PT93093B - Sistema telefonico digital por via rodioelectrica - Google Patents

Description

INTERNATIONAL MOBILE MACHINES CORPORATION

SISTEMA TELEFÓNICO DIGITAL POR VIA RADIOELÉCTRICA

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO

Em geral, os sistemas telefónicos actuais estão a utilizar de maneira crescente a tecnologia da transmissão por via radioeléctrica para as chamadas a grande distância. Em alguns casos, iniciou-se a utilização da tecnologia digital; mas nenhum sistema em uso generalizado actualmente foi capaz de proporcionar uma tecnologia de transmissão radioeléctrica digital efectiva e eficiente para as chamadas locais para e de assinantes individuais Uma tal tecnologia tem sido apresentada em várias patentes de invenção recentes da mesma requerente do presente pedido de patente de invenção por exemplo a patente de invenção norte-americana N2. 4 644 561, de 17 de Fevereiro de 1987 e a patente de invenção norte-americana N2. 4 675 863, de 23 de Junho de 1987 A tecnologia descrita nestas patentes de invenção proporciona estações de base em comunicação, quer com uma central, quer com um certo número depostos de assinante, utilizando circuitos de transmissão radioeléctrica digitais multiplex por divisão do tempo, nos quais existem faixas de tempo repetitivas sequenciais numa corrente de bits do canal de transmissão, estando cada uma dessas faixas de tempo associada a um assinante particular.

-2As estações de base usadas no sistema multiplex por divisão do tempo atrás referido são relativamente complexas e caras, mas viáveis economicamente para um sistema extenso que sirva um grande número de assinantes mas, para sistemas relativamente pequenos servindo um número relativamente reduzido de assinantes, podem ser economicamente inviáveis. Além disso, um tal sistema utiliza duas frequências, uma para a emissão e outra para a recepção e, tendo em vista o número limitado de canais disponíveis no espectro, seria altamente vantajoso que se pudesse usar apenas uma frequência.

Constitui portanto um objecto da presente invenção proporcionar o que pode ser denominado uma estação simulada ou emulada, que possa substituir eficazmente a estação de base actual em certas situações.

Outro objecto consiste em proporcionar um sistema que possa ser utilizado para vários assinantes mas que possa funcionar com apenas uma frequência.

Outros objectos evidenciar-se-ão na descrição seguinte e nas reivindicações.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Essencialmente, o sistema segundo a presente invenção utiliza o que é, na realidade, um posto de assinante modificado, para actuar como uma estação de base simulada ou emulada,

-3L· diminuindo desse modo consideravelmente o custo total e a complexidade do sistema. Esta estação de base emulada difere essencialmente do posto de assinante apenas por estar em condições de iniciar o processo de sincronização, ao passo que a unidade de assinante apenas actua para explorar os sinais de RF emitidos pela estação de base emulada até encontrar a frequência e a faixa temporal que lhe estão atribuídas. Nos intervalos entre emissões dos sinais de RF, a estação de base emulada está adaptada para receber sinais de RF das unidades de assinante. Deste modo, a unidade de assinante pode, ou falar para a estação de base emulada, que actua então como outro posto de assinante, ou falar para outro posto de assinante que tenha sido sincronizado com a mesma pela estação de base emulada.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Nos desenhos anexos as figuras representam:

A fig. 1, um esquema de blocos que mostra um sistema global que é uma forma de realização da presente invenção;

A fig. 2, uma ilustração esquemática de uma onda RCC (canal de controlo radioeléctrico) usada na estação de base normal;

A fig. 3, uma ilustração esquemática da onda RCC usada segundo a presente invenção.

