NO337874B1 - Radiosendersystem og fremgangsmåte for drift av dette - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører et radiosendersystem og en tilsvarende fremgangsmåte for drift av dette.

Moderne radionettkonsepter, slik som nettsentriske krigføringskonsepter gir informasjon i passende form og uten tidsforsinkelse uansett hvor denne informasjonen trengs. Kommunikasjonssystemer egnet for dette formålet er allerede gjenstand for intens utvikling. Strenge krav blir satt til slike systemer, f.eks. innbefattende god mobilitet, størst mulighet for samdrift (f.eks. også med sivile myndigheter (BOS)), transparens for nettene (ledningsført/trådløst, PSTN, ISDN, LAN, WAN/radio/retningsradionett, militært/sivilt), universell tilgjengelighet, informasjonsoverføring i forbindelse med etterretning, ledelse/effekt, posisjons-rapport, posisjonsvisning, venn/fiende-identifikasjon, sensordata, bilder fra digitale kameraer, GPS-sporing, e-post, kort-meldinger, andre IP-tjenester, ad-hoc mobilnett (MANET) og uavhengighet fra en infrastruktur.

Kommunikasjonstypen fra meget mobile nettdeltakere slik som taktiske tropper, er i økende grad satt for endring. Applikasjonen "sikker taleforbindelse", dvs. talekode og motstandsdyktig mot potensielle interferenskilder, var tidligere den nesten eneste prioriteten.

Sammen med kravene om telefoni, er det nå til dags økende behov for nettsammenslutning av forskjellige kommunikasjonsdeltakere med personlig tilgjengelighet. Denne typen nett krever innbyrdes opererbarhet av kommuni-kasjonsteknologiene og integrasjon av nett for å danne kombinerte systemer.

På grunn av inter-opererbarhet er bruken av internettprotokoller slik som TCP/IP, nødvendig for å knytte sammen datakommunikasjoner i nett utover de forskjellige nettene. Radioteknologien kan realiseres i et smalt bånd, f.eks. med referanse til standarden 1.5 MIL-STD-188-220 B. Denne standarden spesifiserer de laveste protokollnivåene for en interopererbarhet for taktiske radioanordninger.

Taktisk radio er for tiden basert på kanaler med 25 kHz båndbredde over hvilke totalt 16 kbit/s kan overføres med FEC opp til 9,6 kbit/s. Bruken av standard internettprotokoller for å realisere ad-hoc mobilnett (MANET) i militære radio-kommunikasjoner ville gi en hurtig og kostnadsgunstig løsning. Dette krever imidlertid datahastigheter i området Mbit/s og følgelig båndbredder i MHz-området. De kan derfor ikke brukes i radiokanaler begrenset til en båndbredde på bare 25 kHz. Radioanordninger med denne båndbredden har så langt ikke blitt brukt på det taktiske område opp til kompaninivå.

Radioanordninger med hurtige dataoverføringshastigheter og dermed brede signalbåndbredder er underkastet følgende restriksjoner med hensyn til forplant-ningen av radiosignalene langs jordoverflaten (dvs. uten frittromsforplantning som i tilfelle med luftbårne plattformer): for effektiv bruk et relativt høyere frekvensområde (225 MHz til 400 MHz, men også opp til 2 GHz eller over er tilrådelig). Rekkevidden til radiosignaler avtar imidlertid med økende frekvens. Økning av sendereffekt øker denne rekkevidden bare i moderat utstrekning. En åtte gangers økning av effekten dobler bare rekkevidden.

Den nødvendige båndbredden er proporsjonal med den ønskede datahastigheten. Rekkevidden faller imidlertid med økende båndbredde. Med en økning i datahastigheten fra 16 kbit/s til 1,6 Mbit/s minsker følgelig rekkevidden med en faktor omtrent lik 5. Siden store båndbredder generelt nødvendiggjør forholdsvis høyere overføringsfrekvenser fordi det taktiske frekvensområde fra 30 MHz til 88 MHz ikke lenger kan brukes på grunn av den store båndbredden og tettheten av brukere, må ytterligere ofre med hensyn til rekkevidde tas i betraktning.

Modulasjonstyper med høyere verdi krever et forholdsvis høyere signal/ støy-forhold og oppnår derfor redusert rekkevidde med den samme sendereffekten sammenlignet med bruken av forholdsvis enklere modulasjonsmetoder.

Det antall radioanordninger som er nødvendig for å tilveiebringe radio-dekning er svært avhengig av rekkevidden. Denne er i sin tur avhengig av frekvensområdet, det nødvendige signal/støy-forholdet, datahastigheten eller den respektive signalbåndbredden og sendereffekten.

Dokumentene DE 196 51 593 A1 og DE 198 07 931 A1 vedrører en optimalisering av disse parameterne.

Bredbåndede radioanordninger for hurtig dataoverføring er sikkert den ideelle løsningen for nettkoplede kommunikasjoner. Deres radiorekkevidde er imidlertid begrenset. Radioanordninger med 25 kHz kanaler erkarakterisert vedmiddels datahastigheter, lange rekkevidder og robuste modulasjonsmetoder. Av denne grunn er de uunnværlige for taktisk bruk. For sikker radiotelefoni kan de i tillegg være inkorporert i nåværende og fremtidige datanett med IP-understøttende protokoller slik som MIL-STD-188-220 B.

Selvorganiserende nett med automatisk ruting som kan understøtte anvendelser basert på internettprotokollen IP, kan realiseres med MIL-ST-188-220 B-standarden. Den tradisjonelle taktiske radioen kan dermed utvides for det digitale slagmarknettet som illustrert på fig. 1.

Det kombinerte maskinvare/programvare-systemet 1 garanterer moderne internett/intranett-kommunikasjon via forskjellige overføringsmedia. Signaladministrasjons- og styringssystemet 2 automatiserer radiokommunikasjon på skip mens signaladministrasjons- og styringssystemet 3 organiserer radiokommunikasjon for landbaserte enheter. Alle systemene 1 til 3 er innbefattet MANET ad-hoc-nettet 4.

