(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信システム内の冗長なハードウェア間のスイッチングのためのシステムであって、
第１の変調器ユニットであって、データを含む第１の信号を出力する第１の信号発生器と、該第１信号発生器に結合しており前記第１信号の送信を付勢したり消勢したりする第１のプロセッサと、を含む前記の第１の変調器ユニットと、
第２の冗長の変調器ユニットであって、同じ前記データを含む第２の信号を出力する第２の信号発生器と、該第２信号発生器に結合しており前記第２信号の送信を付勢したり消勢したりする第２のプロセッサと、を含む前記の第２の冗長の変調器ユニットと、
前記第１プロセッサに結合しており、前記第１および第２の信号の内の一方からの送信にしたがって前記第１信号の送信を独立して開始させる第１の受信機と、および
前記第２プロセッサに結合しており、前記第１および第２の信号の内の一方からの送信にしたがって前記第２信号の送信を独立して開始させる第２の受信機と、から成るシステム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムであって、前記第１および第２の変調器ユニットの双方に結合したローカルエリアネットワークを含むこと、を特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１記載のシステムであって、前記第１および第２の変調器ユニットの各々は、前記送信された第１および第２の信号からのデータを記憶するため、前記第１および第２の受信機にそれぞれ結合した受信キューを含むこと、を特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項３記載のシステムであって、前記第１および第２の変調器ユニットの各々は、前記第１および第２のプロセッサにそれぞれ結合したメッセージ・キューを含み、該メッセージ・キューは、エンコードした送信データおよび前記変調器ユニットを識別する署名の双方を記憶すること、を特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項１記載のシステムであって、前記第１および第２の信号の内の一方を選択的に遠隔の無線受信機に放送するため、前記第１および第２の変調器ユニットの双方に結合した送信回路を含むこと、を特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項５記載のシステムであって、前記第１変調器ユニットと前記送信回路との間に結合した第１のリレーと、前記第２変調器ユニットと前記送信回路との間に結合した第２のリレーとを含むこと、を特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項１記載のシステムであって、前記第１および第２の信号発生器は各各、送信データをサブキャリア信号と組み合せるサブキャリア発生器から成り、前記第１および第２の信号発生器に対する前記送信データとサブキャリア信号は互いに同じであること、を特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項１記載のシステムであって、各変調器ユニットは、
前記データを、多数のパケットであってさらに互いに組み合せてデータ・フレームを形成する前記の多数のパケットにエンコードする手段と、
固有の変調器ユニット識別署名を発生する手段と、および
前記識別署名を各データ・フレーム内に埋め込む手段と、
を含むこと、を特徴とするシステム。
【請求項９】
無線放送システム内の第１の変調器ユニットと第２の冗長の変調器ユニット間のスイッチングのための方法であって、
前記第１変調器ユニットから、データを含む第１の信号を発生するステップと、
前記第２冗長変調器ユニットから、同じ前記データを含む第２の信号を発生するステップと、
前記第１信号および前記第２信号の内の一方を、無線通信媒体を介して遠隔の受信機に放送するステップと、
前記第１および第２の変調器ユニットの多方により前記放送信号を独立してモニタするステップと、および
前記のモニタした放送信号にしたがって、前記第１変調器ユニットと前記第２変調器ユニットとの間で信号放送を選択的にスイッチングするステップと、
から成る方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法であって、前記第１信号のソースを前記第１変調器ユニットとして識別する署名を前記第１信号内に、前記第２信号のソースを前記第２変調器ユニットとして識別する署名を前記第２信号内に埋め込むステップ、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項10記載の方法であって、前記第１および第２の変調器ユニットの双方により前記放送信号内に含まれた前記署名を独立してデコードするステップ、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項11記載の方法であって、
前記放送信号内に含まれた前記データ内のエラーをモニタするステップと、
