DE4026426A1 - System zur datenuebertragung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Datenübertragung zwischen einem oder mehr Personalcomputern und einem oder mehr Peripheriegeräten, insbesondere Druckern, innerhalb eines Raumes.

Peripheriegeräte und Personalcomputer werden zur Datenüber­ tragung in üblicher Weise bis heute über Kabel miteinander verbunden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Datenübertragung zwischen Personalcomputer und Peripheriegeräten innerhalb eines Raumes drahtlos zu realisieren.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem System der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß bei den einzelnen Personalcomputern und Peripheriegeräten über die dort jeweiligen Schnittstellenanschlüsse mit den zu übertragenden Daten gespeiste Funk-Sende/Empfangs-Teilnehmerstationen angeordnet sind, die über den Funkweg miteinander selektiv in Verbindung treten. Neben der Freiheit vom Kabel ist als weiterer Vorteil insbesondere der Zugriff mehrerer Personal­ computer auf mehrere Drucker zu erwähnen. Die Realisierung der Datenübertragung zwischen Personalcomputer und Peripherie­ geräten über Funk ist im Vergleich zur Verbindung über Infrarot vorteilhaft. Infrarot ist nämlich für den Einsatz problematisch wegen des geringen Wirkungsgrades von Leuchtdioden (LEDs) und der quasi-optischen Ausbreitung mit ausgeprägten Abschattungs­ effekten.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausführungen und Weiterbildungen des Systems nach der Erfindung sind Gegenstand der Unter­ ansprüche.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von acht Figuren erläutert. Es zeigen

Fig. 1 das Blockschaltbild einer Teilnehmerstation,

Fig. 2 das Blockschaltbild einer Teilnehmerstation mit Ring­ mischer,

Fig. 3 eine Lagedarstellung der Oszillatorfrequenzen,

Fig. 4 eine mögliche Frequenzbandeinteilung mit vier Kanälen,

Fig. 5 ein Beispiel einer Kanalnutzung mit einem Zeitmultiplex­ System,

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel einer Kanalnutzung mit zwei Zeitmultiplex-Systemen,

Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel einer Kanalnutzung mit drei Zeitmultiplex-Systemen,

Fig. 8 das Zeitschema für ein Zeitmultiplex-System.

Zunächst sind Randbedingungen zusammengestellt, denen ein System der drahtlosen Geräteschnittstellen mit Funk genügen muß.

Als Anwendungszweck ist die Datenübertragung zwischen Personal­ computern (PC′s) und Peripheriegeräten vorgesehen. Hierbei ist insbesondere an den Anschluß von Druckern gedacht. Dabei kommen die folgenden Einsatzfälle in Betracht:

• - Kabelersatz für die Verbindung zwischen PC und Drucker
• - Verbindung von einem PC zu mehreren Druckern
• - Verbindung von mehreren PC′s zu einem Drucker
• - Verbindung von mehreren PC′s zu mehreren Druckern.

Als Netto-Datenrate soll z. B. ein Wert von 19.2 kbits/sec erreicht werden.

Bezüglich der Reichweite ist an Verbindungen innerhalb eines Raumes bis hin zu Großraumbüros gedacht, dies bedeutet maximale Reichweiten von ca. 10 m bis 20 m.

Wesentlich beim Einsatz von Funk ist der Aufwand, da der Aufwandsrahmen in erster Linie durch die bisher eingesetzten Kabel vorgegeben ist. Systeme mit erhöhten Leistungsmerk­ malen, wie z. B. Verbindungen zu zwei oder mehreren Peripheriegeräten, können nicht ohne weiteres mit einer Kabelverbindungsmöglichkeit verglichen werden.

Die Speisung soll aus der Schnittstelle möglich sein, wie dies z. B. bei seriellen "Mäusen" bereits der Fall ist. Die Leistungsaufnahme ist daher als eine weitere sehr wesentliche Größe anzusehen.

Als eine Fortführung dieser Anwendung kommen Datenverbindungen zwischen zwei oder mehreren PC′s in Betracht.

Die für das System nach der Erfindung möglichen Frequenzberei­ che müssen mit anderen Diensten geteilt werden. Diese Frequenz­ bereiche werden bereits als sogenannte SIM-Bereiche (scientific, industrial and medical) genützt.

Die Frequenzbereiche unter 2400 MHz sind historisch und ent­ stammen Einzelfrequenz-Anwendungen mit entsprechenden Schutz­ bereichen, welche aus den Frequenzstabilitäten der ursprünglich eingesetzten Geräte für Anwendungen wie Diathermie, Material­ erhitzung usw. entstanden sind.

Erst die Frequenzbereiche ab 2400 MHz besitzen ausreichende Bandbreiten, um mehrere Systeme mit entsprechenden Bandbreiten nebeneinander im Frequenzmultiplex betreiben zu können. Für diesen Einsatz zugelassen sind die folgenden Bereiche: 2400 MHz-2500 MHz, 5725 MHz-5875 MHz und 24 000 MHz-24 250 MHz.

