WO2003013094A1 - Zeitteilungskonzept für erweiterungsstationen und zwischen-verstärker in lokalen funknetzen - Google Patents

Zeitteilungskonzept für erweiterungsstationen und zwischen-verstärker in lokalen funknetzen Download PDF

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WO2003013094A1
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Juergen Kockmann
Kalyan Koora
Ralf Wenker
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W88/00—Devices specially adapted for wireless communication networks, e.g. terminals, base stations or access point devices
    • H04W88/02—Terminal devices
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/24—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts
    • H04B7/26—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts at least one of which is mobile
    • H04B7/2603—Arrangements for wireless physical layer control
    • H04B7/2606—Arrangements for base station coverage control, e.g. by using relays in tunnels

Definitions

  • the present invention relates to a communication method and a communication system with at least one base station, by means of which a communication connection can be established to one or more terminal devices.
  • the present invention relates to local radio networks.
  • Local radio networks are increasingly being used for wireless data transmission of broadband messages.
  • multimedia messages are transmitted in business and private areas in these broadband networks.
  • Examples are local radio networks of the type Hiper-LAN, IEEE802.il or HomeRF.
  • extension stations EP or repeaters can be used to increase the service range of a base station and to still be able to communicate with end devices in the radio shadow of the base station.
  • Extension points establish the connection between the base station and remote end devices. They generally have routing functionalities so that they can strengthen the performance of the entire network and the security against transmission errors. There is a need to integrate such extension points into local radio networks using secure concepts.
  • the object of the present invention is therefore to provide a communication system and a communication method. strike, with which the safe use of extension stations or extension points is possible.
  • this object is achieved by a communication system with at least one base station, by means of which a communication connection can be established to one or more terminals, and at least one expansion station for arranging communication between the at least one base station and one of the terminals, the communication being based on a Time nesting is controllable.
  • a communication method comprising the steps of providing a first communication connection between a base station and an expansion station, providing a second communication connection between the expansion station and a terminal, and controlling the first and second communication connections on the basis of a time interleaving.
  • the concept of time nesting according to the invention for the communication connection between the base station and the extension station enables secure transmission.
  • the flexibility of using extension points in connection with the time nesting can be increased by changing the transmission frequency in certain time windows.
  • several communication connections for example from the base station to the expansion station and from the expansion station to a terminal, can be set up simultaneously.
  • the expansion station can be a special device and can also be integrated in an existing terminal.
  • 1 shows the basic structure of a local radio network with an extension point
  • 2 shows the temporal signal structure of a communication signal according to a first embodiment of the present invention
  • FIG 3 shows the temporal signal structure of a communication signal according to a second embodiment of the present invention.
  • the structure of a local radio network is indicated symbolically in FIG. 1.
  • a local radio network can be installed in small buildings in business and private areas.
  • the radio network selected in the example is operated with a HiperLAN / 2 base station as access point AP.
  • the base station AP is in direct radio communication with a personal computer which is used as a mobile terminal or mobile terminal MT1.
  • the base station AP is also in radio communication with a printer as a mobile terminal MT2.
  • the personal computer MT1 can connect to the printer MT2 wirelessly.
  • the extension station TDMF-EP is therefore provided as an extension point, which establishes a radio connection from the base station AP to a server MT3 or a scanner MT4. This means that the remote end devices, the MT3 server and the MT4 scanner, can also be integrated into the local radio network.
  • the base station AP addresses terminals MT and expansion stations EP with a frequency 1 in certain time slots.
  • an expansion station EP must be interposed, as shown in FIG. 1.
  • the expansion station EP timeslots, z. B. MAC (Medium Access Controll) frames assigned for sending and receiving data to and from the terminal MT. 2, these are the time slots T3 and T4 in which the expansion station EP communicates with the terminal MT.
  • the extension station or the extension point EP works as a pure repeater, and uses the same frequency for receiving and transmitting, the base station must remain inactive during the communication of the extension station EP with the terminal MT, so that there are no disturbances ,
  • the expansion station EP communicates with the terminal MT at a frequency 2. This results in a clear separation and increase in security for the two communication sections base station expansion station and expansion station end device.
  • the base station AP is inactive during the time slots or MAC frames T3 and T4
  • the communication security is increased by the fact that during the communication between the expansion station EP and the terminal MT the base station AP does not send any data packets to the expansion station EP, which then under Circumstances were lost.
  • the expansion station EP communicates with the terminal MT at a different frequency than the base station AP, it must during the time slots T3 and T4. if the expansion station EP communicates with the terminal MT - do not remain inactive. Rather, it can communicate with any other terminal, said extension station or another one with frequency 1 during this time.
  • the transmission capacity for frequency 1 can thus be fully utilized, as indicated in FIG. 3.
  • time slots T2 and T6 are provided exclusively for the communication AP-EP.
  • the expansion station EP will then usually not communicate with a terminal MT during these time slots. If an expansion station is designed to be correspondingly complex, communication with terminal devices is also possible during these time slots T2 and T ⁇ .
  • TDMF time division multiple frequency concept
  • an expansion station EP has the functionality of a base station AP, it can be used to set up a corresponding radio network itself. Furthermore, higher data rates can generally be guaranteed by the expansion stations.
  • the time nesting multi-frequency concept according to the invention is compatible with existing standards. Only a minor change to the transmission protocol seems necessary. Standardized mobile terminals or end devices can thus be used. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

