WO1997043841A1 - Verfahren zur übertragung von information - Google Patents

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WO1997043841A1
WO1997043841A1 PCT/DE1997/000971 DE9700971W WO9743841A1 WO 1997043841 A1 WO1997043841 A1 WO 1997043841A1 DE 9700971 W DE9700971 W DE 9700971W WO 9743841 A1 WO9743841 A1 WO 9743841A1
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transmission
frequency
information
radio
relay
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PCT/DE1997/000971
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Inventor
Jörg ARNOLD
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Mitsubishi International Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/0078—Avoidance of errors by organising the transmitted data in a format specifically designed to deal with errors, e.g. location
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/40—Network security protocols

Definitions

  • the invention relates to a method for transmitting information in the form of digitally coded radio signals, the radio signals comprising a protocol part in addition to the information part.
  • the cell phone networks mentioned by way of example typically have fixed radio devices and external radio network management with regard to the switching method for radio transmission in the cell phone networks.
  • the transmission method is essentially controlled by an external operator point - for example a central operating computer - outside the individual radio terminals.
  • the information to be transmitted is received or received by a transmission relay with each transmission and is first processed in the course of information processing and is only transmitted or transmitted after this processing.
  • the radio signals include, in addition to the information part, a protocol part in the form of a transmission protocol, for example.
  • processing can also include error checking and error correction of the received radio signals.
  • the radio signals are processed according to the protocol.
  • the transmission speed or the transmission duration of the radio signals is thus essentially determined by the - -
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a method of the type mentioned at the outset, according to which high-quality information transmission is made possible.
  • the above object is achieved by a method having the features of claim 1.
  • the method in question is then designed such that the transmission of the information part is started before, during or at the same time as the processing of the protocol part in a transmission relay.
  • the transmission of the information part is started before, during or simultaneously with the processing of the protocol part in a transmission relay.
  • the time gain resulting from the selection of the sequence of partial information transmission and protocol partial processing according to the invention leads to a clear improvement in quality when transmitting information, in particular in the case of voice transmission. If the radio signal is forwarded correspondingly quickly through a transmission relay, the transmission time is reduced in the direction of the pure radio signal propagation time.
  • the method according to the invention is used not only within the known mobile radio networks with central radio network management, but also in decentralized relay radio networks, for example the decentralized relay radio network described in German patent application 195 35 021.9, which - -
  • the mobile radio terminals also serving as mobile radio relays and vice versa.
  • the mobile radio terminals or mobile radio relays have electronic processors and memories, as a result of which the end user interface behavior and the relay behavior of these devices are controlled.
  • the radio connection required for the transmission of the information is set up before the transmission. This results in a separation between the establishment of the radio connection and the actual information transmission. The transmission process can thus take place without a time delay due to the establishment of a connection.
  • the information processing required for identification and addressing of information to be transmitted in conventional methods is carried out by reading the transmission protocol information which contains the information packet to be transmitted. In conventional transmission methods, this information is only time-coded. The type and timing of the digital impulses result in the writing or information.
  • frequency coding of the radio signal could take place in addition to a time coding.
  • the frequency coding could be used to identify and address the information to be transmitted.
  • This protocol part comprising the identification and addressing of the information to be transmitted, could particularly simply be transmitted essentially simultaneously with the information part.
  • the transmission of the radio signals through a transmission relay could thus take place at almost the pure radio propagation speed, since the individual transmission relays only have to check and process a frequency code to identify and address the information to be transmitted and do not have to carry out a complete protocol processing. Complete protocol processing would significantly slow down a transmission.
  • the information could be encoded in frequency tuples from individual frequencies in a particularly advantageous manner.
  • the frequency tuples could be n-tuples.
  • individual frequencies of the frequency tuples could be zero and / or two or more frequencies within the frequency tuples could be the same.
  • the radio carrier frequencies for the radio signals could be used as frequencies in a particularly simple manner.
  • the relay delay in particular when using a large number of relays, causes the essential part of the signal transmission time in the context of signal transmission.
  • Each relay then simultaneously sends the incoming, received information packet with a phase shift and carries out the necessary signal processing, for example in the context of the transmission protocol processing and transfer or error checking and error correction, only after the actual information packet transmission.
  • the coding and / or the coding form or the modulation method and / or the keying method of the radio carrier frequency or frequencies could be changed during the duration of a radio connection in different radio connection phases. This would make it possible to switch between amplitude modulation and frequency modulation or sampling depending on the requirements.
  • the change in the coding could essentially relate to the frequency coding.
  • different transmission oscillators then run along on predetermined frequency channels during power idling. These become electronically direct due to the received power from the incoming digital radio signal switched through to the relay antenna and, depending on the modulation method, keyed accordingly.
  • the signals which are simultaneously emitted again are implemented in terms of frequency.
  • the information can be transmitted bit by bit in a manner that is insensitive to interference.
  • a frequency tuple could be assigned to each information bit. After its integration in the transmission relay, the information bit could be converted or shifted in terms of frequency and forwarded immediately.
  • the frequency coding or the frequency code could be used to identify and address the information.
  • the frequency coding or the frequency code could also be used to encrypt the information to be transmitted.
  • the retransmission can lead to an increase in radio activity in the radio network when operating in F3T mode, since faulty radio signals are initially passed on and then - after an error correction - additional error-free signals are sent.
  • the unsynchronized relays which are operated in F3T mode, will also transmit radio signals that are not part of their radio traffic defined by the existing radio path, possibly without being checked. As a result, radio signals from other radio connections that are not related to the radio connection can, if appropriate, crosstalk into the existing radio connection.
  • the end participants never work in F3T mode. Therefore, the crosstalk is insignificant for the actual information transmission between the end participants of a radio connection, since the end participants check the destination address of the digital radio code sequence of the transmitted information packets as part of a protocol processing.
  • crosstalk increases the radio load and therefore affects the radio network capacity problem and the radio collision problem in the radio network and must therefore be avoided.
  • the information coded in frequency tuples could be coincident in the receiver relay in predetermined frequency channels or in a certain time interval! are expected and thus virtually unlock the radio connection doors in the existing radio connection under consideration. So far, multi-frequency methods have been used to transmit digitally coded information, such as frequency shift keying, exclusively to suppress interference on the radio signals.
  • the individual frequency pulses of the frequency tuples could be expected or received in order to avoid crosstalk in a predeterminable time sequence within predeterminable time windows at the transmission relay and / or at the information receiver.
  • the individual frequency pulses of the frequency tuples could be expected or received coincidentally in a predefinable time range with the transmission relay and / or with the information receiver.
  • the relays would be synchronized to a certain extent ("slotted F3T method"). In the radio recording procedure, certain time windows would then be agreed among the relays, in which they only work in F3T mode. External information packets from other contacting radio paths may fall out of the transmission time window of the F3T mode. They will then be checked first and possibly no longer sent.
  • a common synchronous cycle could be made possible by a uniform time standard, which all relays can receive via, for example, internal radio clocks. In this case, incorrect synchronization only slows down the signal transmission, since the radio signals to be transmitted are then first checked by the relays and only then transmitted.
  • Another or further possibility of protection against crosstalk in the F3T mode could be realized in that the transmission relay (s) and / or the information receiver selected for a specific radio connection and the arrival of the frequency-coded information arrive in predetermined or predefinable form Receive or receive frequency channels.
  • the expected frequency tuples or the expected values with regard to the frequencies of the frequency tuples of the radio signals could be changed for a new reception in the course of the radio signal transmission according to a specifiable method.
  • the frequencies of the frequency tuples could be changed using a predefinable method.
  • the receiving side is considered on the one hand and the transmitting side on the other hand.
  • a cyclical procedure is a particularly effective changing procedure. This could be achieved by a so-called frequency hopping cycle method, in which a relay only reacts to incoming radio signals whose signal pulses are carried by a very specific expected repetition frequency. The initially arbitrary transmission frequency is changed in the further radio traffic by the defined cyclical method.
  • the changeover process could be carried out according to a frequency table assigned to the relay and the information receiver.
  • a such a table could be implemented via a microprocessor for the relay and / or the information receiver.
  • the changeover method could be the same for each transmission relay of a predeterminable number of transmission relays or for a specific group of transmission relays.
  • the frequency selection cycle could be the same for all relays. If a relay has received an initial radio transmission with a certain radio frequency, it expects the next transmission from this transmission with a very specific radio frequency in accordance with the cycle which may be specified in the table.
  • the cyclic method determines the entire radio frequency combination in the entire radio path for both existing transmission directions, i.e. from sender to receiver and vice versa. This combination changes in a determined manner with each subsequent transmission in the radio link.
