DK176714B1 - Trådlöst digitalt telefonsystem og fremgangsmåde til transmission af RF-signaler i dette - Google Patents

Description

i DK 176714 B1

Den foreliggende opfindelse angår dels en fremgangsmåde til transmission af RF-signaler i et trådløst digitalt telefonsystem med i det mindste to stationer, hvoraf én er en emuleret basisstation, 5 som er en modificeret abonnentstation, dels et trådløst digitalt telefonsystem til transmission af RF-signaler mellem i det mindste to stationer på én blandt flere til rådighed stående frekvenser.

Vore dages telefonsystemer benytter generelt i 10 stigende grad trådløs teknologi til opkald over store afstande og i visse tilfælde er der påbegyndt brug af digital teknologi; imidlertid har intet system, der er i almindelig brug i dag, været i stand til at tilvejebringe en effektiv og virksom trådløs 15 digital teknologi til lokale opkald til og fra individuelle abonnenter. En sådan teknologi er omtalt i forskellige nyere patenter, der indehaves af nærværende ansøgnings indehaver, såsom f.eks. i US patent nr. 4 644 561 af 17. februar 1987 og US patent 20 nr. 4 675 863 af 23. juni 1987. Den teknologi, der er omtalt i disse patenter, tilvejebringer basis-stationer, der kommunikerer med såvel en central som adskillige abonnentstationer under brug af digitale trådløse tidsdelte kredsløb, hvori der er 25 gentagne sekventielle timeslot-positioner i en transmissionskanalbitstrøm, idet hver timeslot er tilknyttet en bestemt abonnent.

Basisstationerne, der benyttes i ovennævnte tidsdelingssystem, er relativt komplekse og dyre, 30 men økonomisk egnede i et stort system, der betjener et stort antal abonnenter; for relativt små systemer, der betjener et relativt lille antal abonnenter, kan det imidlertid være økonomisk uegnet.

DK 176714 B1 2

Yderligere benytter et sådant system et par frekvenser, en til transmission og en til modtagelse, og med henblik på den begrænsede mængde af kanaler, der er tilgængelige i spekteret, ville det være 5 særdeles fordelagtigt, hvis blot en enkelt frekvens kunne benyttes effektivt.

Fra US-A-4549293 kendes der endvidere et internt walkie-talkie system. Der er ikke tale om et telefonsystem. Systemet er et fordækt synslinje 10 TDMA-kommunikationssystem. En af walkie-talkierne arbejder som den ledende walkie-talkie og kommunikerer med de andre indenfor en given afstand. Alle arbejder på samme frekvens, som ikke er tildelt dem af den ledende walkie-talkie, men forud tildelt til 15 alle walkie-talkierne. Den ledende walkie-talkie rundsender sekventielt et broadcast, hvorefter de øvrige walkie-talkier svarer sekventielt på samme frekvens.

Det er derfor en hensigt med nærværende opfin-20 delse, at tilvejebringe det, der kan kaldes en simuleret eller emuleret basisstation, som effektivt kan erstatte en faktisk basisstation i visse situationer .

Denne hensigt opnås ifølge den foreliggende op-25 findelse med en fremgangsmåde af den indledningsvis nævnte art som er ejendommelig ved trinnene, (a) at initiere en synkroniseringsproces i den emulerede basisstation, hvilken synkroniseringsproces indbefatter tildeling af en frekvens og en 3 0 timeslot i en ramme på den udvalgt frekvens, idet hver ramme er opdelt i fire timeslots, (b) via den tildelte frekvens at transmittere et første RF-signal fra den ene station til den an- DK 176714 B1 3 den station i en tildelt timeslot, (c) at modtage et RF-signal i en anden tildelt timeslot i den samme ramme på den samme tildelte frekvens, og 5 (d) at gentage trinnene (b) og (c) for efter følgende RF-signaler indtil den ene eller den anden af stationerne afslutter.

Tilsvarende opnås denne hensigt med et trådløst digitalt telefonsystem af den indledningsvis nævnte 10 art som er ejendommeligt ved at den ene station, der er en emuleret basisstation, som er en modificeret abonnentstation, og som da kommunikerer med de andre stationer på én blandt flere til rådighed stående frekvenser, og som omfatter 15 (i) midler til at initiere en synkronise ringsproces, der transmitterer synkroniseringsinformation indbefattende tildelingen af en frekvens og en time-slot i en ramme på den tildelte frekvens, idet der i det mindste tildeles en første og 20 en anden timeslot i rammen, (ii) midler til at transmittere et RF-signal til en anden station i en første tildelt timeslot på den tildelte frekvens, og (iii) midler til at modtage et andet RF-25 signal fra den anden station i en anden tildelt timeslot på den tildelte frekvens, og at den anden station omfatter (i) midler til at modtage synkroniserings-informationen og identificere tildelingen af fre- 30 kvensen og timeslot'ene i rammen på den tildelte frekvens, og (ii) midler til at modtage det transmitterede RF-signal fra basisstationen i en yderligere DK 176714 B1 4 tildelt timeslot i rammen på den tildelte frekvens, og (iii) midler til at transmittere det andet RF-signal til basisstationen i endnu en yderligere 5 tildelt timeslot i rammen på den tildelte frekvens.