A fig. 4, uma ilustração esquemática que mostra os flancos /

r f

-4positivos da amplitude do sinal recebido usado na sincronização grosseira segundo a presente invenção;

A fig. 5, um esquema de blocos do circuito para obter a sincronização grosseira segundo a presente invenção;

A fig. 6, um esquema de blocos do circuito do AGC (controlo automático de ganho) usado na presente invenção;

A fig. 7, um esquema de blocos que mostra o circuito de aquisição de frequência usado na presente invenção;

A fig. 8, uma ilustração esquemática da configuração de um sistema telefónico radioeléctrico segundo a presente invenção;

A fig. 9, uma ilustração semelhante ã da fig. 8, mas representando um sistema de assinante dual;

A fig. 10, uma ilustração esquemática do formato da trama do sistema de assinante dual da fig. 9;

A fig. 11, uma ilustração esquemática do formato da trama de um certo número de sistemas de assinantes duais;

A fig. 12, uma ilustração esquemática de um sitema que incorpora a presente invenção que é usado para supervisionar uma ou mais funções;

-5A fig. 13, uma ilustração esquemática de um sistema repetidor que incorpora a presente invenção;

A fig. 14, uma ilustração esquemática de um sistema que incorpora a presente invenção utilizando repetidores múltiplos; e

A fig. 15, uma ilustração esquemática de um sistema que incorpora a presente invenção no qual se utiliza um repetidor único para accionar um certo número de outros repetidores bem como unidades de assinante.

DESCRIÇÃO PORMENORIZADA DAS FORMAS DE REALIZAÇÃO PREFERIDAS funcionamento interno global do sistema, designado genericamente por (10), está representado no esquema de blocos da fig. 1. Neste sistema, durante uma comunicação telefónica, uma pessoa fala para o telefone (12), sendo o sinal de conversação enviado para a unidade local de interface do telefone (14).

sinal é digitalizado pelo codificador-descodificador (16) (CODEC) e a corrente de dados digitais resultante fornecida depois ao processador dos sinais telefónicos (18), que comprime os dados dos sinais telefónicos para uma taxa de dados inferior. Os dados comprimidos são depois fornecidos ao modulador-desmodulador (MODEM) (20), através da linha (22) e do interruptor bipolar (24), actuando o modem para converter a corrente de dados num sinal analógico espectralmente eficiente. Este sinal analógico é fornecido ao rádio (26) através da linha (28). O rádio converte o sinal elevando o valor da frequência para uma radiofrequência /

-6(RF) e emite esse sinal atavés da antena (30).

Nos intervalos entre emissões dos sinais RF, a unidade está adaptada para receber sinais RF de uma unidade de assinante. O rádio (26) faz a conversão de cada um destes sinais de RF, baixando a sua frequência para um sinal de frequência intermédia (IF), e fornece este sinal de IF ao modem (20) através da linha (32). O modem (20) desmodula o sinal de IF para formar um sinal digital, que é depois fornecido ao processador dos sinais telefónicos, através do interruptor (24) e da linha (36). Depois disso, o processador de sinais telefónicos actua por forma a expandir o sinal para um sinal telefónico digitalizado e este sinal digitalizado é depois fornecido para o codec (16) que fornece na sua saída um sinal telefónico analógico para o telefone (12), através da interface do telefone (14).

modo de transmissão de dados é semelhante ao descrito, excepto que o telefone é substituído por um terminal de dados ou um computador (38), sendo o telefone o codec e o processador de sinais telefónicos contornados por meio da outra posição do inter ruptor (24), que é então acoplado ao terminal (38) pelas linhas (40) e (42).

modem (20) e o rádio (26) sao ambos acoplados a uma unidade de controlo (44). A unidade de controlo (44) é inicialmente ajustada para uma faixa temporal, uma modulaçao e um modo de treino pré-determinados, para o modem, e para uma frequência de RF e um nível de potência pré-determinados, para o rádio.

-Ί^L- f ί '

No entanto, estes parâmetros podem ser ajustados pela unidade de assinante no caso de não serem adequados para porporcionar uma recepcção satisfatória no posto de assinante.

Num sistema que utiliza uma estação de base efectiva tal como, por exemplo, o sistema descrito na patente de invenção norte-americana N2. 4 675 863 referida antes, a onda transmitida é dividida numa multiplicidade de tramas (por exemplo de 45 ms). Por sua vez, cada trama está dividida em quatro faixas temporais de 11,25 ms. A estação de base emite em todas as quatro faixas temporais para produzir uma onda de modulação com um ciclo activo de 100%, sendo a única excepção o canal de controlo radioeléctrico (RCC). A faixa temporal RCC é ligeiramente mais curta do que 11,25 ms, provocando isso um pequeno intervalo na modulação no início de cada trama. Este intervalo é conhecido por intervalo AM. Na fig. 2 está representado um diagrama da forma de onda do canal RCC no formato da estação de base actual. Mas, no sistema segundo a presente invenção, não há qualquer emissão com uma onda com ciclo activo de 100%. Em vez disso, há uma emissão em apenas uma faixa temporal por trama (onda com ciclo activo de 25%), como se mostra na fig. 3. Este formato de trama modificado exige alterações na sincronização grosseira, no controlo automático de ganho e na aquisição da frequência. Na descrição seguinte indicam-se estas alterações :