Der Frequenzbereich von 2400-2500 MHz erscheint aus den folgenden Gründen besonders interessant: Es ist der Bereich mit der größten relativen Bandbreite von 4%. Es ist ein großer absoluter Bereich von 100 MHz. Geeignete, bipolare Halbleiter mit Transitfrequenzen von 5 GHz sind noch relativ preiswert. Die Antennen sind wegen der Wellenlänge von ca. 12 cm bereits relativ klein (λ/2 = 6 cm). Die Anforderungen an die Ferti­ gungsgenauigkeiten sind auf Grund der niedrigen Mikrowellen­ frequenz noch relativ gering.

Dieser Frequenzbereich wird zwar bereits von anderen Anwen­ dungen genützt. Als eine Anwendung mit zunehmender Verbreitung sind hier Mikrowellenherde zu nennen. An weiteren Verwendungen dieses Frequenzbereiches sind Telemetrie-Anlagen, Radargeräte und Amateurfunk zu nennen. Gegenseitige Beeinflussungen eines Systems nach der Erfindung und dieser Dienste sind zu vermeiden.

Die Antennen sollten nicht direkt hinter den Geräten angeordnet werden. Sie sollten zumindest soweit erhöht angeordnet werden, daß sie in der Höhe über das üblicherweise metallische Gehäuse von PC′s bzw. Druckern hinausragen. Aufstellungen der Antennen vor einer durchgehenden, gut reflektierenden Fläche sollten möglichst vermieden werden.

Die Übertragungsstrecke ist abhörbar. Eine entsprechende Verschlüsselung der Datenübertragung sollte vorgenommen werden.

Die folgende Systembeschreibung geht mit mehr Detail auf den Analogteil ein, da insbesondere dieser vom Aufwand her kritisch ist. Der erforderliche Digitalteil wird in mehr globaler Weise beschreiben. Soweit Verknüpfungen mit dem Analogteil vorhanden sind, wird detaillierter darauf eingegangen.

Es wird grundsätzlich davon ausgegangen, daß sich der Digital­ teil durch eine kostengünstige, kundenspezifische integrierte Schaltung realisieren läßt.

Das Blockschaltbild einer Teilnehmerstation für einen Personal­ computer 1 mit einer Schnittstelle 11 ist in Fig. 1 dargestellt. Die Station besteht im Analogteil 2 aus einer Antenne 4, einem mit einem Varaktor abgestimmten Oszillator 5 sowie einem über einen Bandpaß 6 angeschlossenen Zwischen­ frequenz-Verstärker 7 und einem Demodulator 8.

Im Digitalteil 3 ist als wesentliche Funktionseinheit für den Analogteil ein Digital/Analog-Wandler 9 vorgesehen.

Zur Aufwandsminimierung des Mikrowellenteils wird ein gemein­ samer, mit einem Varaktor abgestimmter Transistoroszillator 5 für den Empfangs- und Sendebetrieb verwendet. Dieser Oszillator wird an die vorzugsweise als Groundplane ausgebildete Antenne 4 angekoppelt. Dabei dient das Gehäuse als elektrisches Gegengewicht zu einem Viertelwellenlängen-Stabstrahler. Dieser Transistoroszillator 5 dient zum einen als Sender. Er wird andererseits im Empfangsbetrieb auch als selbstschwingende Mischstufe genützt. Signale, welche über die Antenne 4 auf diesen Oszillator 5 eingekoppelt werden, bilden mit der Schwingfrequenz des Oszillators 5 Mischprodukte, welche als Zwischenfrequenz ausgekoppelt werden.

Als eine weitere Eigenschaft besitzt diese Anordnung die Fähigkeit zwei Frequenzen empfangen zu können. Diese beiden Frequenzen liegen um die Zwischenfrequenz oberhalb bzw. unterhalb der Überlagerungsfrequenz. Der normalerweise unerwünschte Empfangsfrequenzbereich, welcher auf der anderen Seite der Überlagerungsfrequenz liegt, muß in anderen Systemen mit zum Teil aufwendigen Filtern unterdrückt werden. Diese Eigenschaft wird in dem beschriebenen System nach der Erfindung vorteilhaft dazu genützt, um einen Diversity-Betrieb auf zwei Frequenzen zu ermöglichen.

Als einfachste Modulationsart kommt für einen derartigen Transistoroszillator 5 die Frequenzmodulation über eine schwach gekoppelte Varaktordiode in Frage.

Neben der Modulation wird über diese Abstimmöglichkeit auch der Versatz zwischen der Überlagerungsfrequenz im Empfangsfall und der Sendefrequenz um die Zwischenfrequenz bewerkstelligt. Wie Fig. 3 (Frequenzachse f) zeigt, liegt die Überlagerungsfrequenz fü dabei in der Mitte des Abstimmbereichs, während eine Sendefrequenz um die Zwischenfrequenz oberhalb dieser Überlagerungsfrequenz liegt (Oberband Bo) und die andere Sendefrequenz unterhalb (Unterband Bu).