前記放送信号を発生している前記変調器ユニットから放送するのを中止するステップと、
前記エラーのあるデータを放送しない前記変調器ユニットから放送を開始するステップと、
を含むこと、を特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項９記載の方法であって、
多数のパケットであって互いに組み合せてデータ・フレームを形成する前記の多数のパケットをもつ時分割多重化したデータ・ストリームで前記データを発生するステップであって、前記パケットは、前記データ・ストリーム内の異なった場所に配置する、前記のステップと、および
前記データ・フレーム内の選択した場所において前記パケットをパッド・ビットにより分離するステップと、
を含むこと、を特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項13記載の方法であって、前記パッド・ビットに変調器ユニット識別署名を埋め込むステップを含むこと、を特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項９記載の方法であって、
前記第１および第２の信号を同時に発生するステップと、
前記放送信号を、前記第１および第２の変調器ユニットにより同時に独立してモニタするステップと、および
前記第１および第２の変調器ユニットの内の一方からの放送を選択し、その間、選択しなかった変調器ユニットをホット−スタンバイ・モードに留まらせるステップと、
を含むこと、を特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項９記載の方法であって、前記の放送信号をモニタするステップは、
無線信号送信を前記第１および第２の変調器ユニットの双方において受けるステップと、
前記の受けた信号送信からのデータを前記第１および第２の変調器ユニットの双方において記憶するステップと、
前記記憶したデータを処理して、前記信号送信のソースを識別する変調器ユニット署名を判定するステップと、
前記データおよび前記変調器ユニット署名にしたがって、前記第１および第２の変調器ユニットを送信回路に結合したり減結合したりするステップと、
から成ること、を特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項９記載の方法であって、
前記第１および第２の変調器ユニットにより同時にデータを受けるステップと、
前記第１および第２の変調器ユニットの双方において前記データを固有の変調器ユニット署名と組み合せるステップと、および
前記第１および第２の変調器ユニットの双方において前記データおよびこれと関連した変調器署名を共通のサブキャリア周波数と組み合せるステップと、
を含むこと、を特徴とする方法。
【請求項１８】
無線放送システム内の冗長なハードウェア間のスイッチングのためのシステムであって、
多数の変調器ユニットであって、各変調器ユニットが、
データを、関連した変調器ユニット署名と組み合せるプロセッサと、
該プロセッサに結合しており、前記データおよび変調器ユニット署名の双方を含むサブキャリア信号を出力するサブキャリア発生器と、
前記プロセッサと前記サブキャリア発生器の双方に結合しており、前記変調器ユニットの内の１つからの放送をモニタする受信機と、および
前記サブキャリア発生器に結合しており、前記モニタした放送にしたがって、前記サブキャリア信号の送信を選択的に付勢するリレーと、
を含む、前記の多数の変調器ユニットと、
から成るシステム。
【請求項１９】
請求項18記載のシステムであって、
全ての変調器ユニットに結合した第１の入力と、FMオーディオ信号を受ける第２の入力とを含むFM励振器と、
該FM励振器に結合した電力増幅器と、および
該電力増幅器に結合した放送アンテナと、
を含むこと、を特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は、通信システムにおける冗長ハードウェアの制御に関し、特に、冗長な変調器ユニット間のスイッチングを制御するために送信機システムからの無線データ伝送を使用することに関するものである。
特許第4,713,808号および第4,897,835号（両方ともGaskill）、特許第5,187,470号（King）、および1993年９月４日出願の係属中の特許出願第08/046,112号を含む、種々の発行された特許並びに係属中の特許出願は、デジタル・データをFMサブキャリアで送信しFMベースバンドで変調するようになったシステムを示している。そのデータは、ページャ受信機に送信し、そしてこのページャ受信機は、そのサブキャリアをFMベースバンドの残りからフィルタし、そして次にそのサブキャリア上のデータをデコードしてデジタル的にエンコードされたメッセージにする。
信頼性を増すため、上述のようなシステムは、しばしば、冗長な送信機器を使用している。例えば、図１は、Gaskill外への米国特許第4,713,808号に示された無線ページング・システムの従来技術の回路図であり、これは、冗長な変調器ユニットを使用している。
