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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein digitale drahtlose Kommunikationen
und insbesondere ein Protokoll zur Verwendung zwischen Funk-Sender-Empfängern und
Repeatern sowie zwischen Funk-Sender-Empfängern und Funk-Sender-Empfängern.
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STAND DER TECHNIK
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Drahtlose
Kommunikationen sind bekannt. Systeme wie Handsprechfunkgeräte, CB-Sprechfunkgeräte und Zellulartelefone
nutzen drahtlose Kommunikationen, um Punkt-zu-Punkt-Kommunikationen zwischen Personen
an verschiedenen Standorten zu erleichtern.
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Solche
drahtlosen Kommunikationssysteme nutzen typischerweise bekannte
Halbduplex- oder Sprechen-dann-Hören-Funkmethodologie,
wobei ein Benutzer sprechen kann oder einer eingehenden Kommunikation
zuhören
kann, aber nicht beides zugleich. Solche drahtlosen Halbduplex-Kommunikationssysteme
verwenden entweder eine Drucktastensteuerung o. Ä. oder als Alternative einen
sprachgesteuerten Schalter (VOX), um den Modus des Funk-Sender-Empfängers von
Empfang auf Sendung umzuschalten.
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Obwohl
solche gegenwärtigen
drahtlosen Kommunikationssysteme im Allgemeinen für ihre beabsichtigten
Zwecke geeignet sind, haben sie den inhärenten Mangel, dass sie ausdrückliche
Auslösung
des Sendemodus über
einen solchen handbedienten oder automatischen Schalter erfordern
und außerdem
unter dem inhärenten
Mangel leiden, keine eingehende Kommunikation zuzulassen, wenn der
Sender-Empfänger im Sendemodus
ist.
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Dass
ein Bediener den Sendemodus manuell auslösen muss, typischerweise über einen
Drucktastenschalter, erfordert natürlich, dass der Bediener mit
der Hand (oder möglicherweise
dem Fuß)
das Mikrofon tastet. Eine solche explizite Bedienung des Sender-Empfängers lenkt
nicht nur ab, sondern kann auch in Fällen, wo die Hände (und
möglicherweise
die Füße) des
Bedieners anderweitig beschäftigt
sind, extrem unerwünscht sein.
Beispielsweise könnte
es Panzerfahrern, Flugzeugpiloten, Helikopterpiloten usw. besonders
bei schwierigen Manövern
unmöglich
sein, solche Handhabungen auszuführen,
oder sie könnten
bei diesen Handhabungen das Risiko eingehen, eine andere Aufgabe
zu vernachlässigen,
die ihre sofortige Aufmerksamkeit erfordert.
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Sprachgesteuerte
Schalter sind entwickelt worden, um zu versuchen, die mit handbedienten
Halbduplex-Sender-Empfängern
assoziierten Probleme abzuschwächen.
Solche sprachgesteuerten Schalter führen jedoch zu einem ganz neuen
Problemkreis. Zu diesen Problemen gehört das Bedienen eines sprachgesteuerten
Schalters in einer sehr geräuschvollen
Umgebung und die Notwendigkeit, die Empfindlichkeit des sprachgesteuerten
Schalters in einer solchen sehr geräuschvollen Umgebung richtig
einzustellen. Wie Fachleuten deutlich sein wird, führen hohe
Umgebungslärmpegel
zur unerwünschten
und unbeabsichtigten Tastung oder Auslösung des sprachgesteuerten
Schalters, sodass keine tatsächliche
Sprachsendung ausgestrahlt wird und der Sender-Empfänger daran
gehindert wird, eingehende Sendungen anzunehmen.
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Außerdem muss
der Benutzer eines solchen sprachgesteuerten Schalters bei hohem
Umgebungslärm lauter
als normal sprechen, um sogar einen richtig eingestellten sprachgesteuerten
Schalter auszulösen.
Solches laute Sprechen kann ermüden
und kann sogar Heiserkeit oder andere sprechbezogene Probleme erzeugen.
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Gleich
welcher Typ von Halbduplex-Sender-Empfänger (manuell oder VOX-ausgelöst) verwendet wird,
dessen unbeabsichtigte Tastung ist ein weiteres mit solchen Halbduplexsystemen
assoziiertes Problem. Manuell bediente Schalter haben eine unerwünschte Tendenz,
in der ausgelösten
Position festzuklemmen, was zum konstanten Senden führt und
zur Unfähigkeit,
Rundfunksendungen anderer Sender-Empfänger zu empfangen. So kann
der Bediener, dessen Taste festklemmt, nicht einmal von anderen
Personen, die die unbeabsichtigte Sendung hören, davon benachrichtigt werden,
dass seine Taste in der betätigten
Position festklemmt, da die Person, deren Taste festklemmt, wegen
des Halbduplexbetriebs des Sender-Empfängers nicht in der Lage ist,
Rundfunksendungen zu empfangen. Außerdem können sprachbetätigte Schalter,
wie oben erörtert
wurde, wegen der hohen Umgebungslärmpegel unbeabsichtigt ausgelöst werden.
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An
sich ist deutlich, dass ein Vollduplex-Sender-Empfänger für Punkt-zu-Punkt-Kommunikationen wünschenswert
wäre.
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Verdrahtete
Intercoms sind auch bekannt. Solche Intercoms sind oft so konfiguriert,
dass eine Vielzahl von Benutzern gleichzeitig miteinander sprechen
können
und dass jeder Benutzer sprechen kann, während er den Gesprächen einer
Vielzahl von Benutzern zuhören
kann. Deshalb tendieren Gespräche über solche
verdrahteten Intercoms dazu, sehr viel natürlicher zu sein, als Gespräche, die über drahtlose
Halbduplex-Kommunikationssysteme geführt werden.
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Es
wäre außerdem wünschenswert,
eine Art Intercombetrieb der Funk-Sender-Empfänger bereitzustellen, sodass
sie dazu befähigt
sind, eine Vielzahl von getrennten Sendungen gleichzeitig zu empfangen, während der
Benutzer spricht. Auf diese Weise wird jeder Empfänger die
Rundfunksendung aller anderen Sender-Empfänger empfangen und so ein weitaus
natürlicheres
Kommunikationsmittel bereitstellen.
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Es
wäre außerdem wünschenswert,
ein umfassendes Kommunikationssystem bereitzustellen, das drahtlose
Kommunikationen mit verdrahteten Intercomkommunikationen integriert,
damit Personen, die ein verdrahtetes Kommunikationssystem benutzen,
wie beispielsweise das eines Panzers, Flugzeugs, Helikopters usw.,
leicht miteinander kommunizieren können und außerdem, falls erwünscht zur
gleichen Zeit, mit Personen kommunizieren, die nicht ein Teil des
verdrahteten Intercomsystems sind.
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Der
Stand der Technik wird durch
US-A-5
732 076 bereitgestellt, worin ein integriertes Kommunikationssystem
offenbart wird, das Zeitvielfachzugriff (TDMA) oder Zeitduplex (TDD)
Kommunikationsprotokolle unterstützt,
wodurch beide Protokolle innerhalb derselben geografischen Region
unterstützt
werden. Jedes Protokoll definiert Zeitrahmen und/oder Zeitslots
verschiedener Länge,
woraus ein zusammengesetzter Zeitrahmen mit einer vordefnierten
Timing-Struktur abgeleitet ist. Eine erste Basisstationseinheit
kommuniziert in einer ersten Menge von Zeitslots des zusammengesetzten
Zeitrahmens gemäß eines
ersten TDMA- oder TDD-Protokolls, und eine zweite Basisstationseinheit
(die mit der ersten Basisstationseinheit zusammengelegt sein kann)
kommuniziert in einer zweiten Menge von Zeitslots des zusammengesetzten
Zeitrahmens gemäß eines
zweiten TDMA- oder TDD-Protokolls. Koordinierende Elektronik (wie
beispielsweise ein GPS-Empfänger in
einer oder beiden Basisstationseinheiten) wird bereitgestellt, um
Kollisionen von Kommunikationen zu verhindern, die zwischen jeder
Basisstationseinheit und ihrem jeweiligen Benutzer stattfinden.
In einer besonderen Ausführungsart
ist ein erstes Protokoll ein GSM-Protokoll und ein zweites Protokoll
ein TDD-Protokoll, das Streuspektrumtechniken verwendet. Das TDD-Protokoll
ist so strukturiert, dass jeder Zeitslot die doppelte Zeitdauer
eines GSM-Zeitslots hat und jeder Zeitrahmen die vierfache Zeitdauer
eines GSM-Zeitrahmens
hat. Das System kann eine Reihe von „gestapelten" Basisstationen in
einer einzelnen Zelle umfassen, wobei jede auf einer verschiedenen
Frequenz läuft
oder verschiedene Streucodes verwendet. Siehe beispielsweise
US-A-5 732 076 (Ketseoglou
et al.).
