FI98025C

FI98025C - Langaton paikallisverkkojärjestelmä ja sellaisen vastaanotin

Info

Publication number: FI98025C
Application number: FI952185A
Authority: FI
Inventors: Jarkko Posti
Original assignee: Nokia Mobile Phones Ltd
Priority date: 1995-05-05
Filing date: 1995-05-05
Publication date: 1997-03-25
Also published as: AU5649196A; FI952185A0; WO1996035279A1; US5864550A; FI98025B

Description

98025

Langaton paikallisverkkojärjestelmä ja sellaisen vastaanotin - Trädlöst lokalnätsys-tem och mottagare för sädant 5 Keksintö koskee langatonta paikallisverkkojäijestelmää, joka käsittää datapäätelait-teita ja datapäätelaitteisiin yhteydessä olevia dataa lähettäviä ja vastaanottavia lähe-tin-vastaanottimia ainakin kahden datapäätelaitteen välisen langattoman yhteyden muodostamiseksi ja jossa data lähetetään lähetteinä määrätyllä taajuusalueella. Lisäksi keksintö koskee tällaisessa järjestelmässä käytettävää vastaanotinta.

10

Toimistoissa on tyypillisesti erilaisia toistensa kanssa kommunikoivia elektronisia laitteita. Laitteiden välinen kommunikointi esim. puhelin- ja dataverkkoratkaisuissa on tavallisesti toteutettu kaapelilla, jolloin aina, kun uusi laite kytketään verkkoon, joudutaan vetämään uutta kaapelia ja asentamaan uusia liittimiä. Tämän johdosta on 15 kehitetty erilaisia johdottomia paikallisverkkoja (Wireless LAN, Local Area Network). Johdottomat paikallisverkot voivat perustua infrapuna- tai radiovälitykseen, joista verkko on tavallisesti esim. radiovälityksen kohdalla lyhyen kantaman radioverkko tietokonejärjestelmiä varten perustuen tietokoneiden välisiin radiolinkkeihin, joiden avulla tietokoneet voidaan kytkeä verkkoon. Siinä voidaan radiolinkkien väli-20 tyksellä siirtää dataa nopeasti, tavallisesti nopeammin kuin puhelinverkossa. Tyypillisesti dataa voidaan jopa 800 metrin etäisyydelle. Tällä tavoin kunkin päätteen ympärille muodostuvan radiosolun koko on tyypillisesti säteeltään 50 - 800 metriä.

Eräs esimerkki tällaisesta langattomasta paikallisverkosta, jossa on hajautettu kont-25 rolli, on esitetty kuviossa 1. Siinä on esitetty solut C1 - C6, joissa jokaisessa on langaton lähetin-vastaanotin TRI - TR6 (esim. radiolähetin-vastaanotin) ja siihen yhteydessä oleva datapäätelaite Dl - D6, esim. tietokone, muodostaen kukin verkon yhden aseman. Datapäätelaite D1 toimii keskuskoneena, jonka kanssa muut datapääte-laitteet D2 - D6 kommunikoivat. Datapäätelaitteet D2 - D6 toimivat siten verkon 30 päätteinä. Datapäätelaitteet D1 - D6 voivat olla myös yhteydessä johonkin ulkopuoliseen (kiinteään) verkkoon, esim. ATM-, ISDN- tai vastaavalla tiedonsiirtoyhteydellä, kuten päätelaite D6 kuviossa 1.

Ongelmana tällaisessa hajautetun kontrollin omaavassa langattomassa paikallisver-35 kossa on se, että siinä ei ole ohjattua lähetystä eri solujen Cl - C6 lähetin-vastaanottimien välillä. Tällaisessa verkossa keskuskone Dl on yhteydessä kaikkiin data-päätelaitteisiin D2 - D6 langattomasi lähetin-vastaanottimesta TRI kunkin datapäätelaitteen lähetin-vastaanottimeen TR2 - TR6. Sen sijaan kaikki datapäätelaitteet D2 2 98025 - D6 eivät kuule toisiaan, ainakaan jos verkko on suuri. Tällöin saattaa syntyä tilanteita, joissa useammalta datapäätelaitteelta, esim. datapäätelaitteelta D2 ja D3, lähetetään dataa keskuskoneelle Dl samanaikaisesti, jolloin keskuskone Dl ei pysty vastaanottamaan kumpaakaan lähetystä. Tämä on ongelma hajautetun kontrollin omaa-5 vissa järjestelmissä, joissa ei keskeisesti ohjata eri lähetin-vastaanottimien lähetyksiä tapahtuvaksi eri aikana ja/tai eri taajuudella.