Sincronização grosseira

Como o sistema segundo a presente invenção utiliza uma /

ζ

-8forma de onda com o ciclo activo de apenas 252, ele supervisiona a amplitude do sinal recebido e busca os flancos positivos no sinal de amplitude. Estes flancos positivos estão ilustrados na fig. 4. A unidade de assinante ajusta a distribuição de tempos das suas tramas para se alinhar com a ocorrência destes flancos positivos.

circuito para obter o tipo anterior de sincronização grosseira está representado no esquema de blocos da fig. 5, no qual se mostra o sinal recebido como sendo fornecido a um dispositivo de cálculo da amplitude (50) que produz um sinal de amplitude de computador, que é transferido depois para um comparador (52), onde é comparado com um sinal de limiar pré-determinado, formando assim um sinal digital (1= sinal presente, 0 = nenhum sinal presente). Este sinal digital é fornecido para um detector de flancos (54) que dá na sua saída um impulso de activação para indicar a detecção de um flanco positivo.

Comando automático do ganho (AGC)

A modulação com ciclo activo de 252 exige um tipo diferente de circuito AGC que impeça o seguimento da recepção quando não estiver presente qualquer sinal. Proporciona-se portanto um AGC com subida lenta e descida rápida. Este último está representado na fig. 6, na qual o sinal recebido é fornecido a um dispositivo de cálculo da amplitude (56), que pode tomar a forma de uma ROM pré-programada, a partir da qual se fornece um sinal de amplitude resultante para um comparador (58) no qual é subtraído de um valor

-9.1 pré-determinado de limiar para formar um sinal de diferença. Este sinal de diferença é fornecido através de um de dois multiplicadores de escala (60) e (62), para um filtro passa-baixo que compreende um adicionador (64) e um dispositivo de atraso (66) ligado em paralelo com um lacete (68) . Utiliza-se um ou outro dos multiplicadores de acordo com o sinal algébrico do sinal de diferença. Se o sinal de diferença for positivo, utiliza-se a descida lenta no sinal AGC. Se o sinal de diferença for negativo, utiliza-se uma subida rápida no sinal AGC. A saída do filtro é o sinal de ganho que é depois fornecido para a unidade de controlo automático de ganho (44) da fig. 1.

Aquisição grosseira da frequência

Como no formato das tramas com ciclo activo de 25Z não é necessário efectuar a aquisição da frequência durante o tempo de desligação (75Z de sinal nulo) e como a distribuição de tempos da trama não é conhecida no instante em que se efectua a aquisição da frequência, proporcionou-se uma forma modificada de circuito de aquisição da frequência, como se mostra na fig. 7. Neste circuito, o sinal recebido é fornecido a um dispositivo (70) de cálculo da DFT (transformada de Fourier discreta), que dá na sua saída a energia na banda elevada (energia na banda de frequências acima da frequância central) e a energia na banda baixa (energia na banda de frequências a baixo da frequência central). A saída da energia da banda elevada é subtraída da saída da energia da banda baixa no adicionador (72) , sendo a sua saída fornecida a um misturador ou multiplicador (74). O sinal de RF recebido é também

-10* /

C z

( transferido para um dispositivo limitador de amplitude (76) que elimina o sinal algébrico do sinal (negativo ou positivo), definindo assim simplesmente a amplitude do sinal. 0 sinal a que se eliminou o sinal algébrico é depois fornecido a um filtro (78) que filtra o sinal obtendo a sua média. A saída do filtro (78) é fornecida, através de um amplificador (80), ao multiplicador (74) .