  • the predetermined frequency tuples for each relay of a certain number of relays or a certain group of relays could originate from a different frequency tuple selection method or a different cycle range or cycle section of the frequency tuple selection method.
  • the relays that pass on the received information could pass on the received radio signals with changed frequency tuples.
  • the change method of the frequency tuples for sending and receiving could be the same for the corresponding relay groups.
  • the instantaneous probability w (relay crosstalk probability) that a relay will be hit by a radio signal with the expected radio frequency, which does not originate from the radio connection under consideration, increases with a fixed radio activity under a transmission power adjustment
  • w n + / m 2 from,.
  • m is the number of radio frequency channels used in the transmission band used and n + the number of nearest neighbors that can transmit. This is the likelihood that two dice players with one m-eye die will both throw the same number.
  • a further reduction of this probability can be achieved by a two-frequency method or a multi-frequency method.
  • the relay is sensitized to a radio frequency pair or frequency tuple. This can be applied in a simple manner to frequency modulation or frequency shift keying of the radio signals.
  • the demodulation of the radio signals could take place as part of a coincidence demodulation.
  • the radio frequencies used in the transmission transmission could be paired as desired or determined from the existing radio frequencies of the radio channels.
  • the upper limit of the instantaneous probability W 2 for the cross-talk of radio connections is then:
  • n is the number of relays in the radio path
  • p is the number of parallel transmission options of a relay.
  • the model of a Cartesian grid is used.
  • the crosstalk by radio calls from radio contact recordings to generate the actual radio connection can be avoided by a further modulation differentiation.
  • the above-mentioned amplitude sensing in the context of radio contact establishment has the further advantage of saving energy in the radio relays, since transmission power is generated here only for positive information bits of the digital radio signals.
  • the information packets in activated radio connections can be transmitted with the considerably interference-free frequency modulation.
  • the frequency cycle must be adjusted again.
  • the individual relays can be based on a transmitted variable in the radio protocol which specifies the frequency tuple selection for the next information packet.
  • the transmission relays transmit the useful information or the information part for the information receiver at a time separate from the associated transmission or control protocols or control instructions.
  • information processing such as, for example, a change of destination address or an error check or correction of the information to be transmitted could be carried out at the transmission relay separately from the transmission of the information.
  • the method according to the invention minimizes the relay delays in a radio relay network to such minimal times that several 100 relays can be interposed in a radio connection in a radio relay network.
  • This enables large area-wide relay radio networks for telecommunication purposes, in which information transmissions can be achieved with at least one equally high transmission speed, as are realized in previous cable networks or fiber optic networks.
  • the method according to the invention is a fast and trouble-free transmission method of useful information within a radio link or within a radio link chain of possibly very many transmission relays.
  • the establishment of the radio connection (routing) is not the subject of the invention and the following description.
  • the radio connection is assumed to be closed and existing.
  • Each relay generates a time delay in a transmission process known as a relay hop, which must be minimized in order to be able to carry out real-time transmissions such as voice transmissions.
  • the time-consuming intermediate storage of long transmitted information sets (strings) and the internal error analysis and error correction before the actual transmission of the information have to be dispensed with. This is facilitated by a one-pulse or one-bit transmission as part of a digital information transmission.
  • the intermediate storage effort is then minimal, since it only comprises one radio transmission pulse.
  • error analysis and error correction can be dispensed with in the transmission via the relay.
  • Single-pulse transmission has several other advantages.
  • a single bit to be transmitted cannot be destroyed by radio interference during transmission. This is in contrast to information strings which comprise a large number of radio transmission pulses and which have a complicated pulse pattern. Such a pattern can be significantly deformed and disturbed by interference.
  • the one-bit transmission also avoids the interference caused by a multipath propagation with runtime differences. If, according to the agreement, only one radio transmission pulse is transmitted as an information unit, further identical pulses which arrive in the same reception channel and originate from other radio connections or from a multipath propagation of the same radio connection can be ignored. In conventional transmission, information strings that overlap at different times cannot be unbundled even without interference, and then supply incorrect information.
  • each transmission relay that has sent a digital information bit controls the further transmission of the information content of this bit by the subsequent transmission relay. This is possible because the two transmission relays involved are in mutual radio range.
  • the subsequent transmission relay detected and marked by a subsequent forwarded error bit, which is also transmitted.
  • the subsequent transmission relay can then recognize errors or bits that are followed by an error bit as wrong and ignore them. This method excludes error transmission and error accumulation within the radio link chain via the transmission relays.
  • a one-bit transmission is therefore used to solve the problems described under 1. and 2.
  • individual radio transmission pulses of the same type all of which are transmitted on the same carrier frequency, cannot cause information differentiation in a digital information transmission.
  • further properties of the radio transmission pulses must be used in order to be able to represent differentiated information bits, for example binary information bits and control bits, error bits, blind bits, synchronization bits, etc.
  • Morse radio transmission with pulse sequences of long and short pulses for individual information characters is known as an example here.
  • the absolute or relative temporal position of identical radio transmission pulses with respect to a time event such as e.g. a synchronization pulse or a previous radio transmission pulse or previous pulse groups can be used.
  • Simple binary pulse code modulation transmission is known here as an example.
  • a carrier frequency differentiation of the radio transmission pulses could also be selected for this.
  • Different digital information bits are characterized by different radio frequencies or frequency phase positions of the radio transmission pulses.
  • the multi-frequency dialing method is known as an example of this. - -
  • temporal pulse sequences strings with at least two or more successive individual pulses in a certain time interval are always used as an information unit, for example as a logical binary bit. Since several radio transmission pulses form an information unit, it must be possible to differentiate them in time in order to differentiate them from other units. This takes place through a synchronization, i.e. through a certain temporal relationship to a time event, e.g. to a specific radio transmission pulse or a radio transmission pulse group or to an information bit (synchronization bit).
  • radio transmission pulses are actually used as a complete information unit or as a logical information bit, the absolute temporal position of which within a radio transmission pulse group or bit group has no significance for the information transmission. There is no synchronization of the radio transmission pulses.
  • each transmission relay comprises a stored carrier frequency table and a stored frequency selection method. Both the table with a defined sequence of the different carrier frequencies to be used and the selection rules according to which a transmission frequency is selected and used from this table are stamped in the same way on all transmission relays of a certain group of transmission relays.
  • the technical implementation takes place via the implementation of electronic memories and microprocessors in the transmission relays, in which the required frequency table and the selection method can be changed or programmed, and in which the procedural processing or selection is carried out. - -
  • a radio signal pulse to be transmitted has to be converted in frequency after radio reception in the relay in order to be able to be transmitted immediately or simultaneously.
  • the frequency conversion prevents the possibly high transmission output power of the transmitter output stage of the relay from talking to the possibly still (simultaneously) open sensitive reception input stage of the same frequency channel and overdriving or possibly even destroying it.
  • the logical information is immediately transmitted in that very specific frequencies are selected for the different information bits by the transmitter, starting from a start signal frequency agreed between the transmission relays.
  • the transmission of useful information begins with the transmission of the start transmission pulse tuple from three specific carrier frequencies. These carrier frequencies are repeatedly changed from relay to relay during transmission arbitrarily or in a determined manner.
  • the carrier frequencies of the start signal also serve each transmission relay in order to determine an initial position on its frequency table for further transmission.
  • Each transmission relay as well as the source transmitter and the destination receiver likewise register the frequencies of the start signal transmitted by their destination transmission relay. You can therefore control the radio transmission of your target transmission relay in the further course.
  • a transmission relay that has received and passed on its start signal is now waiting for the useful information to be transmitted.
  • One of various possible radio transmission pulses with predetermined carrier frequencies awaits. It only keeps the specific radio reception channels open for these predetermined radio signals.
  • the number of possible different-frequency radio signals corresponds to the number of different information bits required for information transmission. If - -
  • the transmission relay now receives the first useful information bit in one of its predetermined reception channels with the specific transmission frequencies. It determines which reception channels it keeps open according to the specific selection rule or the specific selection process. This selection control is known to every radio network subscriber involved. It is implemented programmably for the transfer relays by the aforementioned memories and microprocessors.
  • the selection rule for the example could be as follows. Only the input channels are to be kept open for reception whose reception frequencies are two, three and seven positions counted in a certain direction from the starting position on the implemented frequency table. If a signal is received in the receive channel with the frequency position -2, there is an information bit "logic 0". If reception is in frequency position 3, an information bit is "logical 1" and if reception is in position 7, the "control bit" is present.
