DE69323755T2 - Verfahren zum herstellen einer nachrichtenverbindung in einem digitalen schnurlosen telefonsystem - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft Duplex-Nachrichten-Verbindungssysteme und ein Verfahren zum Herstellen einer digitalen Zeitteil-Duplex-HF-Nachrichtenverbindung zwischen einer von einer Mehrzahl von tragbaren Einheiten und einer oder mehreren Basis-Einheiten, die ein schnurloses Telefonsystem bilden. Die Erfindung ist insbesondere auf das Störproblem gerichtet, das durch Verwendung einer nicht synchronisierten Übertragung bei vorhandenen synchronisierten Systemen auftritt.
• Ein derartiges System ist in seiner einfachsten Form in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt, auf die Bezug genommen wird. Das dargestellte System weist einen festen Teil in Form einer Basis-Einheit 1 und zwei tragbaren Teilen in Form von entsprechenden Handtelefonen 2, 3 auf. Jedes Handtelefon umfaßt eine Hörmuschel, ein Mikrofon und ein Tastenfeld; letzteres ist schematisch mit 4 bezeichnet. Zusätzlich enthält jedes Handtelefon einen entsprechenden Sender/Empfänger (Sende-Empfangs-Gerät) und eine zugehörige Antenne 6, 7, über die die Handtelefone mit der Basis-Einheit über HF kommunizieren können, wie durch die gestrichelten Linien 8, 9 dargestellt. Die Basis-Einheit besitzt in ähnlicher Weise eine Mehrzahl von Empfängern, deren Anzahl mindestens gleich der Anzahl von Handtelefonen ist, zusammen mit einer Antenne 5 zum Senden und Empfangen von HF-Signalen von den Handtelefonen. Die Handtelefone können miteinander Nachrichten austauschen, jedoch nur über die Basis-Einheit. Die Basis- Einheit weist ferner eine fest verdrahtete Verbindung 10 mit dem externen Telefonsystem auf, und enthält eine Schnittstellenschaltung zum Anschluß an das Sende/ Empfangs-Gerät der Basis-Einheit zur externen Telefonleitung. Die Darstellung zweier Handtelefone ist lediglich als Ausführungsform der einfachsten Art eines derartigen Systems anzusehen; es können eine große Anzahl von Handtelefonen je nach der Kapazität des Systems vorgesehen sein.
• Vorliegende Erfindung betrifft Systeme der in Fig. 1 dargestellten Art, bei der Sprache und andere Informationen, die zwischen der Basis-Einheit und den Handtelefonen übertragen und vor der Übertragung digital codiert werden, als digitale Signale übertragen und nach dem Empfang zum Reproduzieren des Originals decodiert werden. Eine begrenzte Anzahl von HF-Kanälen werden für die HF-Verbindungen 8, 9 zugewiesen, und es wird eindeutig bevorzugt, den gleichen Kanal für beide Enden einer HF-Verbindung zu verwenden - d. h. eine Duplex-Nachrichtenverbindung. Jedes Sende/Empfangs-Gerät in dem System ist in der Lage, auf einer Anzahl dieser Kanäle, wenn nicht allen, zu übertragen und zu empfangen.
• Bei digitalen schnurlosen Telefonsystemen der zweiten Generation (CT2) wird ein Stoßbetrieb-Duplex-Verfahren angewendet, um eine vollständige Duplex-Sprache auf einem einzigen Kanal unterzubringen. Dies bedeutet im wesentlichen, daß jedes Sende/Empfangs-Gerät die codierte Sprache von einem bestimmten Zeitintervall (Stoßperiode genannt) auf gerade weniger als die Hälfte des Intervalls (Stoßdauer genannt) zu komprimieren hat, um die codierte Sprache zu übertragen, und Zeit zum Empfang der rückgeführten codierten Sprache in der anderen Hälfte der Stoßperiode hat. Dieser Betrieb wird allgemein als Ping-Pong-Übertragungs-Betrieb bezeichnet. Die codierte Sprache entspricht der Sprache aus der gesamten Stoßperiode, und wird bei Empfang auf die normale Darstellung als kontinuierliche Sprache expandiert.