A finalidade primária do circuito (76,78 e 80) é impedir a acção do ruído no sinal de saída, ao mesmo tempo que realça o sinal propriamente dito. A este respeito, visto que o ruído tem geralmente uma amplitude pequena, ele é efectivamente filtrado durante o processo de filtragem. Por outro lado, como o sinal efectivo tem geralmente uma amplitude relativamente grande, ele é de facto realçado adicionando o sinal alisado ou filtrado ao misturador (74).

sinal ponderado que deixa o misturador (74) está equilibrado entre as frequências de energia alta e baixa, e este sinal equilibrado, que é proporcional ã amplitude média de curto prazo do sinal recebido, é fornecido a um filtro passa-baixo que compre ende um adicionador (82) e um meio de atrazo (84) que são ligados por um anel (86). 0 meio de atraso (84) faz com que o sinal de saída (88) para o controlo do oscilador de cristal controlado por tensão (VCXO) represente a saída imediatamente antes da saída efectivamente fornecida ao filtro passa-baixo. 0 controlo do VCXO é usado para ajustar a frequência do oscilador padrão do sistema.

-11Λ ζ

C

Uma vez efectuada a sincronização inicial ou sincronização grosseira, o sistema fica num modo vocal em vazio mas está completamente preparado para o funcionamento telefónico. Se em qualquer extremidade o telefone for retirado do descanso, o telefone na outra extremidade tocará a campainha até a chamada ser atendida ou o telefone chamador ser colocado no descanso.

As chamadas são estabelecidas por uma palavra de código vocal (VCW) no inicio de todas as faixas de tempo vocais, indicando esta palavra de código vocal uma condição de telefone fora do descanso na estação chamadora. Quando isso se verificar, a estação que funciona como estação de base emulada surge ela própria como estando na condição de telefone fora do descanso em relação à central (CO) estabelecendo assim uma ligação com a central. 0 posto de assinante chamador completa então a chamada marcando o número desejado. Quando o assinante chamador pousar o telefone, a estação de base emulada informada é disso pela palavra VCW e apresenta-se relativamente à central na condição de telefone pousado.

Quando a estação de base emulada detectar um sinal de campainha proveniente da central, a unidade de assinante provoca o toque da campainha por meio da correspondente palavra VCW proveniente da estação de base emulada. Quando depois a unidade de assinante vai para a condição de telefone pousado a estação de base emulada é informada disso através da correspondente palavra VCW, apresentando então uma condição de telefone levantado para a central.

-120 tipo anterior de configuração do sistema radiotelefónico está exemplificado na fig. 8, na qual a unidade de assinante (90) está representada em comunicação radioeléctrica, através das antenas (92) e (94), com a estação de base emulada (96). A estação (96) está em comunicação radioeléctrica, atavés da linha (98) e da interface (100), com a central.

Sistema de assinante dual sistema atrás descrito pode ser usado com uma disposição de assinante dual como se mostra na fig. 9. Neste sistema, cada canal é susceptível de suportar duas conversações completas, sem necessidade de utilizar um duplexador. Neste caso, uma unidade de assinante dual (102) está ligada pelos fios (104) e (106) a um par de aparelhos telefónicos de assinante (108) e (110). A unidade de assinante (102) está em comunicação radioeléctrica através das antenas (112) e (114) com uma estação de base dual emulada (116). A unidade (116) está ligada ã central pelas linhas (118) e (120).

Os dois assinantes separados (108) e (110) utilizam uma disposição de faixas temporais como a descrita na patente de invenção norte-americana NQ. 4 675 863 atrás referida, na qual a cada assinante está atribuída uma faixa temporal separada. 0 formato da trama para esta disposição está indicado na fig. 10, na qual estão representadas quatro faixas temporais, numeradas 1, 2, 3 e 4. As duas primeiras baixas temporais são usadas para a estação de base emulada e as duas últimas para os dois

assinantes.

Um certo número de sistemas de assinantes duais pode funcionar em canais diferentes, sem duplexadores, sincronizando todas as emissões da estação de base emulada. Isso está ilustrado na fig. 11 pelo formato da trama indicado nessa figura, estan do representado em cima o canal 1 e em baixo o canal n (indicando n um número qualquer desejado de canais). Em cada canal, as duas primeiras faixas temporais são para a emissão e as duas últimas para a recepção.