Diese Abstimmöglichkeit dient weiter zur Kompensation der Frequenzabwanderung (Drift) des Oszillators über Alterungseffekte während der Lebensdauer und der reversiblen Frequenzänderungen während des Betriebes z. B. durch Temperatur oder Luftfeuchtigkeit.

In einer Fortführung dient diese Abstimmöglichkeit auch der Auswahl mehrerer Kanäle, um z. B. von einem PC mehrere Drucker ansteuern zu können.

Zur Abstimmung des Transistoroszillators 5 wird der Digital/Analog-Wandler 9 im Digitalteil 3 verwendet. Dieser Digital/Analog-Wandler 9 sollte möglichst glitscharm sein. Zur Einschränkung des Modulationsspektrums wird ein mindestens zweistufiger Tiefpaß zur Vermeidung harter Übergänge zwischen den beiden FSK-Frequenzen (Frequency-shift Keying) notwendig.

Die Ausführung nach Fig. 1 wurde unter dem Vorrang der Aufwandsminimierung gewählt. Eine mehr konventionelle Lösung für den Mikrowellenteil ist in Fig. 2 dargestellt. Zwischen dem Oszillator 5 und der Antenne 4 wird ein Ringmischer 10 vorgesehen. Dieser Ringmischer 10 wird im Empfangsbetrieb konventionell betrieben. Er bringt darüber hinaus eine Entkopplung zwischen dem Oszillator 5 und der Antenne 4 und unterdrückt damit die Empfängerstörstrahlung. Die zu erwartenden Werte liegen bei etwa 30 dB. Im Sendefall wird dieser Ringmischer 10 durch einen Gleichstrom durchgesteuert, welcher die Dämpfung zwischen dem Oszillator 5 und der Antenne 4 auf wenige dB reduziert. Der Reduzierung der Sendeleistung durch die Einfügungsdämpfung des Ringmischers 10 steht eine Erhöhung der Empfängerempfindlichkeit durch die verbesserte Rauschzahl beim Einsatz des Ringmischers 10 gegenüber. Im übrigen stimmen die Schaltungen nach Fig. 1 und 2 überein.

Eine Frequenzstabilität der Oszillatoren mit dielektrischen Resonatoren oder Koax-Resonatoren von 1000 ppm ist leicht erreichbar; dies entspricht einer absoluten Frequenzgenauig­ keit von ±2.5 MHz. Der Temperaturkoeffizient dielektrischer Resonatoren läßt sich sehr genau einstellen und damit eine Kompensation des Temperaturganges der restlichen Schaltung vornehmen.

Zur Einhaltung der amtlichen Forderungen in bezug auf Neben­ wellendämpfung wird der Einsatz eines Filters zur Oberwellen­ unterdrückung erforderlich.

Als Modulationsverfahren wurde im Ausführungsbeispiel ein FSK- Verfahren mit einem Hub von 1 MHz angenommen. Diese Modula­ tionsart bietet Reserven für Brutto-Datenraten bis zu einem halben Mbit/sec. Für die gewünschten Netto-Datenraten von 19.2 kbits/sec sind also ausreichend Reserven vorhanden.

Als Zwischenfrequenz wurde im Ausführungsbeispiel eine Mitten­ frequenz von 7 MHz bei einer Bandbreite von ca. 2 MHz angesetzt. In Frage kommen für die Mittenfrequenz Werte im Bereich von etwa 5 MHz bis 15 MHz. Eine Optimierung dieser Zwischenfrequenz wird von den folgenden Faktoren bestimmt:

• - Abstand zwischen dem Oberband Bo und Unterband Bu unter Diversity-Gesichtspunkten,
• - Aufwand für die erforderliche Selektion und den Demodula­ tor 8,
• - Leistungsverbrauch und
• - Unterbringung einer möglichst hohen Gesamtbruttodatenrate im zulässigen Frequenzband.

Als wesentliche Komponente für den Analogteil 2 besitzt der Digitalteil 3 den Digital/Analog-Wandler 9. Dieser Digital/Analog-Wandler 9 wird zur später noch beschriebenen Abstimmung im Kanal auf eines der Zeitmultiplex-Systeme, zur Erzeugung der Sendesignale auf Ober- und Unterband Bo bzw. Bu und zur Kompensation der Frequenzdrift des eigenen Oszillators 5 und des Oszillators der Peripherie-Station verwendet. Für all diese Zwecke ist bei vier Kanälen ein Abstimmbereich von ±12.5 MHz ausreichend, entsprechend der Kanalbreite. Dieser Abstimmbereich kann bei Systemen mit nur einem Zeitmultiplex-System weiter reduziert werden. Eine Auflösung von 8 bits entspricht dann einer Schrittweite des unteren Seitenbands von 100 kHz. Dies stellt einen völlig ausreichenden Wert dar. Daneben benötigt der Analogteil 2 die folgenden Signale aus dem hinsichtlich seiner Taktfrequenz quarzstabilisierten Digitalteil 3: Stand by-Signal und das Signal "Senden/Empfang".