• Es besteht ein Bedarf an einem gemeinsamen Protokoll für den Austausch von Signalen, hauptsächlich Steuer- und Synchronisiersignalen, zwischen den feststehenden und den tragbaren Teilen des Systems. Im Falle von CT2-Systemen wurde einem derartigen Protokoll, das als Common Air Interface (CAI) bekannt ist, zugestimmt; es ist in der internationalen Patentanmeldung WO90/09071 näher beschrieben. Eine Kenntnis des Inhalts dieser Anmeldung ist für das Verständnis vorliegender Erfindung zweckmäßig. Die eigene Air Interface nach vorliegender Anmeldung stellt eine Variante der Common Air Interface dar und ist in EP-Anmeldung 0 375 361 beschrieben.
• Bei dem vereinbarten Protokoll erfolgt ein Austausch von Signalen über drei getrennte, übertragene Stoßsignal-Schemen oder -Strukturen, die zwischen den feststehenden und den tragbaren Teilen des Systems ausgetauscht werden. Diese unterschiedlichen Stoß- Strukturen sind entsprechend als MUX3, MUX2 und MUX1 bekannt, wobei die Abkürzung "MUX" für "Multiplex" steht. Zusätzlich definiert das genehmigte Protokoll drei Teilkanäle, die innerhalb der verfügbaren Datenbandbreite in Multiplex-Schaltung betrieben werden:
• i) Einen Signalisierkanal (D-Kanal),
• ii) einen Sprachkanal (B-Kanal),
• iii) einen Stoß-Synchonisierkanal (SYN-Kanal), der Bit- und Stoß-Synchronisier- Informationen enthält.
• Die Struktur der verschiedenen Multiplexer wird im einzelnen in den oben erwähnten Patentanmeldungen detailliert beschrieben. Kurzgefaßt ist die Anordnung von Teil- Kanälen innerhalb der Multiplexer wie folgt beschaffen:
• MUX1 wird in zwei Richtungen über eine bereits bestehende Verbindung zwischen einem tragbaren Teil und einem feststehenden Teil verwendet, um die D- und B-Kanäle zu führen. In MUX1 gibt es keine SYN-Kanalbits. MUX1 unterstützt beide Stoß- Strukturen mit einer Länge von 66 Bits und 68 Bits, die in dem Protokoll definiert sind. MUX 1,4 hat eine Länge von 68 Bits mit 64 B Bits und 2 D Bits an jedem Ende, und MUX 1, 2 hat eine Länge von 66 Bits mit 64 B Bits und 1 D Bit an jedem Ende.
• MUX2 wird für den Aufbau der Verbindung verwendet, ebenso zur Wiederherstellung einer vorher unterbrochenen Verbindung. MUX2 weist 34 Bits in dem SYN-Kanal auf, die zwischen 32 Bits (16 an jedem Ende) im D-Kanal angeordnet sind, d. h. insgesamt eine Länge von 66 Bits. In MUX2 sind keine B-Kanal-Bits vorhanden.
• MUX3 wird nur für die Herstellung einer Verbindung und die Wiederherstellung in Richtung tragbaren Teils zu feststehendem Teil verwendet. Eine Darstellung von MUX3 ist in Fig. 2 dargestellt; sie weist sieben Rahmen auf, die von 1-7 auf der rechten Seite nach abwärts beziffert sind, wobei die Länge jeweils 144 Bits beträgt. Davon werden die ersten fünf Rahmen 1-5 in Folge übertragen. Die Reihenfolge von Bits innerhalb eines jeden Rahmens 1-5 erfolgt von links nach rechts in der Darstellung. Die ersten vier Rahmen 1-4 enthalten D-Kanal-Bits und weisen 20 Bit D-Kanal-Wörter auf, deren jedes in zwei Abschnitte von jeweils zehn Bits aufgeteilt ist, die von Preamble (P) Bits umgeben sind. Der fünfte Rahmen weist 24 SYN-Kanal-Bits auf, die von 24 Preamble (P) Bits (12 an jedem Ende) umgeben sind. Während der Rahmen 6 und 7 wartet das Sende/Empfangs-Gerät im tragbaren Teil auf eine Antwort von einem feststehenden Teil. Die Folge wird dann wiederholt.