  • the transmission relay can thus assign the radio signal received to an information bit and can transmit it on. It knows the transmission method and transmits a radio signal which has converted its frequency by as many positions on the internal frequency table as the table selection rule for the information bit to be transmitted has determined. As the starting position for the frequency conversion, it uses the position of the last radio signal transmitted by it. The next receiver of the radio signal expects this signal again in the three possible further counted frequency positions, starting from the position of its last received signal received.
  • This method of encrypting or reconstructing the information of a transmit pulse or a receive pulse by means of difference positions of the carrier frequencies in a frequency table can be used at the same time as an encryption method per se.
  • the advantage here is that - -
  • the frequency conversion is very cheap from a radio point of view as described.
  • a sufficient encryption of the transmission information can be achieved in a simple manner by the frequency conversion method without having to carry out additional process steps for the encryption. This considerably reduces the hardware expenditure when implementing the transmission process.
  • a large number of relays and considerable telecommunications traffic in the vicinity of a target relay may have to be expected. Since at least two different radio frequency channels are always agreed piece by piece between two relays both in the forward and in the reverse direction for each radio connection, this can lead to a high demand for frequency channels or frequency bandwidth.
  • the frequency channel grid In order to suppress this co-channel interference, the frequency channel grid must be spread as far as possible so that the probability of co-channel interference is minimized. This is achieved in that several radio transmission pulses with different frequencies are actually exchanged between two relays as one information bit. These radio frequencies form depending on the number of radio frequency tuples used. A relay therefore does not expect the arrival of a specific single radio transmission pulse, but a tuple of radio transmission pulses with different carrier frequencies.
  • the individual radio transmission pulses of a frequency tuple can be sent simultaneously or in a certain time interval. Conversely, the receiver expects the individual pulses to be coincident or in a specific time interval. This coincidence demodulation largely suppresses crosstalk between radio connections, since a large number of frequency combinations or different frequency tuples can be generated.
  • the necessary number of independent individual frequencies which is required for a high and increasing interference suppression in the radio network, increases less strongly, so that the number of frequency channels or frequency bandwidth required for transmission in the radio network can be kept relatively limited.
  • the number of frequency channels required and the rank of the frequency tuples as well as the radio transmission pulse duration and the time window used for coincidence demodulation can be determined and optimized in computer simulations for a radio network.
  • frequency-parallel transmission of individual information bits with coincidence demodulation is used for the first time in the application, in which the differentiated bit information is determined by position differences in frequency tuple tables with the aid of certain selection methods. Both the frequency table and the selection procedure are Relay programmable implemented.
  • This transmission method ensures maximum fast and very interference-free information transmission in multiple relay radio networks.
  • the radio signals In the context of their frequency coding in frequency tuples, the radio signals have both an information part and a protocol part, the protocol part being responsible for the correct transmission of the logical information bits - 0 or 1 - in cooperation with the frequency table in the scope of the start signal.

Abstract

Ein Verfahren zur Übertragung von Information in Form digital kodierter Funksignale, wobei die Funksignale neben dem Informationsteil einen Protokollteil umfassen, ist zur Realisierung einer qualitativ hochwertigen Informationsübertragung dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung des Informationsteils vor, während oder zeitgleich mit der Bearbeitung des Protokollteils in einem Übertragungsrelais begonnen wird.

Description

"Verfahren zur Übertragung von Information"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Information in Form digital kodierter Funksignale, wobei die Funksignale neben dem Informationsteil einen Pro¬ tokollteil umfassen.
Verfahren der in Rede stehenden Art sind seit vielen Jahren aus der Praxis bekannt. Diese bekannten Verfahren finden ihre Anwendung bspw. in den C-, D1 -, D2- und E-plus-Mobilfunknetzen. Die beispielhaft genannten Mobilfunknetze weisen typischerweise feste Funkeinrichtungen und ein externes Funknetzmanagement hinsichtlich des Vermittlungsverfahrens zur Funkübertragung in den Mobilfunknet¬ zen auf. Das Übertragungsverfahren wird im wesentlichen von einer externen Be¬ treiberstelle - bspw. einem zentralen Betriebsrechner - außerhalb der einzelnen Funkendgeräte gesteuert. Dadurch werden sowohl die Mobilfunkgeräte der Funknetzwerke als auch die festen Funkeinrichtungen wie bspw. Basisfunkstationen oder Übertragungsrelaisstationen der einzelnen festen Funknetzzellen dieser Funknetze extern beeinflußt.
Bei der in den bekannten Funknetzwerken üblichen Übertragung von Information in Form digital kodierter Funksignale wird die zu übertragende Information bei jeder Übertragung durch ein Übertragungsrelais aufgenommen bzw. empfangen und zunächst im Rahmen einer Informationsverarbeitung bearbeitet und erst nach dieser Bearbeitung weitergesendet bzw. übertragen. Für die Bearbeitung umfassen die Funksignale neben dem Informationsteil einen Protokollteil in Form bspw. eines Übertragungsprotokolls. Eine derartige Bearbeitung kann auch eine Fehlerprüfung und Fehlerkorrektur der empfangenen Funksignale umfassen.
Insbesondere bei langen Funkstrecken sind für die Übertragung der Information viele Übertragungsrelais erforderlich. Bei jedem Übertragungsrelais findet dann eine protokollgemäße Bearbeitung der Funksignale statt. Die Übertragungsgeschwindig¬ keit bzw. die Übertragungsdauer der Funksignale wird damit wesentlich durch die - -
sich addierenden Bearbeitungszeiten in den einzelnen Relais bestimmt. Die reine Funksignalausbreitungsgeschwindigkeit bzw. Funksignallaufzeit tritt gegen die Bearbeitungszeit deutlich in den Hintergrund. Bei vielen Anwendungen der Informationsübertragung, insbesondere bei einer Sprachübertragung, sind derartige reiaisbedingte Übertragungsverzögerungen im Hinblick auf die Übertragungsqualität sehr ungünstig.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, wonach eine qualitativ hochwertige Informationsübertragung ermöglicht ist.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Danach ist das in Rede stehende Verfahren derart ausgestaltet, daß die Übertragung des Informationsteils vor, wäh¬ rend oder zeitgleich mit der Bearbeitung des Protokollteils in einem Übertragungs¬ relais begonnen wird.
In erfindungsgemäßer Weise ist erkannt worden, daß eine Änderung der bisher be¬ kannten Reihenfolge von zunächst einer Protokollbearbeitung und anschließend ei¬ ner Informationsübertragung einen erheblichen Zeitgewinn bei der Übertragung von Information in Form digital kodierter Funksignale ergibt. Hierzu wird die Übertragung des Informationsteils bereits vor, während oder auch zeitgleich mit der Bearbeitung des Protokollteils in einem Übertragungsrelais begonnen. Der sich aus der erfin¬ dungsgemäßen Wahl der Abfolge von Informationsteilübertragung und Protokollteil¬ bearbeitung ergebende Zeitgewinn führt bei der Übertragung von Information, insbe¬ sondere bei einer Sprachübertragung, zu einer deutlichen Qualitätsverbesserung. Bei entsprechend schneller Weiterleitung des Funksignals durch ein Übertragungs¬ relais reduziert sich die Übertragungsdauer in Richtung reine Funksignallaufzeit.
Das erfindungsgemäße Verfahren findet seine Anwendung nicht nur innerhalb der bekannten Mobilfunknetzwerke mit zentralem Funknetzmanagement, sondern auch bei dezentralen Relaisfunknetzen, bspw. dem in der deutschen Patentanmeldung 195 35 021.9 beschriebenen dezentralen Relaisfunknetz, welches einzelne Mobil- - -
funkendgeräte und Mobilfunkrelais aufweist, wobei die Mobilfunkendgeräte ebenfalls als Mobilfunkrelais und umgekehrt dienen. Zur Durchführung des Verfahrens weisen die Mobilfunkendgeräte bzw. Mobilfunkrelais elektronische Prozessoren und Spei¬ cher auf, wodurch das Endteilnehmerschnittstellenverhalten und das Relaisverhal¬ ten dieser Geräte gesteuert ist.
Im Hinblick auf eine schnelle Informationsübertragung ist es besonders vorteilhaft, wenn die für die Übertragung der Information erforderliche Funkverbindung bereits vor der Übertragung aufgebaut wird. Dadurch ist eine Trennung zwischen dem Auf¬ bau der Funkverbindung und der eigentlichen Informationsübertragung realisiert. Der Übertragungsvorgang kann somit ohne eine durch einen Verbindungsaufbau bedingte Zeitverzögerung erfolgen.