Tämän keksinnön tavoitteena on vähentää näitä ongelmia ja siten toteuttaa langaton paikallisverkko, jossa tiedonsiirrossa saavutetaan parempi luotettavuus. Lisäksi kek-10 sinnön tavoitteena on toteuttaa lähetin ja vastaanotin, joilla saavutetaan laajempi lähetyksen havainnointialue ja siten parempi luotettavuus lähetyksessä ja vastaanotossa. Nämä tavoitteet saavutetaan aiheuttamalla lähetyksiin määrätyin välein määrätylle taajuudelle kapeita piikkejä eli lisäämällä lähetteisiin kapeakaistaisia signaaleja. Tällaisen kapeakaistaisen signaalin kuuluvuusalue on laajempi kuin laajakaistaisen 15 signaalin, vaikka lähetyksen (lähetyssignaalin) amplitudi on sama. Suodattamalla kapeakaistaisella suodattimena määrätyllä kapealla taajuusalueella, jolla tiedetään mainitun kapeakaistaisen signaalin taajuuden olevan, havaitaan keksinnön mukainen kapeakaistainen signaali kauempaa kuin normaali lähetys tavallisella laajakaistaisella suodattimena.

20 Järjestämällä lähetteisiin määrätyin välein kapeakaistaiset signaalit ja vastaavasti vastaanottimiin kapeakaistasuodattimet, voidaan asemasta/solusta tuleva datalähetys havaita huomattavasti kauempaa, jolloin muista asemista/soluista voidaan havaita helpommin, onko jostakin toisesta solusta lähetys meneillään. Tällöin muut asemat/solut 25 tietävät, etteivät ne lähetä samanaikaisesti, vaan odottavat kunnes toista lähetystä ei enää kuulu, jolloin vältetään samanaikaiset lähetykset ja siten datan menetys.

Keksinnön mukaiselle langattomalle paikallisverkkojärjestelmälle on tunnusomaista se, että lähetteessä on lähetteen taajuusalueella kapeakaistaisena signaalina näkyvä 30 signaali, ja mainittu paikallisverkkojärjestelmä käsittää välineet määrätyntaajuisen kapeakaistaisen signaalin suodattamiseksi ja ilmaisemiseksi vastaanotetusta signaalista. Vastaavasti keksinnön mukaiselle langattoman paikallisverkon vastaanottimel-le on tunnusomaista se, että se käsittää välineet määrätyntaajuisen kapeakaistaisen signaalin suodattamiseksi ja ilmaisemiseksi vastaanotetusta signaalista.

Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa I: 35 3 98025 kuvio 1 esittää langattoman paikallisverkon soluja, kuvio 2 esittää vierekkäisten solujen kuuluvuusaluetta, kuvio 3 esittää tavanomaista ja keksinnön mukaista verkon lähetettä, kuvio 4 esittää vastaanotetun signaalin taajuusspektriä, 5 kuvio 5 esittää keksinnön mukaista vastaanotinta, ja kuvio 6 esittää ilmaisinta keksinnön mukaisen lähetteen ilmaisemiseksi.

Kuviossa 2 on esitetty kaksi langattoman paikallisverkon vierekkäistä asemaa A ja B, joissa molemmissa on lähetin-vastaanotin ja datapäätelaite, kuten kuviossa 1 esi-10 tettiin, muodostaen A- ja B-solun. Kuvioon 2 piirretyt ympyrät esittävät asemien A ja B kuuluvuutta. Sisimmät ympyrät Rl esittävät aluetta, jolla dataa voidaan vastaanottaa (vastaanottimella) normaalisti. Keskimmäinen ympyrä R2 esittää aluetta, jolla normaali datalähetys voidaan havaita (vastaanottimella), muttei vastaanottaa.