変調器ユニット18および24は各々、ローカルのクリアリングハウス設備11からの同じ伝送データを受けるようになっている。これら変調器ユニットの各各は、その伝送データを別々にエンコードして時分割多重したデータ・パケットにし、そしてこれをサブキャリア信号上で運ぶ。各変調器ユニット18および24は、リレー（図示せず）を備えていて、これが、その変調器ユニット出力を周波数変調（FM）励振器28に対し選択的に結合する。FM励振器28は、そのサブキャリア信号をFMオーディオ信号35と組み合せてFMベースバンドに乗せる。
FM励振器28からのそのFMベースバンド出力は、電力増幅器（PA）30が増幅し、そして次にアンテナ32から遠隔の受信機まで放送を行う。例えば、システム12からのデジタル・データ出力は、無線ページャ受信機に送信する。
変調器ユニット18および24は、受信機26に接続しており、この受信機26は、アンテナ32から送信される信号をモニタする。ユニット間通信バス20は、中央コントローラ（図示せず）からの一般制御情報を双方の変調器ユニット18および24に中継するのに使用する。専用の冗長性状態ライン22は、変調器ユニット18と変調器ユニット24との間に結合して、変調器ユニット動作状態の通信を行う。
変調器ユニット18がFM励振器28に有効に結合されているときには、受信機26は、アンテナ32から送信される変調器ユニット18からの出力の状態をモニタする。例えば、もしデータが正確に送信されていない場合、変調器ユニット18は故障していることになり、変調器ユニット18は、ライン22を介して信号を送信して、変調器ユニット24に対しFM励振器28に接続するよう指示する。次に、変調器18はFM励振器との接続を断つ。
変調器ユニット24は、同じデータを変調器ユニット18が出力する同じサブキャリア信号上で発生しているので、遠隔の受信機へのデータ通信は、その故障した変調器ユニット18を、バックアップの変調器ユニット24で置き換えることにより維持する。
この図１に示した冗長システムに関する問題点は、変調器ユニット18と変調器ユニット24との間において動作状態を制御するのに専用の冗長性制御ライン22を必要とすることである。制御ライン22は、変調器ユニットの電力状態、リレー状態、リレー制御、および２つの変調器ユニット18および24間のハンドシェイキング・データを供給するのに使用されている。専用の冗長性状態ライン22を使うと、各変調器ユニットのピン数、ハードウェア全体の複雑さが増すことになる。
ローカルエリアネットワーク（LAN）のような汎用の通信ネットワークは、異なった送信システム間で情報を搬送するのに有効である。しかし、LANは、故障したり、あるいは重いデータ・トラヒックの間メッセージ伝送を遅延させたりすることが頻繁にある。その結果、LANのような汎用通信ネットワークは、冗長性状態情報を伝送するのに十分な信頼性または動作性能を有していない。
したがって、ハードウェアの複雑さを増したりあるいは送信機ハードウェアの信頼性を低めたりせずに、冗長性状態情報を冗長変調器ユニットに通信するためのニーズが残っている。
発明の摘要
無線通信システムは、冗長の変調器ハードウェアのモニタおよび制御を行うため、送信したデータ信号を使用する。変調器ユニットの署名は、送信信号のデータ・ストリーム内に埋め込む。各変調器ユニットは、次に、前記送信信号をモニタして、現行の送信信号の状態およびソースの両方を判定する。
各変調器ユニットは、有効な変調器ユニットが故障しているかどうかを、データ送信信号を介して独立に判定する。故障状態においては、前記有効な変調器ユニットは、それ自身を送信回路から切断し、一方バックアップの変調器ユニットは、独立してそれ自身を送信回路に接続して有効な送信を開始する。
この無線冗長通信プロトコルは、通信をLANネットワークを介して行うときに起きる一時的故障および通信ボトルネックを取り除くことにより、信頼性を増しかつ応答時間を改善する。こも無線冗長通信プロトコルはまた、現在の変調器ユニットにおいて使用されている専用の通信ラインに必要な追加のコネクタおよびワイヤを取り除く。
１実施例においては、前記変調器ユニット識別署名は、受信機メッセージを含むデータ・パケット間に現在詰め込まれているパッド・ビットにおいて運ぶ。したがって、変調器ユニット識別は、既存のデータ・フォーマットを変えずに、データ送信信号内に埋め込まれる。
本発明の上記およびその他の目的は、特徴および利点については、添付図面を参照して進む
本発明の好ましい実施例についての以下の詳細な説明から容易に明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
図１は、冗長な変調器ユニットをもった従来技術の無線送信システムの図。
図２は、本発明による無線冗長性状態通信システムの図。
図３は、図２に示したシステムのための変調器ユニットの詳細な図。
図４は、図２に示した冗長な変調器ユニットのための通信プロトコルを示すステップ図。
図５は、ページャ・メッセージを搬送するための従来技術のデータ・フォーマットを示す図。
図６は、変調器ユニット識別署名フォーマットを示す図。
図７は、図６に示した署名の各部分をデータ・パケット間に埋め込んだデータ・フレーム内の場所を示す図。