Ledningsbaserte nett og (kvasi-stasjonære) radionett med hurtige datahastigheter, slik som retningsradionett skiller seg betydelig fra hverandre med hensyn til egenskaper fra mobile taktiske radionett. Tradisjonelt brukte taktiske radioanordninger tilveiebringer for tiden datahastigheter opp til et maksimum på 16 kbit/s og opp til 72 kbit/s blir understøttet av den nylig markedsførte generasjonen av radioanordninger.

Radioanordninger for taktisk radio med datahastigheter i størrelsesorden på Mbit/s er for tiden under utvikling. Kommersielle løsninger slik som WLAN i en tilfredsstillende løsning bare i eksepsjonelle tilfeller fordi de opererer utelukkende ved en forutbestemt frekvens. Den betydelige ulempen ved denne løsningen er at den ikke er beskyttet mot f.eks. målrettet interferens. Ytterligere ulemper med et en-kanalssystem blir unngått i fremtidige, moderne bredbåndsradioanordninger ved hjelp av egenskapene som beskrives nedenfor, slik som å tilpasse bølge-formen til varierende kanalkvalitet.

Tradisjonelt og også innenfor rammen av den foreliggende anvendelsen er "bølgeform" det uttrykket som brukes for radiosignalet i eteren; sammen med modulasjonstypen, datahastigheten og eventuelt frekvenshoppsekvensen eller spredekoden, inneholder den også f.eks. koding og kryptering og i tilfelle med moderne metoder, også protokoller.

For mobil bruk, avhenger kvaliteten og dermed kapasiteten til radiokanalene av topologien, egenskapene til terrenget og avstandene som skal bindes sammen.

Dette gjør at den tilgjengelige kanalkapasiteten kan variere mellom den maksimale datahastigheten for en bredbånds radioanordning på f.eks. 2 Mbit/s og den for en smalbåndet radioanordning på noen få kbit/s. Egenskapene til radiokanalene er viderekarakterisertav fysisk marginale betingelser slik som: dempning, refleksjon, brytning, diffraksjon og Doppler-forskyvning.

Dette fører til mottakerinterferens, flerveisforplantning, frekvensselektiv og tidsvarierende fading. Egenskapen til radiokommunikasjonen som påvirkes av sistnevnte, er hovedsakelig signalkvaliteten, som beskrevet ved hjelp av signal/ støy-forholdet, signalforvrengningen og signalpulsvariasjon forårsaket av kanalen og utledet fra det sistnevnte kanalkapasiteten (datahastighet/båndbredde), bitfeilraten (BER) og rekkevidden.

Under gitte omstendigheter for bruk, spesielt med forholdsvis store avstander mellom radionoder, kan radionettene tilveiebringe såkalte flaskehalser. For å oppnå en tilfredsstillende utnyttelse av nettene til tross for disse midlertidige, potensielle begrensningene på kanalkapasitet og kvalitet som er et resultat av mobiliteten til radionettene og deres fysiske egenskaper, må flere forholdsregler undersøkes og realiseres i fremtidige nett.

Som diskutert i det ikke tidligere publiserte dokumentet DE 10 2005 030 108 A1, blir moderne radiooverføringssystemer utviklet på en slik måte at de kan reagere adaptivt på foranderlige scenarioer av uhyre variert karakter. Det kan f.eks. forutses scenarioer som gir en forholdsvis høy tetthet av innbyrdes kommuniserende radioanordninger med korte avstander. For homogene radionett av denne typen gir tilpassede mobile ad-hoc-nett med passende rutingsmetoder en passende løsning for å komplettere tilgjengeligheten for alle nettdeltakere.

Det er imidlertid også mulige situasjoner hvor én eller et lite antall radionoder må forbindes med en sentral stasjon over lang avstand. Et ytterligere scenario som representerer et midtpunkt mellom de nevnte ytterpunktene, blir tilveiebrakt ved hjelp av nett med forholdsvis lav tetthet og gjennomsnittlige radioavstander. Tradisjonelle former mellom disse scenarioene vil også være mulig, f.eks. øyer av delnett med forholdsvis kortere radioavstander, som blir understøttet for å opprettholde en forbindelse med andre delnett med lignende parametere over forholdsvis lengre avstander.

Hvis radioanordninger blir operert med hurtige overføringshastigheter, fører den resulterende nødvendige båndbredden til betydelig begrenset radiorekkevidde. For mobil bruk, hvis en nettdeltaker beveger seg til en avstand utenfor radiorekkevidden til de andre nettdeltakerne, vil denne bli utelukket fra kommunikasjon. Siden nettdeltakerne bruker en felles bølgeform som er basert på en definert båndbredde, kan den "ekskluderte" nettdeltakeren ikke generelt gjenopprette radioforbindelsen ved hjelp av unilaterale midler. Det er nødvendig for radiosystemene å ha implementert tilsvarende mekanismer i slike tilfeller.

Radiooverføringssystemer i henhold til DE 10 2005 030 108 A1 er spesielt tilpasset for høy mobilitet og fleksibel bruk i forskjellige scenarioer. Radiosystemer som er konstruert på denne måten, erkarakterisert veden høyt utviklet tilpasnings-dyktighet som gjør det mulig for systemet å tilpasse seg til radiokanaler med ekstreme kanalkvaliteter. DE 10 2005 030 108 A1 beskriver imidlertid ikke hvordan radiosystemene oppnår formålet med å opprettholde de nødvendige radioforbindelsene og måling av kanalkvaliteten.

US 2003108016 A1 beskriver en fremgangsmåte og innretning for å svitsje mellom WAN og ad-hoc nettverk for en mobilterminal avhengig av mottaks-kvaliteten av et testsignal. Testsignalet sendes fra siste-hopp noden i ad-hoc nettverket og viser så tilgjengeligheten av ad-hoc kanalen.

I US 2004185887 A1 er det vist en multimodal kommunikasjonsinnretning som kan opprettet en flerhet ulike kommunikasjonskanaler til en annen enhet. Basert på forhåndsbestemte kriterier, slik som kvalitetskrav, velges det et foretrukket, støttet av den andre enheten, radiogrensesnitt. Her gjøres en periodisk kanalmåling av de støttede grensesnittene. Valget av kanal foretas avhengig av måleresultatene.