Jo havainnon perusteella asema tietää, että toinen asema on lähetystilassa, eikä siten 15 ala lähettää samanaikaisesti. Ulommainen ympyrä R3 kuvaa aluetta, jolla datalähetys tulisi havaita, jotta päällekkäisiä lähetystilanteita ei syntyisi. Tähän ei tekniikan tason mukaisilla ratkaisuilla ole päästy.

Keksinnön mukaisesti lähetyksiin aiheutetaan määrätyin välein määrätylle taajuu-20 delle kapeita piikkejä eli lisätään lähetteisiin vastaanotossa kapeakaistaisina signaaleina näkyviä signaaleja. Tällaisen kapeakaistaisen signaalin kuuluvuusalue on laajempi kuin laajakaistaisen signaalin, vaikka lähetyksen ja signaalin amplitudi on sama. Suodattamalla kapeakaistaisella suodattimena määrätyllä kapealla taajuusalueella, jolla tiedetään mainitun kapeakaistaisen signaalin taajuuden olevan, havaitaan 25 keksinnön mukainen kapeakaistainen signaali kauempaa kuin normaali lähetys tavallisella laajakaistaisella suodattimena, jolloin kuviossa 2 esitetty aseman kuuluvuus-alue saadaan laajennettua ympyrän R3 kokoiseksi.

Keksinnön mukainen kapeakaistainen signaali voidaan toteuttaa lisäämällä normaa-30 liin lähetteeseen esim. FSK-lähetyksen (Frequency Shift Keying) tapauksessa ennalta määrätty bittisekvenssi, joka muodostuu edullisesti muutamasta peräkkäisestä 1-bitistä tai 0-bitistä, esim. 5 bittiä ('11111' tai '00000') tai 10 bittiä ('1111111111' tai '0000000000'). Tällainen bittisekvenssi, jota seuraavassa kutsutaan myös kaista-ak-tiiviseksi lohkoksi, voidaan sijoittaa lähetteeseen mihin tahansa kohtaa, edullisesti 35 databittien sekaan. On edullista sijoittaa bittisekvenssi lähetettäviin bittipaketteihin määrätyin välein, jolloin asemien vastaanottimet pystyvät tasaisin välein havaitsemaan, lähettääkö jokin toinen asema. Sekvenssejä ei tarvitse sijoittaa tasaisin välein, vaan ne voivat sijaita vaihtelevin välein tai näiden sekoituksena esim. siten, että niitä 4 98025 on tietyissä kohdissa (esim. databittien seassa) tasaisin välein ja muualla vaihtelevin tai satunnaisin välein. Sekvenssi voidaan sijoittaa esim. 200 bitin välein lähetteeseen, jolloin lähetettävässä signaalissa on esim. 200 bittiä (databittejä tai muita bittejä), sitten esim. 10-bittinen sekvenssi (kaista-aktiivinen lohko), sitten taas 200 nor-5 maalia lähetykseen kuuluvaa bittiä ja keksinnön mukainen kaista-aktiivinen lohko, jne. Lähetteessä saattaa jopa esiintyä kohtia, joihin tällaista ylimääräistä sekvenssiä ei tarvitse lisätä, nimittäin jos lähetteessä esiintyy jo muutenkin vastaanottospektriin kapeakaistaisen signaalin aiheuttava bittisekvenssi. Tällainen bittisekvenssi voidaan havaita lähettimessä sen toimintaa ohjaavalla kontrollerilla tai kanavakooderissa kun 10 lähetettä koodataan lähetystä varten. Tällöin kontrolleri havaitsee, ettei kyseiseen kohtaan tarvitse lisätä keksinnön mukaista sekvenssiä. Alan ammattimiehelle on tunnettua esim. GSM-matkapuhelimista tällainen digitaalinen lähetin, jossa on toimintaa ohjaava kontrolleri ja kanavakooderi kanavakoodausta varten. Mikäli lähetteessä on jo muutenkin tällainen vastaanottospektriin kapeakaistaisen signaalin ai-15 heuttava bittisekvenssi, voidaan lähete havaita kauempaa keksinnön mukaisella vastaanottimella, jossa on kapeakaistainen suodatin.