Das Signal "Senden/Empfang" wird zwar nur bei der in Fig. 2 gezeigten Lösung mit Ringmischer 10 benötigt; da es praktisch aber keinen Aufwand darstellt, sollte es generell vorhanden sein.

Der Digitalteil 3 muß weiter die folgenden Funktionen übernehmen: Bedienung der Schnittstelle zum Personalcomputer 1 mit Datenpufferung, Verschlüsseln der Daten, Blocksicherung der Daten bei Empfang und Senden, Betriebsablauf und Bedienung des Analogteils.

Die Funktionen Betriebsablauf und Bedienung des Analogteils sind zum Teil in der folgenden Systembeschreibung global beschrieben.

Die folgende System-Beschreibung ist als ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel für eine mögliche Nutzung des zur Verfügung stehenden Bandes von 2400 MHz bis 2500 MHz zu verstehen. Das hier beschriebene Konzept ist in Richtung minimaler Hardware- Kosten optimiert und bewertet Punkte wie Frequenzökonomie oder die Verfügbarkeit einer großen Zahl von Übertragungskanälen entsprechend gering.

In Fig. 4 mit der Frequenzachse f ist eine mögliche Einteilung des zur Verfügung stehenden Bandes von f = 2400 MHz bis 2500 MHz in vier Kanäle K1 bis K4 dargestellt. Gedacht ist dabei an eine Verwendung der Kanäle K1 bis K4 zur Abgrenzung einzelner Systeme, typischerweise einzelner Räume innerhalb derer z. B. mehrere PC′s auf mehrere Drucker Zugriff haben. Die vier Kanäle bedecken jeweils ein Frequenzband von 25 MHz.

Die einzelnen Kanäle können jeweils unterschiedlich genützt werden. In den Fig. 5, 6 und 7 (Frequenzachse f) ist die Belegung mit einem, zwei bzw. drei Zeitmultiplex-Systemen dargestellt.

Bei der Belegung eines Kanals (Kanal c) mit einem Zeitmultiplex-System (Fig. 5) kann in einem einfachen System typischerweise die Verbindung von einem Personalcomputer zu einem Drucker abgedeckt werden, bis hin zu Verbindungen mehrerer Personalcomputer zu mehreren Druckern. Auf Grund der relativ niedrigen Netto-Datenrate von 19.2 kbits/sec einer solchen Verbindung, verglichen mit der zur Verfügung stehenden Brutto-Datenrate im Bereich bis zu einem halben Megabits/sec, ist eine Mehrfachverwendung der gleichen Frequenz möglich, wenn von einem blockweisen adressierten Datenaustausch ausgegangen wird. Als einfachste Betriebsart wird dann ein verschlüsseltes und adressiertes Datenpaket z. B. zunächst auf dem Oberband Bo und anschließend auf dem Unterband Bu vom Personalcomputer zum Drucker abgesandt. Die Peripherie-Station am Drucker quittiert und entschlüsselt dabei nur die an sie adressierten Datenpakete. Diese Quittierung erfolgt am einfachsten ebenfalls zunächst auf dem Oberband Bo und anschließend auf dem Unterband Bu.

Bei einem Zeitmultiplex-System pro Kanal ist die Frequenz­ stabilität freilaufender Oszillatoren mit einer Stabilität von ±2.5 MHz ausreichend, um die Kanalgrenzen nicht zu überschrei­ ten. Ein Sicherheitsabstand von 4.5 MHz zu den Kanalgrenzen ist dabei für die Belegung mit einem Zeitmultiplex-System vorgese­ hen (siehe Fig. 5). Die Stabilität freilaufender Oszillatoren ist jedoch noch nicht für die Übertragung ausreichend. Um die hier erforderliche Stabilität zu erreichen, ist vorgesehen, daß sich jeweils die Teilnehmer-Stationen auf die entsprechenden Peripherie-Stationen aufsynchronisieren. Dies erfolgt zunächst über eine Erstsynchronisation in einem Suchlauf und einer sich anschließenden ständigen Frequenzkorrektur über die gemessene Ablage von Synchronisationsbursts. Es folgen dann alle Teilnehmer-Stationen der Frequenz der Peripherie-Station, welche mit einer absoluten Frequenzgenauigkeit von ±2.5 MHz im Band wandern kann.