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Speziell
die obenerwähnten
mit dem Stand der Technik assoziierten Mängel werden von der Erfindung angegangen
und gemildert. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung ein Verfahren,
wie es in den Patentansprüchen
1, 22 und 33 der angefügten
Patentansprüche
definiert ist.
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So
wird ein Verfahren bereitgestellt zum Implementieren eines Zeitvielfachzugriff-Protokolls
für digitale Kommunikationen
zwischen einer persönlichen
Kommunikationseinheit (PCU), die einen Funk-Sender-Empfänger umfasst, und einer Universaladapter-Schnittstelle
(UAI), die einen Repeater umfasst, oder zwischen einer PCU und einer
anderen PCU oder zwischen einer UAI und einer anderen UAI.
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Das
Verfahren umfasst die Schritte des Unterteilens einer Kommunikation
in eine Vielzahl von Rahmen mit einer vorbestimmten Zeitdauer und
des Unterteilens eines jeden Rahmens in eine Vielzahl von Downlinkslots,
wobei jeder Downlinkslot dem Aufnehmen einer Sendung vom Repeater
an den Empfänger
dient, und eine Vielzahl von Uplinkslots, wobei jeder Uplinkslot
dem Aufnehmen einer Sendung vom Sender-Empfänger an den Repeater oder eine
andere PCU dient. Nachdem die Kommunikation gemäß dem Protokoll der vorliegenden
Erfindung formatiert worden ist, wird sie gesendet.
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Der
Schritt des Empfangen der Kommunikation kann entweder den Empfang
einer Sprachkommunikation oder den Empfang einer Datenkommunikation
umfassen.
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Der
Schritt des Unterteilens der Kommunikation in mindestens einen Rahmen
umfasst vorzugsweise das Unterteilen der Kommunikation in mindestens
einen Rahmen mit einer Länge
von ungefähr
5,12 Millisekunden. Fachleuten wird deutlich sein, dass verschiedene
andere Zeitabschnitte ähnlich
geeignet sind.
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Die
Schritte des Unterteilens eines jeden Rahmens in eine Vielzahl von
Downlinkslots und eine Vielzahl von Uplinkslots umfassen das Unterteilen
eines jeden Rahmens in eine Vielzahl von gepaarten Downlink- und
Uplinkslots mit entsprechenden Indizes.
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Gemäß der bevorzugten
Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung wird ein Medienzugriffs-Kontrollalgorithmus
(MAC-Algorithmus) verwendet, um fairen Zugriff auf verfügbare Uplinkslots
bereitzustellen.
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Ein
Funk-Sender-Empfänger
greift auf einen verfügbaren
Uplinkslot zu, um Information an den Repeater zu senden. Auf ähnliche
Weise benutzt der Repeater einen entsprechenden Downlinkslot, um
Information an diesen bestimmten Funk-Sender-Empfänger zu
senden. Auf diese Weise sind die Uplinkslots und die Downlinkslots
miteinander verbunden, vorzugsweise über ein gemeinsames Indexierschema.
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Gemäß der bevorzugten
Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung wird ein Downlinkslot D0 bereitgestellt.
Der Repeater sendet Information an solche Funk-Sender-Empfänger, die
keinen Uplinkslot über Downlinkslot
D0 haben.
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Ein
Rahmenabstand wird vorzugsweise zwischen unmittelbar benachbarten
Rahmen geformt, um zu verhindern, dass benachbarte Rahmen wegen
Taktungenauigkeiten überlappen.
Der Rahmenabstand erleichtert auch in einem frequenzspringenden
Streuspektrumsystem die Synthesizer-Neuprogrammierung.
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Der
Schritt des Unterteilens eines jeden Rahmens in eine Vielzahl von
Downlinkslots und eine Vielzahl von Uplinkslots umfasst vorzugsweise
das Unterteilen eines jeden Rahmens in Downlink- und Uplinkslots,
die Folgendes umfassen: ein Bitsynchronisationsfeld; ein Slotsynchronisationsfeld
für Funkerfassung;
ein Kopffeld für
Steuerinformation; ein Datenfeld für digitale Audio- und digitale
Dateninformation; ein CRC-Feld für
Fehlererkennung; und ein Slotabstandfeld zum Angleichen von Taktungenauigkeiten.
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Der
Schritt des Unterteilens eines jeden Downlinkslots und eines jeden
Uplinkslots in ein CRC-Feld umfasst
vorzugsweise innerhalb eines jeden Downlink- und eines jeden Uplinkslots
ein 16-Bit CRC-Feld.
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Der
Schritt des Unterteilens eines jeden Downlinkslots und eines jeden
Uplinkslots in ein Kopffeld umfasst vorzugsweise das Unterteilen
eines jeden Downlinkslots und eines jeden Uplinkslots in ein Folgendes umfassendes
Kopffeld: ein Nachrichtentypfeld; ein Nachrichtenuntertypfeld; ein
ID-Feld; ein reserviertes Feld; ein erstes Modifikatorfeld; und
ein zweites Modifikatorfeld.
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Der
Schritt des Unterteilens eines jeden Downlinkslots und eines jeden
Uplinkslots in ein ID-Feld umfasst vorzugsweise das Unterteilen
eines jeden Downlinkslots und eines jeden Uplinkslots in ein ID-Feld, das die Kommunikationen
von Sender-Empfänger
zu Sender-Empfänger
erleichtert. Wie unten detailliert erörtert ist, können Kommunikationen
von Sender-Empfänger
zu Sender-Empfänger
auftreten, wenn kein Repeater verfügbar ist. Jeder Downlinkslot
und jeder Uplinkslot umfasst vorzugsweise ein 8-Bit Nachrichtentypfeld,
das die Identifikation von 256 verschiedenen Nachrichtentypen erleichtert.
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Diese
und weiter Vorzüge
der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
und den Zeichnungen deutlicher werden. Es versteht sich, dass innerhalb
des Schutzbereichs der Patentansprüche Änderungen in der gezeigten
und beschriebenen spezifischen Struktur gemacht werden können, ohne vom
Erfindungsgedanken abzuweichen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Repräsentation
des persönlichen
Kommunikationssystems der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
ein Blockdiagramm einer exemplarischen Netzkonfiguration gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 ist
ein Blockdiagramm einer persönlichen
Kommunikationseinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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4 ist
ein Flussdiagramm, das die Betriebszustände einer persönlichen
Kommunikationseinheit der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 ist
ein Flussdiagramm, das den Standbymodus einer persönlichen
Kommunikationseinheit der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 ist
ein Flussdiagramm, das den Slavemodus einer persönlichen Kommunikationseinheit
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 ist
ein Flussdiagramm, das den autonomen Modus (Nachbarnetz) für eine persönliche Kommunikationseinheit
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8 ist
ein Flussdiagramm, das den autonomen Modus (autonomes Netz) einer
persönlichen
Kommunikationseinheit der vorliegenden Erfindung zeigt;
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9 zeigt
ein Protokoll-Rahmenformat der vorliegenden Erfindung;
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10 zeigt
ein Protokoll-Slotformat der vorliegenden Erfindung;
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11 zeigt
ein Protokoll-Kopfformat der vorliegenden Erfindung;
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12 zeigt
ein Nachrichtenformat für
eine Downlink-Sprachsendung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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13 zeigt
ein Nachrichtenformat für
eine Uplink-Sprachsendung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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14 zeigt
die Interpretation der ISMA-Bits (ISMA = Inhibit Sense Multiple
Access) gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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15 zeigt
die Protokoll-Slotbelegung für
den Betrieb im autonomen Modus mit einem Nachbarnetz gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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16 ist
ein Graph, der die Kommunikationen zwischen einer UAI und einer
PCU zeigt, wenn die PCU bezüglich
der UAI außer
Reichweite ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSART
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Es
ist beabsichtigt, dass die unten im Zusammenhang mit den angefügten Zeichnungen
dargelegte detaillierte Beschreibung eine Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten
Ausführungsart
der Erfindung ist, und es ist nicht beabsichtigt, dass sie die einzige
Form repräsentiert,
in der die vorliegende Erfindung konstruiert oder genutzt werden
kann. Die Beschreibung legt die Funktionen und die Schrittsequenz
zur Konstruktion und zum Betrieb der Erfindung in Verbindung mit
der veranschaulichten Ausführungsart
dar. Es sollte sich jedoch verstehen, dass dieselben oder äquivalente
Funktionen durch verschiedene Ausführungsarten erzielt werden
können,
die auch dem Schutzbereich der Erfindung unterliegen sollen, wie
er in den angefügten
Patentansprüchen
definiert ist.