Kuviossa 3 on esitetty ylempänä tyypillinen digitaalisen järjestelmän lähete, jossa on alussa otsikkokenttä H ja sen jälkeen databitit, jotka voidaan jakaa peräkkäisiin 20 datalohkoihin D. Kuviossa 3 on alempana esitetty keksinnön mukainen lähete, jossa lähetteeseen on lisätty signaali B, joka aiheuttaa lähetteeseen piikin eli kapeakaistaisen signaalin määrätylle taajuudelle. Digitaalisen järjestelmän tapauksessa keksinnön mukainen signaali, tässä kaista-aktiivinen lohko B, lisätään lähetteeseen, kuten kuviossa 3 on esitetty, esim. otsikkokentän H ja datalohkon D väliin tai kahden data-25 lohkon väliin.

Käytettäessä lähetyksessä taajuusmodulaatiota syntyy taajuusspektriin tällöin modulaatiosta johtuen keksinnön mukaisen lisättävän sekvenssin eli kaista-aktiivisen lohkon kohdalle piikki. Piikki muodostuu määrätylle taajuudelle, joka sekvenssin olles-30 sa 1-bittejä on lähetteen kantoaaltotaajuus (fc) + 0,5 * deviaatio (taajuusdeviaatio) ja sekvenssin ollessa 0-bittejä on kantoaaltotaajuus (fc) - 0,5 * deviaatio. On edullista sisällyttää sekvenssiin sekä 1-bittinen sekvenssi että 0-bittinen sekvenssi peräkkäin esim. 5 tai 10 kpl 0-bittiä ja 5 tai 10 kpl 1-bittiä (esim. '000001111Γ), jolloin taajuusspektriin muodostuu kaksi piikkiä: ensin taajuudelle fc - 0,5 * deviaatio ja sitten 35 taajuudelle fc + 0,5 * deviaatio, jossa fc on kantoaaltotaajuus. Näistä kahdesta piikistä vastaanotin pystyy myös päättelemään 0-bittisekvenssin ja 1-bittisekvenssin välisen reunakohdan ja tämän avulla vastaanottimen on helpompi säilyttää oikea ajastus.

Il 5 98025

Kuviossa 4 on esitetty lähetyksen taajuusspektrejä. Ylimpänä on esitetty normaalin lähetyksen laajakaistaista spektriä, kun lähetys on esim. GMSK-moduloitu (Gaussian Minimum Shift Keying) ja laajakaistaisen suodattimen päästökaista. Keskimmäinen käyrä esittää edellä mainitusta O-bittijonosta aiheutuvaa piikkiä (lähetettäessä 5 vain nollia) sekä kapeakaistaisen suodattimen päästökaistaa ja alin käyrä esittää edellä mainitusta 1-bittijonosta aiheutuvaa piikkiä (lähetettäessä vain ykkösiä) sekä kapeakaistaisen suodattimen päästökaistaa. Kuviossa 4 esittävät x-akselit taajuutta ja y-akselit signaalin amplitudia.

10 Tällaisen piikin kuuluvuusalue on laajempi kuin laajakaistaisen signaalin, vaikka lähetyksen ja signaalin amplitudi on sama. Suodattamalla kapeakaistaisella suodattimena määrätyllä kapealla taajuusalueella, jossa tiedetään mainitun kapeakaistaisen signaalin taajuuden olevan, havaitaan keksinnön mukainen kapeakaistainen signaali kauempaa kuin normaali lähetys tavallisella laajakaistaisella suodattimella.

15

Kuviossa 5 on esitetty keksinnön mukainen vastaanotin keksinnön mukaiseen lähetteeseen sisältyvän piikin vastaanottamiseksi ja havaitsemiseksi. Vastaanotinta selostetaan seuraavassa vain lyhyesti, sillä tällaisen vastaanottimen rakenne on muuten alan ammattimiehelle tuttu, mutta keksintöä varten on modulointisekoittajien 5 jäl-20 keen sijoitettu tavallisen suodattimen 6 rinnalle kytketty kapeakaistainen kaistan-päästösuodatin 7 keksinnön mukaisen piikin suodattamiseksi. Kapeakaistaisesta suodattimesta 7 signaali viedään ilmaisimelle, joka on esitetty kuviossa 6 tasonil-maisua varten, jonka perusteella voidaan päätellä, onko vastaanotettu toisen aseman lähete, ja jos on, ei itse aleta lähettää.

