NO20110728A1

NO20110728A1 - Fremgangsmate og system for langdistanse, adaptivt, mobilt, straleformende adhoc-kommunikasjonssystem med integrert posisjonering

Info

Publication number: NO20110728A1
Application number: NO20110728A
Authority: NO
Inventors: Atle Saegrov; Roger Kamben
Original assignee: Radionor Comm As
Priority date: 2011-05-16
Filing date: 2011-05-16
Publication date: 2012-11-19
Also published as: EP2710400A4; AR086420A1; WO2012158045A2; WO2012158045A3; NO334170B1; ES2873111T3; US20140105054A1; EP2710400A2; EP2710400B1; US9516513B2

Abstract

Fremgangsmåte og system for å tilveiebringe et langdistanse, høykapasitets, mobilt adhoc- kommunikasjonsnettverk hvor en smal antennestråle formet av et flertall antenneelementer, radiotransceivere og digital romlig signalprosessering brukes for å tilveiebringe et høynøyaktig posisjoneringssystem integrert inn i kommunikasjonssystemet. De relative posisjonene og retningsorienteringen til alle enheter i nettverket finnes gjennom gjensidig utveksling av posisjoneringsdata som et element i kommunikasjonsprotokollen i nettverket. Det integrerte kommunikasjons- og posisjoneringssystemet brukes for å optimalisere rekkevidde og kommunikasjonskvalitet, redusere interferens i nettverket og overholde reguleringer i samsvar med den geografiske posisjonen og retningen til transmisjonen. Det lavlatens, høynøyaktig, distribuerte posisjoneringssystemet er i en utførelsesform et effektivt, sanntids ledesystemet for bevegelige objekter, så som ubemannede fartøyer, hvor referansesystemet på bakken kan omfatte en eller flere bevegelige enheter.

Description

Fremgangsmåte og system for langdistanse, adaptiv mobilt, stråleformende adhoc-kommunikasjonssystem med integrert posisjonering

Oppfinnelsen gjelder en fremgangsmåte for å sette opp et trådløst, langdistanse kommunikasjonsnettverk mellom flere enheters kommunikasjonsenheter, i samsvar med innledningen til patentkrav 1.

Oppfinnelsen gjelder også et system for å sette opp et trådløst, langdistanse kommunikasjonsnettverk med integrert posisjonering, i samsvar med innledningen til patentkrav 16.

Bakgrunn

De dominerende trådløse systemutviklingene i dag er telekomsystemer optimalisert for RF-båndbreddeeffektivitet og lave produksjonskostnader for brukerterminaler. Eksempeler på slike systemer er digitale GSM-telekommunikasjonssystemer og 3G, HSDPA, WiMAX, LTE og andre 4G-systemer for massedistribusjon av digital båndbredde.

Felles for alle disse systemene er at kommunikasjonsstrukturene er cellebaserte med en basestasjon som oprerer som en master som styrer trafikken i hver celle eller sektor. I sammenheng med RF-båndbreddeeffektivitet er det ikke optimalt å kombinere kort voldsom trafikk med langdistansetrafikk siden kommunikasjonsparameterne er optimalisert for et gitt område for overføringstid, og følgelig ulike cellestørrelser er kombinert fra pikoceller til makroceller. For GSM er den maksimale makrocelleradiusen på 35 km. For å kunne gjenbruke RF-frekvenskilder og øke kapasiteten for massedistribusjon brukes mindre celleradius, hvor en typisk celleradius er 1-5 km.

For 4G systemer, så som LTE er til og med enda mindre celleradiuser definer. For å øke båndbreddeeffekten er et multippel av antenneelementer og MIMO-teknikker brukt, men disse teknikkeneøker effektiviteten bare nårforplatningsveiene gjennom ulike refleksjoner kan utnyttes, og når kanalen ikke endres raskt, og følgelig for kort rekkevidde i reflekterende miljøer er MIMO-teknikker effektive. Antallet MIMO-antenner på basestasjonen er begrenset av prosessorkraft og lønnsomhetskompromisser, og antallet antenneelementer er typisk innenfor 3 og 8. For klientterminalen er den tilgjengelige plassen for antennelementene, tilgjengelig prosessorkraft, strømforbruk og fremstillingkostnader begrenset, samt at antallet antennelementer er typisk i området 2-3 elementer.

For mobile applikasjoner ved lengre avstander endres kanalen raskt på grunn av stor kanalspredning, og følgelig er effektiviteten til både MMO-teknikkerog båndbreddeeffektivitet betydelig redusert når terminalen beveger seg. I grisgrendte strøk uten dekning fra cellebaserte systemer benyttes satelittsystemer. Eksempler på satelittstystemer er VSAT og IRIDIUM. Felles for alle satelittsystemene er at all trafikk må rutes gjennom satelitten og følgelig er systemet et trådløst stjemetopologisystem hvor frekvenskildene er delta v alle brukerterminalene dekket av satelitten. Den lange avstanden til satellitten fører til et behov for høydirektive antenner, så som motoriserte parabolantenner med gyrostabilisering eller andre kompromisser som båndbreddereduksjon, for å oppnå en stabil link for mobile installasjoner.

Satelittsystemene lider også av ytterligere atmosfærisk tap og spredningseffekter for terminaler nær polene av jorden på grunn av at innfallsvinkelen er liten. Påvirkningen av atmosfærisk tap og spredningseffekter er kjent å resultere i delvis ustabile linker.

En anne hovedbegrensning med satellittsystemer er lange forsinkelser på grunn av de lange avstandene til satellitten. En typisk akkumulert forsinkelse til og fra en satellitt I geostasjonær bane er 240 ms. For applikasjoner, så som tale- og videokonferanser og sanntids fjernstyrte styringsapplikasjoner reduserer denne forsinkelsen kvaliteten på tjenesten, linkeffektiviteten og også eksluderer sanntidsapplikasjoner som krever kort latenstid for å kunne virke riktig.

Sanntids reguleringssystemer relater til navigasjon, så som ledesystemer for for fly eller missiler, krever raske reguleringssløyfer. Disse er implementert som en kombinasjon av separate sensorsystemer og kommunikasjonsssytemer. Sensorsystemer for ledesystemer som involverer GPS har en begrenset oppdateringshastighet og begrenset vertical oppløsning i noen satellittkonstellasjoner som begrenser yteevnen for høyhastighets ledesystemer. Satellittposisjonstjenester, så som GPS, kan også enkelt bli avbrutt av blokkerende transmittere som er en betydelig begrensning for sikker operasjon. Optiske systemer er rakes, presise og vanskelige å avbryte ved blokkering, men kan ikke operere ved lange avstander i ufordelaktige værtilstander, så som snø, regn og tåke.

Med kjent teknikkombinasjon av ulike sensorsystemer og kommunikasjonsystemer som må anvendes for å implementere et sanntids ledesystem for mobile enheter vil dette introdusere ekstra latens og kompleksitetøker reguleringssløyfeforsinkelsen og reduserte stabilitetsmarginer.

GB2448510A beskriver en radiofrekvens-kommunikasjonsmetode, anordning eller system som omfatter en første antenne som overfører informasjon angående dens posisjon til en andre antenne som mottar nevnte informasjon og broker den til å innrette en retningsstyrt strålingsstråle fra den andre antenne mot posisjonen til den første antennen. Publikasjonen beskriver et lobe-innrettende system basert på å svitsje antenner mellom rundtstrålende antenner som overfører posisjonsinformasjon og høydirektive antenner som brukes for kommunikasjonsformål. Systemet krever et andre radiosystem som er komplekst og dyrt i tillegg til et veldig presist retningssensorsystem for å bestemme optimal retning for fasegruppe-antennesystemet. Strålen vil alltid rettes mot hverandre selv om direkte siktelinje er blokkert og kommunikasjon kan være mulig via en refleksjon av signalet. Hastigheten til mobile enheter antallet enhter i nettverket er begrenset gjennom nettverkskapasiteten til det første antennesystemet som sender rundtstrålende ved en relativt lav datarate.

WO2010025996 beskriver en fremgangsmåte for utføring av kommunikasjon i et trådløst kommunikasjonsnettverk, omfattende å motta mobilitetsinformasjon om minst en bevegelig mobil stasjon i en mobilitetsserver til det trådløse kommunikasjonsnettverket, bruk av mobilitetsinformasjonen fra mobilitetsserveren til å beregne antennevekter som skal anvendes på antenneelementene til antennegruppen for styring av en stråle generert av antennegruppen til den bevegelige mobilstasjonen. Publiksjonen beskriver et antennegruppe-bakkesystem og et RF-transceiversystem på de mobile enhetene. Mobilitetsdata fra mobile de mobile enhetene kommuniseres gjennom et nettverk til en mobilitetsserver som sender informasjonen til styringsvektoren for antennegruppen. Systemet er komplekst of dersom systemet har mange noder i nettverket, vil latensen til mobilitetsinformasjonsdistribusjonen være betydelig. Dersom RF-kanalen endres raskt og den optimale antenneretningen ikke er den direkte siktelinjen til den mobile stasjonen vil det beskrevne systemet ha betydelige begrensninger med hensyn til pålitelighet og rekkevidde. Publikasjonen beskriver ikke en symmetrisk antenneløsning for både bakkestasjoner og luftfartøyer, msamt begrenser gjenbruken av frekvensen for høytliggende mobile stasjoner som ikke innehar smale adaptive antennestråler.

US20030174048 beskriver en identifikasjonstagg med RF-kretser, ultra-bredband-kretser (UBB)og en fremgangsmåte for måling av flytid mellom identifikasjonstaggen og en lokal anordning er beskrevet. Gjennom å kombinering av de målte flytidavstandene mellom flere enheter og anvendelse avtrinagulering kan den relative posisjonen til indentifikasjonstaggen finnes. Den fremviste publikasjonen broker signalprossesering i tidsdoment bare for å bestemme ankomsttid, og følgelig er flytidsmålinger veldig sensitive for unøyaktigheter gjennom forsinket spredning fra en RF-multibane-scenario. Dersom forsinkelsen er liten, kan ikke antallet multibanekopier av signalet separeres ved bruk av den beskrevne korrelasjonsmetoden. Utnyttelsen av den beskrevne UBB-kretsen har flere store ulemper, så som stort strømforbruk,høyhastighets analog-til-digital-omformere med begrenset dynamisk område og på grunn av at RF-bandbredden er veldig stor er den tillatte transmisjonsutgangseffekten og det operative arbeidsområdet veldig begrenset.

Formål

Hovedformålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system som løser de ovenfor nevnte ulempene ved kjent teknikk.

Det er videre et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system omfatte et langdistanse-kommunikasjonsnettverk for mobile applikasjoner hvor den tilbudte båndbredden er høy, gjenbruken av båndbredden og nettverkseffektiviteten er høy. Kommunikasjonsrekkevidden er lang i samsvar med oppfinnelsen som en kombinasjon av moduleringsteknikk, analog implementasjon, digital romlig-tidssignalprosessering og fremgangsmåte for utnyttelse av et høydirektivt, adaptivt, symmetrisk gruppeantennesystem. Implementeringen av en kommunikasjonskontroller tilveiebringer veldig høy effect for bade kort og lang rekkevidde. Maskenettverket er organsisert slik at ingen basestasjoner kreves, og er selvorganiserende slik at trafikkollisjoner og interferens er unngått, samt at transmisjon kan utføres med lav latens og jitter.

Det er videre et formål å tilveiebringe et system med et høypresisjons-posisjoneringssystem integrert i kommunikasjonssystemet som tilveiebringer høy posisjonsnøyaktighet og lav latensoverføring av posisjonsdata på tvers av det trådløse adhoc-nettverket til andre noder i systemet.

Det er videre et formål å bruke det innbygde posisjoneringssystemet til å bruke den distribuerte posisjoneringsinformasjonen til å øke linkeffektiviteten og til å pålegge begrensninger for effektemisjon i samsvar med konstellasjonen av mobile enheter. Det integrerte posisjoneringssystemet og den dynamiske database over interferensområder brukes sammen med effektemisjonskontroll og dynamisk stråleforming for å oppfylle de reguleringer for maksimal effektemisjon i den gitte geografiske posisjonen og retningsorientering av den utstrålte antennestrålen. I taktiske scenarioer kan også effektemisjon inn i farlige områder eller områder med fiendtlige styrker også begrenses på samme måte.