• Die MUX3-Folge umfaßt somit fünf Übertragungs-Stöße auf, die insgesamt 10 ms dauern; daran schließen sich zwei Stoßperioden bei abgeschalteter Übertragung an, die 4 ms dauern; während dieser Zeit arbeitet das Sende/Empfangs-Gerät im Empfänger- Betrieb. In der Praxis wird diese Folge über eine Periode von mindestens 750 ms wiederholt, oder aber solange, bis eine Verbindung hergestellt ist.
• Diese Verwendung einer Mehrfach-Wiederhol-Übertragung zum Aufbau einer Verbindung ist bekannt, und das MUX3-Protokoll, das soeben beschrieben wurde, ist nur ein Beispiel hierfür. Im Fall des CT2-Protokolls wird der feststehende Teil in Hinblick darauf beschränkt, welches Empfangs-Fenster er verwenden kann, um Übertragungen von dem tragbaren Teil zu empfangen. Der tragbare Teil muß deshalb in einer Weise übertragen, die für ein willkürliches Fenster geeignet ist, und vorher hat dies eine nicht synchronisierte Übertragung ergeben.
• In vorliegender Erfindung wird der Synchronismus des Systems logisch abgeleitet und verwendet, um das Zeitverhalten der vorher nicht synchronisierten Übertragung einzustellen, damit die Übertragung effektiv synchron gemacht wird, ohne daß ihre Form tatsächlich geändert wird. Die Technik kann sowohl für den anfänglichen Aufbau der Zweiwege-Verbindung als auch zum Wiederherstellen einer vorhandenen Verbindung, die fehlerhaft ist, verwendet werden.
• In Umgebungen mit hoher Benutzungsdichte werden Nachrichten-Verbindungssysteme so synchronisiert, daß die AM (Amplitudenmodulations-) Nachbarkanal-Störung, die durch wiederholtes An- und Abschalten von Übertragungen verursacht wird, in einem "Sicherheitsband" auftritt, das zwischen der Beendigung der Übertragung von einem Teil des Systems und dem Beginn der Übertragung von dem anderen Teil des Systems aufrecht erhalten wird. Somit wird die Nachbarkanal-Störung unschädlich gemacht. Die Verwendung einer nicht synchronisierten Anruf-Übertragung, z. B. MUX3, zum Zeitpunkt der Herstellung oder Wiederherstellung einer Verbindung bewirkt eine gegenseitige Beeinflussung, weil die Nachbarkanal-Störung nicht notwendigerweise im Sicherheitsband auftritt, sondern zu willkürlichen Zeiten während der gesamten Empfangsphase des übrigen Teils des Systems.
• Die praktische Wirkung vorliegender Erfindung besteht darin, daß es nunmehr möglich ist, die Anruf-Übertragung vorzusynchronisieren. Beispielsweise umfaßt im Falle von MUX3 die Übertragung eine Übermittlungsdauer von 10 ms, an die sich eine Empfangsdauer von 2 ms anschließt. Da die Rahmenwechselgeschwindigkeit des CAI CT2 Systems 2 ms beträgt (144 Bit Rahmengröße), wird, vorausgesetzt, daß einer der Ein/Aus-Übergänge von MUX3 mit dem System-Überwachungsband ausgerichtet ist, der entgegengesetzte Übergang ebenfalls ausgerichtet, weil die MUX3-Übertragung in Form von Blöcken gleicher Größe (2 ms; 144 Bits) als die System-Rahmenwechselgeschwindigkeit angesehen werden kann. Auf diese Weise wird MUX3 mit dem System-Überwachungsband synchronisiert und hört damit auf, als asynchrone Interferenzquelle mit den schädlichen Effekten der Nachbarkanal-Störung zu wirken.