Die für eine Identifikation und Adressierung einer zu übertragenden Information bei herkömmlichen Verfahren erforderliche Informationsverarbeitung wird durch das Le¬ sen der Sendeprotokollinformation, die das zu übermittelnde Informationspaket ent¬ hält, durchgeführt. Diese Information ist bei herkömmlichen Übertragungsverfahren ausschließlich zeitlich kodiert. Dabei ergibt die Art und Weise der zeitlichen Abfolge und des zeitlichen Verlaufs der digitalen Impulse die Schrift bzw. die Information.
Im Hinblick auf eine besonders einfache Übertragung des Informationsteils vor, während oder zeitgleich mit der Bearbeitung des Protokollteils könnte zusätzlich zu einer zeitlichen Kodierung eine Frequenzkodierung des Funksignals erfolgen. Die Frequenzkodierung könnte dabei zur Identifikation und Adressierung der zu übermittelnden Information verwendet werden. Dieser, die Identifikation und Adres¬ sierung der zu übermittelnden Information umfassende Protokollteil könnte beson¬ ders einfach im wesentlichen zeitgleich mit dem Informationsteil übertragen werden. Die Übertragung der Funksignale durch ein Übertragungsrelais könnte dadurch mit fast der reinen Funkausbreitungsgeschwindigkeit erfolgen, da die einzelnen Über¬ tragungsrelais zur Identifikation und Adressierung der zu übertragenden Information lediglich einen Frequenzkode zu prüfen und zu verarbeiten haben und keine kom¬ plette Protokollverarbeitung durchführen müssen. Eine vollständige Protokollbear¬ beitung würde eine Übertragung wesentlich verlangsamen. - -
ln besonders vorteilhafter Weise könnte die Information in Frequenztupel aus einzel¬ nen Frequenzen kodiert werden. Dabei könnten die Frequenztupel n-Tupel sein.
Je nach Erfordernis könnten einzelne Frequenzen der Frequenztupel gleich Null sein und/oder könnten zwei oder mehrere Frequenzen innerhalb der Frequenztupel gleich sein.
In besonders einfacher Weise könnten als Frequenzen die Funkträgerfrequenzen für die Funksignale verwendet werden.
Bei einem unsynchronisierten Betreiben der Übertragungsrelais - bspw. im Rahmen des Funkverbindungsaufbaus bzw. Funkpfadaufbaus - bedingt die Relaisverzöge¬ rung, insbesondere bei der Verwendung sehr vieler Relais, den wesentlichen Teil der Signalübertragungszeit im Rahmen der Signalübertragung. Durch das erfindungsgemäße Verfahren - ein "First Talk Then Think" = F3T-Verfahren - läßt sich die resultierende Gesamtlaufzeitverzögerung der Funksignale auf nahezu die reine Funksignallaufzeit reduzieren. Jedes Relais sendet dann das ankommende, empfangene Informationspaket mit einer Phasenverschiebung simultan wieder ab und führt eine erforderliche Signalverarbeitung, bspw. im Rahmen der Sendeproto- kollbearbeitung und -Übergabe oder der Fehlerprüfung und Fehlerkorrektur, erst nach der eigentlichen Informationspaketübertragung aus.
Zur Vermeidung eines Übersprechens im Bereich der Übertragungsrelais könnte die Kodierung und/oder die Kodierungsform bzw. das Modulationsverfahren und/oder das Tastverfahren der Funkträgerfrequenz bzw. -frequenzen während der Dauer ei¬ ner Funkverbindung in verschiedenen Funkverbindungsphasen verändert werden. Damit wäre die Möglichkeit gegeben, je nach Erfordernis zwischen Amplitudenmo¬ dulation und Frequenzmodulation bzw. -tastung zu wechseln. Hierbei könnte die Veränderung der Kodierung im wesentlichen die Frequenzkodierung betreffen. Im Übertragungsrelais laufen dann bspw. unterschiedliche Sendeoszillatoren auf vorgegebenen Frequenzkanälen im Leistungsleerlauf mit. Diese werden durch die Empfangsleistung aus dem ankommenden digitalen Funksignal elektronisch direkt auf die Relaissendeantenne durchgeschaltet und je nach Modulationsverfahren ent¬ sprechend umgetastet. Die simultan wieder abgestrahlten Signale sind dabei fre¬ quenzmäßig umgesetzt.
Zur Vermeidung einer aufwendigen Fehlerprüfung und Fehlerkorrektur kann die Übertragung der Information in störungsunempfindlicher Weise bitweise erfolgen. Dabei könnte jedem Informationsbit ein Frequenztupel zugeordnet werden. Nach seiner Integration bei dem Übertragungsrelais könnte das Informationsbit frequenz¬ mäßig umgesetzt bzw. umgetastet und unverzüglich weitergesendet werden. Auch hierbei könnte die Frequenzkodierung bzw. der Frequenzkode zur Identifikation und Adressierung der Information verwendet werden. Des weiteren wäre eine Verwen¬ dung der Frequenzkodierung bzw. des Frequenzkodes zur Identifikation des Übertragungskanals denkbar. Ferner könnte die Frequenzkodierung bzw. der Fre¬ quenzkode auch zur Verschlüsselung der zu übertragenden Information verwendet werden.
Trotz der direkten Transmission ist noch eine gewisse Signalentstörung im Hinblick auf eine Rauschbefreiung erreicht. Falls das Durchschalten nach einem zeitlichen Integrationsprozeß durchgeführt wird, der auf die Einzelimpulsdauer der digitalen Funksignale angepaßt ist, können kürzere Störspitzen im Funksignal diskriminiert werden. Diese bedingen dann keine fehlerhafte Signalabstrahlung.
Bei dem obigen direkten Übertragungsmodus für die eigentliche Informationsüber¬ tragung werden nur definierte und direkt adressierte Zielübertragungsrelais im aufgeschalteten Funkpfad im F3T-Modus betrieben. Endteilnehmer der Funkverbin¬ dung werden nicht im F3T-Modus betrieben. Die Funksignale können dann nach der erfolgten direkten Übertragung der aufgenommenen Funksignale intern bearbeitet werden. Bei einer Erkennung von nicht ignorierbaren Fehlern kann die Übertragung des fehlerbefreiten Signals erneut durchgeführt werden.
Durch die erneute Übertragung kann es bei einem Betrieb im F3T-Modus zu einer Erhöhung der Funkaktivität im Funknetz kommen, da zunächst fehlerhafte Funksi¬ gnale weitergegeben werden und anschließend - nach einer Fehlerkorrektur - zusätzlich fehlerbefreite Signale gesendet werden. Daneben werden die unsynchro- nisierten Relais, die im F3T-Modus betrieben werden, auch Funksignale, die nicht zu ihrem durch den bestehenden Funkpfad festgelegten Funkverkehr gehören, ggf. ungeprüft weitersenden. Dadurch können funkverbindungsfremde Funksignale an¬ derer Funkverbindungen ggf. in die bestehende Funkverbindung übersprechen.
Die Endteilnehmer arbeiten - wie bereits erwähnt - nie im F3T-Modus. Daher ist das Übersprechen für die eigentliche Informationsübermittlung zwischen den Endteilneh¬ mern einer Funkverbindung unwesentlich, da die Endteilnehmer die Zieladresse der digitalen Funkkodesequenz der übertragenen Informationspakete im Rahmen einer Protokollbearbeitung prüfen.
Ein Übersprechen erhöht jedoch die Funklast und betrifft deshalb die Funknetzkapa¬ zitätsproblematik und die Funkkollisionsproblematik im Funknetz und ist deshalb zu vermeiden.
Die in Frequenztupel kodierte Information könnte hierzu im Empfängerrelais in vorbestimmten Frequenzkanälen koinzident oder in einem bestimmten Zeitinterval! erwartet werden und damit quasi die Funkverbindungstüren in der betrachteten bestehenden Funkverbindung aufschließen. Bisher dienen Mehrfrequenzverfahren zur Übertragung von digital kodierter Information wie bspw. die Frequenzumtastung ausschließlich zur Unterdrückung von Störeinflüssen auf die Funksignale.