Det er videre et formål med å bruke det innbygde posisjoneringssystemet til å tilveiebringe styringssignaler til en servomotor-antennestruktur hvor LAMSAKOM-antenneenheten (LAMSAKOM-langdistanse adaptiv mobil stråleformende adhoc-kommunikasjonsenhet) er montert, hvor den fysiske retningen horisontalt og/eller vertikalt kan justeres kontinuerlig. Dette gjelder spesielt for de største gruppene tiltenkt for veldig lang rekkevidde og troposcatter-operasjon. De elektrisk styrbare antennene i samsvar med oppfinnelsen vil redusere behovet for raskere søk og låseprosess for den servokontrollerte LAMSAKOM-antennestrukturen.

Oppfinnelsen

En fremgangsmåte for å sette opp et effektivt trådløst langdistanse-kommuinikasjonsnettverk i samsvar med oppfinnelsen er angitt i patentkrav 1.Fordelaktige trekk ved fremgangsmåten er angitt i patentkravene 2-15.

Et system for å sette opp et effektivt trådløst kommunikasjonsnettverk i samsvar med oppfinnelsen er angitt i patentkrav 16. Fordelaktige trek ved systemet er angitt i patentkravene 17-29.

Den foreliggende oppfinnelsen er et nytt langdistanse, adaptivt, mobilt, stråleformende adhoc kommunikasjonssystemet (LAMSAKOM-system) som kombinerer høydirektive, elektronisk styrbare antennestråler, synkron systemoperasjon, posisjonering ved bruk av data fra stråleformende antennesystem og fremgangsmåter for bestemmelse av optimale sektorer å sende effekt til for å øke mobilitet og båndbredde, samt redusere interferens til eller fra andre kommunikasjonsenheter. LAMSAKOM-system et er tilveiebragt gjennom at flere LAMSAKOM-enheter sammen danner en adhoc-maskenettstruktur. Flere slik LAMSAKOM-enheter kan anordnes ved den samme kommunikasjonsenheten for å dekke en større sektor, spesielt med formålet å tillate raskere overlevering i en adhoc-nettverksstruktur.

Transmitter-utgangseffekt for LAMSAKOM-systemet må være høy for å oppnå en kommunikasjonsrekkevidde med tilstrekkelig linkmargin. I en utføreIsesform av oppfinnelsen er transmitter-toppeffekten 2 kW tilsvarende isotropisk utstrålt effekt (EIRP - equivalent isotropically radiated power). I tidligere kjent teknikk er høy toppeffekt oppnådd enten ved å påføre høy effekt til en rundtstråeldende antenne eller ved å anvende en tilførsel inn i en fokuserende metallstruktur, så som en parabolantenne. I begge tilfellene representerer antennetilførselspunktet et potensielt farlig område med hensyn til stråling.

Den foreliggende oppfinnelsen benytter flere antenneelementer som er spredt over et fysisk område. Hvert antenneelement er fasekoherent med de andre elementene, og utstråling fra hver antenneelement er godt under sikkerhetsgrensene for direkte strålingseksponering for menneskekroppen, eller kan også være godt under grensen fra gassantennelse i farlige områder hvor eksplosive gasser kan være tilstede.

I fjerne felt danner fasingen av antennene en smal stråle som fokuserer energien og fører til en høy EIRP i retningen som er mest interessant, og følgelig et veldig høyt EIRP-nivå kan kombineres med strålingssikkerhet for personell som opererer nært utstyret under installasjon og vedlikehold. Bruk av en rekke antenneelementer vil tilveibringe lavfeltinntensitet nærfeltsområdet og en tilsvarende høy effektemisjon i fjernfeltet når avstande til antenne er sikkert og den totale avgitte strålingen er godt under de farlige grensene. Ved et stort antall antenneelementer er ment minst 4, nominelt 60 og maksimalt 1000 antenneelementer. Prosesseringsforsterkningen i en initial kodeord-korrelator versus dekodende proseseringsforsterkning når en grense på ca. 250 elementer, for hvilket større grupper vil måtte tilveiebringe mer antenneelementforsterkning enn en unipol for å opprettholde en høyere prosesseringsforsterkning i en initial kodeord-korrelering for å oppnå ramme-for-ramme romlig søkemetode i samsvar med oppfinnelsen. For å redusere effektforbruket og varmespredning for transceivere til LAMSAKOM-systemet er moduleringstypen i LAMSACOM-en for langdistanse-kommunikasjon constant konvoluttmodulasjon uten amplitudekomponenter. Denne modulasjonsteknikken muliggjør maksimal effektivitet i transmittermoduler som kan operere I klasse C, D og E for høye utgangseffektnivåer. Den rene fasemoduleringen er implementer digitalt ved hjelp av at den kan endres til tradisjonell QAM eller OFDM for operasjoner ved kortere rekkevidder hvortransmisjonseffekten kan reduseres. Ved kortere rekkevidde kan utgangseffekt-forsterkertransmittere endres til å operere i klasse A- eller AB-modus for å tilveiebringe amplitudekomponenter som trengs for moduleringstyper some r mer båndbreddeffektive enn konstant konvoluttmoulasjon.

Den foreliggende oppfinelsen for LAMSAKOM med høy transmisjonstoppeffekt har et innebygget system for å kontrollere at transmitter utgangseffekt er i samsvar med nasjonale reguleringer for et gitt geografisk område og retningen av transmitteringen. Den foreliggende oppfinnelsen omfatter toppeffektgrenser, arbeidsfrekvenser og geografiske områder, samt broker et integrert relativt posisjoneringssystem og komunikasjonssystem for å distribuere informasjonen mellom kommunikasjonsenhetene. Dersom minst en kommunikasjonsenhet har en kjent geografisk posisjon og orientering kan resten av kommunikasjonsenheten beregne deres geografiske posisjoner og retninger.

I tillegg kan LAMSAKOM-systemet valgfritt være forsynt med ytterligere sensorer, så som akseleroemtre, gyroskoper, magnetometer og GPS-sensorerfor å bruke denne informasjonen og dele informasjonen med andre kommunikasjonsenheter for å øke systemets posisjoneringsnøyaktighet.

Den foreliggende oppfinnelsen omfatter søkekretser og fremgangsmåter for bestemmelse av fysisk retning for en inkommende radiobølge i mottaksmodus. En retningsestimator er så brukt for å fokusere transmisjonsenergien i en sector rundt et estimert innkommende signal når data skal transmitters tilbake til den andre enheten. Interne lister for kommunikasjonsenhetenes ID-er og innkommende retninger oppdateres for hver mottatte dataramme. Fremgangsmåten for bestemmelse av den fysiske retningen til den andre kommunikasjonsenheten er fordelaktig sammenlignet med teknikker, så som Ml MO, når kommunikasjonsenhetene beveger seg i forhold til hverandre. Siden kommunikasjonskanaler (radio) endres veldig raskt, spesielt for langdistansesystemer i tilstander uten siktelinjer, må energien sendes til en sector av interesse for å sikre at energien distrubueres og strømmer over det sannsynlige området av interesse. Ved å anvende en smal transmitterstråle i området av interesse reduseres refleksjoner og kanalspredning.

For langdistansesystemer er lange tidsforsinkelser for multibaner en betydelig begrensing som medfører intersymbolinterferens og krav om høyere kodeforsterkning i modulering, hvilket resulterer i tap av datagjennomløp.

Den foreliggende oppfinnelsen broker en optimal kombinasjon av fasene for et mottatt signal for å oppnå den beste signal-/interferens-raten, og basert på disse koeffisientene beregner systemet de mest sannsynlige retningene for opprinnelse av fasefronten og skaper et fasekoeffisientsett som tilveiebringer en eller flere fasefronretninger hvor data sendes til den bestemte kommunikasjonsenheten. I samsvar med den foreliggende oppfinnelsen er en equalizer implementert både i romlig- og tidsdomene. Fremgangsmåten tar i betraktning at både denne kommunikasjonsenheten og andre kommunikasjonsenheter er bevegelige i forhold til hverandre, og danner sektorbredder som samsvarer med et omgivende område rundt kommunikasjonsenhetene hvor data sendes. Dette tillatter høyre mobilitetsegenskaper samtidig som man opprettholder høy nettverkskapasitet.

Systemet broker et fasekoherent-modulert kodeord som en start for hver dataramme. Kodeordet som indikerer starten av hver dataramme er brukt for eksakt tids- og fasesynkronisering. Dette fysiske modulatorskjemaet tillater høypresis ankomsttidsbestemmelse i mottakerseksjonen, en kanalanalyse og en høyrobusthet med hensyn til interferens. Moduleringsskjemaet til LAMSAKOM-systemet er et fasemodulert kodeord som bruker en koherent og synkront roterende kodebok med komplekse, modulerte fasekodede mikroprosessorer. Den totale kodesekvensen er veldig lang og et koherent glidende vindu brukes for å kode symbolet. Lengden til symbolene kan varieres for ulike modulasjonsdatarater hvor lange kodeord kan brukes i tilfeller for store propageringssvekkelser eller stor tidsforsinkelsesspredning. Kodeboken er forberedt med koder som inneholder selv-korrelasjon for bade mikroprosessor og symboleffekter.

Ombinert med det koherent glidende vinduet er intersymbol.interferens fra etterfølgende symboler redusert så vel som interferens fra baner med veldig lange tilleggstidsforsinkelser.

I et verste fall scenario hvor symbolkodeordet ikke er i stand til å tilveiebringe tilstrekkelig margin for feilfri decoding i en kanal med stor tidsforsinkelsesspredning vil fremgangsmåten med koherent glidend vindu "hviting" og spre den dekodefeilene i tidsdomenet og det romlige domenet, og vidersendings-feilkorreksjonssystemet kan fremdeles være i stand til å tilveiebringe en feilfri kommunikasjonslink (radio).

LAMSAKOM-systemet opererer koherent hvor transmitter og mottaker beveger det glidende vinduet synkront og koherent med hverandre. For å oppnå denne koherente operasjonen må hver dataramme inneholde minst et kodeord som definerer den eksakte starttiden for rammen. Kodeordet er et langt kodeord for å tilveiebringe en presis ankomsttid og faseankomst-målinger sammenlignet med den lokale klokkefrekvensen. Det same kodeordet er brukt for koherent fasefront-posisjoneringsberegninger i tillegg til datademodulering. Kodeordet kan roteteres synkront for å tilveiebringe en linksikkerhetsbeskyttelse og multibane-hviting. For å oppnå høyere posisjoneringsytelse kan kodeordet være konstant konvolutt nullautokorrelasjon (constant envelope zero autocorrelation (CAZAC)), så som Zadoff-Chu skevens eller Golay Pair sekvens, som alternativt kan tilpasses for å oppnå posisjoneringsegenskaper gjennom en kommunikasjonssekvens for å tilveiebringe optimal innebygd posisjoneringspresisjon under operasjon av en LAMSAKOM-kommunikasjonssekvens. I scenarioer hvor den direkte siktelinjen er tap tog kommunikasjonslinken bruker en refleksjon for kommunikasjon vil svitsjing av kodeord til en type med lav autokorrelasjon-sidelober og søk etter den første ankomstkorrelasjonen opprettholde posisjonen til det direkte siktelinjesignalet mens brebåndskommunikasjonslinken sendes via en reflektiv bane.

For å oppnå koherent operasjon i scenarioer hvor kommunikasjonsenhetene beveger seg med relativ hastighet i forhold til hverandre, anvendes en spesiell sporende tilbakesendings-/vidersendingsmetode i samsvar med oppfinnelsen for lange datarammer eller scenarioer med multibaner kombinert med relativ hastighet mellom transmitter og mottaker. Det sporende tilbakesendings-/videresendings-equilizersystemet fortsetter å korrelere en lang sekvens av fasemoduleringsmikroprosessorer for å kalkulere ankomsttid og faseankomst, korrigere den lokale referansen for å opprettholde koherent operasjon, analysere kanalspredning og multibaner, samt anvende et adaptivt filter for å bruke refleksjoner til å legge til refleksjonsenergien for å øke signal-/støy-raten og signal-/interferens-raten. Den sporende tilbakesendings-/videresendingsmetoden i samsvar med oppfinnelsen bruker modulasjonsdata til å analysere endringene i spredning, multibane, fase og ankomsttid gjennom decoding av en lang ramme, og følgelig propageringskanaltrening er gjort constant uten introduksjon av en ekstra linkoverhead.

