Zustandsstatusregister größer als
zuvor beschrieben sein, da das Zustandsstatusregister ein Statusbit
für jedes überwachte
Bit aufweisen muss. Dies fügt
der benötigten
Koppelschaltung weitere Komplexität hinzu. Eine alternative Möglichkeit
der Überwachung
mehrerer Bits ist, eine einfache logische Verknüpfung an den überwachten
Bits durchzuführen,
wobei das Ergebnis der Operation ein Bit oder im Falle einer großen Anzahl
von überwachten Bits
eine wesentlich kleinere Anzahl von Bits ist. Das Ergebnis der logischen
Verknüpfung
wird auf dieselbe Weise mit dem Zustandsstatusregisterwert gleicher
Bitgröße verglichen,
wie das eine überwachte Bit
zuvor mit dem Ein-Bit-Wert des Zustandsstatusregisters verglichen
wurde.
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Die
Ausführungsformen
der Erfindung können
innerhalb des Rahmens der im Folgenden dargelegten Patentansprüche natürlich variieren.
Zum Beispiel verlangt die Erfindung nicht, dass die Querverbindungsdaten
im Datenspeicher in Rahmen gespeichert werden. Um eine Bedingungsüberwachung durchzuführen, genügt es, dass
die Daten mit zyklischer Wiederkehr gespeichert werden, d.h., dass
jedes überwachte
Bit oder jede überwachte
Bitkombination im Datenspeicher mit solch einer Regelmäßigkeit
auftritt, dass der Zustandsüberwachungsblock seine
Leseoperation immer, wenn sie auftreten, oder wenigstens von Zeit
zu Zeit auf sie richten kann. Je öfter der Zustandsüberwachungsblock
ein Bit oder eine Bitkombination liest, umso schneller wird natürlich eine Änderung
des Status des Bits oder der Bitkombination erfasst.