Bei zwei oder drei Zeitmultiplex-Netzen pro Kanal, vgl. Fig. 6 und 7, wird eine zunehmend höhere Frequenz-Stabilität der Peripherie-Stationen erforderlich. Hier könnte z. B. aus der Quarzfrequenz des Digitalteils ein Meßsignal zur Kontrolle der eigenen Oszillatorfrequenz abgeleitet werden. In Fig. 6 sind im Kanal i das Unterband Bu und das Oberband Bo frequenzmäßig von unten nach oben jeweils vom Zeitmultiplex-System N1 und vom Zeitmultiplex-System N2 belegt. Im System nach Fig. 7 sind im Kanal i das Unterband Bu und das Oberband Bo frequenzmäßig von unten nach oben jeweils von den Zeitmultiplex-Systemen N1, N2 und N3 belegt. fü (N1), fü (N2) und fü (N3) sind die Überlagerungsfrequenzen für die zwei ,bzw. drei Zeitmultiplex- Systeme N1, N2 und N3.

Eine höhere Zahl von Zeitmultiplex-Netzen im Kanal als drei könnte bei einer Unterdrückung der abgestrahlten Oszillator­ signale im Empfangsfall erreicht werden.

Die Nutzung der Kanäle könnte derart bei einem Vierkanal-System (Fig. 4) erfolgen, daß zunächst die beiden mittleren Kanäle K2 und K3 des gesamten Bandes verwendet werden. Diese Kanäle werden mit jeweils einem Zeitmultiplex-System belegt. Diese Systeme können mit freilaufenden Oszillatoren, mit einer Frequenzstabilität von ±2.5 MHz, betrieben werden. Dies würde bereits die Übertragung in jedem Kanal von mehreren PC′s zu mehreren Druckern ermöglichen. Die beiden äußeren Kanäle K1 und K4 können später mit "High-Performance"-Systemen mit höherer Frequenzstabilität und einer höheren Zahl von Zeitmultiplex-Systemen belegt werden.

Diese Lösung besitzt neben dem Wachstumspotential den Vorteil, daß Bandüberschreitungen durch ein System praktisch ausgeschlossen sind.

Als weiterer Vorteil sind für die ersten Systeme die Analog­ teile von Teilnehmerstation und Peripheriestation identisch. Darüber hinaus können Teilnehmerstationen der ersten Ausführung auch mit späteren "High-Performance"-Peripherie-Stationen zusammenarbeiten, falls durch einen zunehmenden Einsatz ein höherer Bedarf entsteht.

Ein durch eine Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagenes Zeitmultiplex-System wird im folgenden anhand des Zeitschemas (Zeitachse t) von Fig. 8 beschrieben. Die Organisation obliegt dabei jeweils der Station am Peripheriegerät. Diese Station sendet in regelmäßigen Zeitabständen sogenannte Synchronisa­ tionsbursts S aus. Diese Synchronisationsbursts S bestehen aus Elementen zur Bit-Synchronisation, zur Rahmen-Synchronisation, zur Kennung des Peripheriegeräts, zur Statusdarstellung und zur Quittierung.

Diese Synchronisationsbursts S werden jeweils zunächst auf dem Oberband ausgesandt und anschließend auf dem Unterband wiederholt.

Eine Teilnehmerstation, welche eine Verbindung zu einem Peripheriegerät wünscht, führt zunächst einen Abstimmvorgang aus, bis es Synchronisationsbursts S empfängt. Können Synchronisationsbursts S empfangen werden, wird zunächst ein Vergleich der empfangenen Kennung mit der gewünschten Kennung des Peripheriegerätes durchgeführt. Da mehrere Peripheriegeräte auf der gleichen Frequenz arbeiten können, erfolgt dies für alle empfangenen Synchronisationsbursts S auf der jeweiligen Frequenz. Wird die gewünschte Kennung erkannt, wird die automatische Frequenzkorrektur auf diese Synchronisationsbursts S freigegeben. Die Frequenz der Teilnehmerstation wird damit automatisch auf die Frequenz des Peripheriegeräts nachgeführt.

Nach diesem Erstsynchronisiervorgang wird die Auswertung der Synchronisationsbursts S freigegeben. Es wird zunächst durch eine Status-Auswertung festgestellt, ob das Peripheriegerät verfügbar ist. Sollte dies der Fall sein, wird in dem auf den Synchronisationsburst S folgenden Zeitschlitz eine Verbindungs­ anforderung abgesetzt. Anschließend wird geprüft, ob auf die Anforderung eine Zuteilung erfolgt ist.

Wird keine Zuteilung an die eigene Adresse erkannt und weiter­ hin ein Frei-Status der Teilnehmerstation im Peripherigerät festgestellt, wird über einen Zufallsgenerator nach einer zu­ fälligen Zahl von Synchronisationsbursts S ein erneuter Anfor­ derungsversuch unternommen. Dieses Verfahren ist erforderlich, um Anforderungskollisionen mehrerer Teilnehmer-Stationen aufzulösen.

Wird die Zuteilung erkannt, können in dem jeweils auf den Synchronisationsburst S folgenden Zeitschlitz Datenpakete D übertragen werden. Der korrekte Empfang eines Datenpaketes D wird von dem Peripheriegerät in dem jeweils folgenden Synchronisationsburst S bestätigt bzw. es wird der fehlerhafte Empfang zurückgemeldet. Kann eine positive Bestätigung von der Teilnehmerstation nicht empfangen werden, so wird das Datenpaket D erneut übertragen, bis der fehlerfreie Empfang in der entsprechenden Quittierung erkannt werden kann.