Den foreliggende oppfinnelsen bruker et tidssynkronisert mellomkontrollsystem for å kombinere datatransmisjon og unngå linkkollisjoner og reservere tid for adhoc-nettverkstrafikk. I nåværende teknikk er dette skjemaet kjent fra cellebaserte systemer hvor basestasjonene definerer tidsluker for opp- og downlink, men systemet presentert i den foreliggende oppfinnelsen trenger ingen basestasjon. I den foreliggende oppfinnelsen forhandler nodene/kommunikasjonsenhetene en felles tidsreferanse og velger en nettverkskoordinator som definerer tidsluketjenesten i systemet.

Modulasjonsmetoden i samsvar med denne oppfinnelsen omfatter synkron, koherent demodulasjon av data for bestemmelse av den eksakte frekvensdeviasjonen mellom kommunikasjonsenhetene og flytiden for en transmisjon av en dataramme fulgt av en kvitteringsmelding inneholdende ankomsttid og behandlingstidlatens, og denne metoden sammen med en distribuert tidsreferanseforhandling tilveiebringer en høypresis felles klokkereferanse i adhoc-nettverket ved bruk av trafikk og uten ytterligere systemoverhead.

Nettverkskoordinatoren definerer tilgang til tidsluker for kritiske data som overføres uten mellomdetekeringsmekanismer og i en planmessig transmisjonsskjema slik at ingen kollisjoner oppstår. Detteøker linkeffektiviteten sammenlignet med nåværende adhoc-systemer, så som WIFI, som benytter Aloha-mellomdelingsmekanismer.

Nettverkskoordinatoren allokerer også tidsluker hvor kommuniksjonsenhetene kan dele mediet med Aloha-mellomdelingsmekanismer. LAMSACOM-en er istand til å kombinere bade høyeffektive disiplinerte TDMA-transmisjoner (Time Division Multiple Access) med garantert latens og bruker resten av linkkapasiteten til adhoc-nettoppbygging uten definerte basestasjoner eller linkmaster. Den felles forhandlingen er basert på en fremgangsmåte omfattende at majoriteten bestemmer kombinert med vilkårlige prosesser for å unngå ustabiliteter i tilfelle konflikter med like vektmidler slik at en fast, satbil nettverksbasert tidsreferanse er oppnådd og opprettholdt.

En annen mekanisme i den foreliggende oppfinnelsen er bruken av ulike linkparametere i ulike tidsluker. Gjennom denne mekanismen kan nettverksparametere, så som flytid, tidsavbrudd, modulasjonstyper, etc, optimaliseres for korte rekkevidder i en tidsluke og for lange rekkevidder i en annen tidsluke.

Det integrerte posisjoneringssystemet vil derfor bestemme avstanden mellom kommunikasjonsenhtene og vil plassere datatransmisjoner i tidsluker med et gitt sett optimale linkparametere. Dette vil øke effektiviteten for kort/middels rekkevidde så vel som for lange rekkevidde. Dette åpner også for fremtidige system utvidelser, så som nye moduleringstyper, som kan dedikeres til gitte tidsluker.

Den foreliggende oppfinnelsen kan dedikere gitte tidssynkroniserings-tidsluker til ukjente moduleringsbølgeformer, og dette gir en åpen, fremtidig kompabilitet for nye modulasjonsbølgeformer og linkparametere med sameksistens med tidligere generasjoner av utstyr.

Mottakersytemet i den foreliggende oppfinnelsen er et fullt autonomt ramme-for-ramme-optimaliserende system som finner den optimale antennekomplekskoeffisientmatrisen for hver ramme basert på de modulerte data ved starten av rammen og uten behov for andre inputdata.

Systemet omfatter et stort antall antenneelementer med radiomottakere som opererer koherent. I hver radiomottaker bestemmer en korrelator starten av en dataramme gjennom korrelering av et forhåndsdefinert langt kodeord og bestemmer eksakt ankomsttid og fase for et koherent lokal oscillatorsystem. Denne informasjoner sendes videre til en sentral enhet som beregner den optimale, komplekse antennegruppekoeffisienten og anver dette i en kompleks multiplikatormatrise. De digitaliserte data fra hver radiomottaker er sendt til en sentral enhet gjennom et veldig kort digital fosinkelseselement for hvert antenneelement før dataene kombiners i en enkelt strøm.

Den foreliggende oppfinnelsen utfører operasjonen med å finne de optimale antennekoeffisientene som maksimaliserer signal-/støy-raten og reduserer interferenssignaler så raskt at resulatet er klart før dataene føres gjennom forsinkelseselementet, og følgelig er koeffisientene satt slik datarammen kan decodes med et optimalt romlig filter somøker signal-/støy-raten, reduserer interferens til og fra andre kommunikasjonsenheter intersymbolinterferens.

Det antennekoeffisient-optimaliserende systemet i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen reduserer påvirkningen av flat fading? når propagering over reflective overflater, og utbytter effecter til overflater og opphøyde radio ducting? Langstrakte kanaler for langdistansekommunikasjon. Vertikal separasjon mellom antenneelementene og en fremgangsmåte for energioptimering reduserer betydelig signalrippel og følgeligøker kommunikasjonsrekkevidden og påliteligheten.

Den høydriektive anntennestrålen i LAMSAKOM-systemet i samsvar med oppfinnelsen fokuserer transmisjonsenergien i den langstrakte? Kanalen i sanntid og på et ramme- til-ramme-nivå, og velger den optimale banen for propagering for å optimalisere singal-/interfernsnivået. For langdistansekommunikasjon i ducting? kombinert med reflektive overflater vil en forsinket sprdning av signalet degradere det mulige datagjennomløpet.

Den foreliggende oppfinnelsens bølgeformgenerering, antennestråleforming, mottak og posisjonering er realisert i det digitale domenet, og multimottaks- og posisjoneringssystemer kan implementeres i parallell. Mutiple transmisjonsantennestråler kan også implementers i parallell ved å legge til utgangen til multiple instanser for den digitale modulasjonen og antennestråleformings-signalprosesseringskjeder. De multiple simultane strålene med simultane modulasjoner av ulike data vil øke båndbreddeeffektiviteten og nettverkskapasiteten.

Den foreliggende oppfinnelsen kombinerer en roterende kodebok kombinert med en tilbakesendings-/videresendings-tidsdomeneequilizer, en romlig equalizer og en høydirektiv antennestråle for å betydelig redusere signalnivået og forsinke spredt rippel for langdistansekommunikasjon.

Den foreliggende oppfinnelsen omfatter et innebygd trek som benytter høydirektive antennestråler for lokalsiering av retningen til andre kommunikasjonsenheter. En radio frontkorrelator tilveiebringer en eksakt ankomsttid and faseresultat med hensyn til den lokale koherente oscillatoren når et langt kodeord som starter hver ramme er detektert. Faserelasjonen til den lokale oscillatoren for alle antenneelementene sammen med en kalibreringsfasereferanse for hver antenne-RF-bane brukes for å finne tilsvarende fysisk retning for det mottatt signalet.

Posisjoneringstrekket som er en integrert del av LAMSAKOM-systemet kombinerer høynøyaktig posisjonering og et bredbåndskommunikasjonssystem som kan tilveiebringe sanntids ledesystemer som hvor den veldig lave latensen på relativ posisjonsberegningen og en maskenettdistribusjon av disse sensordat tilveiebringer midler for lavlatens-reguleringssløyfe-ledesystemer.

Ledesystemet i samsvar med oppfinnelsen tillater at posisjonsreferanse-kommunikasjonsehetene er mobile. En full 3-dimensjonal geografisk posisjon uten en 3-dimensjonal retningsvektor kan finnes med bare en enkel kommunikasjonslink til en LAMSAKOM-enhet med en kjent geografisk posisjon og orienteering. Multiple LAMSAKOM-enheter kan brukes i posisjoneringsbettverket for å forbedre presisjon og øke systemredundans og pålitelighet.

Den foreliggende oppfinnelsen har et dedikert mikrobølge-kalibreringsnettverk integrert i et kretskort (PCB) hvor signalet fra en sentral referansetransmitter distribueres til RF-fronter for alle antenneelementene. Ved hjelp av en RF-svitsj tilføres et referansesignal til RF-fronten nær antennen. Referansenettverket er designet slik at alle fysiske lengder fra referansetransmitteren til alle RF-frontene er like, og dette eliminerer den relative termiske skjevheten i nettverket. I tillegg omfatter kalibreringsnettverket bredbåndseffektsplittere som tillater referansenettverket å brukes for et bredt frekvensområde. Bruken av det integrerte RF-kalibreringsnettverket er en nøkkel for stabil høypresisjonsposisjonering i feltoperasjoner.

Den foreliggende oppfinnelsen har en nøyaktig ankomsttid som kalkuleres basert på det modulerte kodeordet som starter hver dataramme. Den eksakte ankomsttiden kalkuleres basert på interpolasjon og kurvetilpasningsalgoritmertil en presisjon some r høyere enn systemsamplingstiden. Tiden fra deteksjon av det startende kodeordet til starten av en response til rammen er et eksakt definert antall klokkesykluser. Den eksakte ankomsttiden, antallet interne klokkesykluser mellom den mottatte ankomsttiden til transmisjon av responsrammen og annen fast forsinkelse transmitters i responsmeldingen. Når responsmeldingen er mottatt, den eksakte behandlingstiden, og følgelig flytiden og fysiske avstander kan beregnes. Når denne informasjonen kombineres med resultatet fra retningsposisjoneringen kan en tredimmensjonal relative posisjon beregnes til alle andre kommunikasjonsenheter i nettverket basert å den normal trådløse trafikken.

Den foreliggende oppfinnelsen omfatter i en utførelsesform flere antennepaneler på same side for å dekke en større sector, samt en speisell mekanisme bygd inn i en mediumaksesskontroll (MAC) som tillater rask overlevering av målpaneler i en adhoc-nettverksstruktur. Datarammekvitteringsmeldingen (ACK) inneholder både destinasjon og kilde-ID, slik at dersom ett panel ved den samme siden som destinasjonspanlet observerer et nytt forsøk på transmisjon ved å sjekke sekvensnummer I rammen, vil alle panelene ved en gitt side sende en ACK, hvor det transmitterende panelet vil detektere at ACK-en er fra et annet panel enn destinasjonspanelet, og vil oppdatere rutingstabellen for å sende default til det originale panelet. Gjennom dette vil en paneloverlevering kunne skje under et nytt forsøk til av en rammetransmisjon, og fremgangsmåten trenger ingen andre spesielle prossedyrer.

Den foreliggende oppfinnelsen omfatter en fremgangsmåte for å søke og oppnå kobling mellom paneler. Denne fremgangsmåten utføres ved modulering av kodeord med informasjon om opprinnelsen til transmisjonen, informasjon om transmisjonsretning og sekvensering av kodeord. Hvert kodeord sendes i en ulik retning. Gjennom denne teknikken kan et romlig skann etter andre kommunikasjonsenheter utføres med minimal tid, samt at en mottaker ved den maksimale rekkevidden vil være istand til å dekode det beste kodeordet. Det innebygde posisjoneringssystemet vil bestemme retningen til det mottatte kodeordet og informasjon i kodeordet og den innlemmede kodingen av opprinnelses-ID-en gjør kommunikasjonsenheten i stand til å resondere tilbake med transmisjonsenergien i en optimal retning og rapportere den optimale retningen av transmisjonen som ble målt. Når denne informasjonen er mottatt har de to kommunikasjonsehetene bestemt en optimal sektor for transmisjon, og siden denne metoden er veldig rask, i en utførelsesform av oppfinnelsen er den totale avstandsmålingen mindre enn 1 ms, kan metoden benyttes for å opprettholde en link som endres raskt av ikke-siktelinje-betingelser med bevegelige enheter.

Den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer en rask avstandsmålingsmetode hvor hver av de individuelle antennene senderen tidsskiftet versjon dersom det initiale kodeordet med noe tilleggsinformasjon om kilde-ID-en og antenneelementantallet er kodet i kodeordet. Dekoderen i mottakeren kan i korreleringssekvensen separere og optimalisere banen fra hvert antenneelement på den transmitterende LAMSAKOM-enheten til hvert antenneelement på den mottakende LAMSAKOM-enheten. Den totale tiden for denne raske avstansmålingsmetoden er tiden det tar å sende kodeprdet pluss antallet antallet antenner ganget med tiden det tar å sende fra en mikroprosessor. Denne tiden er kortere enn forsinkelseselementet på den mottakende LAMSAKOM-enheten, og følgelig kan en fullstendig romlig avstandsmåling oppnås fra hver mottatte dataramme.