En anden hensigt er, at tilvejebringe et system, som kan benyttes af adskillige abonnenter, men som fungerer på blot en enkelt frekvens.

Andre hensigter vil fremgå af den følgende be-10 skrivelse og kravene.

Essentielt benytter systemet ifølge nærværende opfindelse det, der faktisk er en modificeret abonnentstation, til at fungere som en simuleret eller emuleret basisstation, hvorved de totale omkostnin-15 ger ved og kompleksiteten af systemet mindskes væsentligt. Denne emulerede basisstation afviger i det væsentlige kun fra abonnentstationen ved at være i stand til at initiere synkroniseringsprocessen, medens abonnentenheden kun er indrettet til at 20 skandere RF signalerne, der udsendes af den emulerede basisstation, indtil den finder den frekvens og den timeslot, der er tildelt den. I intervallerne mellem transmissioner af RF signalerne er den emulerede basisstation indrettet til at modtage RF 25 signaler fra abonnentenhederne. På denne måde kan abonnentenheden enten tale med den emulerede basis -station, som så fungerer som en anden abonnentstation, eller den kan tale med en anden abonnent station, som er synkroniseret dermed af den emulerede 30 basisstation.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende ved hjælp af udførelseseksempler under henvisning til tegningen hvor, DK 176714 B1 5 fig. 1 viser et blokdiagram af et totalt system ifølge opfindelsen, fig. 2 et skitse af RCC bølgeformen, der benyttes i standardbasisstationen, 5 fig. 3 en skitse af RCC bølgeformen, der benyt tes i forbindelse med nærværende opfindelse, fig. 4 en skitse, der viser de positive flanker for amplituden af det modtagne signal, der benyttes ved grovsynkronisering ifølge opfindelsen, 10 fig. 5 et blokdiagram af kredsløbet til opnåel se af grovsynkronisering ifølge opfindelsen, fig. 6 et blokdiagram af modtager-AGC-kredsløbet, der benyttes ifølge opfindelsen, fig. 7 et blokdiagram af frekvensregenererings-15 kredsløbet, der benyttes ifølge opfindelsen, fig. 8 en skitse af en trådløs telefonsystemkonfiguration ifølge opfindelsen, fig. 9 en skitse svarende til fig. 8, men som viser et dobbeltabonnentsystem, 20 fig. 10 en skitse af rammeformatet i dobbelt abonnent sy s ternet i fig. 9, fig. 11 en skitse af rammeformatet for adskillige dobbe11abonnent sys temer.

Den totale interne funktion af systemet 10 er 25 vist i blokdiagramform i fig. 1. I dette system taler en person i telefonen 12 under en telefonsamtale og talesignalet sendes til den lokale telefonin-terfaceenhed 14. Signalet digitaliseres af codec1 en 16 og den resulterende digitale datastrøm føres til 30 taleprocessoren 18, som komprimerer taledataene til en lavere datahastighed. De komprimerede data føres så til modemet 20 via linien 22 og den dobbelte omskifter 24, idet modemet er indrettet til at kon- DK 176714 B1 6 vertere datastrømmen til et spektralt effektivt analogt signal. Dette analoge signal føres til radioen 26 via linien 28. Radioen opkonverterer signalet til et radiofrekvenssignal (RF) og transmit-5 terer dette RF-signal via antennen 30.

I intervallerne mellem transmissioner af RF-signalerne er enheden indrettet til at modtage RF-signaler fra en abonnentenhed. Radioen 26 nedkonverterer hvert af disse RF-signaler til et IF-10 signal og afgiver dette IF-signal til modemet 20 via linien 32. Modemet 20 demodulerer IF-signalet for dannelse af et digitalt signal, som føres til taleprocessoren via omskifteren 24 og linien 36. Taleprocessoren er dernæst indrettet til at ekspan-15 dere signalet til et digitaliseret talesignal og dette digitaliserede signal føres dernæst til codec 'en 16, som afgiver et analogt talesignal til telefonen 12 via telefoninterfacen 14.