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Es
wird jetzt auf 1 Bezug genommen: Ist mindestens
eine Universaladapter-Schnittstelle (UAI) 12a verfügbar, dann
werden alle von jeder persönlichen
Kommunikationseinheit (PCU) 10a, 10b, 10c gesendeten
und empfangenen Nachrichten durch die UAI 12a gerouted,
die als ein drahtloser Netzmaster fungiert. Ist mehr als eine UAI 12a, 12b verfügbar, dann
wird eine der UAIs 12a, 12b als die Master-UAI 12a designiert, und
die andere wird als die Gruppen-UAI designiert. In diesem Modus
sendet jede PCU 10a, 10b, 10c ihr Audiosignal
an die Master-UAI 12a. Die Master-UAI 12a bildet
dann ein zusammengesetztes Audio-Intercomsignal durch das Summieren
aller verschiedenen Uplinksendungen der PCU 10a, 10b, 10c,
die während
eines gegebenen Zeitintervalls oder Rahmens empfangen wurden. Sind
irgendwelche UAIs 12a, 12b an ein verdrahtetes
Intercomnetz 13a, 13b angeschlossen, dann werden
Gespräche
vom verdrahteten Intercom 12a, 13b auch in das
zusammengesetzte Gesamtaudiosignal aufgenommen.
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Die
Master-UAI 12a sendet dieses zusammengesetzte Audiosignal
an alle PCUs 10a, 10b, 10c in Reichweite,
entweder als ein allgemeines Rundfunksignal oder als ein für eine spezifische
PCU 10, 10b, 10c dediziertes Signal oder
beides. Zusätzlich
kann die Master-UAI 12a die drahtlosen Kommunikationssignale
optional über
das verdrahtete Netz senden, wodurch eine Brücke zwischen drahtlosen PCUs 10a, 10b, 10c und verdrahtetem
Intercom 10a, 10b bereitgestellt wird.
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Der
autonome Modus ist ein komplexerer Modus des PCU-Betriebs 10a, 10b, 10c,
worin die PCUs 10a, 10b, 10c bei Abwesenheit
einer UAI 12a, 12b Kommunikationen initiieren.
Eine PCU 10a, 10b, 10c außerhalb
der Reichweite einer UAI 12a, 12b wird hierin
als eine autonome PCU 10a, 10b, 10c bezeichnet.
Man beachte, dass autonome PCUs Kommunikationen mit anderen PCUs 10a, 10b, 10c initiieren
können,
die sich schon in einem repeaterbasierten Nachbarnetz befinden (einem
Netz, in dem mindestens eine UAI 12a, 12b verfügbar ist),
oder mit anderen autonomen PCUs 10a, 10b, 10c.
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Jetzt
auf 2 bezugnehmend wird ein repeaterbasiertes Netz
gezeigt, das eine UAI 12 und vier PCUs 10d–10h umfasst.
PCU 10h ist innerhalb der Reichweite von PCU 10d und
PCU 10e, aber außerhalb der
Reichweite von UAI 12. Um nützlichen, zuverlässigen Informationsaustausch
sicherzustellen: 1) unterbricht PCU 10h vorzugsweise nicht
das bestehende repeaterbasierte Netz und 2) kann PCU 10h vorzugsweise mit
PCU 10d und PCU 10e kommunizieren. Diese Ziele
werden erreicht durch Verwendung von Steuerfeldern, die in den von
jeder PCU 10d–10h gesendeten
Nachrichten enthalten sind. Insbesondere sucht eine autonome PCU
(wie beispielsweise PCU 10h) nach Uplinksendungen einer
PCU 10d–10g,
die anzeigen, dass eine PCU 10d–10g innerhalb des
Hörbereichs
(PCU 10d oder PCU 10e) Teil eines repeaterbasierten
Netzes (eines Netzes mit mindestens einer verfügbaren UAI 12) ist.
Dann wird die autonome PCU 10h die Netzstatusfelder in diesen
Sendungen benutzen, um die Netzverfügbarkeit und das System-Timing
im Nachbarnetz zu bestimmen.
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Die
autonome PCU 10h wird mit dem Senden während der Zeitperioden beginnen,
in denen das Nachbarnetz inaktiv ist, und wird eingebettete Steuerinformation
einbeziehen, die anzeigt, dass diese Nachrichten einer autonomen
PCU 10h entsprechen. Auf diese Weise werden PCUs 10d–10g im
Nachbametz und innerhalb des Hörbereichs
der autonomen PCU 10h diese Steuerinformation decodieren
und die Nachrichten der autonomen PCU 10h in ihr zusammengesetztes
Audiosignal einbeziehen.
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Im
Fall, dass eine autonome PCU 10h die Anwesenheit anderer
PCUs 10d–10g nicht
detektiert, wird die autonome PCU 10h mit Rundfunksendung
beginnen, wenn sie Funkdaten zum Senden hat. Andere autonome PCUs 10d–10h im
Gebiet werden von diesem Signal Netz-Timing empfangen und Kommunikationen aufbauen
unter Verwendung eines Verfahrens, das dem vorhergehend beschriebenen ähnelt.
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PCUs 10d–10h sind
auch dazu fähig,
Punkt-zu-Punkt-Sprachkommunikationen zu initiieren, in denen sich
zwei Benutzer von PCUs 10d–10h privat unterhalten.
FÜR Punkt-zu-Punkt-Betrieb
benutzen zwei PCUs 10d–10h entweder
eine benutzerprogrammierbare Kennungsnummer (ID-Nummer) oder eine
schreibgeschützte
Hersteller-ID-Nummer, um Netzadressierung bereitzustellen. Außerdem kann
in einem repeaterbasierten System (mit mindestens einer UAI 12)
dieses Gespräch
dasselbe drahtlose Medium verwenden wie das Intercom ohne Interferenz.
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Angesichts
der Tatsache, dass die hierin erörterten
Kommunikationssysteme ein digitales drahtloses Medium einsetzen,
werden auch Anwendungen unterstützt,
die digitale Datenkommunikationen erfordern. Beispielsweise enthalten
einige der durch diese Systemarchitektur erleichterten Anwendungen
Folgendes: entfernten Datenbankzugriff (z.B. für Bilder, Landkarten usw.);
entfernte Berichtspeicherung; Erkennung (z.B. Senden von Bildern
und Tönen
an eine Zentraleinrichtung); und Datenübertragung von Benutzer zu
Benutzer.
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Außerdem können in
einem repeaterbasierten Netz digitale Datenkommunikationen gleichzeitig
mit Punkt-zu-Punkt Sprach-Intercomkommunikationen über dasselbe
drahtlose Medium ohne Interferenz erscheinen. Um diesen Simultanbetrieb
zu erzielen, wird Steuerinformation verwendet, die in die PCU-Uplink- und UAI-Downlinksendungen
eingebettet ist, um Intercom- und Datennachrichten zu den passenden
PCUs zu routen.
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Ein
Kommunikationsprotokoll für
die vorliegende Erfindung nutzt vorzugsweise Zeitvielfachzugriff-Architektur
(TDMA-Architektur), worin jeder TDMA-Rahmen fünf (5) Uplink- und vier (4)
Downlinkslots umfasst, wie unten detailliert erörtert wird. Jeder Slot ist
weiter unterteilt in ein Synchronisationsfeld, ein Kopffeld, ein Datenfeld
und ein CRC-16-Feld. Außerdem
wird das ISMA-Verfahren
(ISMA = Inhibit Sense Multiple Access) als der Medienzugriffs-Kontrollalgorithmus
(MAC-Algorithmus)
zum Bestimmen der Slotverfügbarkeit
verwendet.
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Jetzt
auf 3 bezugnehmend wird die Gerätearchitektur für jede PCU 10a–10h gezeigt.
Die Hauptbauteile einer PCU 10a–10h umfassen: einen
Audio-Codec 30, einen Datenport (z.B. eine RS-232-Schnittstelle) 32,
ein Funkgerät 40,
ein FPGA 36 und einen DSP 38. Der Audio-Codec 30 stellt
eine Schnittstelle zu externen Kopfsprechhörern 24 und einem
Mikrofon (nicht gezeigt) und/oder einem internen Lautsprecher (nicht gezeigt)
und einem Mikrofon (nicht gezeigt) bereit. Das Funkgerät 40 funktioniert
als die Schnittstelle zu anderen PCUs und/oder UAIs. Der Datenport 32 wird
benutzt, um die PCU 10a–10h mit einem externen
Datenterminal zu verbinden, beispielsweise einem Personalcomputer 28.