Den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer en digital data dataflytclusterarkitektur med konsentratorer hvor data samles i konsentratornoder og sendes gjennom høyhastighets-databusser. Høyhastighetsbussystemet har et distribuert feilbehandlingssystem som er i stand til å begrense tapet av funksjonalitet dersom en clusterenhet eller en hardwarelinje i høyhastighetsbussen lider av en feiltilstand. Høyhastighetsbussystemet er anordnet som et flertall, enkeltledning, seriedatalinjer hvor et begrenset antall logiske datakanaler er dedikert for hver fysiske tilkoblingslinje. I tradisjonelle høyhastighetsbussdesign vil en feil på en av tilkoblingslinjene stoppe bussoperasjonen. I samsvar med oppfinnelsen vil feil på en av enkeltlednings-transmisjonslinjene begrense konsekvensen til taå av et begrenset antall logiske kanaler. Høyhastighetsbussystemet detekterer feil ved bruk av en innebygd feildekteringsmekanisme for hver enkeltledningslinje, samt rapporter om hvilke logiske kanaler som er operative og logiske kanaler med transmisjonsfeil.

En fremgangsmåte i samsvar med oppfinnelsen kan følgelig oppsummeres i de følgende trinnene: a. ved hjelp romlig analyse av signaler fra RF-transceiverseksjonen utføre et romlig skann

etter andre kommunikasjonsenheter,

b. beregne romlig vinkelretning for hver mottatte kommunikasjonsmelding fra andre

kommunikasjonsenheter i nettverket,

c. måle ankomsttid mellom kommunikasjonsenhetene basert på korrelasjon av et kodeord som er inkludert i hver kommunikasjonsmelding i nettverket, d. sending av en responsmelding til andre kommunikasjonsenheter inneholdende informasjon om ankomsttid for en dekodet melding og forsinkelsestid fra ankomsttiden til sendingen av responsmeldingen,

e. gjensidig utveksling av posisjonsinformasjon mellom alle kommunikasjonsenheter i nettverket gjennom den samme RF-transceiver-seksjonen som er brukt for posisjonering.

Ytterligere detaljer og fordelaktige trekk med den foreliggende oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende eksempelbeskrivelsen.

Eksempel

Oppfinnelsen vil nedenfor bli beskrevet mer detaljert med henvisning til de vedlagte tegningene, hvor:

Figur 1 viser et blokkdiagram av en LAMSAKOM-enhet i samsvar med oppfinnelsen,

Figur 2 viser en illustrativ tegning av bruken av den foreliggende oppfinnelsen,

Figur 3 viser en illustrativ tegning av en overleveringssituasjon mellom to kommunikasjonsnehtssider,

Figur 4 viser en illustrativ tegning av et romlig volum for relativ posisjonering,

Figur 5 viser en illustrativ tegning av et opererende interfemsscenario,

Figur 6 viser en illustrativ tegning av et eksempel på et ledesystem implementer i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, Figur 7 viser en illustrativ tegning av et eksempel på en applikasjon med høyt reflekterende overflate og/eller langstrakt? radiokanalpropagering mellom to LAMSAKOM-enheter, Figur 8 viser et blokkdiagram av et frontdigial-prosesseringssystem brukt i mottakerkjeden i en LAMSAKOM-enhet, Figur 9 viser et blokkdiagram av et internt selvkalibrerende system av et innebygd posisjoneringssystem i en LAMSAKOM-enhet, Figur 10 viser et blokkdiagram av en utførelsesform av et internt kalibreringsnettverk i en LAMSAKOM-enhet, Figur 11 viser en illustrativ tengning av en fysisk tverrsnittsseksjon av et kretskort (PCB) hvor RF-transceivere i en LAMSAKOM-enhet er integrert, Figur 12 viser en illustrativ tegning av en detalj av en utførelsesform av kobbermønsteret til det interne kalibreringsnettverket, og Figur 13 viser en illustrativ tegning av et høyhastighets, digitalt strømningsbussarkitektur i sasmsvar med den foreliggende oppfinnelsen.

Henvisning er nå gjort til Fig. 1 som viser et blokkskjema av et system i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, implementert som en LAMSAKOM-enhet 11. Figuren illustrerer interne moduler av en utførelsesform av LAMSAKOM-enheten 11 for anordning til en kommunikasjonsenhet. LAMSAKOM-enheten 11 omfatter en gruppeantenneseksjon 12, et posisjoneringssystem 32, en kommunikasjonskontroller 22, en database 31 og en datalink 23 til annet utstyr som utnytter posisjoneringsdata og kommunikasjon av datastrøm til andre kommunikasjonsenheter.

Gruppeantenneseksjonen 12 omfatter et flertall integrerte antenneelementer 12a-n some r koblet til en svitjseseksjon 13 omfattende et flertall svitsjeenheter 13a-n som velger hvorvidt et integrert kalibreringsnettverk 14 skal kobles til et flertall RF-tranceiverenheter 15a-n av en transceiverseksjon 15.

Det skal nevnes at kalibreringsnettverket 14 kan være utelukket i en annen utførelsesform av LAMSAKOM-enheten 11, og da kan følgelig svitsjeseksjonen 13 også utelates.

I mottakende modus er et digitalisert RX-signal passert gjennom en fasefront analysemodul 16 som søker etter et modulert kodeord og bestemmer eksakt ankomsttid for toppkorrelering (peak correlation), singal-/støy-rate, multibaneparametre, Doppler-spreding, samtfaserelasjon for hvert RX-signal på de respective parametrene med hensyn til en intern klokkereferanse. Denne informasjonsen bringes videre til en digital antennestråleformer 17 før de første RX-dataene bringes videre gjennom flertallet forsinkelseselementer 18a-n av en forsinkelsesseksjon 18. Stråleformeren 17 anvender disse beregnende fasekoeffisientene på det flertallet RX-strømmer for å maksimere singal-/støy-rante og for å undertrykke interferenssignaler. Det kombinerte signalet bringes videre til en modulator-/demodulatorenhet 20 og digitale rammedata overføres ved 21 til en kommunikasjonskontroller 22 og så til/fra en lokal nettverkstilkobling 23. Den digitale kommunikasjonskontrolleren 22 brukeren lokal tidsreferanse 24 til å generere et felles høypresist klokkereferansesignal og låse alle RF-transceiverne 15a-n til denne tidsreferansen. Når en analog propageringsforsterkning i mottakermodus skal kalibreres setter kommunikasjonskontrolleren en lokal RF-referansetransceiver 25 i semdemodus, og RF-signalet passerer gjennom kalibreringsnettverket 14 til svitsjeenhetene 13a-n hvor dette signalet kobles til RF-transceiveme 15a-n. The system danner så en lukket sløyfe og kalibrerer hver mottakerpropageringsbane for hver av de analoge propagerinsbanene. For å male den analoge propageringsforsinkelsen i transmisjonsmodus settes LAMSAKOM-enheten 11 i transmisjonsmodus og de flertall RF-tranceiverne 15a-n settes en etter en i transmisjonsmodus. RF-svitsjene 13a-n kobler RF-utgangene til RF-mottakerne 15a-n til kalibreringsnettverket 14. Referansemottakeren 25 settes i mottaksmodus. Dette danner en lukket sløyfe og de analoge propageringsforsinkelsebanene for transmisjonsmodus er kalibrert. Når mottaks- og transmisjonspropageringsforsinkelsene er kalibrert kan kommunikasjonskontrolleren 22 bruke fasekoeffisientene fra posisjonseringssystemet 32 o mottaksmodus for å beregne eksakt fysisk retning for opprinnelsen til det mottatte signalet. Kommunikasjonskontrolleren 22 kan også transmitter effekt i en eksakt definert retning. De relative posisjonene fra posisjoneringssystemet kan også brukes som styringssignaler for en servostyrt antennestruktur/fikstur hvor LAMSAKOM-enheten 11 er montert for å kostanst endre den fysiske retningen til LAMSAKOM-enheten 11 i den horisontale og/eller vertikale retningen. Flere koeffisientsett kan kombineres i mottak eller transmisjon for for å danne et flertall av mottaker- eller transmisjonsstråler med fysiske retninger dl, d2 og effektdistribusjonssektorer pl, p2 som er formet basert på estimering av mobilitetsgraden til kommunikasjonsenheten.

En prosess for måling av avstander mellom to kommunikasjonsenheter A og B omfatter de følgende trinnene: a) kommunikasjonsenhete A sender en melding som starter med et modulert kodeord til kommunikasjonsenhet B hvor informasjon om den opprinnelige kommunikasjonsenheten

A er integrert i meldingen,

b) en mottakerkorrelator i kommunikasjonsenheten B bestemmer nøyaktig ankomsttid gjennom korrelering av kodeordet som starter meldingen og så dekoding av meldingen.

Ved interpolasjon beregnes ankomsttiden med en presisjon som er høyere enn systemets samplingsklokke. c) en mottakerdekoder i kommunikasjonsenhet B måler klokkefrekvensawiket mellom kommunikasjonsenhet A og kommunikasjonsenhet B. d) kommunikasjonsenhet B sender en melding til kommunikasjonsenhet A som starter med et modulert kodeord og en melding omfattende den målte ankomsttiden, klikkefrekvensavviket og behandlinglatenstid fra den mottatte ankomsttiden til toppkorrelering av det sendte kodeordet.

e) En mottakerkorrelator i kommunikasjonsenhet A bestemmer den eksakte ankomsttiden gjennom korrelering av kodeordet som starter meldingen og så dekoder meldingen og

bestemmer frekvensavviket mellom kommunikasjonsehet B og kommunikasjonsenhet A. Ved å anvende meldingsdataene om den rapporterte ankomsttiden i kommunikasjonsenhet B, frekvensavviket fra kommunikasjonsenhet A til kommunikasjonsenhet B, det målte frekvensavviket By applying the message data about malt fra kommunikasjonsenhet Btil kommunikasjonsenhet A og behandlingslatenstiden, er kommunikasjonsenhet A i stand til å beregne eksakt akkumulert flytid fra kommunikasjonsenhet A til kommunikasjonsehet B og kommunikasjonsenhet B til kommunikasjonsehet A, og følgelig ved å anvende ligningen for hastigheten til lys, kan avstanden fra kommunikasjonsenhet A til kommunikasjonsenhet B beregnes.

Kommunikasjonskontrolleren 22 er videre innrettet til å etablere en liste over relative posisjoner gjennom å kombinere posisjoneringsdata fra fasefrontanalysemodulen 16 som produserer retning og ankomsttid som muliggjør flytidsmålinger, og følgelig avstand til andre kommunikasjonsenheter. I tillegg kan kommunikasjonskontrolleren 22 legge til lokal sensorinformasjon, så som geografisk posisjon fra en geografisk posisjoneringssensor 26, så som GPS-, GLONASS-, GALILEO-mottakermodul, fysisk orienteringsattitudedata fra en akselerometersensor 27, magnetometersensor 28 eller gyroskop 29, samt høydeinformasjon fra en lufttrykkssensor 30. Sensorene 26-30 er valgfri sensorer for å forbedre posisjoneringsnøyaktigheten og øke systemredundansen. Den lokale tidsreferansen 24 kan synkroniseres med den geografiske posisjoneringssensoren 26 dersom den geografiske posisjoneringssensoren 26 er tilstede. Posisjons- og attitudedata kan utveksles gjennom den trådløse kommunikasjonen gjennom antenneelementene 12a-n, og kommunikasjonskontrolleren 22 er da istand til å kombinere all denne informasjonen. Dersom minst en LAMSAKOM-enhet 11 har en fast geograf isk posisjon og attitudeinformasjon kan alle LAMSAKOM-enheter 11 i nettverket beregne deres sate geografiske posisjon og attitude. Informasjonen som brukes sammen med en lokal database 31 omfattende geografisk informasjon om frekvens- og overføringseeffektgrenser. Kommunikasjonskontrolleren 22 bruker denne informasjonen til å sette transmisjonstoppeffekt i samsvar med nåværende geografisk posisjon og attitude. Den lokale database 31 er oppdatert gjennom den lokale nettverkstilkoblingen 23 eller gjennom en trådløs datalink gjennom antenneelementene 12a-n.