• Damit eine Synchronisierung durchgeführt werden kann, wird die Einheit, normalerweise der tragbare Teil, der das Anruf-Signal übertragen soll, so eingestellt, daß ein geeignetes Synchronisiersignal aufgenommen wird, das benutzt wird, um das Anruf- Signal mit dem übrigen Teil des Systems zu synchronisieren. Dieses Synchronisier- Signal kann auf verschiedene Weise abgeleitet werden. Vorzugsweise wird das Synchronisier-Signal aus einem vorhandenen Signal entnommen, das innerhalb des Sy stems übertragen wird. Beispielsweise kann ein vorhandener Anruf irgendwo am System verwendet werden, um eine Synchronisier-Information abzuleiten. Andererseits kann ein angenommenes Off-Air-Synchronisiersignal verwendet werden, z. B. als Standardzeit- und Frequenzbezugs-Signal. Als weitere und bevorzugte Alternative kann ein Baken-Signal eines vorhandenen Systems verwendet werden, um die Synchronisier- Information in den tragbaren Teil einzuspeisen.
• Ein System-Baken-Signal wird durch eine oder alle der feststehenden Einheiten auf einem Kanal des Bandes ausgesendet, und wird vorzugsweise als ein Bereichsindikator verwendet, um eine tragbare Einheit wissen zu lassen, wenn sie sich im Bereich befindet; dies ermöglicht, die tragbare Einheit in die Basis-Einheit einzuführen. In dem CT2 CAI-System weist das Baken-Signal, falls es vorliegt, kontinuierliche Mehrfach- Wiederholungen von MUX2 auf, und enthält somit die Synchronisierinformation, die eine tragbare Einheit benötigt, um eine Synchronisation für das Anruf-Signal aufzubauen, das MUX3 oder äquivalent sein kann.
• Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel in Verbindung mit Fig. 3 der Zeichnung erläutert. Die Zeichnungen zeigen:
• Fig. 1 ein Blockschaltbild der einfachsten Ausführungsform eines Nachrichtensystems gemäß der Erfindung,
• Fig. 2 ein Diagramm des Signalschemas, das bei dem Anruf-Signal unter dem MUX3 Protokoll verwendet wird, und
• Fig. 3 eine Darstellung der HF-Kurvenform-Umhüllenden, die in einem typischen Nachrichtensystem nach Fig. 1 verwendet werden. Dabei zeigt Fig. 3A eine nichtsynchronisierte Anruf-Folge, Fig. 3B die normale Ping-Pong-Folge, die verwendet wird, wenn eine Verbindung hergestellt worden ist, und Fig. 3C eine synchronisierte Anruf-Folge gemäß der Erfindung.
• Verwendet man als Beispiel das MUX1/2/3-Protokoll, das vorstehend kurz beschrieben wurde, verläuft der Vorgang, der eine neue Verbindung herstellt, im einzelnen wie folgt:
• 1) Der tragbare Teil erfährt die Synchronisierung des Target-Systems, z. B. von einer System-Bake, die MUX2 auf einem der Kanäle des Bandes überträgt.
• 2) Wahlweise kann der tragbare Teil seine Frequenz auf die des Systems einstellen.
• 3) Die tragbare Einheit wählt einen Kanal aus, auf dem sein Anruf an den feststehenden Teil durchgeführt wird. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, nach denen diese Auswahl vorgenommen werden kann, die jedoch bekannt sind und nicht beschrieben werden.
• 4) Die tragbare Einheit stellt die Phasenlage ihrer MUX3-Anruf-Übertragung so ein, daß sie mit der des Systems zusammenfällt; dadurch wird sichergestellt, daß die Gefahr der Unterbrechung im System ein Minimum wird, indem die AM-Nachbarkanal- Störung innerhalb des System-Überwachungsbandes zentriert wird. Die optimale Einstellung wird angenähert so vorgenommen, daß das fünfte Bit der MUX3- Übertragung gleichzeitig mit dem ersten gültigen Datenbit in MUX2 auftritt.