Datenpakete D werden nur gesendet, wenn in dem vorhergehenden Synchronisationsburst S die weiterhin bestehende Zuteilung an die eigene Adresse erkannt wird. Sollte dies nicht der Fall sein, so wird die Aussendung solange gesperrt, bis dies wieder der Fall ist. Ein Datenpaket D besteht aus Elementen zur Bit-Zeitsteuerung, zur Rahmen-Zeitsteuerung, zur Kennung des Personalcomputers, für die Adresse des Peripheriegeräts, zur Kennung von Daten und der Organisation, für die Daten selbst und zur Datensicherung.

Synchronisationsbursts und Datenpakete werden generell zunächst auf dem Oberband übertragen und anschließend auf dem Unterband wiederholt.

Um die gleiche Frequenz mit mehreren Verbindungen belegen zu können, wertet jede Teilnehmerstation eines Peripheriegerätes die Synchronisationsbursts S, welche sie auf ihrer Frequenz von anderen Peripheriegerät-Stationen empfängt, ebenfalls aus. Sie wählt den Zeitpunkt ihres Synchronisationsbursts dann so, daß er in die Mitte zwischen dem zeitlich vorhergehenden Burst und dem nachfolgenden Burst fällt. Diese Nachführung erfolgt nicht in einem Schritt, sondern sie wird langsam durchgeführt. Hierzu wird in einer Regelung jeweils die Abweichung zwischen dem zeitlichen Sollwert und dem zeitlichen Istwert bestimmt und nur ein Bruchteil der Differenz nachgeführt. Dies resultiert in einem Tiefpaßverhalten der Nachführung. Der Effekt dieser Maßnahme besteht darin, daß sich mehrere Peripheriegerät-Sta­ tionen auf einer Frequenz so einrichten, daß sie die gleiche Frequenz in äquidistanten Zeitabschnitten nützen und damit Kollisionen von Synchronisationsbursts S oder Datenpaketen D vermieden werden.

Sind durch die dichte Belegung einer Frequenz die Sollabstände für die Synchronisationsbursts S und Datenpakete D nicht zu halten, könnte eine automatische Reduzierung der Wiederhol­ frequenzen der Synchronisationsbursts in Betracht gezogen werden. Damit wären Datenkollisionen vermeidbar und die Datenrate für jede Verbindung würde reduziert werden. Damit würde eine automatische Anpassung der Datenrate an die Auslastung der Frequenz erfolgen.

In benachbarten Räumen kann auf verschiedenen Frequenzen bzw. Kanälen gearbeitet werden, um die gegenseitigen Beeinflussungen zu reduzieren.

Claims (31)

1. System zur Datenübertragung zwischen einem oder mehr Personalcomputern und einem oder mehr Peripheriegeräten, insbesondern Druckern, innerhalb eines Raumes, dadurch gekennzeichnet, daß bei den einzelnen Personalcomputern (1) und Peripherie­ geräten über die dort jeweiligen Schnittstellenanschlüsse mit den zu übertragenden Daten gespeiste Funk-Sende/Empfangs- Teilnehmerstationen angeordnet sind, die über den Funkweg miteinander selektiv in Verbindung treten.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilnehmerstationen im Mikrowellen-Frequenzbereich von 2400 bis 2500 MHz arbeiten.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilnehmerstationen jeweils aus einem Analogteil (2) und aus einem Digitalteil (3) bestehen, daß der Analogteil aus einer Antenne (4), aus einem mittels einer Varaktordiode abgestimmten Oszillator (5) sowie aus einem damit über einen Bandpaß (6) verbundenen Zwischenfrequenzverstärker (7) und einem Demodulator (8) zusammengesetzt ist und daß der Digitalteil als wesentliche Funktionseinheit für den Analogteil einen Digital/Analog-Wandler (9) aufweist.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels der Varaktordiode abgestimmte Oszillator (5) gemeinsam sowohl für den Sende- als auch für den Empfangsbetrieb der jeweiligen Teilnehmerstation vorgesehen ist, daß als Modulation für das Sendesignal eine über eine schwach gekoppelte Varaktordiode durchgeführte Frequenzmodu­ lation vorgesehen ist, daß mittels der Varaktordiodenabstimmung auch der Versatz zwischen der Überlagerungsfrequenz im Empfangsfall und der Sendefrequenz um die Zwischenfrequenz bewerkstelligt wird, wobei die Überlagerungsfrequenz in der Mitte des Abstimmbereichs liegt, während eine erste Sendefre­ quenz um die Zwischenfrequenz oberhalb dieser Überlagerungs­ frequenz (Oberband) und eine zweite Sendefrequenz um die Zwischenfrequenz unterhalb der Überlagerungsfrequenz (Unterband) liegt, daß der mittels der Varaktordiode abgestimmte Oszillator im Empfangsbetrieb als Überlagerungs­ oszillator im Rahmen einer selbsschwingenden Mischstufe verwendet wird, wobei über die Antenne (4) auf diesen Oszillator eingekoppelte Signale mit der Schwingfrequenz des Ozsillators als Zwischenfrequenz ausgekoppelte Mischprodukte bilden, und daß im Empfangsfall zwei einen Diversity-Betrieb ermöglichende Frequenzen gleichzeitig empfangen werden, die um die Zwischenfrequenz versetzt oberhalb bzw. unterhalb der Überlagerungsfrequenz liegen.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des durch die Varaktordiode abgestimmten Oszilla­ tors (5) eine Auswahl mehrerer Frequenzkanäle vorgenommen wird, um beispielsweise von einem Personalcomputer (1) mehrere Drucker ansteuern zu können.