Datatransmissionsmodusen svarer til det ovenfor 20 beskrevne bortset fra, at telefonen erstattes af en dataterminal eller computer 38 og telefoncodec'en og taleprocessoren forbikobles ved hjælp af den anden position af omskifteren 24, som så er koblet til terminalen 38 via linierne 40 og 42.

25 Modemet 20 og radioen 26 er begge forbundet med en styreenhed 44. Styreenheden 44 er fra starten sat til en forudbestemt timeslot, en modulations-og træningsmodus for modemet og til en forudbestemt RF-frekvens og effektniveau for radioen. Imidlertid 30 kan disse parametre justeres af abonnentenheden i tilfælde af, at de ikke er tilstrækkelige til at give en tilfredsstillende modtagelse ved abonnentstationen.

DK 176714 B1 7 I et system, der benytter en faktisk basisstation, såsom f.eks. systemet beskrevet i det førnævnte US-patent nr. 4 675 863, er den transmitterede bølgeform opdelt i mangfoldige (dvs. 45) ms 5 rammer. Hver ramme er dernæst opdelt i fire 11,25 ms timeslots. Basisstationen transmitterer i alle fire timeslots for at generere en 100% duty cycle modulationsbølgeform, idet den eneste undtagelse er radiostyrekanalen (RCC). RCC timeslot'en er lidt 10 kortere end 11,25 ms og dette bevirker et lille gab i modulationen ved begyndelsen af hver ramme. Dette gab er kendt som et AM hul. Et diagram, af bølgeformen for RCC kanalen i den faktiske basisstations format er vist i fig. 2. I systemet ifølge nærvæ-15 rende opfindelse er der imidlertid ikke nogen transmission af en 100% duty cycle bølgeform. I stedet transmitteres kun én timeslot pr. ramme (en 25% duty cycle bølgeform), som vist i fig. 3. Dette modificerede rammeformat nødvendiggør ændringer i 20 grovsynkronisering automatisk forstærkningsstyring (AGC) og frekvensregenerering. Disse ændringer er indikeret i den følgende beskrivelse:

Eftersom systemet ifølge nærværende opfindelse kun benytter en 25% duty cycle bølgeform overvåger 25 det amplituden af det modtagne signal og søger efter positive flanker i amplitudesignalet. Disse positive flanker er vist i fig. 4. Abonnentenheden justerer sin rammetidsstyring til at stemme overens med forekomsten af disse positive flanker.

30 Kredsløbet til opnåelse af den ovenfor nævnte type grovsynkronisering er vist i blokdiagramform i fig. 5, hvor det modtagne signal er vist tilført en amplitudeberegningsenhed 50, som genererer et com- DK 176714 B1 8 puteramplitudesignal, som dernæst afgives til en komparator 52, hvor det sammenlignes med et forudbestemt tærskelsignal, hvorved der dannes et digitalt signal (1 = signal tilstede, 0 = intet signal 5 tilstede). Dette digitale signal føres til en flankedetektor 54, som afgiver en strobe, for at indikere detektionen af en positiv flanke.

25% duty cycle modulationen kræver en bestemt type modtage-AGC kredsløb, som undgår sporing, når 10 der ikke er noget signal tilstede. En langsom stigende, hurtigt faldende AGC er derfor tilvejebragt.

Denne er vist i fig. 6, hvor det modtagne signal føres til en amplitudeberegningsenhed 56, som kan være en forprogrammeret ROM, hvorfra et resulteren-15 de ampiitudesignal føres til en komparator 58, hvori det subtraheres fra en forudbestemt tærskelværdi for dannelse af et differenssignal. Dette differenssignal føres, via en af to skalerende multiplikatorer 60 og 62, til et lavpasfilter, der om-20 fatter en additionsenhed 64 og en forsinkelse 66, der er forbundet via en sløjfe 68. Den ene eller den anden af de to multiplikatorer benyttes i overensstemmelse med fortegnet for differenssignalet.

Hvis differenssignalet er positivt implementeres 25 det langsomme fald i AGC styresignalet. Hvis differenssignalet er negativ implementeres en hurtig stigning i AGC styresignalet. Udgangssignalet fra filteret er så det forstærkningssignal, som føres til forstærkningsstyreenheden 44, vist i fig. 1.