Foreliggende oppfinnelse er basert på formålet med å tilveiebringe et radiosendersystem og en tilsvarende fremgangsmåte for drift, med hvilke radioanordninger kan opprette eller opprettholde radioforbindelser med sine fjerntliggende stasjoner, som er nødvendig for å kommunisere meldinger via én eller flere radionoder.

Dette formålet blir i et første aspekt oppnådd ved hjelp av et radio-overføringssystem omfattende et ad-hoc-nett med flere noder, over hvilke datapakker blir overført med en forutbestemt bølgeform, en evalueringsanordning for hver node som evaluerer kvaliteten av overføringen av datapakkene via ad-hoc-nettet, og en orienteringskanal over hvilken datapakkene blir overført hvis evalueringsanordningen har evaluert kvaliteten på overføringen av datapakkene via ad-hoc-nettet som tilfredsstillende, og hver node i radiooverføringssystemet oppviser en svitsjeanordning som også svitsjer mottakelsen på en syklisk måte mellom en frekvens for ad-hoc-nettet og frekvensen til orienteringskanalen hvis evalueringsanordningen har evaluert at overføringen via ad-hoc-nettet er kvalitativt tilfredsstillende.

Formålet blir i et annet aspekt oppnådd ved hjelp av en fremgangsmåte for drift av et radiooverføringssystem omfattende et ad-hoc-nett, over hvilke datapakker blir overført med en forutbestemt bølgeform, og med en orienteringskanal, hvor kvaliteten av overføringen av datapakkene via ad-hoc-nettet blir evaluert kontinuerlig, og datapakkene blir overført via orienteringskanalen hvis kvaliteten av overføringen av datapakkene via ad-hoc-nettet blir evaluert som utilfredsstillende, og i hver node i radiooverføringssystemet blir mottakelsen også svitsjet på syklisk måte mellom en frekvens av ad-hoc-nettet og frekvensen til orienteringskanalen, hvis evalueringsanordningen har evaluert overføringen via ad-hoc-nettet som kvalitetsmessig tilfredsstillende.

De uselvstendige patentkravene 2 - 12 og 15 - 23 spesifiserer fordelaktige utførelsesformer av oppfinnelsen.

Et utførelseseksempel på oppfinnelsen blir beskrevet nedenfor under henvisning til tegningene. Tegningene er som følger: Fig. 1 viser et eksempel på et digitalt slagmarknett; Fig. 2 viser et blokkskjema over en lagstruktur for radiooverføringssystemet for bruk innenfor rammen av oppfinnelsen; Fig. 3 viser de forventede driftsmessige og mobile områdene; Fig. 4 viser homogene MANET-er med kortdistansevarianter; Fig. 5 viser utstrekningen av radiodistanser i MANET-er; Fig. 6 viser scenarioet med kamp fra hus-til-hus; Fig. 7 viser en langdistansekommunikasjon;

Fig. 8 viser tradisjonelle former for meget dynamiske scenarioer; og

Fig. 9 viser et utførelseseksempel på utformingen av en modus for radio-overføringssystemet i henhold til oppfinnelsen.

Når det gjelder problemet med tidsvarierende kvalitet og kapasiteten til radiokanalene, foreslår DE 10 2005 030 108 A1 en pakke bestående av tre løsninger: - optimalisering av kvaliteten og kapasiteten til de enkelte radioforbindelsene; - tilpasset og optimalisert ruting;

- valg av passende applikasjoner og/eller tilpasning av applikasjonene.

For dette formålet gir løsningen i henhold til DE 10 2005 030 108 A1 en inndeling i oppgaver mellom divisjonene for klassisk radioteknologi (lag 1 og 2 i ISO/OSI-lagmodellen) og nett-teknologi (lag 3 og over) med en samvirkning mellom de to divisjonene, som illustrert på fig. 2. Et grensesnitt 10 over hvilket kvalitetsegenskapene og eventuelle styredata kan utveksles, er anordnet mellom disse divisjonene, hvor styredataene blir generert som en reaksjon på de utvekslede kvalitetstrekkene.

Under grensesnittet 10, det vil si i den klassiske radioinndelingen, i blokk 11 i lag 1, må trinnene (phys/QoC) tas for å analysere radiokanalen, for å etablere tilsvarende kvalitetsegenskaper og for å tilpasse radiokanalene til de respektive topografiske situasjonene gjennom adaptive forholdsregler.

I det følgende avsnitt, under henvisning til kvaliteten på tjenesten som er definert for nettet (QoS), blir de relevante kvalitetsegenskapene beskrevet som kanalkvalitet (QoC). De blir behandlet i den funksjonelle blokken 11 (phys/QoC).

Ytterligere funksjoner (MAC/QoC) må tilveiebringes for styring av kanalaksess (f.eks. linkadministrasjon, lukemultipleksing) og dataflyt avhengig av den aktuelle kanalkvaliteten og prioriteten til pakkene og deres krav med hensyn til kanalkvalitet (tjenesteklasse, CoS). Dette blir implementert i de funksjonelle blokkene 12 (MAC/QoC) i lag 2. Prioriteten til pakkene kan fastslås enten på en tjenestespesifikk og/eller brukerspesifikk måte. Dette er også implementert i den funksjonelle blokken 12 (MAC/QoC).

Over QoC - QoS-grensesnittet 10, dvs. i nettinndelingen, må det finnes anordninger for å tilpasse kommunikasjonen til egenskapene til kanalene som skal brukes med hjelp av disse QoC-verdiene.

Følgende forholdsregler på f.eks. anvendes i den funksjonelle blokken 13 i lag 3 (QoC/QoS-administrasjon):

- sortering av datapakker i henhold til prioritet (MAC/QoC); - tilpasset køing (MAC/QoC), dvs. dannelse av køer avhengig av prioritet; - understøttelse av MANET-funksjonene (QoS/QoC-rutingsunderstøttelse) for eksempel ved:

- rekkeviddeberegning ved bruk av digitaliserte kort

- sambandsanalyse ved bruk av utvekslede posisjonskoordinater

- forbindelsesprognoser ved bruk av hastighetsvektorer for objektene som inneholder radiostasjoner - bestemmelse av kvalitetsegenskapene for de enkelte forbindelsene gjennom radioanordningene

- markering av forbindelseskvalitet i rutingtabellene

- omforming av QoC-verdiene til QoS-verdier og tilpasning til IP-funksjonalitet (tilpasning til TCP/UDP) - varsling av brukeren vedrørende den tilgjengelige kanalkvaliteten og kapasiteten (QoS/QoC-skreddersying) og visning av tilgjengelige tjenester - tilpassing av applikasjoner til den tilgjengelige kanalkvaliteten og kanalkapasiteten (QoS/QoC-skreddersying) - reaksjoner og forholdsregler vedrørende kanalkapasiteten, f.eks. priori-tering, datareduksjon eller avbrudd som er implementert ved nivået til applikasjonen i den funksjonelle blokken 16 (QoS/QoC-skreddersying).