Die Benutzerschnittstelle ermöglicht
externe Steuerung der verschiedenen Funktionen der PCU 10a–10h,
beispielsweise Kanalauswahl und Lautstärkeregelung. Das FPGA 36 funktioniert
als eine Datenschnittstelle zwischen allen diesen Bauteilen und
dem DSP 38. Schließlich
implementiert der DSP 38 die Steuer- und Signalverarbeitungsalgorithmen,
die von der PCU 10a–10h verwendet
werden.
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Die
Datenfluss- und Signalverarbeitungsalgorithmen sind wie folgt beschaffen.
Die PCU 10a–10h verarbeitet
zwei getrennte asynchrone Datenströme: die Audioeingabe/-ausgabe
und die Funkeingabe/-ausgabe. Das
Timing für
den Datenstrom der Funkeingabe/-ausgabe wird durch die TDMA-Rahmenbildung
bestimmt. Empfangene Funkdaten werden in das FPGA 36 abgepuffert
und vom DSP 38 eingelesen, sobald ein vollständiger TDMA-Slot
empfangen worden ist. Der DSP 38 decodiert das Kopffeld
und bestimmt, ob das Datenfeld verarbeitet oder ignoriert werden
soll. Ist Verarbeiten erforderlich, speichert der DSP 38 das
Datenfeld in einen Ringpuffer ab, der dem gegenwärtigen TDMA-Slot entspricht.
Umgekehrt werden zu sendende Funkdaten vom DSP 38 in einen
Puffer im FPGA 36 geschrieben. Der DSP schreibt dann Steuerinformation
in das Funkgerät 40,
wodurch bewirkt wird, dass das Funkgerät 40 diese Daten während des
korrekten TDMA-Slots sendet.
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Die
Abtastrate des Audio-Codecs 30 bestimmt das Timing des
Datenstroms der Audioeingabe/-ausgabe
und im Endeffekt das Timing der PCU 10a–10h. Insbesondere
schreibt der Audio-Codec 30 vom Mikrofon empfangene Audiodaten
in den DSP 38. Der DSP 38 verarbeitet diese Daten
unter Verwendung eines Algorithmus für einen sprachgesteuerten Schalter
(VOX) oder einen Drücken-zum-Sprechen-Schalter
(PTT-Schalter), um zu bestimmen, ob Sprache vorhanden ist. Zu Beginn
eines Audiorahmens bestimmt die PCU 10a–10h, welche Slotpuffer
für empfangene
Funkdaten gültige
Daten enthalten. Alle gültigen Funkdaten
werden mit dem Eingabe-Audiosignal summiert, um eine zusammengesetzte
Audioausgabe zu bilden. Die Audioausgabe wird zum Senden an den
Kopfsprechhörer 24 oder
Lautsprecher in den Codec geschrieben. Gibt schließlich der VOX-Algorithmus
an, dass Sprache vorhanden ist oder der PTT-Schalter ausgelöst worden
ist, dann wird der DSP 38 das Audioeingabesignal als die
Funkdaten verwenden, die während
des nächsten
passenden TDMA-Slots gesendet werden sollen.
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Neben
Datenfluss und Signalverarbeitung implementiert der DSP 38 auch
die Steueralgorithmen, die die Operation der PCU 10a–10h in
den verschiedenen Protokollzuständen
und ihren Übergang
zwischen den verschiedenen Protokollzuständen bewirkt, sowie die Funksteuerverarbeitung
(z.B. Frequenzspringen, Leistungssteuerung zum Senden und Empfangen
von Timing-Ausgabe usw.).
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Es
wird jetzt auf 4 Bezug genommen: Jede PCU 10a–10h kann
vier mögliche
Protokollzustände oder
-modi annehmen: Standbymodus 50, Slavemodus 56,
autonomen Modus (Nachbarnetz) 54, und autonomen Modus (autonomes
Netz) 52.
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Eine
PCU 10a–10h ist
im Slavemodus 56 wenn sie mit einer Master-UAI 12a verbunden
ist ( 1). Eine PCU 10a–10h ist im autonomen
Modus (Nachbametz) 54, wenn sie mit PCUs 10a–10h verbunden
ist, die Mitglieder eines repeaterbasierten Netzes sind. Eine PCU
ist im autonomen Modus (autonomes Netz), wenn sie mit PCUs verbunden
ist, die nicht Mitglieder eines repeaterbasierten Netzes sind. Eine
PCU 10a–10h ist im
Standbymodus 50, wenn sie versucht, die gegenwärtige Netzkonfiguration
zu bestimmen. Mit Bezug auf die 5–8 werden
jetzt die möglichen
Zustands-/Modusübergänge gezeigt
sowie die Steuerungsverarbeitung, die innerhalb eines jeden möglichen
Zustands/Modus stattfinden kann.
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Gemäß der bevorzugten
Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung ist die Länge eines Audiorahmens gleich
der Länge
eines TDMA-Rahmens. Da die Audio- und TDMA-Rahmen typischerweise
gegeneinander versetzt sind, wird Blockdatenverarbeitung verwendet,
worin der Beginn des Audiorahmens den Beginn des zu verarbeitenden
Datenblocks angibt.
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Ein
Beispiel einer Systemarchitektur für vielseitige drahtlose Sprach-
und Datenkommunikationen wird in 1 dargestellt.
Im Allgemeinen umfasst dieses System zwei Hauptbauteile: Repeater
oder drahtlose Schnittstellenadapter (UAIs) 12a, 12b und
persönlichen
Kommunikationseinheiten (PCUs) 10a, 10b, 10c.
In ihrem Standardbetriebsmodus ist eine UAI 12a, 12b eine
Einrichtung, die zentralisierte Steuerung des drahtlosen Netzes
durch das Empfangen, Verarbeiten und Routen eingehender PCU-Sendungen 10a, 10b, 10c bereitstellt.
Eine PCU 10a, 10b, 10c ist eine Einrichtung,
die einem einzelnen Benutzer Zugriff auf das drahtlose Netz bereitstellt.
In ihrem Standardbetriebsmodus fordert die PCU 10a, 10b, 10c Netzzugriff
von der entsprechenden UAI 12a, 12b an und beginnt
das Senden, sobald der Zugriff gewälrt ist. In diesem Modus werden von
der PCU 10a, 10b, 10c gesendete und empfangene
Nachrichten über
die UAI 12a, 12b geroutet. Die PCUs 10a, 10b, 10c können aber
auch in Abwesenheit einer UAI 12a, 12b ein Netz
formen. In diesem Fall nutzen die PCUs verteilte Steuerung, um das
Netz aufzubauen und Netzzugriff zu gewähren. Man beachte dass die
Schaltung zwischen zentralisierten und verteilten Steuerungen automatisch
und nahtlos erfolgt, wenn sich die Netztopologie ändert.
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UAIs 12a, 12b in
einem drahtlosen Intercomnetz können
auch mit einem verdrahteten Intercom verbunden werden. Als solche
funktioniert die UAI 12a, 12b als eine Brücke zwischen
Benutzern des drahtlosen Intercoms und Benutzern des verdrahteten
Intercoms. Die UAI 12a, 12b sendet das zusammengesetzte
verdrahtete und drahtlose Intercomsprachsignal während ihrer Downlinksendungen
an die drahtlosen Benutzer. Umgekehrt kombiniert die UAI 12a, 12b alle
drahtlosen Uplinknachrichten, um ein zusammengesetztes Signal zu
formen, das an alle verdrahteten Intercombenutzer gesendet wird.
Eine detailliertere Erörterung
bezüglich der
Intercomkommunikationen wird im nächsten Abschnitt bereitgestellt.
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Der
Systembetrieb für
den Fall der drahtlosen Sprach-Intercomkommunikationen wird unten
erörtert. In
diesem Fall können
die Systembauteile (UAI 12a, 12b und PCUs 10a, 10b, 10c)
in einem von drei Modi operieren: Repeatermodus, autonomem Modus
und Gruppenmodus.
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Repeatermodus
ist der Standardmodus des Netzbetriebs, in dem die UAI 12a, 12b der
drahtlose Netzmaster ist. In diesem Modus empfangt die UAI 12a, 12b mehrfache
Uplinksendungen von einer Reihe von PCUs 10a, 10b, 10c.
Die UAI 12a, 12b formt dann ein zusammengesetztes
Audio-Intercomsignal durch Summieren aller Uplink-PCU-Sendungen,
die während
eines gegebenen Zeitintervalls oder Rahmens empfangen werden. Ist
die UAI 12a, 12b auch mit einem verdrahteten Intercomnetz
verbunden, dann kann sie auch diese Gespräche in das gesamte zusammengesetzte
Audiosignal übernehmen.