• 5) Der tragbare Teil überträgt MUX3 in gleicher Weise wie bisher.
• 6) Wahlweise prüft der tragbare Teil die Synchronisierung in geeigneten Intervallen, damit eine evtl. auftretende Drift korrigiert werden kann. Für CT2 CAI würde die ungünstigste Drift im System ohne Schritt 2 einen Wert von 7,2 Bits der Drift pro Sekunde einführen. Etwa ein Bit der Drift kann toleriert werden, bevor ein Qualitätsverlust auftritt. Wird Schritt 2 eingeführt, verstreicht eine wesentlich längere Zeitperiode, bevor der kritische Wert für die Drift aufgetreten ist.
• Um einen Wiederaufbau der Verbindung nach einer fehlerhaften Betriebsstörung einer vorhandenen Verbindung zu erzielen, kann der gleiche Vorgang wie vorbeschrieben durchgeführt werden, jedoch mit der zusätzlichen Option der Verwendung der ursprünglich aufgebauten Verbindung (d. h. der Verbindung, wie sie vor der Betriebsstörung gegeben war) als Synchronisationsquelle in Schritt 1 anstatt der System-Bake. Eine Synchronisier-Information kann dauerhaft innerhalb des festen Teiles zu diesem Zweck gespeichert und zum Synchronisieren der wiederaufgebauten Verbindung verwendet werden.
• Der vorbeschriebene Vorgang ist voll kompatibel mit nicht synchronisierenden Systemen, und wird einfach auf den nicht synchronisierten Betrieb bei Fehlen einer geeigneten System-Synchronisierreferenz zurückgeführt, d. h. es werden nur die vorstehend beschriebenen Schritte 3 und 5 aufgerufen.
• Fig. 3 ist eine Zeit-Darstellung, die die vorbeschriebenen Techniken darstellt. Die Zeichnung ist in horizontaler Richtung in drei Teile unterteilt. Fig. 3A zeigt das nicht synchronisierte MUX3 Anruf-Signal aus dem tragbaren Teil; Fig. 3B zeigt die Übertragung von MUX1 oder MUX2 aus einem feststehenden Teil; Fig. 3C zeigt die MUX3- Übertragung aus dem tragbaren Teil, die in der vorbeschriebenen Weise mit den Übertragungen der Basis-Einheit synchronisiert ist.
• In Fig. 3 stellen die längeren Blöcke Stöße der Übertragung, und die kürzeren Blöcke Empfangsfenster dar. Zwischen den Übertragungs- und den Empfangs-Blöcken fallen die graphischen Darstellungen auf Null und steigen wieder an, um schematisch das Umschalten von einer Betriebsart auf eine andere darzustellen; diese Zwischenperiode weist das vorbeschriebene Überwachungsband auf. Die obere Kurvenform (Fig. 3A) ist mit der MUX1- oder MUX2-Kurvenform nicht synchronisiert, die im mittleren Teil der Zeichnung (Fig. 3B) dargestellt ist, und es zeigt sich, daß alle drei Überwachungsbänder 11, 12 und 13 in der Umschaltung von MUX3-Übertragung 14 auf Empfang 15 während der Aufnahme-Fenster 16 der MUX1/MUX2-Kurvenform auftreten, die in Fig. 3B dargestellt ist, was zu einer AM-Nachbarkanal-Störung führt. Im Gegensatz hierzu ist die untere Kurvenform (Fig. 3C) mit der MUX1/MUX2- Kurven-form, die in Fig. 3B dargestellt ist, synchronisiert, so daß eine Interferenz, die während des Umschaltens von Senden auf Empfangen in MUX3 auftritt, unschädlich ist.
• Die Gesamtlänge eines einzelnen Übertragungs-Stoß- und Empfangs-Fensters zusammen mit zugeordneten Sicherheitsbändern beläuft sich auf einen Rahmen mit einer Periode von 2 ms. Dies ist ein Teiler des MUX3-Übertragungsstosses (10 ms) und MUX3-Empfangs-Fensters (4 ms); damit ist es möglich, daß die Anrufsignal-Überwachungsbänder und die normalen Ping-Pong-Nachrichtensignal-Überwachungsbänder in Synchronismus miteinander gebracht werden können, wie in Verbindung mit Fig. 3B und Fig. 3C dargestellt.