For å koordinere de ovenfor gitte forholdsreglene og under grensesnittet 10, må QoC- og QoS-parameterne kartlegges på hverandre. Dette er også nødvendig for å oppnå en glatt overgang mellom radionett og ledningskoplede nett, dvs. slik at tjenesteegenskapene (QoS-mekanismene) definert for de ledningskoplede nettene også blir implementert i radionettene.

Kanaltilgangen (middels aksess, MAC); MANET-rutingen i funksjonsblokk 14 i lag 3; transportprotokollene TCP/UDP, i hvilke dataene i funksjonsblokk 15 i lag 4 skal konverteres til; og applikasjonene i lagene 5 til 7 blir alle påvirket. QoC/QoS-kartleggingen må derfor utvides ved hjelp av ytterligere funksjoner. Dette blir implementert i en funksjonsblokk 13 (QoC/QoS-administrasjon). For dette formål er funksjonsblokk 13 forbundet via ytterligere grensesnitt 17, 18 og 19 til funksjonsblokkene 14, 15 og 16.

Funksjonen til radiooverføringssystemet som er illustrert på fig. 2, kan derfor forklares som følger: Radiooverføringssystemet har flere behandlingslag for overføring av datapakker mellom forskjellige radioanordninger i en radiokanal og omfatter flere funksjonelle enheter og en styringsenhet. En første funksjonell enhet 11 er lokalisert i et fysisk radiooverføringslag og analyserer radiokanalen for å bestemme kvaliteten på radiokanalen, QoC.

En annen funksjonell enhet 12 er lokalisert i et datasikkert lag og styrer tilgang til radiokanalen, avhengig av den aktuelle kvaliteten til radiokanalen, QoC, og styrer prioriteten til radiokanalen QoC, og styrer prioriteten til datapakkene som skal sendes, avhengig av kvaliteten QoS til tjenesten som realiseres av datapakkene. En tredje funksjonell enhet 14 er plassert i et nettlag og styrer rutingen av datapakkene.

En overordnet styringsenhet 13 frigjør datapakkene for ruting gjennom den tredje funksjonelle enheten 14 bare hvis kvaliteten til tjenesten QoC som er

realisert av datapakkene, svarer i tilstrekkelig grad med kvaliteten til radiokanalen QoC som er spesifisert i den første funksjonelle enheten 11, dvs. at hvis en minste kvalitet av radiokanalen QoC er tilstede for kvaliteten på tjenesten eller respektive tjenesteegenskaper QoS for applikasjonen.

Styringsenheten 13 er forbundet med den første funksjonelle enheten 11 og med den andre funksjonelle enheten 12 via et første grensesnitt 10 og med den tredje funksjonelle enheten 14 via et annet grensesnitt 17.

Styringsenheten 13 er videre fortrinnsvis forbundet via et tredje grensesnitt 18 med en fjerde funksjonell enhet 15 i et transportlag. Den fjerde funksjonelle enheten 15 omformer datapakkene til en tilsvarende transportprotokoll, f.eks.

TCP/UDP.

Styringsenheten 13 spesifiserer den tilsvarende transportprotokollen TCP/UDP på grunnlag av kvaliteten til tjenesten som realiseres ved hjelp av datapakkene QoS og kvaliteten på radiokanalen QoC spesifisert i den første funksjonelle enheten 11 og styrer den fjerde funksjonelle enheten i henhold til dette.

Styringsenheten 13 er fortrinnsvis forbundet via et fjerde grensesnitt 19 med en femte funksjonell enhet 16 i et applikasjonslag. Hvis datapakkene for ruting gjennom den tredje funksjonelle enhet 14 ikke kan frigjøres, blir en tilsvarende varsling fortrinnsvis sendt til brukeren fra den femte funksjonelle enheten 16.

I denne forbindelse styrer styringsenheten 13 den tredje funksjonelle enheten 14 på en slik måte at den passende ruting sikrer tilgjengeligheten til overføringskapasiteten for radiokanalen som er nødvendig for den respektive tjenestekvaliteten QoS realisert ved hjelp av datapakkene.

Styringsenheten 13 sorterer fortrinnsvis datapakkene avhengig av den nødvendige prioriteten ved hjelp av kvaliteten QoS på tjenesten som henholdsvis realiseres av datapakkene. Etter dette blir den tredje funksjonelle enheten styrt for å implementere rutingen av datapakkene i denne rekkefølgen.

Styringsenheten 13 kan også implementere en prognose for kvaliteten av radiokanalens utvikling i fremtiden på grunnlag av bestemte hastighetsvektorer for de bevegelige radioanordningene.

For å oppsummere, i henhold til løsningen fra DE 10 2005 030 108 A1 er den kontinuerlige bestemmelsen av mulige forbindelser (radioforbindelser) for nettverket (MANET), som er nødvendig for mobil bruk støttet av intelligente prosedyrer. Radiokanalene matches ved adaptive midler i følge den topografiske situasjon, og den respektive kanalkapasiteten og kvaliteten for de individuelle radioforbindelser blir lagret og tatt med i betraktning ved transporten av datapakker.

Med denne løsningen ifølge DE 10 2005 030 108 A1 kan radioforbindelser opprettholdes bare over begrensede radiodistanser. I scenarioer hvor større radiodistanser må dekkes er det nødvendig med ytterligere forholdsregler. Disse forholdsreglene vil bli diskutert nedenfor.