Schließlich
sendet die UAI 12a, 12b dieses zusammengesetzte
Audiosignal an alle PCUs 10a, 10b, 10c in
Reichweite. Außerdem
kann die UAI 12a, 12b die drahtlosen Intercomsignale über das
verdrahtete Netz senden, wodurch eine Brücke zwischen drahtlosen und
verdrahteten Intercombenutzern bereitgestellt wird.
-
Der
autonome Modus ist der komplexere Modus des Netzbetriebs, in dem
PCUs 10a, 10b, 10c in Abwesenheit einer
UAI 12a, 12b Kommunikationen initiieren. Eine
PCU 10a, 10b, 10c, die außerhalb
der Reichweite einer UAI ist, wird eine autonome PCU 10a, 10b, 10c genannt.
Man beachte, dass autonome PCUs 10a, 10b, 10c Kommunikationen
mit anderen PCUs 10a, 10b, 10c, die schon
in einem benachbarten repeaterbasierten Netz sind, oder mit anderen
autonomen PCUs 10a, 10b, 10c initiieren
können.
-
Angesichts
der Tatsache, dass die hierin erörterte
Systemarchitektur ein digitales drahtloses Medium einsetzt, werden
auch Anwendungen unterstützt,
die digitale Datenkommunikationen erfordern. Einige der durch diese
Systemarchitektur erleichterten Anwendungen sind beispielsweise:
- • entfernter
Datenbankzugriff (z.B. für
Bilder, Landkarten usw.);
- • entfernte
Berichtspeicherung;
- • Erkennung
(z.B. Senden von Bildern und Tönen
an eine Zentraleinrichtung); und
- • Datenübertragung
von Benutzer zu Benutzer.
-
Außerdem können in
einem repeaterbasierten Netz digitale Datenkommunikationen gleichzeitig
mit Punkt-zu-Punkt Sprach-Intercomkommunikationen über dasselbe
drahtlose Medium ohne Interferenz auftreten. Um diese gleichzeitigen
Operationen zu erzielen, benutzt die UAI Steuerinformation, die
in den Uplink- und Downlinksendungen eingebettet sind, um Intercom-
und Datennachrichten zu den passenden PCUs zu routen.
-
Die
Systemarchitektur hat vorzugsweise die unten aufgelisteten Eigenschaften: TABELLE 1: SYSTEMEIGENSCHAFTEN
Parameter | Wert | Bemerkung |
Reichweite | typischerweise
1500 ft. (457,2 m) | |
Kanaltyp | Zeitduplex,
Frequenzsimplex | |
Datenrate | 1
Mbit/s | |
Bitübertragungsschicht | Frequenzspringen
Streuspektrum | FCC-Beschwerde
im 2,45 GHz ISM-Band |
Sprunganzahl | 75 | Durch
FCC 15.247 |
Betriebsfrequenzband | 2400–2483,5
MHz | Durch
FCC 15.247 |
Anzahl
der verschiedenen Kanäle | 64 | Jedem
Kanal wird ein verschiedenes Sprungmuster zugewiesen |
Bitübertragungsschicht
Rahmenformat | Zeitvielfachzugriff
(TDMA) | 4
Uplinkslots; 1 Repeater-Downlinkslot;
4 dedizierte Downlinkslots |
Anzahl
der gleichzeitigen Intercomsprecher | 4
PCUs senden und ein verdrahtetes Intercom, falls mit der UAI verbunden; | Unbeschränkte Anzahl
von Hörern |
MAC-Schicht | Inhibit
Sense Multiple Access (ISMA) | |
Netzmodi | Repeaterbasiert,
autonom und Gruppe | |
Echounterdrückung | UAI-gesteuert | Erleichtert
durch die dedizierten Downlinkslots und einen Echounterdrückungsalgorithmus |
Nebenton | Lokal
erzeugt | |
Audioformat | 8-Bit μ-law PCM | |
-
Das
Verfahren zum Implementieren eines Zeitvielfachzugriff-Protokolls
für digitale
Kommunikationen gemäß der vorliegenden
Erfindung wird in 2 und 9–15 veranschaulicht,
die deren gegenwärtig bevorzugte
Ausführungsart
darstellen.
-
Das
hierin beschriebene Protokoll wurde zur Verwendung in einem drahtlosen
Kommunikationssystem entwickelt, das mehrfache persönliche Kommunikationseinheiten
(PCUs) und mehrfache Repeater umfasst. Eine PCU ist eine Einrichtung,
die einem Benutzer Zugriff auf das drahtlose Netz verschafft. Ein
Repeater ist eine Einrichtung, die den drahtlosen Netzverkehr steuert
und mit einem zusätzlichen
verdrahteten Netz verbunden sein kann. Um die vorher erörterten
Systemmerkmale zu erzielen, nutzt das Protokoll eine Zeitvielfachzugriff-Architektur
(TDMA-Architektur), die mehrfachen Benutzern gleichzeitigen Zugriff
auf das Sendemedium verschafft.
-
Es
wird jetzt Bezug auf 9 genommen: Das Protokoll wird
in Rahmen aufgeteilt, die zeitsequentiell gesendet werden. Jeder
Rahmen umfasst eine Anzahl von TDMA-Slots D0-U4. Slots D1 bis D4
und U1 bis U4 sind Downlinkslots (Sendung vom Repeater zur PCU)
bzw. Uplinkslots (Sendung von der PCU zum Repeater). Downlink- und
Uplinkslots mit demselben Index (z.B. D1 und U1) werden meistens
verbunden, um ein Downlink-Uplink-Slotpaar zu bilden. In einem typischen
System werden mehrfache PCUs einen Medienzugriffs-Kontrollalgorithrnus
(MAC-Algorithmus) benutzen, um auf die verfügbaren Uplinkslots zuzugreifen.
Sobald eine PCU Zugriff auf einen Uplinkslot erhält, empfangt sie während des
entsprechenden Downlinkslots Sendungen vom Repeater. Diejenigen
PCUs, die keinen Zugriff auf einen Uplinkslot haben, werden während des
Downlinkslots D0 ausgestrahlte Repeatersendungen erhalten. Schließlich wird
ein Rahmenabstand bereitgestellt, sodass Rahmen wegen Taktungenauigkeiten
nicht überlappen,
und zum Synthesizer-Neuprogrammieren in einem frequenzspringenden
(FH) Streuspektrumsystem (SS).
-
Es
wird jetzt Bezug auf 10 genommen: Jeder Slot im Protokollrahmen
ist in eine Anzahl von Felder segmentiert. Jeder Slot enthält eine
Präambel
und ein Slotsynchronisationsfeld zur Funkermittlung, ein Kopffeld
für Steuerinformation,
ein Datenfeld für
Audio- und Digitalinformation, ein 16-Bit CRC-Feld zur Fehlererkennung
und einen Slotabstand, um Taktungenauigkeiten zu berücksichtigen.
-
Mit
Bezug auf 11 wird das Kopfformat für alle Slots
dargestellt. Das generische Format des Kopfs ermöglicht Protokoll-„Schichtung", und das reservierte
Feld ermöglicht
zukünftiges
Protokollwachstum. Außerdem
ermöglicht
das benutzerprogrammierbare ID-Feld die vorhergehend erörterten
Punkt-zu-Punkt- Kommunikationen.
-
Das
Acht-Bit (
8) Nachrichtentypfeld ermöglicht 256 mögliche Nachrichtentypen.
Die gegenwärtig
definierten werden in Tabelle 1 aufgelistet und in den nachfolgenden
Abschnitten erörtert. TABELLE 1: DEFINIERTE NACHRICHTENTYPEN
NACHRICHTENTYP | BESCHREIBUNG |
80h | Downlink-Sprachnachricht |
01h | Uplink-Sprachnachricht
für PCUs
in einem repeaterbasierten Netz oder in Reichweite von PCUs in einem
repeaterbasierten Netz |
08h | Uplink-Sprachnachricht
für autonome
PCUs außer Reichweite
eines Repeaters |
00h,
02h–07h,
09h–7fh,
81h–FFh | Noch
zu definieren (für
Punkt-zu-Punkt-Kommunikationen,
Datenkommunikationen, Prüfen
usw.) |
-
Dieser
Abschnitt definiert die zum Bereitstellen von Sprach-Intercomkommunikationen
benutzten Nachrichtentypen. Im Standard-Repeatermodus des Netzbetriebs
empfängt
der Repeater mehrfache Uplinksendungen von einer Anzahl von PCUs.
Der Repeater formt dann ein zusammengesetztes Audio-Intercomsignal durch
Summieren aller während
eines gegebenen Protokollrahmens empfangenen Uplink-PCU-Sendungen. Ist
der Repeater auch mit einem verdrahteten Intercomnetz verbunden,
dann kann er auch diese Gespräche
im gesamten zusammengesetzten Audiosignal einschließen. Schließlich sendet
der Repeater dieses zusammengesetzte Signal unter Verwendung der
passenden Downlinkslots an alle PCUs in Reichweite. Außerdem kann
der Repeater die drahtlosen Intercomsignale über das verdrahtete Netz senden,
wodurch eine Brücke
zwischen verdrahteten und drahtlosen Intercombenutzern bereitgestellt
wird.