'“K

Kuviossa 5 vastaanotetaan antennille tullut signaali, jonka tässä oletetaan olevan joko jo antennin (ei esitetty) jälkeen sekoitettu rf-taajuudelta välitaajuudelle tai se voidaan tuoda suoraan etu vahvistimelta (ei esitetty) rf-taajuisena. Aluksi signaali viedään suodattimelle 1, joka on joko rf- tai if-suodatin (if, intermediate frequency 30 eli välitaajuus) halutuntaajuisen signaalin vastaanottamiseksi, minkä jälkeen se jaetaan tyypillisesti kahteen eri haaraan, I-ja Q-haaraan. Jako tehdään tehonjakajalla 2. Paikallisoskillaattorilta 3 saatavalla tavallisesti kantataajuisella signaalilla vastaanotettu signaali moduloidaan sekoittajien 5 avulla kantataajuiseksi signaaliksi. I-ja Q-haaran signaalit saatetaan 90 asteen vaihesiirtoon keskenään, mikä saadaan aikaan 35 vaihesiirtämällä toisen haaran sekoitinsignaali vaiheensiirtimellä 4. Sekoittajien 5 lähdöistä valitaan halutut kantataajuiset signaalit laajakaistaisella suodattimella 6, esim. alipäästösuodattimella, josta I-haarassa saadaan lähtö I WB ja Q-haarassa saadaan lähtö Q WB. Keksinnön mukaiseen lähetteeseen lisätty spektriin piikin aiheut- 6 98025 tava signaali suodatetaan piikin taajuusalueella päästävällä kapeakaistaisella kais-tanpäästösuodattimella 7, josta I-haarassa saadaan lähtö INB ja Q-haarassa saadaan lähtö Q NB.

5 Kapeakaistaisesta suodattimesta 7 saatavalle signaalille suoritetaan tasoilmaisu, esim. tunnetulla AM-ilmaisimella (AmplitudiModulaatio-ilmaisimella), jossa I-haa-ran signaali vaihesiirretään 90 astetta vaiheensiirtimessä 8 ja summataan Q-haaran signaalin kanssa summaimessa 9, jolloin ensimmäisenä lähtönä OUTI saadaan ilmaistua 1-bittisen sekvenssin aiheuttama piikki taajuudella fc + 0,5 * deviaatio.

10 Vastaavasti Q-haaran signaali vaihesiirretään 90 astetta vaiheensiirtimessä 8 ja summataan Q-haaran signaalin kanssa summaimessa 9, jolloin toisena lähtönä OUT2 saadaan ilmaistua 0-bittisen sekvenssin aiheuttama piikki taajuudella fc - 0,5 * deviaatio. Tällöin mikäli lähetteeseen oli lisätty kaista-aktiivisena lohkona bittisekvenssi '1111100000', on ensin toinen lähtö OUT2 aktiivinen ja sitten ensimmäinen lähtö 15 OUTI.

Keksinnön mukainen kapeakaistaisena signaalina näkyvä signaali voidaan lähetti-messä lisätä lähetteeseen lähettimen toimintaa ohjaavalla kontrollerilla, joka lisää lähetteeseen halutunlaisen bitti sekvenssin joko määrättyihin paikkoihin tai satunnai-20 sesti esim. jonkin algoritmin perusteella. Haluttujen bittien lisääminen digitaalisessa lähettimessä on sinänsä tunnettua alan ammattimiehelle.

Keksinnön mukainen kapeakaistainen signaali voitaisiin lisätä lähetteeseen myös analogisessa järjestelmässä, jolloin lähettimessä muodostetaan määrätyn taajuinen 15 analoginen signaali esim. taajuussyntesoijalla ja lisätään kyseinen signaali määrätyin välein normaaliin kantoaaltoon. Tällaisen tietyntaajuisen analogisen signaalin muodostaminen ja lisääminen kantoaaltoon on myös sinänsä tunnettua alan ammattimiehelle.