Zur Erweiterung von lokalen Funknetzen wird vorgeschlagen, die Basisstation (AP) durch mindestens eine Erweiterungsstation (TDMF-EP) zur Vermittlung einer Kommunikation zwischen der Basisstation (AP) und einem Endgerät (MT) zu ergänzen, wobei die Kommunikation auf der Grundlage einer Zeitschachtelung gesteuert wird und vorzugsweise Kommunikationsfrequenzen entsprechend den Zeiteinheiten (T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7) der Zeitschachtelung änderbar sind. Dies ermöglicht nicht nur eine Erweiterung des Funknetzes, sondern auch eine bessere Auslastung der Basisstation (AP) und Erweiterungsstation (TDMF-EP).

Description

Beschreibung
Zeitteilungskonzept für Erweiterungsstationen und Zwischenverstärker in lokalen Funknetzen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kommunikationsverfahren und ein Kommunikationssystem mit mindestens einer Basisstation, durch die zu einem oder mehreren Endgeräten eine Kommunikationsverbindung herstellbar ist. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung lokale Funknetzwerke.
Lokale Funknetze (wireless LAN) werden immer häufiger zur schnurlosen Datenübertragung von breitbandigen Nachrichten verwendet. Typischerweise werden in diesen Breitbandnetzen Multimedianachrichten im geschäftlichen und privaten Bereich übertragen. Beispiele sind lokale Funknetze vom Typus Hiper- LAN, IEEE802.il oder HomeRF.
Häufig kann durch das lokale Funknetz nicht der gesamte gewünschte Bereich vollständig abgedeckt werden. Dies liegt unter anderem daran, dass hochfrequente Funkwellen Hindernisse nicht ohne weiteres zu durchdringen vermögen. In derartigen Fällen können Erweiterungsstationen (Extension Points, EP) oder Zwischenverstärker (Repeater) verwendet werden, um den Servicebereich einer Basisstation zu vergrößern und mit Endgeräten im Funkschatten der Basisstation noch kommunizieren zu können. Extension Points stellen die Verbindung zwischen der Basisstation und entlegenen Endgeräten her. Sie verfügen in der Regel über Routing-Funktionalitäten, so dass durch sie die Leistungsfähigkeit des gesamten Netzes und die Sicherheit gegen Übertragungsfehler gestärkt werden kann. Es besteht der Bedarf, derartige Extension Points durch sichere Konzepte in lokale Funknetze einzubinden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Kommunikationssystem und ein Kommunikationsverfahren vor- zuschlagen, womit die sichere Verwendung von Erweiterungsstationen bzw. Extension Points möglich ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Kommunikationssystem mit mindestens einer Basisstation, durch die zu einem oder mehreren Endgeräten eine Kommunikationsverbindung herstellbar ist, und mindestens einer Erweiterungsstation zur Vermittlung einer Kommunikation zwischen der mindestens einen Basisstation und einem der Endgeräte, wobei die Kommunikation auf der Grundlage einer Zeitschachtelung steuerbar ist.
Ferner wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch ein Kommunikationsverfahren mit den Schritten Bereitstellen einer ersten KommunikationsVerbindung zwischen einer Basisstation und einer Erweiterungsstation, Bereitstellen einer zweiten Kommunikationsverbindung zwischen der Erweiterungsstation und einem Endgerät und Steuern der ersten und zweiten Kommunikationsverbindung auf der Grundlage einer Zeitschachtelung.