-
Es
wird jetzt Bezug auf
12 genommen: Sprach-Intercomsendungen,
die von einem Repeater während
eines Downlinkslots gesendet werden, verwenden Nachrichtentyp
80h.
Für Nachrichtentyp
80h werden die
Felder Nachrichtenuntertyp, ID und Reserviert für Standard-Intercomkommunikationen
nicht benutzt und auf 00h gesetzt. Die „Master-" und „autonomen" Bits werden gemäß Tabelle 2 interpretiert.
Für Downlinksendung
wird der Repeater (Master, autonom) = (1,0) senden. TABELLE 2: INTERPRETATION VON MASTER-
UND AUTONOMEN BITS
Bit | Bit | Interpretation |
0 | 0 | Eine
PCU im Slavemodus oder ein Repeater im Gruppenmodus und Slave eines
Master Repeaters. |
0 | 1 | Eine
PCU oder eine Repeater (Gruppenmodus) im autonomen Slavemodus. |
1 | 0 | Eine
Repeater im Mastermodus. |
1 | 1 | Eine
PCU oder ein Repeater (Gruppenmodus) im autonomen Mastermodus. |
-
Die
sechs (6) Kanal-Bits werden benutzt, um bis zu 64 verschiedene drahtlose
Kanäle
zu repräsentieren.
Die ISMA-Bits (ISMA = Inhibit Sense Multiple Access) werden gemäß
14 interpretiert
und werden benutzt, um die MAC-Verarbeitung zu erleichtern. Das „Reserviert"-Bit wird gegenwärtig nicht
benutzt und auf 0 gesetzt. Schließlich wird das „Aktivslot"-Bitfeld benutzt,
um den gegenwärtig
aktiven Slot zu repräsentieren, und
gemäß Tabelle
3 interpretiert. TABELLE 3: INTERPRETATION VON AKTIVSLOT-BITFELD
Aktivslotfeld | Interpretation |
100 | Repeater
sendet in Slot D0 |
100 | Repeater
sendet in Slot D1 |
001 | Repeater
sendet in Slot D2 |
010 | Repeater
sendet in Slot D3 |
011 | Repeater
sendet in Slot D4 |
-
Es
wird jetzt Bezug auf 13 genommen: Von der PCU (oder
dem Repeater im Gruppenmodus) während
eines Uplinkslots gesendete Sprach-Intercomsendungen verwenden Nachrichtentyp
01h, wie in 13 gezeigt ist. Wie für Nachrichtentyp 80h werden
die Felder Nachrichtenuntertyp, ID und Reserviert für Standard-Sprach-Intercomkommunikationen
gegenwärtig
im Nachrichtentyp 01h nicht verwendet, die „Master-" und „autonomen" Bits werden gemäß Tabelle 2 interpretiert,
und die sechs (6) Kanal-Bits werden benutzt, um bis zu 64 verschiedene
drahtlose Kanäle
zu repräsentieren.
-
Mit
Bezug auf
14 wird das ISMA-Bitfeld wie
gezeigt interpretiert, falls (Master-Bit, autonomes Bit) = (0, 0)
ist, ansonsten werden die ISMA-Bits ignoriert. „PTT" ist gleich „1", wenn der Drücken-zum-Sprechen-Schalter
an der PCU gedrückt
ist, ansonsten wird PTT gleich „0" gesetzt. Das „Reserviert"-Bit wird gegenwärtig nicht
benutzt und gleich „0” gesetzt.
Schließlich
wird das „Aktivslot"-Bitfeld benutzt, um den gegenwärtigen Slot
zu repräsentieren,
und es wird gemäß Tabelle
4 interpretiert. TABELLE 4: INTERPRETATION DES AKTIVSLOT-BITFELDS
Aktivslotfeld | Interpretation |
00 | PCU
sendet in Slot U1 |
01 | PCU
sendet in Slot U2 |
10 | PCU
sendet in Slot U3 |
11 | PCU
sendet in Slot U4 |
-
Im
ISMA-Verfahren (Inhibit Sense Multiple Access) sendet der Netzmaster
(Repeater) Information über
Slotverfügbarkeit.
PCUs nutzen diese Information, um auf einen der verfügbaren Uplink-TDMA-Slots willkürlich zuzugreifen.
Insbesondere ist die in diesem Protokoll verwendete ISMA-Technik
wie folgt beschaffen:
- 1 Der Repeater sendet
für jeden
TDMA-Slot in einem Rahmen eine besetzt/frei Flagge;
- 2 PCUs im Netz echoen die ISMA-Information in ihrem Uplink-Kopffeld.
- 3 PCUs versuchen nicht, auf einen besetzten Slot zuzugreifen;
- 4 PCUs werden willkürlich
versuchen, auf freie Slots zuzugreifen;
- 5. Nach dem Zugriff auf einen Slot überwacht eine PCU die besetzt/frei
Flagge für
diesen Slot während
der nächsten
wenigen Rahmen. Zeigt die Flagge nach einer vorbestimmten Anzahl
von Rahmen nicht besetzt an, beendet die PCU das Senden, da ihre
Sendung nicht vom Repeater empfangen wurde, am wahrscheinlichsten
wegen einer Kollision mit einer anderen PCU-Sendung.
-
Der
Repeatermodus ist der Standard-Netzbetriebsmodus, in dem der Repeater
ein drahtloser Netzmaster ist. In diesem Modus bestimmt der Repeater
das Netz-Timing (z.B. Rahmenbeginn und -ende) und erleichtert die
Downlink-Uplink-Slotpaarung.
-
Der
autonome Modus ist der komplexere Modus des Netzbetriebs, in dem
PCUs in Abwesenheit eines Repeaters Kommunikationen initiieren.
Eine PCU, die außerhalb
der Reichweite eines Repeaters ist, wird eine „autonome PCU" genannt. Man beachte,
dass autonome PCUs Kommunikationen mit anderen PCUs, die sich schon
in einem repeaterbasierten Nachbarnetz befinden, oder mit anderen
autonomen PCUs initiieren können.
-
Wieder
mit Bezug auf 2: Es wird ein repeaterbasiertes
Netz gezeigt, das einen Repeater 12 und vier (4) PCUs 10d–10h umfasst.
PCU 10h ist in Reichweite von PCU 10d und PCU 10e,
aber außer
Reichweite des Repeaters 12. Um einen nützlichen, zuverlässigen Informationsaustausch
sicherzustellen, wie oben erörtert
wurde, gilt Folgendes: 1) PCU 10h sollte nicht das bestehende
repeaterbasierte Netz unterbrechen und 2) PCU 10h sollte
fähig sein,
mit PCU 10d und PCU 10e zu kommunizieren. Diese
Ziele werden durch Verwendung der ISMA-, Master- und autonomen Bits
und des Aktivslotfelds im Nachrichtentyp 01h erreicht.
Insbesondere wird eine autonome PCU (PCU 10h) Uplinkslot-Sendungen
mit (Master, autonom) = (0, 0) suchen, was anzeigt, dass die PCU
(PCU 10d oder PCU 10e) im Hörbereich Teil eines repeaterbasierten
Netzes ist. Dann wird die autonome PCU 10h die ISMA-Bits
decodieren, die im empfangenen Nachrichtenkopf geechot sind, um
die Slotverfügbarkeit
im Nachbarnetz zu bestimmen. Schließlich wird die autonome PCU 10h das
Aktivslotfeld benutzen, um das System-Timing des Nachbarnetzes zu
bestimmen, und sie wird während
eines der verfügbaren
Slots unter Verwendung des Nachrichtentyps 01h mit (Master, autonom)
= (0, 1) mit dem Senden beginnen. Die PCU 10d–10g im
benachbarten Netz und in Hörweite
der autonomen PCU 10h wird diese Master-Autonom-PCU-Nachricht
in ihrem zusammengesetzten Intercom-Audiosignal decodieren.
-
Es
wird jetzt auf 15 Bezug genommen: Der Protokoll-Slotinhalt
und die resultierenden Intercom-Audiosignale für dieses Beispiel sind für das in 2 gezeigte
repeaterbasierte Netz dargestellt, wobei die PCUs 10d–10g in
Reichweite des Repeaters sind und die autonome PCU 10h in
Reichweite der PCUs 10d und 10e ist.