詳細な説明
図２は、冗長性の変調器ユニット42および44をもつ無線送信システム12の図である。ワイドエリアネットワーク（WAN）36は、ランド・ライン、衛星、RFモデム等からデータを受けるようになっている。ネットワーク・アダプタ38は、WAN36からの伝送データを、LAN40で送る共通のデータ・フォーマットに変換する。ネットワーク・アダプタ38は、当業者には知られており、したがって詳細な説明はしない。
変調器ユニット42と変調器ユニット44の各々は、LAN40を介して伝送データを受け、そしてその出力が選択的に送信機回路49に結合されるが、その送信機回路49は、FM励振器28と、電力増幅器30とアンテナ32とを備えている。FM励振器28は、アンテナから送信するのと同じFMベースバンド上で、変調器ユニットからのデータ出力をライン35からのFMオーディオ信号と組み合せる。FM送信機回路は、当業者にはよく知られており、したがって詳細な説明はしない。
変調器ユニット42はアンテナ46を備え、また変調器ユニット44はアンテナ48を備え、各々独立にアンテナ32から送信する信号を受ける。以下にさらに説明するように、変調器ユニットの識別署名は、送信回路49から出力するデジタルデータ・ストリーム内に埋め込む。したがって、各変調器ユニットは、その送信信号を独立にモニタできる一方、その送信信号のソースの識別もできる。送信信号34の状態およびソースはその送信信号から直接得られるため、それら変調器ユニット間で冗長性状態データを中継するのに専用のコネクタやワイヤ（すなわち、図１の冗長性状態ライン22）は必要としない。
さらに説明すると、図３は、図２で先に示した変調器ユニット42および44の各々の詳細な回路図である。プロセッサ52は、LANライン40からの送信データを受け、そして以下に述べるように、時分割多重形データ・フレーム・フォーマットにデジタル的にエンコードするデータを発生する。このデジタル・データは、メッセージ・キュー58に記憶する。変調器ユニット識別署名は、レジスタ57に記憶し、そしてメッセージ・キュー58に記憶したデータ・フレーム内に埋め込む。メッセージ・キュー58内のこのデータは、次に、サブキャリア発生器60においてサブキャリア信号と組み合せる。リレー62は、サブキャリア発生器60からの出力を、FM励振器28（図２）に対し選択的に結合および減結合する。
アンテナ46は、アンテナ32（図２）から出力する送信信号34をモニタする受信機56に結合している。送信信号34からのデータは、受信機キュー54に記憶する。プロセッサ52は、受信機キュー54内のそのデータを読み取って、以下に述べるようにリレーを付勢すべきが消勢すべきかを判定する。受信機56は、タイミングおよび位相データをサブキャリア発生器60に対しライン59を介してフィードバックして、サブキャリア信号のためのタイミングの調節を行う。
図４は、各変調器ユニット42および44が実行する冗長性状態プロトコルを示すステップ図である。LAN40（図２）からの同じ送信データは、ステップ64において、双方の変調器ユニットが独立に、受信し、エンコードし、そして同じサブキャリア周波数と組み合せる。ステップ66は次に、どちらの変調器ユニットを最初にリレー62（図３）によって送信回路49（図２）に結合するかを決める。
どちらの変調器ユニットがデータを送信回路49を通して放送するか、を決めるために使えるいくつかの優先順位プロトコルがある。例えば、１つの変調器ユニットを、自動的にデータの送信を開始するようにプログラムすることができる。次に、プロセッサ52は、リレー62を指揮して、サブキャリア発生器60の出力を送信回路49（図２）に接続させるようにする。あるいはこの代替法として、双方の変調器ユニットが、最初に、受信機56が受ける送信データについてのチェックを行うようにもできる。もし受信機キューが別の変調器ユニットから送信されたデータを含んでいる場合、リレー62は、サブキャリア発生器60の出力を送信回路49には結合しない。
もし送信信号を受信機56が全く受けていない場合、プロセッサ52は、どの変調器ユニットのデータを現在送信していないと判定する。したがって、サブキャリア発生器60の出力を送信回路49に結合する。双方の変調器ユニット42および44が同時に送信回路に接続したりその接続を断ったりするのを防止するため、ランダム時間発生器を使用する。
データ送信が始まった後、両方の受信機はステップ68において、アンテナ32から出力される送信信号34のモニタを続行する。各変調器ユニット内のプロセッサ52は、その送信データをデコードして、どちらの変調器ユニットが現在送信回路49に結合されているかを判定する。各変調器ユニットはまた、送信信号上で搬送されるデータのテストを行う。例えば、標準のテスト・ルーチンをプロセッサ52が実行して、送信信号34が適切な時間に正しいデータで送信されているかどうかについて判定を行う。送信テスト・ルーチンは、当業者にはよく知られており、したがって詳細な説明はしない。
もしフレーム・データが正しく送信されている場合、判断ステップ70からステップ68に戻って、送信信号のモニタを続行する。もしエラーのあるフレーム・データをプロセッサ52が検出した場合、判断ブロック72で、どちらの変調器ユニットがその送信信号を出力しているかを、そのフレーム・データに埋め込まれた変調器ユニット署名を読み取ることにより判定する。