In vorteilhafter Weise ermöglicht das erfindungsgemäße Konzept der Zeitschachtelung für die Kommuni ationsVerbindung zwischen der Basisstation und der Erweiterungsstation eine sichere Übertragung. Die Flexibilität des Einsatzes von Erweiterungspunkten im Zusammenhang mit der Zeitschachtelung kann dadurch erhöht werden, dass in gewissen Zeitfenstern die Übertragungsfrequenz geändert wird. Dadurch können mehrere Kommunikationsverbindungen, beispielsweise von der Basisstation zur Erweiterungsstation und von der Erweiterungsstation zu einem Endgerät, gleichzeitig aufgebaut werden. Dabei kann die Erweiterungsstation ein spezielles Gerät sein auch in einem bestehenden Endgerät integriert sein.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines lokalen Funknetzes mit Extension Point; Fig. 2 den zeitlichen Signalaufbau eines Kommunikationssignals gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 3 den zeitlichen Signalaufbau eines Kommunikationssignals gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
In Fig. 1 ist der Aufbau eines lokalen Funknetzes symbolisch angedeutet. Wie bereits erwähnt kann ein derartiges lokales Funknetz in kleinen Gebäuden im Geschäfts- und Privatbereich installiert werden. Das im Beispiel gewählte Funknetz wird mit einer HiperLAN/2-Basisstation als Access Point AP betrieben. Die Basisstation AP steht in direkter Funkverbindung mit einem Personal Computer, der als mobiles Endgerät bzw. Mobile Terminal MT1 eingesetzt wird. Ebenso steht die Basisstation AP mit einem Drucker als mobiles Terminal MT2 in Funkverbindung. Somit kann der Personal Computer MT1 mit dem Drucker MT2 drahtlos in Verbindung treten.
In der Mitte des Bildes ist eine Mauer angedeutet, die die hochfrequenten Wellen der Basisstation AP nicht zu durchdringen vermögen. Folglich können von der Basisstation AP aus betrachtet hinter Mauer liegende Endgeräte bzw. mobile Terminals MT3 und MT4 nicht direkt angesprochen werden. Daher ist die Erweiterungsstation TDMF-EP als Extension Point vorgesehen, die von der Basisstation AP zu einem Server MT3 bzw. einem Scanner MT4 eine Funkverbindung herstellt. Somit können auch die entlegenen Endgeräte, der Server MT3 und der Scanner MT4, in das lokale Funknetz integriert werden.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Zeitschachtelung von Kommunikationssignalen zwischen der Basisstation AP, der Erweiterungs- Station EP und einem Endgerät MT. Die Basisstation AP spricht Endgeräte MT und Erweiterungsstationen EP mit einer Frequenz 1 in bestimmten Zeitschlitzen an.
Falls ein Endgerät MT nicht von der Basisstation AP bedient werden kann, muss, wie in Fig. 1 dargestellt ist, eine Erweiterungsstation EP zwischengeschaltet werden. Sobald die Basisstation AP über die Existenz einer Erweiterungsstation EP informiert ist, vereinbaren beide ein Zeitteilungskonzept. Demnach werden der Erweiterungsstation EP Zeitschlitze, z. B. MAC (Medium Access Controll) Frames, für das Senden und Empfangen von Daten zu und von dem Endgerät MT zugewiesen. Gemäß Fig. 2 sind dies die Zeitschlitze T3 und T4, in denen die Erweiterungsstation EP mit dem Endgerät MT kommuniziert. Falls die Erweiterungsstation bzw. der Extension Point EP als reiner Zwischenverstärker bzw. Repeater arbeitet, und für das Empfangen und Weitersenden die gleiche Frequenz verwendet, muss die Basisstation während der Kommunikation der Erweiterungsstation EP mit dem Endgerät MT inaktiv bleiben, damit es nicht zu Störungen kommt.