Claims (11)

1. Verfahren zum Herstellen oder Wiederherstellen einer Zeitduplex-Nachrichtenverbindung zwischen einer aus einer Vielzahl von tragbaren Einheiten (2, 3) und einer oder mehreren Basis-Einheiten (1), die miteinander ein schnurloses Telefonsystem bilden, wobei ein Anrufsignal von einer der tragbaren Einheiten (2, 3) an die Basis-Einheit oder Basis-Einheiten (1), oder umgekehrt, gesendet wird, um eine Zweiwege-HF-Verbindung zwischen der einen tragbaren Einheit und einer der Basis-Einheiten herzustellen oder wieder herzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Senden eines solchen Anrufsignales die Einheit (2, 3), die das Anrufsignal senden soll, den Synchronismus des Systems herleitet, und die Zeitsteuerung des Anrufsignals so einstellt, daß es effektiv synchron mit dem System gemacht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Einheit (2, 3), die das Anrufsignal senden soll, so eingestellt wird, daß sie ein Synchronisiersignal empfängt, das bewirkt, daß das Anrufsignal mit dem übrigen Teil des Systems synchronisiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem beim Empfangen des Synchronisiersignals das Signal (2, 3), das das Anrufsignal senden soll, die Phasenlage des Anrufsignals so einstellt, daß sie mit der des Systems zusammenfällt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Synchronisiersignal aus einem vorhandenen Signal abgeleitet wird, das innerhalb des Systems übertragen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das vorhandene Signal aus einem vorhandenen Anruf an irgendeiner Stelle des Systems abgeleitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Synchronisiersignal die Form eines vereinbarten Off-Air-Synchronisiersignals annimmt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Off-Air-Synchronisiersignal ein Standard- Zeit- und Frequenz-Bezugssignal ist.

8. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Synchronisiersignal aus einem System- Bakensignal abgeleitet wird, das laufend von einer oder von mehreren der dem System zugehörigen Einheiten (2, 3) übertragen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das System-Bakensignal von einer oder mehreren der Basis-Einheiten (1) im System übertragen wird.

10. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die Nachrichtenverbindung zwischen den tragbaren Einheiten (2, 3) und den Basis-Einheiten (1) innerhalb des Systems mit Hilfe von Impulsen von abwechselnd auftretenden Übertragungs- und Empfangs-Fenstern mit kurzer Zeitperiode (11, 12, 13), die als Überwachungsband bezeichnet wird, zwischen dem Ende der Übertragung (14) und dem Beginn des Empfangs (15) und zwischen dem Ende des Empfangs und dem Beginn der nächsten Übertragung stattfindet, und bei dem das Anrufsignal einen Anruf-Übertragungs-Stoß aufweist, der sich mit einem Empfangs-Fenster mit einem Überwachungsband dazwischen ändert, wobei das Verfahren zum Einstellen der Zeitsteuerung des Anrufsignals so durchgeführt wird, daß jedes der Überwachungsbänder zeitlich mit einem System-Überwachungsband zusammentrifft.

11. Duplex-Nachrichtenverbindungssystem mit einer Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorausgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Senden des Anrufsignals aus einer der tragbaren Einheiten (2, 3) in die Basis-Einheit oder Basis-Einheiten (1) oder umgekehrt, um die Zweiwege-HF-Nachrichtenverbindung zwischen der einen tragbaren Einheit und einer der Basis-Einheiten aufzubauen, und bei der die tragbare Einheit (2, 3), die das An rufsignal senden soll, eine Vorrichtung zum Herleiten der Synchronisierung des Systems vor dem Senden des Anrufsignals und zum Einstellen der Zeitsteuerung des Anrufsignals aufweist, damit sie effektiv synchron mit dem System gemacht wird.