もし第１の変調器ユニットがその不良フレーム・データのソースであった場合、ステップ74では、その第１変調器ユニットのサブキャリア発生器60を送信回路49からリレー62によって切断する。第２の変調器ユニットもまた、同時にその送信信号34をモニタしている。この第２変調器ユニットは、エラーのあるフレーム・データを第１変調器ユニットが送信中であると判定する。したがって、第２変調器ユニット内のリレー62は、サブキャリア発生器60の出力を送信回路49に接続する。
各変調器ユニットは、送信回路49に結合されていないときは、“ホット・スタンバイ”モードで動作しており、このモードでは、デジタル的にエンコードしたデータのサブキャリア信号との組み合せ並びに送信信号34のモニタとの両方を続行している。したがって、各変調器ユニットは、主たる変調器ユニットが故障した場合に直ちにバックアップの信号送信を開始することができる。
図５は、無線ページャ受信機においてデータを伝送するのに使用する従来技術のフォーマットを示す図である。多数のパケット80は、連続したデータ・ストリームにデジタル的にエンコードされた時分割多重データを含んでいる。各パケット80は、240ビットのメッセージ・データと、20ビットのフラグ・フィールドとを含んでいる。多数のパケットは、互いに組み合せることにより１つのデータ・フレーム78を形成する。各データ・フレームは、異なった受信機に向ける多数のメッセージを含む。パッド・ビット82は、互いに隣接したパケット80間に選択的に詰め込んで、変調器ユニットのデータ・クロックにおけるクロック・ドリフトに対する修正を行う。データ・フレームを発生することについては、Gaskill外に説明されており、したがってこの言及により本文に含めるものとする。
図６は、図５に示したパッド・ビット82に埋め込む変調器ユニット識別署名のフォーマットである。署名は、32ビットから成っていて、この署名の開始部をマークするための８フラグ・ビット86を含んでいる。署名84はさらに、24識別（ID）ビットを含み、これは、どちらの変調器ユニットがこのデータ・フレームを現在送信しているかを識別するものである。署名84は、図６に示したのと同じシーケンスにおいて各データ・フレームで繰り返し送信する。したがって、両方の変調器ユニットは、送信故障が起きたときにはいつでも、その送信ソースを識別することができる。
図７は、アンテナ32（図２）から送信するデータ・フレームの送信時間の内の１秒の期間を示す図である。データ・パケット（１−73）は、73パケット／秒のレートで送信する。パッド・ビット90は、図６に示したように、選択したパケット１−73間に詰め込む。これにより、変調器ユニット署名の各部分を記憶するために、73の異なったパッド・ビット場所が各秒において潜在的の利用可能である。
通常、１秒の期間中には、およそ11個のパッド・ビットか、パケット間に詰め込まない。したがって、図６に示した変調器ユニット署名の各部分を送信するためには、典型的には、11個のパッド・ビットが各秒において利用可能である。例えば、パケット１と２との間のパッド・ビットは、フラグ86（図６）の第１のビットを含む。そして、パケット２と３との間のパッド・ビットが、フラグ86の第２ビットを運ぶことになり、そして残りも同様である。パッド・ビットを発生する正確なレートおよびパッド・ビットをパケット間において配置する場所は、送信機クロック並びにその他のハードウェア変数の変化によって変動する。
図６に示した変調器ユニット署名のフォーマットは、現行の変調器ユニット構成に依存して変わり得るものである。例えば、各送信システムにたった２つの変調器ユニットしか存在しない場合は、それら２つの異なった変調器ユニットを識別するには、もっと少ないビットしかID88に必要としない。したがって各変調器ユニットを識別するのにより小さなワード・サイズを使うことにより、署名84のもっと頻繁な送信を可能にできる。
このパッド・ビットは、Gaskill外において説明されているように、データ・フレーム内で既に生成されているため、冗長性制御データ（変調器ユニット署名）は、現行のデータ・フォーマットおよび伝送プロトコルを変えずに送信することができる。
本発明における各変調器ユニットは、独立して送信信号を読み取って、冗長性状態を通信する。したがって、冗長性状態を中継するのに通常必要とされる専用のハードウェアは取り除かれ、これにより、ハードウェアの複雑さは軽減する。
以上に本発明の原理についてその好ましい実施例で説明し図示したが、本発明は、その原理から逸脱せずに、構成および細部において変更が可能であることは理解されるべきである。したがって、以下の請求の範囲の精神および範囲に入る全ての変更および変形も、その保護を請求するものである。
【図５】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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