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, dass die Erweiterungsstation EP mit dem Endgerät MT mit einer Frequenz 2 kommuniziert. Damit ergibt sich eine klare Trennung und Erhöhung der Sicherheit für die beiden Kommunikationsabschnitte Basisstation-Erweiterungsstation und Erweiterungsstation-Endgerät. Falls darüber hinaus die Basisstation AP während der Zeitschlitze bzw. MAC-Frames T3 und T4 inaktiv ist, erhöht sich die Kommunikationssicherheit dadurch, dass während der Kommunikation zwischen Erweiterungsstation EP und Endgerät MT die Basisstation AP keine Datenpakete an die Erweiterungsstation EP sendet, die dann unter Umständen verloren gingen.
Da erfindungsgemäß die Erweiterungsstation EP mit dem Endgerät MT bei einer anderen Frequenz kommuniziert wie die Basisstation AP, muss sie während der Zeitschlitze T3 und T4 - wenn nämlich die Erweiterungsstation EP mit dem Endgerät MT kommuniziert - nicht inaktiv bleiben. Vielmehr kann sie in dieser Zeit mit einem beliebigen anderen Endgerät, der genannten oder einer anderen Erweiterungsstation mit der Frequenz 1 kommunizieren. Somit kann die Übertragungskapazität für die Frequenz 1 voll ausgeschöpft werden, wie dies in Fig. 3 angedeutet ist.
Bei der Vereinbarung des Zeitteilungskonzepts zwischen der Basisstation AP und der Erweiterungsstation EP können bestimmte Zeitschlitze speziell für deren Kommunikation untereinander reserviert werden. Im Beispiel gemäß Fig. 3 sind die Zeitschlitze T2 und T6 exklusiv für die Kommunikation AP - EP vorgesehen. Üblicherweise wird die Erweiterungsstation EP während dieser Zeitschlitze dann nicht mit einem Endgerät MT kommunizieren. Wird eine Erweiterungsstation entsprechend komplex ausgestaltet, so ist auch während dieser Zeitschlitze T2 und Tβ eine Kommunikation mit Endgeräten möglich.
Das erfindungsgemäße Konzept kann, da die Erweiterungsstation EP in verschiedenen Zeitschlitzen mit unterschiedlichen Frequenzen arbeitet, als Zeitteilungs-Mehrfrequenz-Konzept (Time Division-Multiple Frequency-Concept, TDMF) bezeichnet werden.
Sofern eine Erweiterungsstation EP die Funktionalitäten einer Basisstation AP besitzt, kann mit ihr selbst ein entsprechendes Funknetz aufgebaut werden. Ferner können durch die Erweiterungsstationen in der Regel höhere Datenraten gewährleistet werden.
Das erfindungsgemäße Zeitschachtelungs-Mehrfrequenz-Konzept ist mit bestehenden Standards vereinbar. Lediglich eine geringfügige Änderung des Übertragungsprotokolls scheint notwendig. Es können somit standardisierte Mobilterminals bzw. Endgeräte verwendet werden. Bezugszeichenliste
AP Basisstation
MT, MTl, MT2, MT3, MT4 Endgeräte
EP ErweiterungsStation
Tl, T2, T3, T4, T5, T6, T7 Zeiteinheiten
TDMF-EP Erweiterungsstation für TDMF