Genauergesagt könnten die einzelnen Frequenzimpulse der Frequenztupel zur Ver¬ meidung eines Übersprechens in einer vorgebbaren zeitlichen Abfolge innerhalb vorgebbarer Zeitfenster beim Übertragungsrelais und/oder beim Informationsemp¬ fänger erwartet bzw. empfangen werden. Gleichermaßen könnten die einzelnen Frequenzimpulse der Frequenztupel koinzident in einem vorgebbaren Zeitbereich beim Übertragungsrelais und/oder beim Informationsempfänger erwartet bzw. empfangen werden. Dadurch wären die Relais in gewisser Weise synchronisiert ("Slotted-F3T-Verfahren"). Bei der Funkaufnahmeprozedur wären dann bestimmte Zeitfenster unter den Relais vereinbart, in denen sie ausschließlich im F3T-Modus arbeiten. Fremde Informati¬ onspakete aus anderen berührenden Funkpfaden fallen ggf. aus dem Übertragungs¬ zeitfenster des F3T-Modus. Sie werden dann zuerst geprüft und ggf. nicht mehr wei¬ tergesendet.
Ein gemeinsamer Synchrontakt könnte durch einen einheitlichen Zeitstandard er¬ möglicht sein, den alle Relais über bspw. interne Funkuhren empfangen können. Eine fehlerhafte Synchronisation verlangsamt in diesem Falle lediglich die Signal¬ übertragung, da die zu übertragenden Funksignale dann von den Relais zuerst ge¬ prüft und erst danach übermittelt werden.
Eine andere bzw. weitere Möglichkeit eines Schutzes vor einem Übersprechen im F3T-Modus könnte dadurch realisiert sein, daß das bzw. die für eine bestimmte Funkverbindung ausgewählten Übertragungsrelais und/oder der Informationsemp¬ fänger das Eintreffen der frequenzkodierten Information in vorbestimmten bzw. vor¬ gebbaren Empfangsfrequenzkanälen erwarten bzw. empfangen. Dabei könnten die erwarteten Frequenztupel bzw. die Erwartungswerte hinsichtlich der Frequenzen der Frequenztupel der Funksignale für einen erneuten Empfang im Verlauf der Funksi¬ gnalübertragung nach einem vorgebbaren Verfahren gewechselt werden. Gleicher¬ maßen könnten die Frequenzen der Frequenztupel nach einem vorgebbaren Verfahren gewechselt werden. Dabei ist einerseits die Empfangsseite und anderer¬ seits die Sendeseite betrachtet.
Als besonders effektives Wechselverfahren bietet sich ein zyklisches Verfahren an. Dies könnte durch ein sog. Frequenzsprungzyklusverfahren erreicht werden, bei dem ein Relais nur auf ankommende Funksignale reagiert, deren Signalimpulse von einer ganz bestimmten erwarteten Folgefrequenz getragen werden. Die anfänglich beliebige Übertragungsfrequenz wird dabei im weiteren Funkverkehr durch das festgelegte zyklische Verfahren gewechselt.
Hierzu könnte das Wechselverfahren gemäß einer den Relais und dem Informationsempfänger zugeordneten Frequenztabelle durchgeführt werden. Eine derartige Tabelle könnte den Relais und/oder dem Informationsempfänger über einen Mikroprozessor implementiert sein.
Das Wechselverfahren könnte je nach Erfordernis für jedes Übertragungsrelais ei¬ ner vorgebbaren Anzahl von Übertragungsrelais oder einer bestimmten Gruppe von Übertragungsrelais gleich sein. Alternativ hierzu könnte der Frequenzwahlzyklus auch bei allen Relais gleich sein. Wenn ein Relais eine initiale Funkübertragung mit einer bestimmten Funkfrequenz erhalten hat, so erwartet es die nächste Übertra¬ gung aus dieser Übertragungsnchtung mit einer ganz bestimmten Funkfrequenz entsprechend dem ggf. tabellarisch vorgegebenen Zyklus. Das zyklische Verfahren determiniert in der weiteren Abfolge des Funkverkehrs die gesamte Funkfrequenzkombination im gesamten Funkpfad für beide vorhandenen Übertra¬ gungsrichtungen, d.h. vom Sender zum Empfänger und umgekehrt. Diese Kombi¬ nation ändert sich determiniert bei jeder folgenden Übertragung in der Funkverbin¬ dung.
Des weiteren könnten die vorbestimmten Frequenztupel für jedes Relais einer be¬ stimmten Zahl von Relais oder einer bestimmten Gruppe von Relais aus einem anderen Frequenztupelwahlverfahren oder einem anderen Zyklusbereich bzw. Zyklusabschnitt des Frequenztupelwahlverfahrens stammen. Die Relais, die die empfangene Information weitergeben, könnten die empfangenen Funksignale dabei mit gewechselten Frequenztupeln weitergeben. Hierbei könnte in besonders einfa¬ cher Weise das Wechselverfahren der Frequenztupel zum Senden wie zum Emp¬ fangen für die entsprechenden Relaisgruppen das gleiche sein.
Die momentane Wahrscheinlichkeit w (Relaisübersprechwahrscheinlichkeit), daß ein Relais von einem Funksignal mit der erwarteten Funkfrequenz getroffen wird, das nicht aus der betrachteten Funkverbindung stammt, nimmt bei einer festen Funkaktivität unter einer Sendeleistungsanpassung mit
w = n+/m2 ab,. wobei m die Anzahl der verwendeten Funkfrequenzkanäle des benutzten Über¬ tragungsbandes und n+ die Anzahl der nächsten Nachbarn, die senden können, ist. Dies ist die Wahrscheinlichkeit, mit der zwei Würfelspieler mit einem Würfel mit m Augen beide die gleiche Zahl werfen.
Eine weitere Verminderung dieser Wahrscheinlichkeit kann durch ein Zweifrequenz¬ verfahren oder ein Mehrfrequenzverfahren erreicht werden. Hier wird das Relais auf ein Funkfrequenzpaar oder Frequenztupel sensibilisiert. Dies kann in einfacher Weise bei einer Frequenzmodulation bzw. Frequenzumtastung der Funksignale an¬ gewendet werden. Die Demodulation der Funksignale könnte im Rahmen einer Koinzidenzdemodulation stattfinden. Bei Sensibilisierung auf ein Funkfrequenzpaar könnten die verwendeten Funkfrequenzen bei der Sendeübertragung aus den vor¬ handenen Funkfrequenzen der Funkkanäle beliebig oder determiniert gepaart wer¬ den. Die obere Grenze der momentanen Wahrscheinlichkeit W2 für das Überspre¬ chen von Funkverbindungen ist dann:
W2 = 3np (2/m(m-1 ))2,
wobei m die Anzahl an vorhandenen Funkfrequenzkanälen, n die Anzahl der Relais im Funkpfad und p die Anzahl der parallelen Übertragungsmöglichkeiten eines Re¬ lais sind. Dabei ist das Modell eines kartesischen Gitters benutzt.
Das Übersprechen durch Funkaufrufe aus Funkkontaktaufnahmen zur Erzeugung der eigentlichen Funkverbindung kann durch eine weitere Modulationsdifferenzie¬ rung vermieden werden. Die Funkkontaktaufnahme, die wie oben erwähnt nicht im F3T-Modus erfolgt, wird mittels amplitudenmodulierter bzw. amplitudengetasteter Signale durchgeführt. Dies entspricht einer Frequenzmodulation bzw. Fre¬ quenzumtastung von Frequenzpaaren mit einer Frequenz v = 0. Solche Frequenz¬ paare werden im F3T-Modus von den Relais aufgrund der Koinzidenzdemodulation ignoriert und können deshalb nicht übersprechen.
Damit ist ein Übersprechen nur noch bei aufgeschalteten sich kreuzenden oder be¬ rührenden Funkpfaden möglich, die am Kreuzungspunkt lokal mit dem gleichen Fre- - -
quenztupel des Frequenzwahlzyklus arbeiten. Mit m = 256 Duplexfrequenzkanälen und 100 Übertragern im Funkpfad und 4 parallelen Übertragungsmöglichkeiten je¬ des einzelnen Relais ist unter einer Sendeleistungsanpassung die Übersprechwahr- scheinlichkeit für eine Funkverbindung im modulationsdifferenzierten zyklischen F3T-Modus kleiner als W2 = 1 ,1 x 10"6.
Die oben erwähnte Amplitudentastung im Rahmen der Funkkontaktaufnahme hat den weiteren Vorteil der Energieeinsparung bei den Funkrelais, da hier nur für posi¬ tive Informationsbits der digitalen Funksignale Sendeleistung erzeugt wird. Die Informationspakete in aufgeschalteten Funkverbindungen können andererseits mit der erheblich störsicheren Frequenzmodulation übertragen werden.