Rekkevidden til radiosystemer i bakke-til-bakke-forbindelser blir bestemt av følgende parametere. Den er kortere jo høyere den brukte frekvensen er. Den er kortere jo hurtigere datahastigheten eller jo bredere den nyttige båndbredden er i hvert tilfelle, eller jo høyere verdien av modulasjonstypen som brukes er. Den er lenger jo større overføringseffekten er. Den er lenger jo høyere antennevindingen er. Den er lenger jo høyere antennesokkelen er.

I stasjonære driftsmodi kan de tre siste radioparameterne, nemlig antennehøyden, antennevindingen og sendereffekten økes for å dekke lengre radiodistanser. Ved mobile operasjoner er dette enten umulig eller bare mulig i meget begrenset utstrekning uten tekniske og driftsmessig meget tvilsom bruk av luftbårne reléstasjoner slik som ubemannede luftfartøyer, ballonger, helikoptre osv. Av denne grunn må en løsning finnes for mobile operasjoner som også tillater radiosystemer med enkle og lave antenner og lav sendereffekt, for eksempel mannspakninger, for å bestemme endringene av kanalkvaliteten og for å reagere på overstrekningen av radiodistansene.

Kanalkvaliteten kan spores kontinuerlig ved å analysere den brukte radiokanalen. Denne analysen kan implementeres både i en kanal uten radiotrafikk og også i en opptatt kanal. I det første tilfelle kan størrelsen og type interferenssignaler bestemmes og registreres; I det andre tilfelle, blir meldingssignalene analysert. Siden kjente tekniske parametere slik som modulasjonstypen, datahastigheten, osv., er involvert, kan analysen av kanalen implementeres på en meget detaljert måte med hensyn til kvalitetskriterier slik som signal/støy-forhold, fadingsparametere, bitfeilrate osv. Siden en radionode generelt vil motta signaler fra flere fjerntliggende stasjoner, kan disse kvalitetsegenskapene tildeles de individuelle radiodistansene i det kombinerte nettet.

Med denne metoden kan f.eks. interferenser ekstraheres ved bruk av signalfeltstyrke med hensyn til distansen til den fjerntliggende stasjonen. Hvis koordinatene til stedene for radionodene også blir utvekslet under nettdriften, kan distansene beregnes og de tilgjengelige og de nødvendige radioparameterne kan bestemmes ved hjelp av terrengkart og forplantningsmodeller.

Moderne bredbånds radioanordninger vil bruke datahastigheten opp til noen få Mbit/s og derfor båndbredder på flere MHz. Av mange grunner, denne overføringen blir implementert i forholdsvis høyere frekvensområder, f.eks. innenfor området fra noen hundre MHz eller opp til GHz-området. Radiodistansen, som kan dekkes på denne måten, er imidlertid ganske kort. Under ugunstige forhold kan den være begrenset til noen få hundre meter. Behov for dekning av et område på noen få titalls kilometer i dette frekvensbåndet kan også bare oppnås med meget smale brukerbåndbredder ved reléstasjoner plassert i høyden.

Hvis kanalkvaliteten endres, er det mulig å reagere på slike endringer på grunnlag av de gitte analyseresultatene gjennom en tilpasning av radioparameterne, f.eks. ved tilpasning av signalbåndbredden og den tilhørende datahastigheten eller ved hjelp av en endring av modulasjonstype eller koding. Som et resultat av distribuering av kanalinformasjonen i nettet, kan hver radionode radioparametere som er optimale for kommunikasjon med en partner, spesielt hvis posisjonene til radionodene i tillegg er kjent ved utveksling av koordinater.

Disse metodene er imidlertid ikke vellykkede hvis tilpasningsevnen til bølgeformen som brukes ved den valgte (forholdsvis høye) brukerfrekvensen til den aktuelle radiodistansen er uttømt. I dette tilfelle, som illustrert ovenfor, må brukerfrekvensen og båndbredden være betydelig lavere. Med tradisjonelle taktiske radiometoder, f.eks. med en brukbar båndbredde på 25 kHz i VHF-området fra 30-88 MHz og avhengig av terrenget, kan radiorekkevidder opp til et par titalls kilometer dekkes. Bruken av HF-området med båndbredder på f.eks. 3 kHz, som er konvensjonelt i denne forbindelse, muliggjør enda lengre radiorekkevidder.

Hvis radionoden er anordnet ved en aktuell radiodistanse, som kan dekkes lenger med den bølgeformen som brukes selv etter tilpasning, som en siste utvei, forblir ifølge oppfinnelsen bare en bruk av en smalbåndet metode i et forholdsvis lavt frekvensområde, dvs. bruk i henhold til oppfinnelsen av en såkalt orienteringskanal. Båndbredden og frekvensområdet for denne metoden blir orientert i henhold til de maksimalt forventede radiodistansene i de respektive bruksscenarioene. Siden tiden for overtrekkingen av radiodistansene ikke kan forutsis på forhånd, bør radionodene fortrinnsvis kontinuerlig være klare til å motta signaler av denne typen. Som et alternativ, hvis kanalkvaliteten er kjent, kan denne orienteringskanalen bli tildelt ved forhandlinger innenfor nettet til den radionoden som med stor sannsynlighet ikke lenger vil være tilgjengelig. Kommunikasjon med denne noden i nettet vil så bli implementert via denne kanalen; den ikke lenger tilgjengelige noden vil så kommunisere via denne orienteringskanalen. Radionodene må følgelig være klare til å motta orienteringskanalen bare i det tilfelle at én eller flere radionoder ikke lenger er tilgjengelig ved bruk av overføringsmetoden med hurtig datahastighet i ad-hoc-nettet.

Denne klarheten til å motta kan realiseres på forskjellige måter. Mulige løsninger innbefatter følgende: syklisk svitsjing av radionoden for å motta et orienteringssignal og/eller bruk av en separat mottaker til å motta et orienteringssignal og/eller bruk av en integrert programvare/vaktmottaker til å motta et orienteringssignal og/eller bruk av en integrert maskinvaremottaker til å motta et orienteringssignal.