Claims

Patentansprüche
1. Kommunikationssystem mit mindestens einer Basisstation (AP) , durch die zu einem oder mehreren Endgeräten (MT, MTl, MT2, MT3, MT4) eine Kommunikationsverbindung herstellbar ist, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h mindestens eine Erweiterungsstation (EP) zur Vermittlung einer Kommunikation zwischen der mindestens einen Basisstation (AP) und einem der Endgeräte (MT, MTl, MT2, MT3, MT4), wobei die Kommunikation auf der Grundlage einer Zeitschachtelung steuerbar ist.
2. Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Basisstation (AP) , die mindestens eine Erweiterungsstation (EP) und das eine oder die mehreren Endgeräte (MT, MTl, MT2, MT3, MT4) Funkgeräte sind und zumindest ein Teil der Endgeräte mobil ist.
3. Kommunikationssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine Erweiterungsstation ein Extension Point
(EP) , der zumindest teilweise die Funktionalitäten einer Basisstation aufweist, oder ein Zwischenverstärker ist.
4. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei entsprechend Zeiteinheiten der Zeitschachtelung Kommunikationsfrequenzen änderbar sind, so dass zwischen der mindestens einen Basisstation (AP) , der mindestens einen Erweiterungsstation (EP) und der einen oder den mehreren Endgeräten (MT, MTl, MT2, MT3, MT4) mehrere Kommunikationsverbindungen mit unterschiedlichen Kommunikationsfrequenzen aufbaubar sind.
5. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die mindestens eine Basisstation (AP) und die mindestens eine Erweiterungsstation (EP) zur automatischen Vereinbarung eines Konzepts für die Zeitschachtelung ausgelegt sind.
6. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Zeitschachtelung auf MAC-Rahmen basiert.
7. KommunikationsSystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das als WLAN, insbesondere vom Typ HiperLAN/2 oder IEEE802.il, ausgestaltet ist.
8. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die mindestens eine Basisstation (AP) im Hinblick auf eine Kommunikation mit einem der Endgeräte (MT, MTl, MT2, MT3, MT4) inaktiv ist, wenn dieses Endgerät mit der mindestens einen Erweiterungsstation (EP) kommuniziert.
9. Kommunikationsverfahren mit den Schritten Bereitstellen einer ersten Kommunikationsverbindung zwischen einer Basisstation (AP) und einer Erweiterungsstation (EP),
Bereitstellen einer zweiten Kommunikationsverbindung zwischen der Erweiterungsstation (EP) und einem Endgerät (MT, MTl, MT2, MT3, MT4), g e k e n n z e i c h n e t d u r c h Steuern der ersten und zweiten Kommunikationsverbindung auf der Grundlage einer Zeitschachtelung.
10. Kommunikationsverfahren nach Anspruch 9, wobei für die erste KommunikationsVerbindung eine erste Frequenz und für die zweite Kommunikationsverbindungen eine zweite Frequenz verwendet wird.
11. Kommunikationsverfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die erste und die zweite Frequenz gleich sind.
12. Kommunikationsverfahren nach Anspruch 9, 10 oder 11, wobei die Kommunikationsverbindungen Funkverbindungen sind.
13. Kommunikationsverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die mindestens eine Basisstation (AP) und die mindestens eine Erweiterungsstation (EP) automatisch untereinander ein Konzept für die Zeitschachtelung vereinbaren.
14. Kommunikationsverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Zeitschachtelung auf MAC-Rahmen basiert.
15. Kommunikationsverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei für die Kommunikation das Funknetzkonzept HiperLAN/2 oder IEEE 802.11 verwendet wird.
16. Kommunikationsverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei die mindestens eine Basisstation (AP) im Hinblick auf eine Kommunikation mit einem der Engeräte
(MT, MTl, MT2, MT3, MT4) inaktiv ist, wenn dieses Endgerät mit der mindestens einen Erweiterungsstation (EP) kommuniziert .
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