Den distribuerte koherente klokkereferansesystemet og den synkrone, disiplinerte mellomlagringsmetoden i adhoc-nettverket i samsvar emd oppfinnelsen krever en forhandling mellom kommunikasjonsenhetene i nettverket for å etablere den felles tidsreferansen. Synkroninseringsprosessen omfatter de følgende metodetrinnene: a) En forhåndsdefinert parameter bestemmer maksimalt tillatte klokkereferanseavvik for noder/kommunikasjonsenheter i systemet/nettverket. Dersom klokkeavviket er mindre enn den definerte grensen er nodene/kommunikasjonsenhetene definer å være i synkron operasjon.

b) Den lokale tidsreferansen sendes som en melding over kommunikasjonslinken sammen med antalle kommunikasjonsenheter som er i synkron operasjon med

kommunikasjonsenheten som sender,

c) Alle kommunikasjonsenhetene som mottar denne meldingen er i stand til å bestemme avviket til klokkereferansen for den mottatte rammen i forhold til den lokale

tidsreferansen,

d) En liste omfattende en ID til kildekommunikasjonsenheten, rapportert synkrone noder/kommunikasjonsenheter for kildekommunikasjonsenheten og tidsreferanseawik

med hensyn til den lokale referansen vedlikeholdes,

e) Etter en forhåndsdefinert tidsperiode spaltes? listen og antallet kommunikasjonsenheter som er i synkron operasjon bestemmes etter de følgende trinnene: I. Dersom en annen kommunikasjonsenhet rapporterer at antallet synkrone kommunikasjonsenheter er høyere enn antallet synkrone kommunikasjonsenheter målt i den lokale listen adopteres tidsreferansen til den andre kommunikasjonsenheten. Dersom det er flere enn den ene kommunikasjonsenheten som føyer seg disse kriteriene adopeteres tidsreferansen fra den kommunikasjonsenheten med det høyeste antallet rapporterte synkrone kommunikasjonsenheter. II. Dersom andre kommunikasjonsenheter rapporterer at antallet synkrone kommunikasjonsenheter er mindre enn antallet synkrone kommunikasjonsenheter som er målt i den lokale listen, gjøres ingen handlinger for å endringe den lokale tidsreferansen. Dette distribuerte majoriteten bestemmer skjemaalgortimen sikrer at en node som entrer et nettverk ikke kan endre tiden til andre noder i nettverket. III. Dersom en annen kommunikasjonsenhet rapporterer det samme antallet synkrone opererende kommunikasjonsenheter bestemmer en en tilfeldig prosess om tiden fra den andre kommunikasjonsenheten skal adopteres eller ikke. IV. Dersom en tidsreferanse fra en annen kommunikasjonsenhet adopteres av denne kommunikasjonsenheten og tidsreferansen er mer enn det maksimal klokkereferanseawiket er antallet rapportere synkrone opererende kommunikasjonsenheter antallet rapporterte kommunikasjonsenheter fra den andre kommunikasjonsenheten pluss en, siden denne kommunikasjonsenheten nå også er i synkron operasjon med de andre kommunikasjonsenhetene, totalen øke med en.

V. Listen slettes.

f) Dersom de mottatte datarammene er under en gitt terskel enterer den lokale LAMSAKOM-enheten inn i en intial nettverksassosiasjon som omfatter de følgende trinnene: I. Søke etter meldinger fra andre stasjoner I nettverket med variable frekvensforskyvning i mottakeren for å erverve informasjon om nettverksingformasjon og tidsinformasjon. II. Dersom ingen mottatte meldinger detekteres innenfor et definer tidsrom sendes nettverkssonderingsmeldinger for å søke etter andre LAMSAKOM-enheter i nettverket. III. Dersom en eller flere enn en ramme er mottatt utføres prosessen for bestemmelse av den lokale tidsreferansen i samsvar med trinn e), g) Trinnene a)-f) gjentas kontinuerlig eller ved forhåndsdefinerte perioder så lenge antallet mottatte datarammer er under et gitt terskel.

Henvisning er nå gjort til Figur 2 som viser en illustrativ tegning av bruken av den foreliggende oppfinnelsen. Illustrasjonen viser et flertall bevegelige kommunikasjonsenheter som opererer i et adhoc-maskenettverk. I denne utførelsesformen er to kommunikasjonsenheter i form av kjøretøyer 201, 204 forsynt med LAMSAKOM-enheter 11 opererende på bakken og to kommunikasjonsenheter i form av helikoptre 202, 203 forsynt med LAMSAKOM-enheter 11 som opererer i lufta. Hver kommunikasjonsenhet 201-204 i nettverket er i stand til å sende data direkte til en annen ved bruk av smale, direktive antennestråler. De smale antennestrålene 209,210, 211, 212, 213, 214, 217, 218, 219, 220, 221, 222 rettes mot den beste overføringsbanen for kommunikasjonsenhetene 201-204 i nettverket, mens de korteste fysiske banene mellom kommunikasjonsenhetene 201-204 er vist ved 205, 206, 207, 208, 215, 216. Hver kommunikasjonsenhet 201-204 kan overføre en datapakke av gangen, eller i en annen utførelsesform av oppfinnelsen overføre dat til flere kommunikasjonsenheter samtidig. Posisjoneringssystemet 32, som beskrevet ovenfor, i nettverket sporer retningen og avstande til de andre kommunikasjonsenhetene og deres relative posisjon og orienteering gjennom den integrerte antenneposisjoneringsmodulen 32 i kommunikasjonssystemet. Dersom kommunikasjonsenhetene er ved en fast posisjon og orienteering, eller har integrert geografisk posisjoneringssensor 26 og høydesensor 29, distribueres den absolute posisjonen og orienteringen til alle kommunikasjonsenhetene 201-204 i nettverket gjennom det trådløse nettverket.

I en annen utførelsesform av oppfinnelsen er nettverket et nettverk for ubemannede lufbåme fartøyer (unmanned aerial vehicles (UAV)) hvor bakkekommunikasjonsenhetene er bevegelige. Sensordata kan strømmes fra en UAV til en bevegelig kommunikasjonsenhet, mens en annen bakkekommunikasjonsenhet styrer UAV-operasjonen. Maskenettverkstrukturen tillater flere bakkekommunikasjonsenheter å ha redundante funksjoner for å ta over operasjon dersom en bakkekommunikasjonsenhet feiler eller kommer ut av radiodekning for UAV-en.

Henviser nå gjort til Figur 3 som viser en illustrative tegning av en overleveringssituasjon mellom to kommunikasjonsenheter i en utførelsesform av oppfinnelsen. Hver kommunikasjonsenhet er lokalisert ved en bevegelig kommunikasjonsenhet, så som et kjøretøy eller en UAV. Ved en kommunikasjonsenhetsside er tre LAMSAKOM-enheter lia, 11b, lic montert for å dekke tre sektorer 304, 305,306, og ved den andre kommunikasjonsenhetssiden er tre LAMSAKOM-enheter lid, lie, llf montert for å dekke tre sektorer 310, 311,312.1 tillegg til den optimale overføringsbanen mellom to kommunikasjonsenhetssider 313 sendes data også gjennom andre baner 314, 315 til andre kommunikasjonsenhetssider. Dersom overføring ved bruk av den nominale banen 313 er suksessfull detekteres dette av LAMSAKOM-enhet llf gjennom mottak av en kvitteringsmelding fra LAMSAKOM-enhet 11b. Kvitteringsmeldingen i samsvar med oppfinnelsen inneholder både ID-en til LAMSAKOM-enhet 11b og ID-en til sendekilden, dvs. LAMSAKOM-enhet llf. Dersom overføring fra LAMSAKOM-enhet llf til LAMSAKOM-enhet 11b feiler vil LAMSAKOM-enhetene lia og lic være istand til å decode dette ved å pvervåke et trådløst sekvensnummer. Når nummeret ikke endres indikerer dette at overøfringen er et nytt forsøk. Dersom dette oppstår sender både LAMSAKOM-enheten lia og LAMSAKOM-enheten lic en kvitteringsmelding til LAMSAKOM-enhet llf. Overføringen kan gjøres på nøyaktig samme tid dersom moduleringskodingen tilveiebringer isolasjon mellom de to konkurrende signalene, eller den kan sendes via en viss tilfeldighet i tid for å sikre at det er mindre sannsynlighet for kollisjon dersom kodingen er mindre robust. LAMSAKOM-enheten llf vil dekode den sterkeste meldingen eller meldingen som ankommer først i tid, og gjennom dekoding av ID-en vil den bestemme at en annen LAMSAKOM-enhet lia eller LAMSAKOM-enhet lic har mottatt medlingen på vegne av LAMSAKOM-enhet 11b. Re-sendingen stopper og den neste overføringen rettes mot LAMSAKOM-enhet lia eller LAMSAKOM-enhet lic istedet for LAMSAKOM-enhet 11b.

Henviser nå til Figur 4 som viser en illustrative tegning av et romlig volum for relative posisjonering. En romlig sector definert i et lokalt referansekoordinatsystem med x-, y- og z-akser. Retningsvektorer 404,405,406, 407 definerer et konfidens-intervall for målingen av en enkeltretningsmåling. Sammen med konfidens-intervallet for avstandsmålingen danner dette et romlig volum for hvilket et signal fra en annen kommunikasjonsenhet kan falle innenfor fra en enkeltmåling av retning for en mottatt pakke sammen med ankomsttid for den mottatte pakken. Det definerte operasjonelle romlige volumet til en kommunikasjonsenhet tar også i betraktning beregnet relative hastighet som beregnes ut fra to målinger sammen med beregnet dopplerskift-målinger. Antennestrålen for overføring er tilpasset for å spre? energi inn i det kalkulerte romlige volume for å tilveiebringe en pålitelig og styrbar radiolink når kommunikasjonsenheten beveger seg.

Henviser nå til Figur 5 som viser en illustrative tegning av et eksempel for et opererende interferensscenario. En bevegelig enhet 501 er forsynt med en LAMSAKOM-enhet 11 for å danne en rundtstrålende radiolinkoperasjon. I ulike utførelsesformer kan den bevegelige kommunikasjonsenheten 501 være et bemannet eller ubemannet kjøretøy for en terrestrisk, maritim, luft- eller verdensromoperasjon. Kommunikasjonsenheten 501 er omgitt av kommunikasjonsenheter 508, 509, 510 i ulike sektorer 503, 505, 507. Sektorene 502, 504 og 506 er fri for interferende onjekter, og følgelig kan overføringstoppenergien være ubegrenset eller begrenset av reguleringer for det gitte geografiske området hvilke den bevegelige kommunikasjonsenheten 501 må overholde. Transmisjonsenergi for en annen LAMSAKOM-enhet 11 lokalisert ved kommunikasjonsenhet 508 nær kommunikasjonsenhet 501 er redusert til størrelsen av energi som trengs for å opprettholde en stabil link, men for å forhindre LAMSAKOM-enheten 11 ved kommunikasjonsenheten 508 fra saturasjon og redusere interferens til LAMSAKOM-enheten 11 ved kommunikasjonsenheten 508 mens kommunikasjonsenheten 501 opererer i andre sektorer. Følgelig overholder all energi sendt i sektor 503 denne definerte energigrensen i en definert tidsluke hvor kortdistansekommunikasjon er lokalisert. For andre tidsluker for langdistansetrafikk kan effektgrensen være satt til ett annet toppnivå i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Kommunikasjonsenhet 509 er plassert i et annet område av regulering enn kommunikasjonsenhet 501. Ved overføring I retningen til dette andre reguleringsområdet er energien begrenset til en verdi definert av den lokale reguleringsdatabasen 31. Kommunikasjonsenheten 510 er i et område inneholdende spesielt sensitivt utstyr eller i et område hvor bare et minimum strålingsnivå bør avgis. Eksempler på slike områder er farlige områder med gasseksplosjonsfare, områder med boligkvarter for personell, telekomtårn med konsentrasjon av kritiske radiosendere og mottakere, samt sektorer hvor fiendtlige militære styrker er lokalisert. I dette området inneholder antennestrålen et innsnitt/notch? for minimum stråling. Dette gjelder også for mottakerstrålen for å ha adaptive nullstyring og romlige equalizermetoder for reduksjon av interferens til et minimum av denne sektoren.