Serviço de chamamento de pessoas â distância

Uma estação de base emulada pode ser usada com um certo número de assinantes diferentes, um de cada vez. Numa tal disposição, para a recepção, os assinantes seguem continuamente as emissões dos canais de controlo radioeléctrico (RCC), descritos mais completamente na referida patente de invenção norte-americana N°. 4 675 863, até que um assinante particular seja chamado pela estação de base emulada por meio do número de identificação do assinante (SID). Depois de receber uma chamada, o assinante inicia uma emissão para a estação de base emulada utilizando o processo de sincronização atrás descrito. Para iniciar uma chamada, o assinante emite pelo canal RCC usando previamente o processo de sincronização descrito.

>

Função de supervisão presente sistema pode ser utilizado para supervisionar ou monitorar uma ou mais funções. Para isso, utilizando um computador como dispositivo de exploração e registo de dados e do controlo, pode fazer-se periodicamente uma inquirição de um certo número de assinantes para obter informações sobre algumas funções, tais como a temperatura, as condições atmosféricas, a segurança, avisos de inundações, avisos de falta de combustível, leituras à distância de contadores de gás, electricidade e água, etc. Isto está ilustrado na fig. 12, na qual uma estação de base emulada (122) está em comunicação radioeléctrica com um certo número de unidades de assinante (124), (126) e (128). A unidade (122) estã em comunicação por fios quer com um telefone (130) para comunicações vocais, quer com um computador ou um terminal de dados (132) para entrada de dados. Analogamente, cada unidade de assinante está ligada quer a um telefone respectivo (134), (136) ou (138) para comunicação vocal, quer a um dispositivo de dados, como em (140), (142) ou (144), respectivamente.

Sistema repetidor

Uma utilização importante da presente invenção é como um repetidor para ampliar o alcance do sistema. Nesta disposição, a estação de base emulada pode ser usada para vencer obstáculos interferentes, tais como montanhas etc. A fig. 13 ilustra esta função, mostrando uma unidade de assinante (146) em comunicação radioeléctrica com uma estação de base emulada (148) no cume de ζ

-15uma montanha. A unidade (148) está também em comunicação radioeléctrica com uma estação de base normal (150) ligada a uma central.

A simplicidade relativa e o baixo custo relativo da estação de base emulada fazem dela um repetidor economicamente eficiente. Ela pode também ser usada como repetidor para ampliar o alcance a grande distância do sistema, independentemente da presença ou ausência de obstruções. Utilizando o dispositivo de faixas temporais, a unidade repetidora, sem utilizar qualquer duplexador, ajusta-se ao sistema completo, mantendo no entanto a transparência quer para a estação de base normal, quer para o assinante. É claro que pode também interpor-se entre o assinante e uma outra estação de base emulada, em vez de uma estação de base normal. Isso pode ser proporcionado em vários estádios a partir de uma estação emulada para outra para aumentar grandemente o alcance do sistema de uma maneira relativamente barata. Isso está ilustrado na fig. 14, na qual se interpuseram várias unidades de repetidor (152) entre o assinante (154) e a estação de base (156).

Além de ampliar o alcance do sistema, a unidade de repetidor serve para ordenar o sinal da estação de base actual, por igualizaçao antes da retransmissão para o assinante.

Um repetidor pode também ser usado no que pode chamar-se um sistema de repetidor em estrela para accionar vários repetidores e/ou assinantes. É o que está representado na fig. 15, na qual uma só unidade de repetidor (158) está em comunicação radioeléctrica com repetidores tradicionais (160) e (162), bem como com um ou mais assinantes, como em (164). Os repetidores tradicionais estão por sua vez em comunicação radioeléctica com assinantes, como se mostra em (166), (168), (170), (172) e (174), bem como com outros repetidores tradicionais, tais como em (176). Qualquer dos repetidores convencionais, tal como o repetidor (162), pode ser usado como repetidor final em comunicação directa com a estação de base, como se indica em (178).