Dette orienteringssignalet er utformet på en slik måte at det kan overspenne det maksimale område for scenarioene som er ventet. Hvis det blir brukt, kan stasjonen som mottar orienteringssignalet, bestemme kanalegenskapene ved bruk av den fremgangsmåten som er beskrevet ovenfor for analysen av et nyttesignal og ved ekstrapolering fra dette, kan bestemme den maksimalt brukbare båndbredden som er tilstede for radiodistansen.

Fordelen ved foreliggende oppfinnelse er at den kan dekke alle radiorekkevidder ved å bruke adaptive radioanordninger forutsatt at dette er fysisk mulig.

For dette formålet, kan den kontinuerlige analysen av nyttekanalen, som nevnt ovenfor f.eks. ved analyse av kanalen uten radiotrafikk med en bestemmelse og registrering av størrelsen og typen av interferenssignaler og/eller ved analyse av meldingssignalene for en opptatt kanal med en analyse av konstellasjonsdiagrammet og/eller en analyse av signal/støy-forholdet og/eller en analyse av fadingsparameterne og/eller en analyse av bitfeilraten og tildeling av analyseresultatene til de individuelle radiodistansene i det kombinerte nettet.

Fremgangsmåten for å opprettholde radioforbindelser ved hjelp av kontinuerlig analyse av radiokanalen og distribusjon av kanal parameterne i radionettet, blir brukt til adaptiv justering av bølgeformen (f.eks. modulasjonstype, type koding, signalbåndbredde, sendereffekt og antenneretningseffekt).

Fremgangsmåten for fremstilling og opprettholdelse av radiokommunika-sjoner ved hjelp av en smalbåndet, robust orienteringskanal blir brukt i det tilfelle at normal kommunikasjon via den adaptive standardbølgeformen ikke lenger er mulig, fordi kanalparameterne er blitt forringet og også for registrering av kommunikasjon til en deltaker i et nett i tilfelle av ukjente kanalparametere.

Egenskapene til orienteringskanalen blir spesielt som følger: lav frekvens, smal båndbredde, robust modulasjonsmetode og koding, og eventuelt en forholdsvis høy sendereffekt sammenlignet med den aktuelle brukte kanalen.

Illustrasjonen på fig. 1 tjener til å visualisere fremtidig radionettbygging. Den representerer imidlertid en opplagt forenkling og beskriver i utilstrekkelig grad omstendigheter som påtreffes i praksis. Betingelsene som er illustrert, dvs. en spesielt klar og enkel oversikt over terrenget er tilveiebrakt; radiodistansene er uhyre korte; tettheten av radionoder er høy; stasjonære enheter med høye antenner er tilstede og luftbårne reléstasjoner er tilgjengelige, beskriver ikke tilstrekkelig reelle situasjoner og potensielle ytelsesegenskaper for moderne radiosystemer. I praksis, spesielt i tilfelle av en fremrykning av tropper eller i mobile kamphandlinger, inngår det store områder som må dekkes med radio.

Fig. 3 viser de driftsmessige og mobile områdene som forventes innenfor divisjons- og brigaderammeverket. Fordelingen av radionoder i disse områdene kan ikke i noen forstand alltid ventes å være kvasi-homogene med korte radiodistanser. Øyer av radionett med forholdsvis lange avstander mellom disse øyene, blir hyppig dannet. De dynamiske, mobile og fleksible driftsmulighetene blir avspeilet i antallet potensielle scenarioer hvor radiosystemene blir antatt å mulig-gjøre sikker kommunikasjon. Rammeverket for denne diversiteten til scenarioene vil nå bli presentert med noen få representative eksempler.

Som vist på fig. 4 finnes det scenarioer som gir en forholdsvis høy tetthet av innbyrdes kommuniserende radioanordninger i kort avstand fra hverandre. Tilpassede mobile ad-hoc-nett med passende rutingsmetoder gi en egnet løsning for homogene radionett av denne typen.

Ved mobil bruk er det nødvendigvis situasjoner hvor forholdsvis lange avstander mellom stasjoner og deres MANET-er eller mellom MANET-er inntreffer, som ikke lenger kan overbygges med radiorekkevidden til en bredbånds bølgeform.

Hvis, som illustrert på fig. 5, en nettdeltaker beveger seg ut av radiodekningen for andre nettdeltakere, vil den bli ekskludert fra kommunikasjon. Hvis nettdeltakerne bruker en felles, ikke-adaptiv bølgeform, som er basert på en definert båndbredde, kan den "ekskluderte" nettdeltakeren ikke generelt gjenopprette radioforbindelsen ved hjelp av unilaterale midler.

Det er imidlertid også mulig med situasjoner hvor én eller et lite antall radionoder må forbindes med en sentral radiostasjon over en lang distanse eller i terreng med ugunstige forplantningsforhold.

Som illustrert på fig. 6, blir denne situasjonen f.eks. funnet i forbindelse med kamper fra hus-til-hus, med etterretningsmannskaper eller patruljer. Spesielt i sistnevnte tilfelle, med utflukter gjennom terrenget som skal kontrolleres, kan det oppstå lange avstander fra den sentrale radiostasjonen, f.eks. kompanikamp- stasjonen, som illustrert på fig. 7. I slike tilfeller er det imidlertid også nødvendig for patruljen å ha eller opprette en radioforbindelse med basestasjonen. Spesielle forholdsregler blir nødvendige i tilfelle av utflukter gjennom vanskelig terreng, f.eks. i fjellterreng eller over større avstander som i betydelig grad overskrider rekkevidden på omkring 20 kilometer som kan dekkes konvensjonelt med traktisk radio.

Overgangsformer er også mulige mellom disse scenarioene, for eksempel øyer av delvise nett med korte radiodistanser, som må opprettholde kontakt over forholdsvis lange avstander med andre delnettverk med lignende parametere. Fig. 8 illustrerer potensielle blandede former for scenarioer. Det er en forbindelse i delnettene (MANET 1, 2, 3, PRR; personlig rolleradio); men de er rommessig atskilt i en slik grad at forbindelsen mellom delnettene ikke lenger er mulig med den bølgeformen som brukes i MANET-ene. De to kjøretøyene utenfor MANET-ene kan ikke lenger nås fra delnettene på grunn av den store avstanden. Fig. 9 viser en node 30 i radiooverføringssystemet i henhold til oppfinnelsen. Radiooverføringssystemet omfatter ad-hoc-nettet 31 som er beskrevet ovenfor, og en orienteringskanal 32 hvor hver node 30 er forbundet både med ad-hoc-nettet 31 og også med orienteringskanalen 32.