6. System nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Antenne (4) ein Viertelwellenlängen-Stabstrahler mit einer Grundplatte vorgesehen ist. 7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Grundplatte der Antenne (4) und damit als Gegengewicht zum Stabstrahler das jeweilige Gerätegehäuse dient.

8. System nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne (4) unmittelbar an den Oszillator (5) angeschlossen ist.

9. System nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Oszillator (5) und der Antenne (4) ein Ringmischer (10) vorgesehen ist, der im Empfangsbetrieb konventionell betrieben und im Sendefall durch einen Gleichstrom durchgesteuert ist.

10. System nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Verfügung stehende Frequenzband, z. B. zwischen 2400 und 2500 MHz in mehrere Kanäle, z. B. vier Kanäle, aufgeteilt ist.

11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Verwendung der Kanäle einzelne Systeme abgegrenzt werden und zwar typischerweise einzelne Räume, innerhalb welcher z. B. mehrere Personalcomputer auf mehrere Drucker Zugriff haben.

12. System nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle mit einem oder mehreren Zeitmultiplex-Systemen betrieben sind, wobei die Anzahl der Zeitmultiplex-Systeme pro Kanal unterschiedlich sein kann.

13. System nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenübertragung in einem Frequenzkanal in adressierten Datenpaketen blockweise erfolgt.

14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in einer einfachen Betriebsart ein verschlüsseltes und adressiertes Datenpaket zunächst auf dem Oberband und anschließend auf dem Unterband oder umgekehrt von einem Personalcomputer zu einem Peripheriegerät, z. B. einem Drucker, abgesandt wird und daß die Teilnehmerstation am Peripheriegerät nur die an sie adressierten Datenpakete quittiert und entschlüsselt, vorzugsweise ebenfalls zunächst auf dem Oberband und anschließend auf dem Unterband bzw. umgekehrt.

15. System nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein bestimmter Sicherheits-Frequenzabstand, z. B. 4,5 MHz vom Oberband bzw. vom Unterband bis zu den Kanalgrenzen vorgesehen ist.

16. System nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die die Daten aussendende Teilnehmerstation auf eine Teilnehmerstation in einem Peripheriegerät aufsynchronisiert wird, welche die zu übertragenden Daten empfangen soll.

17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst in einem Suchlauf eine Erstsynchronisation und danach eine ständige Frequenzkorrektur über Synchronisations­ bursts vorgenommen wird, die in regelmäßigen Abständen von der empfangenden Teilnehmerstation an einem Peripheriegerät ausgesendet werden.

18. System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß auch alle übrigen Teilnehmerstationen dann der Frequenz der Teilnehmerstation des Peripheriegerätes folgen.

19. System nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von zwei oder mehr Zeitmultiplex-Systemen pro Kanal eine zunehmend höhere Frequenzstabilität des Oszillators der Teilnehmerstationen in den Peripheriegeräten erforderlich ist als bei Verwendung nur eines einzigen Zeitmultiplex-Systems pro Kanal.

20. System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß aus der für die Takterzeugung erforderlichen quarzstabili­ sierten Taktfrequenz des Digitalteils ein Meßsignal zur Kontrolle der Oszillatorfrequenz in der Teilnehmerstation eines Peripheriegerätes abgeleitet wird.

21. System nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von mehr als drei Zeitmultiplex-Systemen pro Kanal eine Unterdrückung der abgestrahlten Oszillatorsignale im Empfangsfall in den Teilnehmerstationen erfolgt.

22. System nach Anspruch 17 und einem der anderen vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisationsbursts aus Elementen zur Bit-Synchroni­ sation, zur Rahmen-Synchronisation, zur Kennung des Peripherie­ gerätes, zur Darstellung der augenblicklichen Verfügbarkeit (Status) und zur Quittierung bestehen.

23. System nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisationsbursts zunächst auf dem Oberband und dann als Wiederholung auf dem Unterband bzw. umgekehrt ausgesandt werden.