Henvisning er nå gjort til Figur 6 som viser en illustrative tegning av et eksempel på et posisjonerings- og ledesystem implementer i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. I dette eksempelet er en UAV 602 forsynt med en LAMSAKOM-enhet 11 ledet mot et landingsområde 601 med en definert bane 612. En lav-latens, bredbåndskommunikasjonslink er etablert mellom UAV-en 602 og en bakkeenhet 603 som er forsynt med en LAMSAKOM-enhet 11. Posisjoneringssystemet 603 beregner en vinkel 607 som er vinkelen et plan definert av normalen til et plan definert av aksene 604 og 605, samt aksen 604. Bakkekommunikasjonsenheten 603 beregner også en vinkel 608 til UAV-en 602 som er vinkelen mellom normalen til et plan definert av aksene 604 og 605, samt aksen 605. Avstanden D til UAV-en 602 beregnes også. LAMSAKOM-enheten 11 i UAV-en 602 har det samme posisjoneringssystemet som LAMSAKOM-enheten 11 i bakkekommunikasjonsenheten 603 og beregner den relative posisjonen til bakkekommunikasjonsenheten 603 representert i et lokalt koordinatsystem med en vektor mot bakkekommunikasjonsenheten 603 og avstanden D. De relative posisjonene beregnet i UAV-en 602 og i bakkekommunikasjonsenheten 603 utveksler gjennom lav-latens, bredbåndskommunikasjonssystemet skapt gjennom LAMSAKOM-enhetene 11 med en høy oppdateringsrate. Ved å kombinere disse resultatene sammen med informasjon om bakkekommunikasjonsenhetens geografiske posisjon og orientering kan UAV-en 602 beregne dens geografiske posisjon, kurs-, stamp- og rullretning med høyere nøyaktighet, høy oppdateringsrate og lav målingslatenstid. UAV-en 602 er i samsvar med oppfinnelsen ledet gjennom en korridor 613 definert definert av et elevasjonsvindu definert av 609, 610 og retning definert av 610, 611. Bakkekommunikasjonsenheten 603 i samsvar med oppfinelsen kan være forskjøvet med en avstand langs 614 en rullebane og en på tvers 615 av rullebanen, samt en avstand langs rullebanen 616 og også med et ulikt høydenivå i forhold til rullebaneterskelen. I en utførelsesform av oppfinnelsen kan et flertall av bakkekommunikasjonsenheter 603 brukes for å øke presisjon og redundans. Bakkekommunikasjonsenheten kan også være en mobil enhet 617. Den geografiske posisjonen til den mobile enheten 617 kan bestemmes av sensorer ombord, eller ved relative posisjonering til en bakkeenhet 603 gjennom en kommunikasjonslink 619. UAV-en 602 er ikke avhengig av triangulering for å etablere dens relative posisjon til LAMSAKOM-kommunikasjonssystemet, men kan bruke en kommunikasjonslink 618 i tillegg til en link 606 for å forbedre posisjoneringsnøyaktighet, redundans og male posisjoneringssystemintegritet dersom posisjonene til alle de andre LAMSAKOM-enhetene avviker fra en gitt grense.

Henviser nå til Figur 7 som viser en illustrative tegning av et eksempel på en applikasjon med høyreflektive overflater og/eller langstrakt ducting? radiokanalpropagering mellom to LAMSAKOM-enheter lia, 11b. De to LAMSAKOM-enhetene lia, 11b er plassert med en lang fysisk avstand fra hverandre. En reflektiv overflate 717 reflekterert det avgitte radiosignalet, og de reflekterte radiosignalene 727, 728, 729 kombineres med direkte signaler 730, 731, 732. Ettersom faseforskjellen til de direkte og reflekterte signalene nærmer seg 180 grader vil resultatet bli en svekkelse av den mottatte radioenergien. Denne effekten er angitt som flat fading og dersom avstande til den reflective overflaten er kort vil resultatet være et stort fysisk område hvor signalet er svekket over en større båndbredde. Anordning av antenneelementer 12a-n med ulik avstand til den reflektive overflaten og broken av en adaptive fasefrontanalyser 16 i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen er svekkelsen av det mottatte signalet betydelig redusert. I en utførelsesform av oppfinnelsen for C-bånd-operajon er det blitt demonstrert at en flat fading-rippel på 40 dB ved propagering over en reflektiv overflate kunne reduseres til 20 dB med en 25 cm antenneelementseparasjon. I en langstrakt kanal nær bakkenivå 726 vil fremgangsmåten for overføring bestemme å overføre mer engergi inn i denne kanalen eller søke og finne en høyere elevert langstrakt kanal. Den overførende LAMSAKOM-enheten optimaliserer bølgefronten 725 ved entering av den langstrakte lanalen med en vinkel 724 for den langstrakte kanalen slik at refraksjon og retningsendring i de langstrakte kanalene 712, 713,714 kan reflektere en reflekterende overflate, eller kan også rettes direkte mot LAMSAKOM-enheten 11 uten en reflektsjon 708. Den lavt eleverte langstrakte kanalen 726 kan formes i gitte betingelser skapt av eva pore ri ngsdu eting overvann eller i andre betingelser hvor fuktighet, temperature eller vindgradienter danner en endring i propagerinstilstandene. Troposcatter-volumet 705 kan utnyttes siden den kombinerte overføringseffekten, TX- og RX-antenneforsterkning og mottakersensitivitet er i området 160 til 260 dB hvor troposcatter og utnyttelse av ducting kanaler er mulig. Troposcatter-volumet 705 kan være en høyt elevert kanal skaåt av fuktighetsgradienter eller vindgradienter. Tilstedeværelse av metalliske objekter, så som fly, i troposcatter-volumet 705 kan også brukes som en del av overføringskanalen. Et romlig, digitalt adaptivt prosessering antennestrålesystem vil så bli benyttet for troposcatterende effekter ved å justere entringsvinkelen 722 som definerer en fasefront 723 entring til tropscattervolumet 705 slik at kombinert radioenergibasner 709, 710, 711 i samsvar med denne oppfinnelsen vil utføre en kostant optimalisering med hensyn til retningsstyring av effekten i det samme luftvolumet sett over horisonten av den overførende LAMSAKOM-enheten og den mottakende LAMSAKOM-enheten. Den kombinerte refleksjonen av alle typer reflektorer i lufta vil bli brukt for å oppnå en stabil radiolink i samsvar med oppfinnelsen. Eksempler på slike reflektive objekter kan være fly eller ballonger dekket med reflektivt materiale. Eksempler på andre elementer som resulterer i radiobølgerefleksjoner eller refraksjoner er værtilstander som fuktighetsgradienter, regn, skyer, luftvirvler og luftstrømmer. En LAMSAKOM-enhet bør også overføre et datarammemål for seg slev, og ved mottak av denne rammen, kan analysen av ankomstttid, kanalspredning, dopplerskift, signalstyrke og retning av det mottatte signalet brukes som en radaregenskap hvor andre objekter kan detekteres, atmosfærisk værtilstander, så som vind, regn eller konsentrasjon av forurensning kan detekteres ved bruk av den foreliggende oppfinnelsen.

Henviser nå til Figur 8 som viser et blokkdiagram av det digital front-end-prosesseringssystemet brukt i mottakerkjeden til LAMSAKOM-enheten 11. Den digitale prosesseringsenheten opererer ved en systemklokke some r faselåst til en lokal RF-oscillator 905 (se Figur 9) i de analoge seksjonene av mottakerne. De digitale inputsignalene 1..N fra et flertall N transceivere 15a-n tilføres inn i den digitale signalprosesseringsmodulen. I Figur 8 er antallet transceivere, N, satt til 3, som et eksempel. Forsinkelsesmodulen 18 gjør det mulig for systemet å søke etter optimale retninger, antenneelementkoeffisienter og adaptive filterkoeffisienter før innstillinger anvendes for en komplett koding av rammen med den optimale stråleformende konfigurasjonen. I samsvar med oppfinnelsen er stråleformingen oppdatert for hver dataramme. Forsinkelsen ved 18 tillater også koding av sideinformasjon ortogonalt i det første innledende kodeordet som skal mottas med full forsterkning av systemet. Denne sideinformasjonen av den overførte rammen, så som transmitterindetifikasjon, overføringseffekt, transmitter stråleformings-innstillinger og equalizer-innstillinger, og bruke denne til å verifisere senderside/enhet og forbedre avstandsmålingsutførelsen. Denne informasjonen gjør det mulig å verifisere om en top/vektorsett av interesse hører til den korrekte enheten ved tilfelle av interferens. En korrelatormodul 816 av korrelatorer anvendes til hver av de 1..N dignitale mottakerinput. Korrelatorene 816 søker etter et kodeord i samsvar med en kodebokdatabase 808 som velger kodeord i samsvar med inout fra kommunikasjonskontrolleren 22. Kommunikasjonskontrolleren 22 kan rotere kodeordene for krypteringsformål eller bruke spesielle kod ese kve nse r, så som constant konvolutt null autokorrelering (constant envelope zero autocorrelation (CAZAC)) eller Zadoff-Chu-sekvens eller Golay Pair sekvenser, for optimal posisjoneringsutførelse. Korrelatorene 816 finner korrelator-toppamplituden og fasen som ett set med vektorer. Amplituden til hver korrelatoroutput 816 tilføres en amplitudeadderer 817, samt en søkemodul 815 som søker etter topper i amplitude. Et gitt antall mellom 1 og M av stråleformingskoeffisientsett er lagret i en strålelagringsmodul 813. Etter en gitt tid brukes den først ankomne korreleringstoppen og stråleformingskoeffisientene av en posisjoneringsstråle- og ankomsttidsmodul 812 for å bestemme den fysiske retningen og eksakte ankomsttidenforden mottatte datarammen. En romlig, adaptive trinnvelgermodul 814 velger et antall refleksjoner i samsvar med analysene av amplitudesøkemodulen 815. Hver av disse refleksjonene har et antennekoeffisientsett som gir optimal signal-/interferens-rate. Disse koeffisientene sendes så til en koeffisientlagringsmodul 810 som holder de komplekse filterkoeffisientene, amplitude og fase, for de adaptive romlige stråleformingsfiltrene 17. De valgte refleksjonene fra stråleformingskoeffisientsettene sendes til adaptive forsinkelser 819 slik at hver av de valgte refleksjonene i det romlige domenet tidslignes og legges til koherent. Gjennom denne metoden søker systemet etter et flertall refleksjoner, anvender et optimalt antennekoeffisientsett for hver refleksjon og legger til energien for hver refleksjon for å optimalisere signal-/støy- og signal-/interferens-raten. Ved å analysere et antall ankommende refleksjoner bestemmer velgermodulen 814 det optimale stråleformingskoeffisientsettet for mottak. Denne informasjonen sendes til en sender(TX)-stråleformer 811 som konverterer de optimale

mottakerantennekoeffisientsettettil et optimalt senderstråleformingssett. Beregningen av koeffisientsett I senderstråleformeren 811 omfatter et antall valg som

kommunikasjonskontrolleren 22 kan velge fra. Et sett er speilvending av koeffisienter for retro-reflektiv operasjon. Et annet koeffisientsett er å anvende bølgefrontdekomponering for et antall fysiske retninger for senderstråleformingen. Kommunikasjonskontrolleren 22 kan velge fra foreslåtte ulike senderstråleformings-koeffisientsettene i samsvar med informasjon gitt avTX-stråleformeren 811 i samsvar med settet for best signal-/støy-rate, signal-/interferns-rate, minst dopplerskjevhet, minst dopplerspredning, lavest intersymbol-interferens, lavest latens og valg av retning for overføringen i samsvar med restriksjoner for grenser for utstråling i en gitt sektor. Tiden som trengs for å finne og sette parameterne for de adaptive, romlige stråleformingsfiltrene 17 og de adaptive forsinkelsesmodulene 819 er kortere enn forsinkelsen i forsinkelsesmodulen 18. Det forhåndsberegnede, optimale, romlige, adaptive filteret er så brukt for signalene og det resulterende signalet tilføres så en tidsdomene-korrelator 802 som initialt, før et innledende datarammekodeord detekteres, korreleres med kodeord fra den same database 808 som den romlige korrelatoren. Det er videre anordnet en rom-tid-equalizer/strålesummerer 809 mellom forsinkelsesmodulene 819 og tidsdomenekontrolleren 902. Grunnen til å ha en rom-tid-equalizer/strålesummerer 809 først og så en ytterligere equalizer etterpå er kostnadsnivået for DSP- og FPGA-kilder (Field-programmable Gate Array) som trengs i rom-tid-equalizeren. Det første trinnet har relativt få trinn for å lagre logikk/effect, mens den andre equalizeren som opererer på et enkelt signal, kan implementeres med mye høyere kompleksitet sammenlignet med det første trinnet. Forsinkelsen 18 gjør det mulig å analysere det startende kodeordet en gang til etter rom-tid-equalizer-koeffisientene er vlitt satt. Korrelatoren 802 og analysereren 803 finner de optimale parameterne for denne nye kanalen skapt av den første rom-tid-stråleformingsequaliseren. Denne andre equalizeren tilpasser seg selv under pakkemottak for å tillate forbedret utførelse for raske fadingskanaler. Det ideelle tilfellet vil være å tilføre det modulerte M-ary kodeord fra en re-generatormodulator 807 for å sende inout til et sett korrelatorer ved hver antenne, men dette vil