30 På grund af 25% duty cycle rammeformatet er det ikke nødvendigt at udføre frekvensregenerering under slukketiden (75% nul tid) og eftersom rammetidsstyringen ikke er kendt på det tidspunkt, hvor DK 176714 B1 9 frekvensregenerering udføres, er der tilvejebragt en modificeret form for frekvensregenereringskredsløb, som vist i fig. 7. I dette kredsløb føres det modtagne signal til en beregningsenhed 70 til be-5 regning af en diskret fourier transformeret (DFT), som afgiver højbåndsenergien (energien i frekvensbåndet over centerfrekvensen) og lavbåndsenergien (energien i frekvensbåndet under centerfrekvensen).

Højbåndsenergiudgangssignalet subtraheres fra lav-10 båndsenergiudgangssignalet i additionsenheden 72 og udgangssignalet derfra føres til en blander eller multiplikator 74. Det modtagne RF-signal afgives også til et amplitudedannende middel 76, som fjerner fortegnet fra signalet (negativt eller posi-15 tivt), hvorved det kun bestemmer amplituden af signalet. Amplitudesignalet føres dernæst til et filter 78, som udglatter signalet ved middelværdidannelse. Udgangssignalet fra filteret 78 føres via forstærkeren 80 til multiplikatoren 74.

20 Det primære formål med kredsløbet via 76, 78 og 8 0 er at forhindre støj i at indvirke på udgangssignalet, medens selve signalet fremhæves. Eftersom støj sædvanligvis har en lille amplitude, frafil-treres den i denne sammenhæng effektivt ved udglat-25 ningsprocessen. Eftersom det faktiske signal sædvanligvis har en relativt stor amplitude, bliver dette på den anden side fremhævet, ved at tilføje det udglattede eller filtrerede signal til blanderen 74.

30 Det skalerede signal, der forlader blanderen 74 er balanceret mellem høj- og lavenergifrekvenser, og dette balancerede signal, som er proportionalt med korttidsmiddelamplituden af det modtagne signal DK 176714 B1 10 føres til et lavpasfilter, der omfatter en additionsenhed 82 og en forsinkelse 84, som er sløjfet ved 86. Forsinkelsen 84 gør, at det afgivne signal 88 til VCXO styring repræsenterer udgangssignalet 5 umiddelbart før udgangssignalet faktisk føres til lavpasfilteret. VCXO-styringen benyttes til at justere frekvensen af hovedoscillatoren i systemet.

Efter at indledende eller grovsynkronisering er udført, er systemet i en tomgangstale modus men er 10 helt sat op til taledrift. Hvis telefonen i den ene ende tages af, vil telefonen i den anden ende ringe, indtil den ringende telefon besvares, eller den initierende telefon lægges på.

Opkaldene opsættes af et talekodeord (VCW) ved 15 begyndelsen af hver tale-timeslot, idet dette kodeord indikerer en "røret taget af tilstand" i den initierende station. Når dette forekommer, vil stationen, der fungerer som en emuleret basisstation, fra centralen (CO) synes selv at overgå til til-20 standen "røret taget af", hvorved den opretter en forbindelse med centralen. Den initierende abonnentstation fortsætter så med at færdiggøre opkaldet ved at dreje det ønskede nummer. Når den initierende abonnentenhed lægger røret på, informeres 25 den emulerede basisstation herom ved VCWen og ser fra centralen ud til at gå i en tilstand med røret på.

Når den emulerede basisstation detekterer et ringesignal fra centralen, bringes abonnentenheden 30 til at ringe ved hjælp af den tilsvarende vCW fra den emulerede basisstation. Når abonnentenheden derefter tager røret af, informeres den emulerede basisstation herom via den tilsvarende VCW og ser DK 176714 B1 11 fra centralen ud til at være i tilstanden "røret taget af".

Den omtalte type trådløs telefonsystemkonfiguration er eksemplificeret i fig. 8, hvor abonnent-5 enheden 90 er vist i trådløs kommunikation, via antenner 92 og 94, med den emulerede basisstation 96. Stationen 96 er i trådløs kommunikation, via linien 98 og interfacen 100, med centralen.

Det ovenfor beskrevne system kan anvendes i 10 forbindelse med et dobbeltabonnentarrangement, som vist i fig. 9. I dette system er hver kanal i stand til at betjene to komplette konversationer uden behovet for at benyttet en duplexer. Med henblik herpå er en dobbeltabonnentenhed 102 med ledninger 104 15 og 106 forbundet med et par abonnenttelefoner 108 og 110. Abonnentenheden 102 kommunikerer trådløst, via antenner 112 og 114, med en emuleret dobbelt basisstation 116. Enheden 116 er forbundet med centralen, via ledningsforbindelser 118 og 120.