-
Für den Fall,
dass eine autonome PCU die Anwesenheit von anderen PCUs nicht detektiert,
wird die autonome PCU mit dem Ausstrahlen des Nachrichtentyps 08h
mit (Master, autonom) = (1, 1) beginnen, wobei die ISMA-Bits und
das Aktivslotfeld eingestellt sind, um anzuzeigen, dass der Slot
U1 aktiv ist. Andere autonome PCUs im Gebiet werden das Netz-Timing
aus diesem Signal empfangen und werden unter Verwendung von Nachrichtentyp
08h mit (Master, autonom) = (0, 1) Kommunikationen und einen Prozess
aufbauen, der dem vorhergehend beschriebenen ähnelt.
-
Repeater
im drahtlosen Intercomnetz können
auch mit einem verdrahteten Intercom verbunden werden. Dabei funktioniert
der Repeater als Brücke
zwischen Benutzern des drahtlosen Intercoms und Benutzern des verdrahteten
Intercoms. Der Repeater sendet das zusammengesetzte verdrahtete
Intercomsprachsignal während
seiner Downlinkslot-Sendung an die drahtlosen Benutzer. Umgekehrt
kombiniert der Repeater alle in den Uplinkslots empfangenen drahtlosen
Sendungen, um ein zusammengesetztes Signal zu formen, das an alle
verdrahteten Intercombenutzer gesendet wird.
-
Der
Gruppenmodus des Betriebs kann benutzt werden, um zwei oder mehr
verdrahtete Intercomnetze miteinander zu verbinden, zusammen mit
anderen drahtlosen Intercombenutzern. Insbesondere ist ein Repeater
in Gruppenmodus dazu konfiguriert, als eine PCU zu funktionieren,
die das verdrahtete Intercom als ihr Audio-Eingabesignal hat. Da
der Repeater als eine PCU funktioniert, kann er mit anderen Repeater
und PCUs unter Verwendung der vorhergehend erörterten Repeater- und autonomen
Modi kommunizieren.
-
Punkt-zu-Punkt-Kommunikationen,
in denen zwei Benutzer sich privat unterhalten, sind innerhalb des Rahmens
dieses Protokolls auch möglich.
Für diesen
Betriebsmodus würden
zwei PCUs entweder das benutzerprogrammierbare ID-Kopffeld benutzen
oder eine schreibgeschützte
Hersteller-ID-Nummer, um Nachrichten einander zuzuleiten und nicht über das
Intercomnetz. Außerdem
kann dieses Gespräch
in einem repeaterbasierten System dasselbe drahtlose Medium verwenden
wie das Sprachintercom ohne Interferenz. Man beachte, dass zusätzliche
Nachrichtentypen (d. h. eine Teilmenge der Typen 00h, 02h-07h, 09h-7Fh,
81h-FFh in Tabelle 1) definiert werden, um Punkt-zu-Punkt-Kommunikationen
zu unterstützen.
-
Im
repeaterbasierten Netz der vorliegenden Erfindung können digitale
Datenkommunkationen gleichzeitig mit Punkt-zu-Punkt Intercomkommunikationen über dasselbe
drahtlose Medium ohne Interferenz vorkommen. Man beachte, dass zusätzliche
Nachrichtentypen (d. h. eine Teilmenge der Typen 00h, 02h-07h, 09h-7Fh,
81h-FFh in Tabelle 1) definiert werden, um Datenkommunikationen
zu unterstützen.
-
Flussdiagramme,
die den Betrieb der vorliegenden Erfindung zeigen, werden in den 5–8 gezeigt,
die unten detailliert erörtert
werden.
-
Insbesondere
wird mit Bezug auf 5 ein Flussdiagramm des PCU-
Standbymodus bereitgestellt. In den PCU-Standbymodus 60 kann
von dem PCU-Hochfahren, der neuen Kanalauswahl, dem autonomen PCU-Modus
(Nachbarnetz) oder dem autonomen PCU-Modus (autonomes Netz) übergewechselt
werden.
-
Der
PCU-Empfänger überwacht 62 die
Standard-Kanalfrequenz für
maximal 80 Rahmenintervalle oder Frequenzsprünge. Wird
keine Präambel
detektiert 64, dann wird geprüft, ob mehr als 80 Rahmenintervalle
abgelaufen sind. Falls nicht, dann fährt die PCU mit dem Überwachen 62 des
Standardkanals fort. Sind mehr als 80 Rahmenintervalle
abgelaufen, dann beginnt die PCU den Betrieb des autonomen Modus
(autonomes Netz) 68.
-
Wird
eine Präambel
detektiert 64, dann werden die Kanalnummer und die Slotnummer 70 bestimmt. Ist
der Kanal nicht korrekt 72, dann überwacht 62 die PCU
wieder den Standardkanal. Ist der Kanal korrekt 72, dann
wird der Nachrichtentyp decodiert. Wird ein Downlinkslot-Nachrichtentyp 80h empfangen,
dann geht die PCU 80 in den Slavemodus über. Wird ein Uplinkslot-Nachrichtentyp 01h empfangen,
dann geht die PCU 82 in den autonomen Modus (Nachbarnetz) über. Wird
ansonsten ein Uplinkslot-Nachrichtentyp 08h empfangen, denn
geht die PCU in den autonomen Modus (autonomes Netz) 84 über.
-
Speziell
mit Bezug auf 6 wird ein Flussdiagramm des
PCU-Slavemodus bereitgestellt. In den PCU-Slavemodus 100 wird
aus dem PCU-Standbymodus, dem autonomen PCU-Modus (Nachbarnetz)
oder dem PCU-autonomen Netz übergewechselt.
Nach dem Überwechseln
in den PCU-Slavemodus 100, decodiert das System den Kopf
für Slot
D0, falls vorhanden, und speichert UAI-Daten 102. Wird
keine UAI detektiert 104, dann wird in den autonomen PCU-Modus
(Nachbarnetz) 106 übergewechselt.
Wird eine UAI detektiert 104, dann wird geprüft, ob es
zu sendende Funkdaten gibt 108. Falls nicht, dann wird
der Kopf für
alle Uplinkslots dekodiert, und es werden Daten für autonome
PCUs gespeichert 114. Außerdem werden Audiodaten in
den Puffer für
Slot D0 und Uplinkslots, die autonome PCU-Daten enthalten, summiert 120,
und Audiodaten werden an den Kopfsprechhörer 126 geschickt.
Das System wartet dann auf das Rahmenende und springt 132 auf
die nächste
Frequenz über;
dann nimmt es wieder das Decodieren der Köpfe für Slot D0 auf, falls erneut
gesendet, und das Speichern von UAI-Daten 102. Sind zu
sendende Funkdaten vorhanden 108 oder wurde ein Bakenintervall
für autonomes
PCU-Timing überschritten,
dann wird geprüft,
ob das System gegenwärtig
sendet 110. Wenn das System nicht gegenwärtig sendet 110,
dann werden die in den UAI-Sendungen empfangenen ISMA-Flaggen benutzt,
um den Uplinkslot-Status zu bestimmen 116, und es wird
geprüft,
ob ein Slot verfügbar ist 122.
Ist kein Slot verfügbar 122,
dann decodiert das System den Kopf für alle Uplinkslots und speichert
Daten für
autonome PCUs 114. Ist ein Slot verfügbar 122, dann wird
eine Sendung in einem willkürlich
ausgewählten
verfügbaren
Uplinkslot ausgeführt 128.
-
Ist
das System gegenwärtig
am Senden 110, dann wird der Slotzugriff verifiziert 112.
Muss der gültige Slotzugriff
für den
gegenwärtigen
Slot noch verifiziert werden, dann wird das Setzen der ISMA-Flagge für den gegenwärtigen Slot
geprüft 124.
Ist die Flagge nicht gesetzt 124, dann wird eine Prüfung hinsichtlich
eines anderen verfügbaren
Slots ausgeführt 122.
-
Ist
die Flagge für
den ausgewählten
Slot auf besetzt gesetzt 124 oder wurde der Slotzugriff
schon verifiziert 112, dann fährt das System damit fort,
im ausgewählten
Uplinkslot zu senden 130. Das System decodiert den Kopf
für den
dedizierten Downlinkslot und alle Uplinkslots und speichert verfügbare Audiodaten 134. Audiodaten
in den Puffer für
den ausgewählten
Downlinkslot und alle Uplinkslots, die autonome PCU-Daten enthalten,
werden summiert 136, und die Audiodaten werden zum Kopfsprechhörer geschickt 126.
-
Mit
speziellem Bezug auf 7, wird ein Flussdiagramm für den autonomen
PCU-Modus (Nachbametz) bereitgestellt. In den autonomen PCU-Modus
(Nachbarnetz) wird vom PCU-Standbymodus, dem PCU-Slavemodus oder
dem autonomen PCU-Modus (autonomes Netz) übergewechselt. Falls vorhanden, wird
der Kopf für
Slot D0 decodiert, und es werden UAI-Daten gespeichert 152.