være veldig dyrt i ry bredbåndssystem med hensyn til ressurser, kostnader og effektforbruk. Ved bruk av den presenterte topologien vil alle fordeler med et fullt rom-tid-system med kontinuerlig tilpasning under pakkemottak mens beregningsmessige ressurser minimeres. Tiden til å sette koeffisientene av et adaptivt filter 804 er kortere enn forsinkelsen 818. Etter dataene harp assert gjennom det adaptive filteret 804 utfører en glidende vindu-korrelator 805 et flertall i-parallellkorrelering av lange kodeord-chipsekvenser representert i vertikale linjer. Hver linje representerer et kodet symbol. Det glidende vinduet starter ved starten av den lange sekvensen ved t=0 når det innledende kodeordet detekteres av korrelatormodulen 802. Vinduet stepper et bestemt antall chips i samsvar med valget av antall chips per kodeord gjort av kommunikasjonskontrolleren 22. Kommunikasjonskontrolleren 22 kan også endre kodebøkerfor krypteringsformål, antallet ulike symboler (vertikale linjer) for å optimalisere datarater og intersymbol-interferensegenskaper. Kodebøkene er forberedt slik at krysskorrelasjonen mellom

vertikale linjer er minimal, samt at krysskorrelasjon mellom horisontale symboler er minimal. Disse egenskapene gir optimal multi-bane og intersymbol-interferensegenskaper. Dersom en multi-bane har en lang tidsforsinkelse, og symbolchipsekvensen gir intersymbol-krysskorrelasjon, vil det neste symbolet være et ulikt kodeord, og denne egenskapen sprer feilene. En videresendings-korrigeringsmodul (forward error correction module (FEC)) 820 er så istand til å tilveiebringe en feilfri link i tunge multi-bane-propageringstilstander. Det vinnende symbolet med høyest korrelering fra en glidende vindukorrelator 805 tilføres en symbolbestemmelsesenhet 806 som konverterer symbolet til en demodulert bitstrøm. Den demodulerte bitstrømmen sendes til feilkorrigeringsmodulen 820 som korrigerer bitfeil basert op tillagt informasjon i bitstrømmen. Eksempler på slike feilkorrigeringsmetoder er "Reed-Solomon error correction method". Når det initiale innledende kodeordet detekteres av korrelatoren 802 svitsjes en svitsj 801 slik at korreleringen ikke lengre blir tatt fra kodeorddatabsen 808, men fra re-generatormodulatoren 807. Gjennom denne metoden kan korrelatoren 802 oppdatere det adaptive filteret 804 kontinuerlig eller ved gitte tidsintervaler under demoduleringen av en dataramme. Korrelatoren 802 sporer også feil, og følgelig kan tilbakemeldingsmekanismen opprettholde koherens for lange datarammer så vel som justeringer til det adaptive filteret under demodulering av en dataramme.

Henviser nå til Figur 9 som er et blokkdiagram av et internt selvkalibrerende system for det innebygde posisjoneringssystemet 32 i LAMSAKOM-enheten 11. RF transceivere 15a-n, en for hvert antenneelement 12a-n er koblet til antenneelementene 12a-n gjennom tilkoblinger 913a-n, og data i mottaksmodus er koblet til en basisbånd digital signalprosesseringsenhet (baseband digital signal processing (DSP)) 901 gjennom tilkoblinger 914a-n. I sendemodus er signalet fra basisbånd DPS-enheten 901 koblet til RF-tranceiverne gjennom tilkoblinger 915a-n. I sendemodus er RF-svitsjen 13a svitsjet i posisjonen hvor antennekobleren er koblet til transmitteren 931.1 normal mottakeroperasjon er RF-svitsjen 13a koblet til mottaker 932.1 kalibreringsmodus kan RF-svitsjen 13a være koblet mellom et kalibreringsnettverktilførsel 920a og transmitterkjeden 931 ved kalibrering av overføringen, og til mottakeren 932 ved kalibrering av mottakerkjeden 932. Kalibreringsmodusinnstillinger kan anvendes for alle RF-tranceivere 13a-n i LAMSAKOM-enheten 11 eller anvendes for bare en transmitter av gangen. I en LAMSAKOM-enhet 11 med et stort antall RF-transceivere 15a-n, typisk over seksten antenneelementer 12a-n, er effekten med utkobling av en enkelt RF-transceiver mindre enn 0.2 dB, og følgelig kan intern kalibrering gjøres uten å avbryte normal sende- eller mottakeroperasjon. En referanse transceiver 910 brukes sammen med RF-kalibreringsnettverket 14 og RF-linjetilførslene 920a-n for å kobles til RF-transceiverne 15a-n. Ved kalibrering av transmitteren 931 kobler en RF-svitsj 807 i referansetransceiveren 910 en kalibreringslinje 919 til en referansemottaker 908 og ved kalibrering av mottakeren 932 kobler RF-svitsjen 907 I referansetransceiveren 910 kalibreringslinjen 919 til en referansetransmitter 906. Gjennom digitale tilkoblinger 913a-n, 914a-n, 915a-n og 916a-b dannes en lukket, digital prosesseringssløyfe. Oscillatorer 905 i RF-transceiverne 15a-n er faselåst til hverandre og til en oscillator 904 i referansetransceiveren 910. Den elektriske lengden til RF-kalibreringsnettverket 14 er identisk fra RF-svitsjen 907 gjennom tilkoblinger 919, RF-kalibreringsnettverket 14 og tilkoblinger 920a til RF-svitsj 13a, fra RF-svitsj 907 gjennom tilkoblinger 919, RF-kalibreringsnettverket 14 og tilkoblinger 920b til RF-svitsj 13b og fra RF-svitsj 907 gjennom tilkoblinger 919, RF-kalibreringsnettverket 14 og tilkoblinger 920n til RF-svitsj 13n. Siden den elektriske lengden i kalibreringsdistribusjonsnettverket i samsvar med oppfinnelsen er lik for alle baner elimineres variasjonen med hensyn til arbeidsfrekvens og temperaturvariasjoner. Kalibreringsnettverket kan brukes til å overvåke korrekt operasjon av hver av RF-transceiverne I sende- og mottaksmodus og varsle interne advarsler dersom noen av modulene i RF-transceiverne skulle falle utenfor den normale operasjonen. Kalibreringsnettverket i samsvar med oppfinnelsen bruker de samme kodeordoverføringene som brukes for kommunikasjon mellom LAMSAKOM-enheter 11. Fordelene med denne metoden er at transmitter- og mottakerkorrelator-systemressurser kan brukes om igjen av kalibreringssystemet for å måle eksakt fase ved ankomst, kodeord og korrelering undertrykker interferenssignaler som eller kan øke fasemålingsunøyaktigheten, kalibreringsprosessen er veldig rask når intiert av kommunikasjonskontrolleren 22. På grunn avtidssynkronoperasjonen av LAMSAKOM-enhetene kan kalibreringsprosessen kjøes i en felles, synkron tidsluke for alle LAMSAKOM-enheter i systemet, og gjennom denne metoden tapes ingen overførte datarammer på grunn av at en mottaker er I kalibreringsmodus. Kalibreringssystemet tilveibringer også informasjon om operasjonell status i alle transceivere som brukes innebygget test (built-in self-test (BIST)).

Henviser nå til Figur 10 som viser et blokkdiagram av en utførelsesform av det interne kalibreringsnettverket 14 i en LAMSAKOM-enhet 11. Denne utførelsesformen viser i blokkdiagrammet sekstifire element LAMSAKOM-enhet. Nettverket er et toveis, passivt RF-nettverk som er integrert inne i det samme kretskortet (PCB) som inneholder RF-transceiverne 15a-n. ignalet fra den interne referansetransceiveren 910 er tilkoblet gjennom en tilførselslinje 1022 til en effektsplitter 1001 som splitter signalet inn i 1023-1026. Signalet er videre delt inn i effektsplittere 1002,1003,1004,1005 ved hvert andre trinn, splitter signalet inn i 1027-1030, 1031-1034,1035-1038 og henholdsvis 1039-1042. Effektsplittere i området 1006-1021 ved det tredje trinnet for ytterligere splitting av signalet for hver effektsplitter inn i fire, dvs. 1006A-1006D, 1007A-1007D, også videre. Den elektriske lengden fra 1022 til området 1006A-1021D er like. Effektnivåratene fra tilførselslinjen 1022 til effektsplitteme i området 1006A-1021D er like.

Henviser nå til Figur 11 som viser en illustrative tegning av en fysisk tverrsnitt av kretskortet (PCB) hvor RF-transceiverne 15a-n i LAMSAKOM-enheten 11 er integrert. Kretskortet er et mutilagssubstrat som i en utførelsesform av oppfinnelsen i et tradisjonelt FR4-materiale. I denne utførelsesformen er antallet metalliske lag fem. Metallbanene 1101 er lokalisert op toppen av et substrat. Et jordingslag 1103 beskytter det indre kalibreringsnettverkslaget 14 fra støy fra signaler fra andre lag. Et jordingslag 1106 er plassert under kalibreringsnettverket 14 og smamen med et stort antall av via-tilkoblinger 1105 er det interne kalibreringsnettverket 14 innkapslet inne i en metallisk struktur som isolerer det interne kalibreringsnettverket 14 elektrisk fra andre signaler og eksterne elektriske felt. Et bunnlag 1107 inneholdende kretsmønster og dielektriske materialer 1102,1108,1109,1110 isolerer de metalliske lagene i kretskortstrukturen fra hverandre. De dielektriske lagene 1108 og 1109 har en definert tykkelse for å danne en kontrollert impedans for en gitt banebredde i kalibreringsnettverket 14. For å redusere påvirkningen fra produksjonsvariasjoner av dielektriske lagtykkelser og etsepresisjon kan tykkelsen av de dielektriske lagene 1108 og 1109 være større enn de andre dielektriske lagene 1102 og 1110.

Henviser nå til Figur 12 som viser en illustrative tegning av detaljer av en utførelsesform av et kobbermønster av det interne kalibreringsnettverket 14. Tegingen viser topprisset av kobberfoliemønsterettil en effektsplitter anvendt i 1001-1021. Effektsplitteren er anordnet mellom to jordingslag og følgelig er en båndbølgeleder-struktur. En transmisjonslinje 1201 er koblet til en splitterseksjon 1202 og effekten er delt likt på fire transmisjonslinjer 1203-1206. Den elektriske lengden fra 1201 til 1203,1201 til 1204,1201 til 1205 og 1201 til 1206 er lik. Splitterstrukturen i samsvar med denne oppfinnelsen er en bredbåndsstruktur som tillater den elektriske lengden å være lik og effektbalansen til å opprettholdes over minst 15 % båndbredde i forhold til arbeidsfrekvensen.