Bei einer Funkpfadoptimierung, z.B. bei einer Verminderung bzw. Vermehrung der Übertragerzahl, muß der Frequenzzyklus wieder angepaßt werden. Dabei können sich die einzelnen Relais nach einer übermittelten Variablen im Funkprotokoll rich¬ ten, die die Frequenztupelwahl für das nächste Informationspaket angibt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist wesentlich, daß die Übertragungsrelais die Nutzinforamtion bzw. den Informationsteil für den Informationsempfänger zeitlich getrennt von den dazugehörigen Übertragungs- oder Steuerprotokollen oder Steuer¬ anweisungen übertragen. Hierbei könnte insbesondere eine Informationsverarbei¬ tung wie bspw. eine Zieladressenänderung oder eine Fehlerprüfung oder -korrektur der zu übertragenden Information bei den Übertragungsrelais zeitlich getrennt von der Übertragung der Information durchgeführt werden.
Im Hinblick auf eine besonders einfache und wirkungsvolle Fehlerprüfung bzw. Feh¬ lerkorrektur könnte die Übertragung der Information in jede Übertragungsrichtung von den in gegenseitigem Funkkontakt stehenden vorhergehenden Übertragungs¬ relais beobachtet bzw. geprüft und bei Auftreten eines Fehlers korrigiert werden. Eine genauere Beschreibung einer derartigen Fehlerprüfung ist im Rahmen der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens ge¬ geben. - -
Das erfindungsgemäße Verfahren minimiert die Relaisverzögerungen in einem Funkrelaisnetz auf solche minimalen Zeitdauern, daß mehrere 100 Relais in einer Funkverbindung in einem Funkrelaisnetz zwischengeschaltet werden können. Da¬ durch werden große flächendeckende Relaisfunknetze zu Telekommunikations¬ zwecken ermöglicht, in denen Informationsübertragungen mit mindestens einer gieich großen Übertragungsgeschwindigkeit erreicht werden, wie sie in bisherigen Kabelnetzwerken oder Glasfasernetzwerken verwirklicht sind.
Zum besseren Verständnis des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Übertragung von Information in Form digital kodierter Funksignale wird das Verfahren im folgen¬ den anhand eines Ausführungsbeispiels ausführlich erläutert:
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich um ein schnelles und stö¬ rungsfreies Übertragungsverfahren von Nutzinformation innerhalb einer Funkverbin¬ dung bzw. innerhalb einer Funkverbindungskette von ggf. sehr vielen Übertragungs¬ relais. Die Aufnahme der Funkverbindung (Routing) ist nicht Gegenstand der Erfin¬ dung und der folgenden Beschreibung. Die Funkverbindung wird als geschlossen und bestehend vorausgesetzt.
Bei einer Vielfachübertragung über Funkrelais bestehen folgende Probleme und An¬ forderungen:
1. Jedes Relais erzeugt eine Zeitverzögerung bei einem als Relais-Hop bezeichneten Übertragungsvorgang, welche minimiert werden muß, um Echtzeitübertragungen wie bspw. Sprachübertragungen durchführen zu können.
2. Durch Störungen verursachte Übertragungsfehler bei der Funkübertragung häufen sich bei einer Vielfachübertragung stark an. Diese Übertragungsfehler müs¬ sen vermieden oder korrigierbar werden.
Diese Probleme eine Vielfachrelaisübertragung bzw. einer Multihop-Übertragung werden durch die Erfindung insgesamt gelöst. - -
Zur Minimierung der Relaisübertragungs- bzw. Relaisreaktionszeit muß auf die zeit¬ aufwendige Zwischenspeicherung von langen übertragenen Informationssätzen (strings) und die interne Fehleranalyse und Fehlerkorrektur vor der eigentlichen Übertragung der Information verzichtet werden. Dies wird durch eine Einimpuls¬ bzw. Einbitübertragung im Rahmen einer digitalen Informationsübertragung begün¬ stigt. Der Zwischenspeicherungsaufwand ist dann denkbar minimal, da er nur einen Funksendeimpuls umfaßt. Folglich kann bei der Transmission über das Relais auf eine Fehleranalyse und Fehlerkorrektur verzichtet werden.
Die Einimpulsübertragung weist verschiedene weitere Vorteile auf. Ein einzelnes zu übertragendes Bit kann bei der Übertragung nicht durch Funkinterferenz zerstört werden. Dies steht im Gegensatz zu Informations-Strings, die eine große Anzahl von Funksendeimpulsen umfassen und dabei ein kompliziertes Impulsmuster auf¬ weisen. Ein derartiges Muster kann durch Interferenz wesentlich deformiert und ge¬ stört werden.
Die Einbitübertragung vermeidet weiterhin die Überlagerungsstörung, die durch eine Mehrwegeausbreitung mit Laufzeitunterschieden verursacht wird. Wenn vereinba¬ rungsgemäß nur ein Funksendeimpuls als Informationseinheit übertragen wird, kön¬ nen weitere gleiche Impulse, die im gleichen Empfangskanal eintreffen und aus an¬ deren Funkverbindungen oder aus einer Mehrwegeausbreitung der gleichen Funk¬ verbindung stammen, ignoriert werden. Bei der herkömmlichen Übertragung können Informations-Strings, die zeitlich versetzt überlagern, auch ohne Interferenzerschei¬ nung nicht entflochten werden und liefern dann eine fehlerhafte Information.
Eine Fehlerübertragung wird weiter dadurch vermieden, daß jedes Übertragungsre¬ lais, das ein digitales Informationsbit gesendet hat, die Weitersendung des Informationsgehaltes dieses Bits durch das nachfolgende Übertragungsrelais kon¬ trolliert. Dies ist möglich, da die beiden beteiligten Übertragungsrelais in gegenseiti¬ ger Funkreichweite stehen.
Falls ein Fehler von einem nachfolgenden Übertragungsrelais erzeugt und weiterge¬ sendet wird, dann kann dieser Fehler vom beobachtenden ersten Übertragungsre- - -
lais erkannt und durch ein folgendes nachgesendetes Fehlerbit, welches ebenfalls weiterübertragen wird, markiert werden. Das nachfolgende Übertragungsrelais kann dann Fehler bzw. Bits, denen ein Fehlerbit folgt, als falsch erkennen und ignorieren. Dieses Verfahren schließt eine Fehlerübertragung und eine Fehleranhäufung inner¬ halb der Funkverbindungskette über die Übertragungsrelais aus.
Zur Lösung der unter 1. und 2. beschriebenen Problematik wird also eine Einbitübertragung verwendet. Jedoch können einzelne gleichartige Funksendeim¬ pulse, die alle auf der gleichen Trägerfrequenz gesendet werden, in einer digitalen Informationsübertragung keine Informationsdifferenzierung bewirken. Zur Informationsdifferenzierung innerhalb der Informationsübertragung müssen weitere Eigenschaften der Funksendeimpulse herangezogen werden, um differenzierte In¬ formationsbits, bspw. binäre Informationsbits und Steuerbits, Fehlerbits, Blindbits, Synchronisationsbits usw., darstellen zu können.
Dies könnte durch eine unterschiedliche Impulsform, bspw. hinsichtlich der Impuls¬ höhe oder der Impulsdauer von Funksendeimpulsen bzw. Funksendeimpulsgrup- pen, erfolgen. Als Beispiel ist hier die Morsefunkübertragung mit Impulsfolgen von langen und kurzen Impulsen für einzelne Informationszeichen bekannt.
Des weiteren könnte hierzu die absolute oder relative zeitliche Lage von gleicharti¬ gen Funksendeimpulsen bzgl. eines Zeitereignisses wie z.B. eines Synchronisationsimpulses oder eines vorhergehenden Funksendeimpulses bzw. vorhergehender Impulsgruppen verwendet werden. Als Beispiel ist hier die einfache binäre Pulskodemodulationsübertragung bekannt.
Schließlich könnte hierzu auch eine Trägerfrequenzdifferenzierung der Funk¬ sendeimpulse gewählt werden. Hierbei werden unterschiedliche digitale Informati¬ onsbits durch unterschiedliche Funkfrequenzen oder Frequenzphasenlagen der Funksendeimpulse gekennzeichnet. Als Beispiel hierfür ist das Telefonmehrfre- quenzwahlverfahren bekannt. - -
Bei allen bekannten Anwendungen der oben beschriebenen Verfahren werden aber immer zeitliche Impulsfolgen (strings) mit mindestens zwei oder mehreren zeitlich aufeinanderfolgenden Einzelimpulsen in einem bestimmten Zeitintervall als Informationseinheit, bspw. als logisches Binärbit, benutzt. Da mehrere Funk¬ sendeimpulse eine Informationseinheit bilden, müssen sie zur Differenzierung von anderen Einheiten zeitlich unterschieden werden können. Dies geschieht durch eine Synchronisation, also durch eine bestimmte zeitliche Beziehung zu einem Zeitereig¬ nis wie z.B. zu einem bestimmten Funksendeimpuls oder einer Funksendeimpuls- gruppe bzw. zu einem Informationsbit (Synchronisationsbit).