Wird eine UAI detektiert, dann wird in den PCU-Slavemodus übergewechselt 156.
Wird keine UAI detektiert, dann werden die Köpfe für alle Uplinkslots decodiert,
und es werden Daten für
autonome PCUs gespeichert 158. Wird kein Uplinkslot detektiert 160,
dann wird in den PCU-Standbymodus übergewechselt 162.
Wird ein Uplinkslot detektiert 160, dann wird geprüft, ob es
Daten zum Senden gibt 164. Gibt es keine Daten zum Senden 164,
dann werden Audiodaten in den Puffern für Uplinkslots summiert 170,
die PCU-Daten enthalten, und die resultierenden Audiodaten werden
zum Kopfsprechhörer
geschickt 176. Dann wartet das System auf das Ende des
gegenwärtigen
Rahmens und springt 182 auf eine neue Frequenz über.
-
Gibt
es Daten zum Senden 164 oder wurde ein Bakenintervall für autonomes
PCU-Timing überschritten,
dann wird geprüft,
ob das System gegenwärtig
sendet 166. Ist das System gegenwärtig nicht am Senden 166,
dann wird bestimmt, ob ein Slot über
die in den Uplinkslots empfangenen ISMA-Steuerfelder verfügbar ist 172. Ist
kein Slot verfügbar 178,
dann summiert das System Audiodaten in Puffer für Uplinkslots, die PCU-Daten
enthalten 170. Ist ein Slot verfügbar 178, dann sendet
das System 184 in einem willkürlich ausgewählten verfügbaren Uplinkslot.
-
Fällt die
Prüfung,
ob das System gegenwärtig
sendet, positiv aus 166, dann wird bestimmt, ob eine Slotkollision
eingetreten ist 168. Dabei wird Information in den Köpfen der
Uplink-PCU-Sendungen genutzt, um zu signalisieren, ob autonome PCU-Daten
empfangen werden. Wird der Slotzugriff nicht verifiziert, dann wird geprüft, ob ein
anderer Slot verfügbar
ist 178. Ist der Slotzugriff verifiziert, dann fährt die
PCU mit dem Senden 180 in den ausgewählten Uplinkslots fort.
-
Mit
speziellem Bezug auf 8 wird ein Flussdiagramm für den autonomen
PCU-Modus (autonomes Netz) bereitgestellt. In den autonomen PCU-Modus
(autonomes Netz) 200 wird nur aus dem PCU-Standbymodus übergewechselt.
Nach dem Überwechseln
in den autonomen PCU-Modus (autonomes Netz) 200 decodiert
das System den Kopf für
Slot D0, falls vorhanden, und speichert UM-Daten 202. Wird
eine UAI detektiert 204, dann wird in den PCU-Slavemodus übergewechselt 206.
Wird keine UAI detektiert, dann decodiert das System den Kopf für alle Uplinkslots
und speichert Daten für
autonome PCUs 214. Wird kein Uplinkslot detektiert 222 und
wurden für
eine vorbestimmte Zeitdauer keine PCUs detektiert, dann wechselt
das System in den PCU-Standbymodus 240 über.
-
Wurde
ein Uplinkslot detektiert 222, dann wird geprüft, ob es
im Gebiet eine UAI gibt 216. Gibt es im Gebiet eine UAI 216,
dann wechselt die PCU in den autonomen PCU-Modus (Nachbametz) 208 über. Gibt
es im Gebiet keine UAI, dann wird das autonome Netz-Timing bestimmt 224.
Gibt es keine Daten zum Senden, dann werden Audiodaten in den Puffer
für Uplinkslots,
die PCU-Daten umfassen, summiert 238, und Audiodaten werden
zum Kopfsprechhörer
geschickt 242. Dann wartet das System auf das Ende des
gegenwärtigen Rahmens
und springt 244 auf eine neue Frequenz über.
-
Gibt
es Daten zum Senden 230, 232, dann wird geprüft, ob das
System gegenwärtig
Daten sendet 210. Falls nicht, dann wird die Slotverfügbarkeit
bestimmt unter Verwendung der Steuerfelder, die in den Sendungen
anderer autonomer PCUs empfangen wurden 218, 226.
Ist kein Slot verfügbar,
dann summiert die PCU-Audiodaten in den Puffern für Uplinkslots,
die PCU-Daten enthalten 238. Ist ein Slot verfügbar, dann
sendet das System in einem willkürlich
ausgewählten
verfügbaren
Uplinkslot 234.
-
Fällt die
Prüfung,
ob das System gegenwärtig
sendet 210, positiv aus, dann wird bestimmt, ob es eine Slotkollision 212 gibt
oder nicht. Dabei wird Information im Kopf der empfangenen Uplink-PCU-Sendungen benutzt,
um zu signalisieren, ob die vorher autonomen PCU-Daten empfangen
wurden.
-
Es
wird geprüft,
ob Zugriff für
den ausgewählten
Slot verifiziert wurde 220. Ist der Slotzugriff nicht verifiziert 220,
dann wird geprüft,
ob es zusätzliche
verfügbare
Slots gibt 226. Ist der Slotzugriff verifiziert, dann sendet
die PCU im ausgewählten
Uplinkslot 228.
-
Es
wird jetzt auf 16 Bezug genommen: Die vorliegende
Erfindung umfasst vorzugsweise ein Verfahren zum Weitersenden von
Kommunikationen von einer PCU, wenn die UAI außerhalb des Sendebereichs der
PCU, aber innerhalb des Empfangsbereichs der PCU liegt. Das heißt, die
PCU ist so weit entfernt von der UAI, dass sie keine Nachrichten
nach dort senden kann, aber die PCU ist nahe genug der UAI, dass
sie Nachrichten von dort empfangen kann. Fachleuten wird deutlich
sein, dass dies ein häufiges
Ereignis ist, da die UAI typischerweise eine höhere Ausgangsleistung hat als
die PCUs.
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Ist
eine erste PCU nicht fähig,
an die UAI zu senden, dann leitet eine zweite PCU, die Kommunikationen
von der ersten PCU empfangen kann und auch dazu fähig ist,
an die UAI zu senden, Kommunikationen von der ersten PCU an die
UAI weiter.
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Die
zweite PCU kann durch Überwachen
der Kommunikationen zwischen der ersten PCU und der UAI die Notwendigkeit
detektieren, eine solche Weiterleitung der Kommunikationen von der
ersten PCU an die UAI auszuführen.
Während
einer solchen Überwachung
der Kommunikationen zwischen der ersten PCU und der UAI kann die
erste PCU erkennen, dass die erste PCU während ihres zugewiesenen Zeitslots
nicht an die UAI sendet. Als Alternative kann die zweite PCU das
Nichtvorhandensein einer Kommunikations-Empfangsquittierung in der
UAI-Sendung an die erste PCU erkennen. Als eine weitere Alternative
kann die erste PCU eine Flagge oder andere Nachricht in den eigenen
Kopf setzen, wodurch angezeigt wird, dass sie nicht mit der UAI kommunizieren
kann und damit anfordert, dass eine andere PCU Kommunikationen für sie weiterleitet.
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Es
sendet beispielsweise die erste PCU zur Zeit T1 an
die UAI. Dann sendet die UAI zur Zeit T2 an
die erste PCU zurück.
Quittiert jedoch die UAI nicht den Empfang der Sendung von der PCU
zur Zeit T1, dann darf die erste PCU während ihrer
nächsten
zugewiesenen Zeit, d. h. zur Zeit T3, nicht
senden. Zur Zeit T4 versucht die UAI wieder,
Kommunikationen mit der ersten PCU aufzubauen.
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Wird
eine solche Unfähigkeit
der ersten PCU, erfolgreich an die UAI zu senden, von einer zweiten
PCU erkannt, die dazu fähig
ist, mit der UAI zu kommunizieren, dann leitet die zweite PCU Kommunikationen
zwischen der ersten PCU und der UAI weiter.
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Es
versteht sich, dass das exemplarische persönliche Kommunikationssystem,
das hierin beschrieben ist und in den Zeichnungen gezeigt wird,
nur eine gegenwärtig
bevorzugte Ausführungsart
der Erfindung repräsentiert.
Tatsächlich
können
verschiedene Modifikationen und Ergänzungen an einer solchen Ausführungsart
vorgenommen werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen,
wie er in den angefügten
Patentansprüchen
definiert ist. Außerdem
können
verschiedene Modifikationen und Ergänzungen Fachleuten offensichtlich
sein und können
implementiert werden, um die vorliegende Erfindung für den Gebrauch
in einer Vielfalt von verschiedenen Anwendungen anzupassen.