Henviser nå til Figur 13 som viser en illustrativ tegning av den høyhastighets, digitale strømningsbussarkitekturen i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. I dette eksempelet av en utførelsesform av oppfinnelsen er antallet input av konsentratorer 4 og antallet konsentratomivper er 3. Hver radio-transceiver 15a-n med digitale input forTX og output for RX er gruppert inn i celler av 1..N transceivere i hver celle. Konsentratorene 1301a-c aggregerer trafikk til den neste konsentratoren. En hovedkonsentrator 1305 brukes for å distribuere de digitale data inn i en sentral prosesseringsenhet. Denne enheten er i en utførelsesform avoppfinelsen en FPGA hvor dataene brukes til stråleforming, demodulering og posisjonering. En høyhastighetsdatabuss 1302a-c danner tilkobling mellom konsentratorene 1301a-c og en konsentrator 1304. Høyhastighetsbussen er implementer som et sett av uavhengige enkeltlednings, serie, høyhastighetsdatalinjer med innevygde mekanismer for synkronisering, feildetektering og flytkontroll. Synkroniseringsmekanismen i bussen muliggjør at datalevering kan synkroniseres koherent til en gitt systemklokkenøyaktighet slik at de flertall datastrømmene kan prosesseres tidsjusetert sample for sample. Høyhastighetsbussen mellom konsentratorene 1304 og 1305 har et høyere anntall enkeltkabellinjerenn høyhastighetsbussen 1302a-c mellom konsentratorene 1301a-c og 1304. En lavhastighets kontrollbuss 1303a-c brukes mellom konsentratorene som en kontrollbuss for høyhastighetskontrollfunksjoner, så som busskalibrering, retningsstyring og feilkontroll. Høyhastighetsbusskalibrering er en metode hvor fasen til den lokale systemklokken i konsentratorene justeres og kalibreres slik at data i hver av høyhastighets, enkeltkabel-bussene i konsentratorene 1301a-c, 1304,1305 er presentert med tidsjustertøyeåpninger i forhold til systemklokkene. Dette muliggjør at den felles systemklokken i konsentratoren kan brukes uten behovet for individuell fasejustering for hver enkeltkabellinje. Dersom feil detekteres i en av enkeltkabellinjene i høyhastighetsbussen detekteres denne av busskontrollsystemet og de logiske kanalene som aggregeres inn i disse linjene kobles ut. Denne mekanismen begrenser tapet av tjeneste dersom det er en harwarefeil på en av transmisjonslinjene i høyhastighetsbussen.

Claims

1. Fremgangsmåte for å sette opp et trådløst langdistanse-kommunikasjonsnettverk mellom flere kommunikasjonsenheter, hvor kommunikasjonsenhetene er forsynt med en langdistanse, adaptiv mobil, stråleformende adhoc-kommunikasjonsenhet (LAMSAKOM) (11) omfattende en gruppe RF-transceiverseksjon (15), en romlig fasefront-analyseseksjon (16), en forsinkelsesseksjon (18), en antenneformerseksjon (17), en RF-svitsjeseksjon (13), en antenneelementseksjon (12), et posisjoneringssystem (32), en kommunikasjonskontroller (22) og en datalink (23),karakterisertved at fremgangsmåten omfatter de følgende trinnene: a. ved hjelp romlig analyse av signaler fra RF-transceiverseksjonen (15) utføre et romlig skann etter et fasemodulert koherent kodeord fra andre kommunikasjonsenheter, b. tilveiebringe stråleforming ved å føre informasjon fra den romlig analysen i trinn a) til en digital antenne-stråleformer (17) før første RX-data føres gjennom et flertall forsinkelseselementer (18a-n) til forsinkelsesseksjonen (18) for å oppnå en optimal antenneform og demodulering av de første mottatte RX-data fra enhver retning, c. beregne romlig vinkelretning for hver mottatte kommunikasjonsmelding fra andre kommunikasjonsenheter i nettverket, d. måle ankomsttid mellom kommunikasjonsenhetene basert på korrelasjon av et kodeord som er inkludert i hver kommunikasjonsmelding i nettverket, e. sending av en responsmelding til andre kommunikasjonsenheter inneholdende informasjon om ankomsttid for en dekodet melding og forsinkelsestid fra ankomsttid til sendingen av responsmeldingen, f. gjensidig utveksling av posisjonsinformasjon mellom alle kommunikasjonsenheter i nettverket gjennom den samme RF-transceiver-seksjonen (15) som er brukt for posisjonering.

2. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat en lokal database med definerte områder hvor transmisjonsrestriksjoner gjelder er brukt for å definere maksimal transmisjonseffektbegrensning og frekvenser i en sektor for sending.

3. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 2,karakterisert vedå benytte en digital anntennestråleformer for styring av RF-transceiverseksjonen (15) slik at avgitt effektnivå og/eller frekvenser inn i definerte områder rundt kommunikasjonsenheten er innenfor transmisjonsrestriksjonene.

4. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter å benytte posisjonsvinkelinformasjon fra flere LAMSAKOM-enheter (11) eller kombinert vinkel- og avstandsmålinger fra flere LAMSAKOM-enheter (11) for oppdatering av relativ posisjon til andre LAMSAKOM-enheter (11) ved en høy frekvens med lav latens for navigering av mobile enheter i scenarioer hvor alle andre navigasjonssystemer, så som GPS, er utilgjengelige.

5. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter å benytte informasjon fra posisjoneringssystemet (32) for å optimalisere rekkevidde til en kommunikasjonslink.

6. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter å benytte informasjon fra posisjoneringssystemet (32) til å redusere interferens til eller fra andre kommunikasjonsenheter.

7. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat trinn c) omfatter å fokusere transmisjonsenergien i en sektor rundt et estimert innkommende signal når data skal overføres tilbake til den andre kommunikasjonsenheten og oppdatere interne lister med kommunikasjonsenheters ID og innkommende retninger, samt oppdatere avstander for hver mottatte dataramme.

8. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 7,karakterisert vedå benytte en optimal kombinasjon av faser for et mottatt signal for å oppnå best signal-/interferens-rate, og basert på disse koeffisientene beregne mest sannsynlige opprinnelsesretninger for fasefronter og danne et fasekoeffisientsett som tilveiebringer en eller flere fasefrontretninger hvor data sendes til den enkelte kommunikasjonsenheten.

9. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat trinn b) omfatter å benytte et fasekoherent-modulert kodeord som en start for hver dataramme, hvilket kodeord indikerer starten av hver dataramme og benyttes til nøyaktig tids- og fasesynkronisering.

10. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 9,karakterisert vedat trinn b) omfatter å benytte et fasemodulert kodeord, hvilket benytter en synkront roterende kodebok med komplekse, modulerte, fasekodede brikker.

11. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter en sporende tilbakesendings-/videresendingsmetode omfattende bruk av modulasjonsdata for å analysere endringer i dispersjon, multibane, fase og ankomsttid gjennom dekoding av en lang ramme for utføring av konstant forplantningskanal-trening uten å introdusere ytterligere linkoverhead.

12. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter forhandling mellom kommunikasjonsenhetene i nettverket for valg av en felles tidsreferanse og valg av en nettverkskoordinator som definerer en tidsluke-tjeneste i nettverket.

13. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 12,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter bestemmelse av avstander mellom kommunikasjonsenhetene, samt arrangere dataoverføringer i tidsluker med et gitt sett optimale linkparametere.

14. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter bruk av et dedikert kalibreringsnettverk hvor alle fysiske lengder fra en referansetransmittertil alle antenneelementer er like for å eliminere relativ termisk vridning i nettverket.

15. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter å anordne flere LAMSAKOM-enheter (11) på den samme kommunikasjonsenheten for å dekke en større sektor og tillate raskere overlevering i en adhoc nettstruktur.

16. System for å sette opp et trådløst langdistanse-kommunikasjonsnettverk mellom flere kommunikasjonsenheter, hvilket system omfatteren langdistanse, adaptiv, mobil adhoc-kommunikasjonsenhet (LAMSAKOM) (11) omfattende en gruppe RF-transceiverseksjon (15), en romlig fasefront-analyseseksjon (16), en forsinkelsesseksjon (18), en stråleformerseksjon (17), en RF-svitsjeseksjon (13), en antenneelementseksjon (12) omfattende et flertall antenneelementer (12a-n), et posisjoneringssystem (32), en kommunikasjonskontroller (22) og en datalink (23), anordnet til kommunikasjonsenheten,karakterisert vedat: - kommunikasjonskontrolleren (22) er innrettet for romlig analyse av signaler fra RF-transceiverseksjonen (15) for å bestemme relative retninger og gangtid mellom kommunikasjonsenhetene, og innrettet for å tilveiebringe stråleforming ved å føre informasjon fra den romlige analysen til en digital antennestråleformer (17) før første RX-data føres gjennom et flertall forsinkelseselementer (18a-n) til forsinkelsesseksjonen (18) for å oppnå en optimal antenneform og demodulering av de første mottatte RX-data fra enhver retning og innrettet for å benytte vinkel-stråleformingsinformasjon til å tilveiebringe lavlatensrelativ posisjonsinformasjon for navigasjonsformål.

17. System i samsvar med patentkrav 16,karakterisert vedat systemet omfatter en database (31) inneholdende informasjon om transmisjonsrestriksjoner for lokale transmisjonseffektgrenser og frekvenser for definerte geografiske områder.

18. System i samsvar med patentkrav 16,karakterisert vedat antenneelementene (12a-n) er spredt over et fysisk område, og at hvert antenneelement (12a-n) er fasekoherent med de andre antenneelementene (12a-n).

19. System i samsvar med patentkrav 16,karakterisert vedat RF-transceiverseksjonen (12) omfatter minst fire adaptive antenneelementer (12a-n).

20. System i samsvar med patentkrav 16,karakterisert vedat systemet omfatter en modulator-/demodulatorenhet (20) som er innrettet for konstant-konvolutt-modulasjon uten amplitudekomponenter.

21. System i samsvar med ett av patentkravene 16-20,karakterisert vedat den digital antennestråleformer (17) innrettet for å styre antenneelementene (12a-n) slik at avgitt effektnivå og/eller frekvenser inn i definerte områder rundt kommunikasjonsenheten er innenfor transmisjonsrestriksjonene.

22. System i samsvar med patentkrav 16,karakterisert vedat flere LAMSAKOM-enheter (11) er anordnet til hver kommunikasjonsenhet og at systemet er innrettet for å benytte posisjonsinformasjon som et ledesystem for bevegelige kommunikasjonsenheter, slik at hver kommunikasjonsenhet kan posisjoneres i forhold til andre kommunikasjonsenheter i sanntid.

23. System i samsvar med patentkrav 16,karakterisert vedat systemet er innrettet for å bruke posisjoneringssystemet (32) til å: - optimalisere rekkevidde til en kommunikasjonslink, og/eller - redusere interferens til eller fra andre kommunikasjonsenheter, og/eller - tilveiebringe et sporingssystem for en mobil kommunikasjonsenhet med en høy frekvens av posisjonsoppdateringer.

24. System i samsvar med patentkrav 16,karakterisert vedat systemet er forsynt med en eller flere tilleggs-sensorer, så som akselerometer (27), gyroskop (29), magnetometer (28), midler for høydeinformasjon (30) og geografiske posisjonssensorer (26), hvilke sensorer benyttes for å øke posisjoneringsnøyaktigheten og økt redundans i systemet.

25. System i samsvar med patentkrav 16,karakterisert vedat systemet omfatter midler (24) for å tilveiebringe en lokal tidsreferanse, hvilken lokale tidsreferanse benyttes av kommunikasjonskontrolleren (22) til å generere et felles høynøyaktig klokkereferansesignal og låse alle RF-transceivere (15a-n) til denne tidsreferansen.

26. System i samsvar med patentkrav 16,karakterisert vedat systemet omfatter en tidsdomene-korrelator (802) og en koherent lokal oscillator (905), hvilken korrelator (802) er innrettet til å bestemme starten av en dataramme ved å korrelere et forhåndsbestemt langt kodeord og bestemme en eksakt ankomsttid og fase for den koherente lokale oscillatoren (905).

27. System i samsvar med patentkrav 16,karakterisert vedat systemet omfatter minst et adaptivt filter (804) for å øke signal-/støy-raten og redusere interferens til eller fra andre kommunikasjonsenheter og intersymbol-interferens.

28. System i samsvar med patentkrav 16,karakterisert vedat systemet omfatter et dedikert kalibreringsnettverk (14) integrert i et kretskort hvor alle fysiske lengder fra en referansetransmitter (910) til alle antenneelementer (12a-n) er like, hvilket eliminerer relativ termisk vriding i nettverket.

29. System i samsvar med patentkrav 16,karakterisert vedat systemet omfatter en servomotor-styrt antenne-festeinnretning innrettet for fysisk styring av LAMSAKOM-enheten (11) i en horisontal og/eller vertikal retning basert på output fra posisjoneringssystemet (32).