24. System nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß in einer eine Verbindung zu einem Peripheriegerät wünschenden Teilnehmerstation zunächst ein Abstimmvorgang ausgeführt wird und zwar solange, bis Synchronisationsbursts empfangen werden, daß bei Empfang von Synchronisationsbursts zunächst ein Vergleich der empfangenen Kennung mit der gewünschten Kennung des Peripheriegerätes durchgeführt wird und zwar für alle empfangenen Synchronisationsbursts auf der jeweiligen Frequenz, daß bei Erkennung der gewünschten Kennung die automatische Frequenzkorrektur auf diese Synchronisations­ bursts freigegeben und die Frequenz der Teilnehmerstation damit automatisch auf die Frequenz der Teilnehmerstation beim Peripheriegerät nachgeführt wird, daß dann die Auswertung der Synchronisationsbursts freigegeben und zunächst durch die Status-Auswertung festgestellt wird, ob das Peripheriegerät verfügbar ist, daß bei Verfügbarkeit dieses Peripheriegerätes in dem auf den Synchronisationsburst folgenden Zeitschlitz eine Verbindungsanforderung abgesetzt und anschließend geprüft wird, ob auf die Anforderung eine Zuteilung erfolgt ist, daß im Falle, daß keine Zuteilung an die eigene Adresse erkannt und ein Frei-Status des Peripheriegerätes festgestellt wird, nach einer zufälligen Zahl von Synchronisationsbursts ein erneuter Anforderungsversuch unternommen wird, daß im Falle, daß die Zuteilung an die eigene Adresse erkannt wird, in dem jeweils auf den Synchronisationsburst folgenden Zeitschlitz Datenpakete übertragen werden, daß der korrekte Empfang eines Datenpakets vom Peripheriegerät im jeweils folgenden Synchronisationsburst bestätigt bzw. der fehlerhafte Empfang zurückgemeldet wird, und daß bei Nichtempfang einer positiven Bestätigung auf Seiten der Teilnehmerstation das Datenpaket erneut übertragen wird und zwar so oft, bis der fehlerfreie Empfang auf Seiten des Peripheriegerätes in der entsprechenden Quittierung erkannt wird.

25. System nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß Datenpakete stets nur dann von der Teilnehmerstation ausgesendet werden, wenn in dem vorhergehenden Synchronisa­ tionsburst die weiterhin bestehende Zuteilung an die eigene Adresse erkannt wird, und daß bei Nichterkennung die Aussendung der Synchronisationsbursts so lange gesperrt wird, bis wieder eine Erkennung vorliegt.

26. System nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einer Teilnehmerstation bei einem Personalcomputer abgegebenes Datenpaket aus Elementen zur Bit-Zeitsteuerung, zur Rahmen-Zeitsteuerung, zur Kennung des Personalcomputers, zur Adressierung des gewünschten Peripheriegerätes, zur Kennung der Daten und Organisation, aus den Daten selbst und aus Elementen zur Datensicherung besteht.

27. System nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisationsbursts und Datenpakete generell zunächst auf dem Oberband übertragen und anschließend auf dem Unterband wiederholt werden oder generell in umgekehrter Weise.

28. System nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß in der Teilnehmerstation jedes Peripheriegerätes die Synchronisationsbursts, welche sie auf ihrer Frequenz von anderen Peripheriegeräten empfängt, ausgewertet werden und daß der Zeitpunkt ihrer Synchronisationsbursts in einer langsam durchgeführten Nachführung dann so gewählt wird, daß er in der Mitte zwischen dem zeitlich vorhergehenden Synchronisations­ burst und dem nachfolgenden Synchronisationsburst fällt.

29. System nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß in demjenigen Fall, in dem bei einer dichten Belegung einer Frequenz die Sollabstände für die Synchronisationsbursts und Datenpakete nicht zu halten sind, eine automatische Reduzierung der Wiederholfrequenzen der Synchronisationsbursts erfolgt.

30. System nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 12 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Digital/Analog-Wandler (9) im Digitalteil (3) einer Teilnehmerstation zur Abstimmung im Kanal auf eines der Zeitmultiplex-Systeme, zur Erzeugung der Sendesignale auf Ober- und Unterband und zur Kompensation der Frequenzabwanderung (Drift) des eigenen Oszillators (5) dieser Teilnehmerstation und des Oszillators in der Teilnehmerstation des Peripherie­ gerätes, mit dem eine Verbindung gewünscht ist, verwendet wird.

31. System nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Analogteil (2) einer Teilnehmerstation aus dem Digitalteil (3) dieser Station ein Standby-Signal und ein Signal "Senden/Empfang" erhält, das allerdings nur bei einer Ausführungsform der Teilnehmerstation mit Ringmischer (10) benötigt wird.

32. System nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Digitalteil (3) einer Teilnehmerstation so ausgelegt ist, daß er die Bedienung der Schnittstelle (11) zum Personalcomputer (1) mit Datenpufferung, das Verschlüsseln der Daten, die Blocksicherung der Daten bei Empfang und Senden, den Betriebsablauf und die Bedienung des Analogteils (2) übernimmt.