2 0 De to separate abonnenter 108 og 110 benytter et timeslot-arrangement, som omtalt i det førnævnte US-patent nr. 4 675 863, hvori hver abonnent er tildelt en separat timeslot. Rammeformatet for dette arrangement er vist i fig. 10, hvor fire time-25 slots er vist nummererede 1, 2, 3 og 4, idet de første to timeslots benyttes af den emulerede basisstation og de sidste to benyttes af de to abonnenter .

Adskillige dobbeltabonnentsystemer kan fungere 3 0 på forskellige kanaler uden duplexere ved at syn kronisere alle de emulerede basisstationstransmis-sioner. Dette er illustreret ved rammeformatet, der er vist i fig. 11, hvor kanal 1 er vist øverst og DK 176714 B1 12 kanal n (hvilket indikerer et vilkårligt antal kanaler ind imellem) er vist forneden. På hver kanal er de første to timeslots til transmission og de sidste to til modtagelse.

5 En emuleret basisstation kan benyttes i forbin delse med adskillige forskellige abonnenter en ad gangen. I et sådant arrangement overvåger abonnenterne kontinuerligt transmissionerne i radiostyre-kanalerne (RCC) for modtagelse, hvilket er mere ud-10 førligt beskrevet i det førnævnte US-patent nr. 4 675 863, indtil en bestemt abonnent søges af den emulerede basisstation ved hjælp af abonnentens ID nummer (SID). Efter modtagelse af en søgning, initierer abonnenten en transmission tilbage til den 15 emulerede basisstation under brug af den ovenfor beskrevne synkroniseringsproces. For initiering af et opkald transmitterer abonnentstationen på RCC en under brug af den tidligere beskrevne synkroniseringsproces .

Claims (6)

1. Fremgangsmåde til transmission af RF-signaler i et trådløst digitalt telefonsystem med en central (CO) , der kommunikerer med i det mindste to stationer 5 (90, 96) , hvoraf én er en emuleret basisstation (96) , som er i forbindelse med centralen (CO) , og som er en modificeret abonnentstation, kendetegnet ved trinnene, (a) at initiere en synkroniseringsproces i den 10 emulerede basisstation (96), hvilken synkroniserings- proces indbefatter tildeling af en frekvens og en timeslot i en ramme på den udvalgt frekvens, idet hver ramme er opdelt i fire timeslots, (b) via den tildelte frekvens at transmittere et 15 første RF-signal fra den ene station til den anden station (90) i en tildelt timeslot, (c) at modtage et RF-signal i en anden tildelt timeslot i den samme ramme på den samme tildelte frekvens , og 20 (d) at gentage trinnene (b} og (c) for efterføl gende RF-signaler indtil den ene eller den anden af stationerne (90, 96) afslutter.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at hver ramme er underinddelt i fire time- 25 slots.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at der transmitteres et RF- signal i en første timeslot og modtages i en anden timeslot .

4. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 1 til 3, kendetegnet ved, at hver timeslot har i det væsentlige den samme varighed.

5. Trådløst digitalt telefonsystem til transmission af RF-signaler mellem en central (CO) og i det 3. mindste to stationer (90, 96) på én blandt flere til 14 DK 176714 B1 rådighed stående frekvenser, kendetegnet ved, at den ene station, der er en emuleret basisstation (96) , som er en modificeret abonnentstation, og som da 5 kommunikerer med de andre stationer på én blandt flere til rådighed stående frekvenser, og som omfatter (i) midler til at initiere en synkroniserings-proces, der transmitterer synkroniseringsinformation indbefattende tildelingen af en frekvens og en time- 10 slot i en ramme på den tildelte frekvens, idet der i det mindste tildeles en første og en anden timeslot i rammen, < i i) midler til at transmittere et RF-signal til en anden station (90) i en første tildelt timeslot 15 på den tildelte frekvens, og (iii) midler til at modtage et andet RF-signal fra den anden station (90) i en anden tildelt timeslot på den tildelte frekvens, og at den anden station (90) omfatter 20 (i) midler til at modtage synkroniseringsin formationen og identificere tildelingen af frekvensen og timeslot'ene i rammen på den tildelte frekvens, og (ii) midler til at modtage det transmitterede RF-signal fra basisstationen (96) i en yderligere til- 25 delt timeslot i rammen på den tildelte frekvens, og (iii) midler til at transmittere det andet RF-signal til basisstationen (96) i endnu en yderligere tildelt timeslot i rammen på den tildelte frekvens.

6. Trådløst digitalt telefonsystem ifølge krav 5, 30 kendetegnet ved, at rammen på den tildelte frekvens har fire timeslots. 35