I utførelseseksempelet som er presentert på fig. 9, er det tilveiebrakt en nettradioanordning 33 for kommunikasjon via ad-hoc-nettet, og en VHS (meget høyt frekvensområde, 30 MHz til 88 MHz) og/eller en HF-radioanordning (for høyfrekvensområdet, fra 10 MHz til 30 MHz) er tilveiebrakt for kommunikasjon via orienteringskanalen 32. Kommunikasjon blir implementert på kanalene i ad-hoc-nettet 31, som f.eks. er i SHF-området på noen få GHz via nettradioanordningen 33, mens kommunikasjon blir implementert på orienteringskanalen 32 som fortrinnsvis er anordnet i HF-området, dvs. kortbølgeområdet eller henholdsvis VHF-området via VHF/KF-radioanordningen. Hvis orienteringskanalen 32 er anbrakt ved en lavere frekvens sammenlignet med ad-hoc-nettet 31, fører dette generelt til lenger rekkevidde slik at radionoder som ikke lenger kan nås via ad-hoc-nettet 31, fremdeles kan kommunisere via orienteringskanalen 32.

Det er ikke absolutt nødvendig at nettradioanordningen 33 og radioanordningen 34 for orienteringskanalen er separert fra hverandre. Tvert imot kan radioanordningen 34 for orienteringskanalen også være integrert i nettradio anordningen 33 som en maskinvarekomponent eller en programvarekomponent. Videre er det mulig for nettradioanordningen å bli svitsjet enkelt gjennom kommandoer i frekvensområdet til orienteringskanalen. I dette tilfelle behandler også radioanordningen orienteringskanalen. Med denne utformingen kan orienteringskanalen opereres bare i vekselvirkning med nyttekanalen.

En evalueringsanordning 35 evaluerer kontinuerlig kvaliteten av overføringen av datapakkene via ad-hoc-nettet 31. Hvis overføringen via ad-hoc-nettet 31 ikke lenger er tilfredsstillende, blir en svitsjeanordning 36 svitsjet over på en slik måte at terminalanordningen 37 ikke lenger kommuniserer via nettradioanordningen 33, men via radioanordningen 34 for orienteringskanalen. Evalueringen av kvaliteten til datapakkene som kan overføres på ad-hoc-nettet 31, kan implementeres på en lang rekke forskjellige måter. Som allerede nevnt kan f.eks. en analyse av konstellasjonsdiagrammet og/eller signal/støy-forholdet og/eller fadingsparameterne og/eller av bitfeilraten implementeres.

Evalueringsanordningen 35 evaluerer en kanal i ad-hoc-nettet 31 som ikke er opptatt med radiotrafikk, på en meningsfylt måte ved å bestemme størrelsen og/eller typen av interferenssignaler på denne kanalen. En kanal i ad-hoc-nettet 31 som er opptatt med radiotrafikk, blir derimot meningsfylt evaluert ved hjelp av evalueringsanordningen 35 ved å analysere meldingssignalene for datapakkene som overføres på denne kanalen.

Det er også meningsfylt hvis svitsjeanordningen 36 blir betjent på en slik måte at systemet også svitsjer syklisk til orienteringskanalen 32 hver gang evalueringsanordningen 35 evaluerer at overføring via ad-hoc-nettet 31 er ansett som kvalitativt adekvat. Dette har den fordel at under syklisk svitsjing til orienteringskanalen 32, kan radionoder 30 i nettet bestemme om en annen node sender der, som ikke lenger kan nås via ad-hoc-nettet 31. En node 30 av denne typen, som under den sykliske svitsjingen bestemmer at den kan kommunisere med den andre noden via orienteringskanelen 32, kan så igjen mate dataene til denne noden som er isolert fra ad-hoc-nettet 31, inn i ad-hoc-nettet 31 for derved å opprettholde kommunikasjon med den isolerte noden.

Det er meningsfylt hvis kommunikasjon blir implementert via orienteringskanalen 32 med en robust, dvs. generelt en modulasjonstype av lav verdi, f.eks. lawerdi PSK (faseskiftnøkling) eller FSK (frekvensskiftnøkling) sammenlignet med ad-hoc-nettet 31. Det er også meningsfylt hvis en forbedret feilbeskyttelse blir brukt for kommunikasjon via orienteringskanalen 32, som så bestemmer en relativt langsommere nyttig datahastighet enn den som brukes for kommunikasjon via ad-hoc-nettet 31. En langsommere datahastighet bør også brukes for kommunikasjon via orienteringskanalen 32 enn for kommunikasjon via ad-hoc-nettet 31. For kommunikasjon via orienteringskanalen blir en høyere sendereffekt enn for kommunikasjon via ad-hoc-nettet 31 fortrinnsvis også brukt.

Orienteringskanalen kan i tillegg brukes for å undersøke identiteten og posisjonen til radionoder som potensielt er i stand til å bli integrert i MANET. For dette formålet, kan den anmodne radionoden sende en tilsvarende melding til orienteringskanalen enten alene, f.eks. med initiering fra brukeren, eller på en syklisk måte, f.eks. hvert sekund. En mottakende radionode kan så svare på denne meldingen i orienteringskanalen. Følgelig blir det også mulig å identifisere radioanordninger som ikke har MANET-funksjonalitet til sin disposisjon, men som mottar orienteringskanalen og kan så sende på denne kanalen igjen. Bruken av orienteringskanalen for dette formål er spesielt fordelaktig for de, som allerede nevnt, den tilveiebringer en forholdsvis lengre rekkevidde og følgelig kan MANET også fremskaffe informasjon om radioanordninger som befinner seg utenfor dens rekkevidde. Denne kunnskapen kan f.eks. brukes til venn/fiende-gjenkjennelse.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til de utførelseseksemplene som er vist. Orienteringskanalen kan eventuelt også være en gitt kanal i ad-hoc-nettet, som er utstyrt som en generell anropskanal. Alle de egenskapene som er beskrevet ovenfor, kan kombineres med hverandre etter behov innenfor rammen for oppfinnelsen.