30 Järjestämällä keksinnön mukaisesti lähetteisiin määrätyin välein kapeakaistaiset piikit aiheuttavat signaalit ja vastaavasti vastaanottimiin kapeakaistasuodattimet, voidaan hajautetun kontrollin omaavassa langattomassa paikallisverkossa yhdestä asemasta tuleva datalähetys havaita huomattavasti kauempaa, jolloin muissa asemissa voidaan havaita helpommin, lähettääkö jokin toinen asema dataa. Keksinnön mu-35 kaisella ratkaisulla ei dataa pystytä vastaanottamaan virheettömästi kauempaa, mutta voidaan havaita kauempaa jonkin toisen aseman lähetys. Tällöin muut asemat ymmärtävät olla lähettämättä samanaikaisesti ja odottavat kunnes toista lähetystä ei li 7 98025 enää kuulu, jolloin vältetään samanaikaiset lähetykset ja siitä aiheutuvat törmäys-tilanteet ja siten datan menetys.

Claims

98025
1. Langaton paikallisverkkojärjestelmä, joka käsittää datapäätelaitteita (Dl - D6) ja datapäätelaitteisiin yhteydessä olevia dataa lähettäviä ja vastaanottavia lähetin-vastaanottimia (TRI - TR6) ainakin kahden datapäätelaitteen välisen langattoman 5 yhteyden muodostamiseksi ja jossa data lähetetään lähetteinä määrätyllä taajuusalueella, tunnettu siitä, että lähetteessä on lähetteen taajuusalueella kapeakaistaisena signaalina näkyvä signaali (B), ja mainittu paikallisverkkojärjestelmä käsittää välineet (7, 8, 9) määrätyntaajuisen kapeakaistaisen signaalin suodattamiseksi ja ilmaisemiseksi vastaanotetusta signaalista. 10
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen paikallisverkkojärjestelmä, tunnettu siitä, että data lähetetään digitaalisina bittipaketteina ja paketeissa on bitti sekvenssi (B), joka lähetteen taajuusalueella näkyy kapeakaistaisena signaalina.
3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen paikallisverkkojärjestelmä, tunnettu siitä, että mainittu bittisekvenssi (B) on ennalta määrätynlainen.
4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen paikallisverkkojärjestelmä, tunnettu siitä, että mainittu bittisekvenssi (B) esiintyy lähetettävässä digitaalisessa bittipaketissa 20 useassa kohdassa.
5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen paikallisverkkojärjestelmä, tunnettu siitä, että mainittu bittisekvenssi (B) esiintyy lähetettävässä digitaalisessa bittipaketissa ennalta määrätyin välein. 25
6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen paikallisverkkojärjestelmä, tunnettu siitä, että mainittu bittisekvenssi (B) esiintyy lähetettävässä digitaalisessa bittipaketissa satunnaisin välein.
7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen paikallisverkkojärjestelmä, tunnettu siitä, että mainittu signaali (B) näkyy piikkinä vastaanotetun signaalin taajuusspektrissä. 1 2 li Patenttivaatimuksen 2 mukainen paikallisverkkojärjestelmä, tunnettu siitä, että mainittu bittisekvenssi (B) käsittää ainakin kaksi peräkkäistä 1 -bittiä. 35 2 Patenttivaatimuksen 2 mukainen paikallisverkkojärjestelmä, tunnettu siitä, että mainittu bittisekvenssi (B) käsittää ainakin kaksi peräkkäistä 0-bittiä. 98025
10. Patenttivaatimuksen 2 mukainen paikallisverkkojärjestelmä, tunnettu siitä, että mainittu bittisekvenssi (B) käsittää ainakin kaksi peräkkäistä 1-bittiä ja 0-bittiä.
11. Langattoman paikallisverkon vastaanotin, joka käsittää välineet (1) vastaanot-5 totaajuisen signaalin vastaanottamiseksi vastaanottotaajuusalueella, tunnettu siitä, että se käsittää välineet (7, 8, 9) määrätyntaajuisen kapeakaistaisen signaalin suodattamiseksi ja ilmaisemiseksi vastaanotetusta signaalista.