Podem colocar-se repetidores múltiplos num local, em canais diferentes e sincronizados de modo que as suas emissões e recepções se verifiquem simultaneamente, evitando assim a utilização de duplexadores. Numa tal configuração, utiliza-se um repetidor director para supervisionar o canal RCC da estação de base e repetir a informação detectada para vários assinantes através do canal RCC da estação emulada. Em tal configuração, ao estabelecer-se uma chamada é atribuído aos assinantes um canal de repetidor.

Claims (6)

1. REIVINDICAÇÕES

   1.- Sistema telefónico digital por via radioeléctrica, caracterizado por compreender uma estação de base emulada e pelo menos uma estação de assinantes, em comunicação uma com a outra por sinais de radiofrequência, sendo cada uma das referidas estações susceptíveis tanto de emitir como de receber, na mesma frequência, estando quer a estação de base emulada quer a estação de assinantes sincronizadas entre si relativamente às tramas temporais, e sendo as referidas estações semelhantes, excepto que a estação de base emulada proporciona sinais de sincronização, enquanto a referida estação de assinantes tem meios de aquisição para ajustar as suas tramas temporais de acordo com os referidos sinais de

   -18/ í

   sincronização.
2. 2. - Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a referida estação de base emulada estar em comunicação com uma estação central.
3. 3. - Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por haver pelo menos duas estações de assinantes, tendo a trama temporal uma baixa temporal separada para cada estação de assinantes .
4. 4. - Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a referida estação de base emulada estar em comunicação radio eléctrica com uma série de estações de base emuladas semelhantes, estando a última estação de base emulada em série com uma estação de assinantes por via radioeléctrica.
5. 5. - Sistema de comunicação digital por via radioeléctrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os meios de sincronização na estação de assinantes incluirem um circuito grosseiro de aquisição de frequência que compreende:

   meios de computador, que separam o sinal recebido da referida estação de base emulada em frequências de energia da faixa alta e da faixa baixa;

   meios para retirar a saída de energia da faixa alta da saída

   -Εθde energia da faixa baixa para obter um sinal resultante;

   meios para eliminar o sinal algébrico do sinal resultante para determinar apenas a sua amplitude;

   meios para acentuar o sinal resultante reduzido à sua amplitude, ao mesmo tempo-que se eliminam substaneialmente os ruídos por filtragem; e meios para fornecer o sinal reduzido ã sua amplitude a um oscilador de cristal controlado por tensão (VCXO), que proporciona a distribuição de tempos na outra estação.
6. 6.- Sistema de comunicação digital por via radioeléctrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os referidos sinais de radiofrequência compreenderem ondas divididas num certo número de tramas temporais, cada uma delas compreendendo uma única faixa temporal;

   um meio de controlo em cada estação;

   meios de supervisão da amplitude em cada estação controlados pelos referidos meios de controlo para supervisionar a amplitude dos sinais provenientes da outra estação e determinar a posição dos flancos positivos nas ondas de tais sinais comparando a amplitude de cada sinal proveniente da outra estação com um sinal de limiar pré-determinado;

   meios de ajustamento da trama em cada estação que são contro lados pelos referidos meios de controlo para ajustar a distribuição de tempos das tramas nessa estação para alinhar as tramas com

   -20as ocorrências dos flancos positivos;

   tendo a referida estação de base emulada meios de iniciação da sincronização das tramas e tendo a referida estação de assinantes meios de aquisição de frequência para sincronizar a distri buição de tempos dos sinais recebidos da referida estação de base emulada com a distribuição de tempos por ela iniciada;

   diferindo a referida estação de base emulada da estação de assinantes essencialmente apenas pela inclusão na referida estação de base emulada dos referidos meios de iniciação da sincronização;

   incluindo o referido sistema ainda um circuito de controlo automático do ganho (AGC) com uma subida lenta e uma descida rápida que impede o seguimento (tracking) na ausência de um sinal, compreendendo o circuito AGC:

   meios de cálculo da amplitude aos quais é fornecido um sinal recebido e que fornece na sua saída um sinal de amplitude;

   um comparador para receber o referido sinal de amplitude e subtraí-lo de um valor de limiar pré-determinado para formar um sinal de diferença; e meios para determinar o sinal positivo ou negativo do referido sinal de diferença para realizar selectivamente uma descida lenta ou uma subida rápida no sinal do AGC; e meios para fornecer o sinal realizado aos referidos meios de controlo,