Claims (23)

1. Radiooverføringssystem omfattende et ad-hoc-nett (31) med flere noder (30), over hvilke datapakker blir overført med en forutbestemt bølgeform, en evalueringsanordning (35) for hver node (30) som evaluerer kvaliteten av overføringen av datapakkene via ad-hoc-nettet (31), og en orienteringskanal (32) over hvilken datapakkene blir overført hvis evalueringsanordningen (35) har evaluert kvaliteten på overføringen av datapakkene via ad-hoc-nettet (32) som tilfredsstillende, karakterisert vedat hver node (30) i radiooverføringssystemet oppviser en svitsjeanordning (36) som også svitsjer mottakelsen på en syklisk måte mellom en frekvens for ad-hoc-nettet (31) og frekvensen til orienteringskanalen (32) hvis evalueringsanordningen (35) har evaluert at overføringen via ad-hoc-nettet (31) er kvalitativt tilfredsstillende.

2. System ifølge krav 1, karakterisert vedat orienteringskanalen (32) har en forholdsvis lavere overføringsfrekvens sammenlignet med ad-hoc-nettet (31).

3. System ifølge krav 1 eller 2, karakterisert vedat orienteringskanalen (32) tilveiebringer en forholdsvis mer robust modulasjonstype sammenlignet med ad-hoc-nettet (31)

4. System ifølge et av kravene 1 til 3, karakterisert vedat orienteringskanalen (32) tilveiebringer en koding av forholdsvis lavere verdi sammenlignet med ad-hoc-nettet (31).

5. System ifølge et av kravene 1 til 4, karakterisert vedat orienteringskanalen (32) tilveiebringer en forbedret bitfeilbeskyttelse og/eller en bedre koding sammenlignet med ad-hoc-nettet (31).

6. System ifølge et av kravene 1 til 5, karakterisert vedat orienteringskanalen (32) tilveiebringer en forholdsvis høyere sendereffekt sammenlignet med ad-hoc-nettet (31).

7. System ifølge et av kravene 1 til 6, karakterisert vedat evalueringsanordningen (35) evaluerer en kanal i ad-hoc-nettet (31) som ikke er opptatt med radiotrafikk, ved å bestemme størrelsen og/eller typen av interferenssignaler på kanalen.

8. System ifølge et av kravene 1 til 7, karakterisert vedat evalueringsanordningen (35) evaluerer en kanal i ad-hoc-nettet (31) som er opptatt med radiotrafikk, ved å analysere meldingssignalene for datapakkene som overføres på kanalen.

9. System ifølge krav 8, karakterisert vedat evalueringsanordningen (35) implementerer en analyse av konstellasjonsdiagrammet og/eller av signal/støy-forholdet og/eller av fadingsparameterne og/eller av bitfeilraten.

10. System ifølge et av kravene 1 til 9, karakterisert vedat en nettradioanordning blir brukt for overføring på orienteringskanalen og/eller for mottakelse av orienteringskanalen.

11. System ifølge et av kravene 1 til 10, karakterisert vedat hver node (30) i radiooverføringssystemet oppviser en separat sender/ mottaker (34) for mottakelse av orienteringskanalen (32).

12. System ifølge et av kravene 1 til 10, karakterisert vedat hver node (30) i radiooverføringssystemet tilveiebringer en maskinvare-modul eller en programvaremodul for mottakelse av orienteringskanalen (32), som er integrert i en nettradioanordning tilknyttet noden (30).

13. Fremgangsmåte for drift av et radiooverføringssystem omfattende et ad-hoc-nett (31), over hvilke datapakker blir overført med en forutbestemt bølgeform, og med en orienteringskanal (32), hvor kvaliteten av overføringen av datapakkene via ad-hoc-nettet (31) blir evaluert kontinuerlig, og datapakkene blir overført via orienteringskanalen (32) hvis kvaliteten av overføringen av datapakkene via ad-hoc-nettet (31) blir evaluert som utilfredsstillende, karakterisert vedat i hver node (30) i radiooverføringssystemet blir mottakelsen også svitsjet på syklisk måte mellom en frekvens av ad-hoc-nettet (31) og frekvensen til orienteringskanalen (32), hvis evalueringsanordningen (35) har evaluert overføringen via ad-hoc-nettet (31) som kvalitetsmessig tilfredsstillende.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert vedat orienteringskanalen (32) blir operert med en forholdsvis lavere overføringsfrekvens sammenlignet med ad-hoc-nettet (31).

15. Fremgangsmåte ifølge krav 13 eller 14, karakterisert vedat orienteringskanalen (32) blir operert med en modulasjonstype med forholdsvis lavere verdi sammenlignet med ad-hoc-nettet (31).

16. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 13 til 15, karakterisert vedat orienteringskanalen (32) blir operert med en forbedret feilbeskyttelse sammenlignet med ad-hoc-nettet (31).

17. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 13 til 16, karakterisert vedat orienteringskanalen (32) blir operert med en forholdsvis langsommere datahastighet sammenlignet med ad-hoc-nettet (31).

18. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 13 til 17, karakterisert vedat orienteringskanalen (31) blir operert med en forholdsvis høyere sendereffekt ad-hoc-nettet (32).

19. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 13 til 18, karakterisert vedat en kanal i ad-hoc-nettet (31), som ikke er opptatt med radiotrafikk, blir evaluert ved å bestemme størrelsen og/eller typen av interferenssignaler på kanalen.

20. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 13 til 19, karakterisert vedat en kanal i ad-hoc-nettet (31), som er opptatt med radiotrafikk, blir evaluert ved å analysere meldingssignalene for datapakkene som overføres på kanalen.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 20, karakterisert ved en analyse av konstellasjonsdiagrammet og/eller signal/støy-forholdet og/eller fadingsparameterne og/eller bitfeilraten.

22. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 13 til 21,karakterisert vedat orienteringskanalen blir brukt til å be om identiteten til en nettnode og for å be om dens posisjon.

23. Fremgangsmåte ifølge krav 22, karakterisert vedat denne anmodningen blir implementert enten alene med initiering av brukeren, eller på en syklisk måte styrt av noden.