Bei der Erfindung werden hingegen tatsächlich einzelne Funksendeimpulse als voll¬ ständige Informationseinheit bzw. als ein logisches Informationsbit eingesetzt, deren absolute zeitliche Lage innerhalb einer Funksendeimpulsgruppe bzw. Bitgruppe keine Bedeutung für die Informationsübertragung hat. Es wird hierbei auf jegliche Synchronisation der Funksendeimpulse verzichtet.
Die Informationsdifferenzierung bzw. Bitdifferenzierung erfolgt innerhalb der Informationsübertragung durch einen Differenzenkode im Rahmen einer Frequenz¬ kodierung. Jedes Übertragsungsrelais umfaßt hierfür eine abgespeicherte Träger¬ frequenztabelle und ein abgespeichertes Frequenzauswahlverfahren. Beides, sowohl die Tabelle mit einer festgelegten Reihenfolge der unterschiedlichen zu ver¬ wendenden Trägerfrequenzen als auch die Auswahlregeln, nach denen eine Über¬ tragungsfrequenz aus dieser Tabelle gewählt und verwendet wird, sind allen Über¬ tragungsrelais einer bestimmten Gruppe von Übertragungsrelais in gleicher Weise eingeprägt.
Die technische Realisierung erfolgt dabei über die Implementierung von elektroni¬ schen Speichern und Mikroprozessoren in die Übertragungsrelais, in welchen die erforderliche Frequenztabelle und das Auswahlverfahren veränderbar bzw, pro¬ grammierbar gespeichert sind und in welchen die prozessuale Verarbeitung bzw. Auswahl durchgeführt wird. - -
Bei der Vielfachübertragung von Übertragungsrelais zu Übertragungsrelais muß ein zu übertragender Funksignalimpuls nach dem Funkempfang im Relais frequenz¬ mäßig umgesetzt werden, um sofort bzw. simultan weitergesendet werden zu kön¬ nen. Die frequenzmäßige Umsetzung verhindert, daß die ggf. hohe Sendeaus¬ gangsleistung der Senderendstufe des Relais auf die ggf. noch (simultan) offene empfindliche Empfangseingangsstufe des gleichen Frequenzkanals überspricht und diese übersteuert oder ggf. sogar zerstört.
Die logische Information wird bei diesem Frequenzumsetzen sogleich übertragen, indem vom Sender ganz bestimmte Frequenzen, ausgehend von einer zwischen den Übertragungsrelais vereinbarten Startsignalfrequenz, für die unterschiedlichen Informationsbits gewählt werden.
Zur Veranschaulichung der Frequenzumsetzung sei auf die an das Ende der Be¬ schreibung angefügte Tabelle verwiesen.
Die Übertragung von Nutzinformation beginnt mit der Übertragung des Startsendeimpulstupels aus drei bestimmten Trägerfrequenzen. Diese Trägerfre¬ quenzen werden von Relais zu Relais bei der Übertragung immer wieder willkürlich oder determiniert gewechselt. Die Trägerfrequenzen des Startsignals dienen zugleich jedem Übertragungsrelais, um eine Ausgangsposition auf seiner Fre¬ quenztabelle für die weitere Übertragung festzulegen. Jedes Übertragungsrelais sowie der Quellensender und der Zielempfänger registrieren ebenfalls die Frequen¬ zen des von ihrem Zielübertragungsrelais weitergesandten Startsignals. Sie können deshalb die Funkübertragung ihrer Zielübertragungsrelais im weiteren Verlauf kon¬ trollieren.
Ein Übertragungsrelais, das sein Startsignal erhalten und weitergegeben hat, wartet nun auf die Übertragung der Nutzinformation. Es erwartet einen von verschiedenen möglichen Funksendeimpulsen mit vorbestimmten Trägerfrequenzen. Nur für diese vorbestimmten Funksignale hält er die bestimmten Funkempfangskanäle offen. Die Zahl der möglichen verschiedenfrequenten Funksignale entspricht der Zahl der für die Informationsübertragung erforderlichen unterschiedlichen Informationsbits. Falls - -
bspw. für die Informationsübertragung zwei binäre logische Bits und ein Steuerbit benötigt werden, so werden drei verschiedene Trägerfrequenzen für die Funk¬ sendeimpulse verwendet.
Das Übertragungsrelais erhält nun das erste Nutzinformationsbit in einem seiner vorbestimmten Empfangskanäle mit den bestimmten Sendefrequenzen. Welche Empfangskanäle es offenhält, legt es nach der bestimmten Auswahlregel bzw. dem bestimmten Auswahlverfahren fest. Diese Auswahlregei ist jedem beteiligten Funknetzteilnehmer bekannt. Sie ist den Übertragungsrelais durch die erwähnten Speicher und Mikroprozessoren programmierbar implementiert.
Die Auswahlregel bzgl. des Beispiels könnte folgendermaßen sein. Es sollen nur die Eingangskanäle zum Empfang offengehalten werden, deren Empfangsfrequenzen auf der implementierten Frequenztabelle zwei, drei und sieben Positionen von der Ausgangsposition in eine bestimmte Richtung gezählt liegen. Wird ein Signal im Empfangskanal mit der Frequenzposition -2 empfangen, so liegt ein informationsbit "logisch 0" vor. Wird in Frequenzposition 3 empfangen, so liegt ein Informationsbit "logisch 1 " und wird bei Position 7 empfangen, so liegt das "Steuerbit" vor.
Das Übertragungsrelais kann so das erhaltene Funksignal einem Informationsbit zu¬ ordnen und kann dieses weitersenden. Es kennt das Übertragungsverfahren und sendet ein Funksignal, das es frequenzmäßig um soviele Positionen auf der inter¬ nen Frequenztabelle umgesetzt hat, wie es die tabellarisch festgelegte Auswahlre¬ gel für das zu sendende Informationsbit bestimmt hat. Als Ausgangsposition für die Frequenzumsetzung benutzt es die Position des letzten von ihm weitergesendeten Funksignals. Der nächste Empfänger des Funksignals erwartet dieses Signal wieder in den drei möglichen weitergezählten Frequenzpositionen, ausgehend von der Position seines letzten erhaltenen Empfangssignals.
Dieses Verfahren, die Information eines Sendeimpulses oder eines Empfangsimpul¬ ses durch Differenzpositionen der Trägerfrequenzen in einer Frequenztabelle zu verschlüsseln oder zu rekonstruieren, kann gleichzeitig als ein Verschlüsselungsverfahren an sich angewendet werden. Der Vorteil hierbei ist, daß - -
die Frequenzumsetzung aus funktechnischer Sicht wie beschrieben sehr günstig ist. Durch das Frequenzumsetzungsverfahren kann in einfacher Weise eine ausrei¬ chende Verschlüsselung der Übertragungsinformation erreicht werden, ohne zu¬ sätzliche Prozeßschritte zur Verschlüsselung durchführen zu müssen. Dies reduziert den Hardwareaufwand bei der Realisierung des Übertragungsverfahrens erheblich.
Solange einem Dritten die Frequenztabelle und die Positionsverschieberegel nicht bekannt ist, kann er aus dem reinen Funkempfang keine Information über die Ver¬ schlüsselung gewinnen. Alle verwendeten Informationsbits treten in der Funkübertragung absolut symmetrisch auf, d.h. es ist nicht erkennbar, um welches Informationsbit es sich handeln kann, da die Frequenztabelle zyklisch durchlaufen wird und für unterschiedliche Informationsbits nacheinander gleichfrequente und gleichartige Funksendeimpulse auftreten können.
Selbst wenn der Text der Übertragung bekannt sein sollte, ist es nicht möglich, die Funksendeimpulse in ihrer zeitlichen Sendeabfolge den Textbuchstaben zuzuord¬ nen, da es keine festlegbare Relation zwischen der Textzeichenanzahl und der Funksendeimpulsanzahl geben muß. Dies kann dadurch erreicht werden, daß ein Übertragungsrelais nach der Übertragung eines Informationsbits in stochastischer Entscheidungsweise diesem Bit ein informationsmäßig bedeutungsloses aber den¬ noch reguläres "Blindbit" folgen läßt oder das nächste Informationsbit überträgt. Fehlerbits haben diesbezüglich die gleiche verschlüsselnde Wirkung wie Blindbits.
In einem Funkrelaisnetzwerk muß ggf. mit einer großen Anzahl an Relais und erheblichem Telekommunikationsverkehr in der Nachbarschaft eines Zielrelais ge¬ rechnet werden. Da für jede Funkverbindung immer stückweise zwischen zwei Re¬ lais sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung zumindest zwei verschie¬ dene Funkfrequenzkanäle vereinbart werden, kann dies zu einem hohen Bedarf an Frequenzkanälen bzw. Frequenzbandbreite führen.
Es kommt hinzu, daß alle Relais in einer Nachbarschaft die Frequenzkanäle unab¬ hängig voneinander vereinbaren können. Somit ist die Gefahr gegeben, daß in zwei unabhängigen Funkverbindungen, die sich räumlich sehr nahe kommen, die glei- - -
chen Frequenzkanäle verwendet werden. Dies kann zu einem Übersprechen zwi¬ schen den beiden Funkverbindungen führen.
Um diese Gleichkanalstörung zu unterdrücken, muß das Frequenzkanalraster mög¬ lichst gespreizt werden, damit die Wahrscheinlichkeit für Gleichkanalstörungen mini¬ miert ist. Dies wird dadurch erreicht, daß tatsächlich zwischen zwei Relais mehrere Funksendeimpulse mit unterschiedlichen Frequenzen als ein Informationsbit ausge¬ tauscht werden. Diese Funkfrequenzen bilden je nach der verwendeten Anzahl Funkfrequenztupel. Ein Relais erwartet daher nicht das Eintreffen eines bestimmten Funksendeeinzelimpulses, sondern eines Tupels von Funksendeimpulsen mit unter¬ schiedlichen Trägerfrequenzen,
Die einzelnen Funksendeimpulse eines Frequenztupels können gleichzeitig oder in einem bestimmten Zeitintervall gesendet werden. Der Empfänger erwartet umge¬ kehrt die Einzelimpulse koinzident oder in einem bestimmten Zeitintervall. Durch diese Koinzidenzdemodulation kann das Übersprechen zwischen Funkverbindungen weitgehend unterdrückt werden, da eine große Anzahl an Frequenzkombinationen bzw. unterschiedlichen Frequenztupeln erzeugt werden kann.
Die notwendige Anzahl unabhängiger Einzelfrequenzen, die für eine hohe und zu¬ nehmende Störunterdrückung im Funknetz benötigt wird, steigt dabei weniger stark, so daß die notwendige Frequenzkanalanzahl bzw. Frequenzbandbreite für die Über¬ tragung im Funknetz relativ beschränkt gehalten werden kann. Die Anzahl der erfor¬ derlichen Frequenzkanäle und der Rang der Frequenztupel sowie die Funksendeim¬ pulsdauer und die verwendeten Zeitfenster der Koinzidenzdemodulation können in Computersimulationen für ein Funknetzwerk bestimmt und optimiert werden.
Zusammenfassend sei bemerkt, daß bei dem beschriebenen Übertragungsverfah¬ ren in der Anwendung erstmals eine frequenzparallele Übertragung einzelner Informationsbits mit einer Koinzidenzdemodulation beim Empfänger angewendet wird, bei der die differenzierte Bitinformation durch Positionsdifferenzen in Fre- quenztupeltabellen mit Hilfe von bestimmten Auswahlverfahren festgelegt wird. Sowohl die Frequenztabelle als auch das Auswahlverfahren sind jedem Funknetz- relais programmierbar implementiert. Dieses Übertragungsverfahren gewährleistet eine maximal schnelle und sehr störsichere Informationsübertragung in Vielfach¬ relaisfunknetzwerken. Die Funksignale weisen im Rahmen ihrer Frequenzkodierung in Frequenztupel sowohl einen Informationsteil als auch einen Protokollteil auf, wo¬ bei der Protokollteil im Umfange des Startsignals in Zusammenwirkung mit der Fre¬ quenztabelle für die korrekte Übertragung der logischen Informationsbits - 0 oder 1 - verantwortlich ist.
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ERSATZBLAπ (REGEL 26)

Claims

- -Patentansprüche
1. Verfahren zur Übertragung von Information in Form digital kodierter Funksi¬ gnale, wobei die Funksignale neben dem Informationsteil einen Protokollteil umfas¬ sen, dad u rch gekennzeich n et, daß die Übertragung des Informationsteils vor, während oder zeitgleich mit der Bearbeitung des Protokollteils in einem Übertra¬ gungsrelais begonnen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Übertragung der Information erforderliche Funkverbindung bereits vor der Übertra¬ gung aufgebaut wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu einer zeitlichen Kodierung eine Frequenzkodierung des Funksignals erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Kodierung und die Frequenzkodierung gleichzeitig vorliegen.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Information in Frequenztupel aus einzelnen Frequenzen kodiert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenztupel n-tupel sind.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Frequenzen der Frequenztupel gleich Null sind.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Frequenzen innerhalb der Frequenztupel gleich sind.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Frequenzen die Funkträgerfrequenzen für die Funksignale verwendet werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kodierung und/oder die Kodierungsform bzw. das Modulationsverfahren und/oder das Tastverfahren der Funkträgerfrequenz bzw. -frequenzen während der Dauer einer Funkverbindung in verschiedenen Funkverbindungsphasen verändert werden kann.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der Kodierung die Frequenzkodierung betrifft.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung der Information bitweise erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Informati¬ onsbit ein Frequenztupel zugeordnet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß jedes In¬ formationsbit nach seiner Integration bei dem Übertragungsrelais frequenzmäßig umgesetzt bzw. umgetastet und unverzüglich weitergesendet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzkodierung bzw. der Frequenzkode zur Identifikation und Adressierung der Information verwendet wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzkodierung bzw. der Frequenzkode zur Identifikation des Übertragungs¬ kanals verwendet wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzkodierung bzw. der Frequenzkode zur Verschlüsselung der zu übertra¬ genden Information verwendet wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Frequenzimpulse der Frequenztupel in einer vorgebbaren zeitlichen - -
Abfolge innerhalb vorgebbarer Zeitfenster beim Übertragungsrelais und/oder beim Informationsempfänger erwartet bzw. empfangen werden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Frequenzimpulse der Frequenztupel koinzident in einem vorgebbaren Zeitbereich beim Übertragungsrelais und/oder beim Informationsempfänger erwartet bzw. empfangen werden.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die für eine bestimmte Funkverbindung ausgewählten Übertragungsrelais und/oder der Informationsempfänger das Eintreffen der frequenzkodierten Informa¬ tion in vorbestimmten bzw. vorgebbaren Empfangsfrequenzkanälen erwarten bzw. empfangen.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die erwarteten Frequenztupel bzw. die Erwartungswerte hinsichtlich der Frequenzen der Frequenztupel der Funksignale für einen erneuten Empfang im Verlauf der Funksignalübertragung nach einem vorgebbaren Verfahren gewechselt werden.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzen der Frequenztupel nach einem vorgebbaren Verfahren gewechselt werden.
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselverfahren ein zyklisches Verfahren ist.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselverfahren gemäß einer den Relais und dem Informationsempfän¬ ger zugeordneten Frequenztabelle durchgeführt wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselverfahren für jedes Übertragungsrelais einer vorgebbaren Anzahl von Übertragungsrelais oder einer bestimmten Gruppe von Übertragungsrelais gleich ist. - -
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmten Frequenztupel für jedes Relais einer bestimmten Zahl von Relais oder einer bestimmten Gruppe von Relais aus einem anderen Frequenztupelwahlverfahren oder einem anderen Zyklusbereich bzw. Zyklusab¬ schnitt des Frequenztupelwahlverfahrens stammen.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Relais, die die empfangene Information weitergeben, die empfangenen Funksignale mit gewechselten Frequenztupeln weitergeben.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselverfahren der Frequenztupel zum Senden wie zum Empfangen für die entsprechenden Relaisgruppen das gleiche ist.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsrelais die Nutzinformation bzw. den Informationsteil für den Informationsempfänger zeitlich getrennt von den dazugehörigen Übertragungs- oder Steuerprotokollen oder Steueranweisungen übertragen.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere eine Informationsverarbeitung wie bspw. eine Zieladressenänderung oder eine Fehlerprüfung oder -korrektur der zu übertragenden Information bei den Übertragungsrelais zeitlich getrennt von der Übertragung der Information durchge¬ führt wird.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung der Information in jede Übertragungsrichtung von den in gegenseiti¬ gem Funkkontakt stehenden vorhergehenden Übertragungsrelais beobachtet bzw. geprüft und bei Auftreten eines Fehlers korrigiert wird.
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