MESSAGE TRANSMISSION SYSTEM

Abstract: 1. Communication system comprising fixed transmitting/receiving stations, mobile transmitting/receiving stations capable of communicating with the fixed stations by radio, control stations each controlling a plurality of the fixed stations, and an interface facility having a plurality of the control stations connected thereto and providing the connection to a dial-telephone network, characterized in that the control stations (LS) are interconnected, and that time-division multiple access is used at least for radio communication.

Description: Nachrichtenübertragungssystem Die Erfindung bezieht sich auf ein Nachrichtenübertragungssystem mit ortsfesten Sende/Empfangsstationen und mit beweglichen Sende/Empfangsstationen, die über Funk mit den ortsfesten Stationen Nachrichten austauschen können, wobei mehrere ortsfeste Stationen von einer Leitstelle gesteuert werden, von denen wiederum mehrere mit einer Uberleiteinrichtung zu einem Fernsprechwählnetz verbunden sind. Stand der Technik Aus dem Aufsatz "Automobil Telephone Switching System" von T. Terashima et al in der Zeitschrift NEC Research and Development, No. 57, April 1980, auf den Seiten 80 bis 87, ist ein derartiges System bekannt. In diesem zellular aufgebauten System sind jeweils bis zu 32 ortsfeste Stationen einer Leitstelle zugeordnet, von denen bis zu 6 mit einer Uberleiteinrichtung verbunden sind. Nur zwischen den Uberleiteinrichtungen besteht eine direkte Verbindung untereinander. Dieses System arbeitet im Frequenzbereich bei 800 MHz mit Frequenzmultiplex als Vielfachzugriffsverfahren mit maximal 600 Kanälen im Bereich einer Leitstelle. Nur durch hohe Frequenzstabilität der eingesetzten Baugruppen und steile Kanalfilter lassen sich Nachbarkanalstörungen vermindern, was einen relativ hohen Aufwand erfordert, ebenso wie die Vermeidung von Intermodulationsprodukten durch eine nichtlineare Amplitudencharakteristik im Empfangskanal. Dazu kommt die geringe Störfestigkeit der analogen Nachrichtenübertragung. Aufgabe Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Nachrichten übertragungssystem der eingangs genannten Art anzugeben, das eine(n) kostengünstige(n) Herstellung und Betrieb insbesondere der beweglichen Sende/Empfangsstationen und einen flexiblen Ausbau auf eine sehr hohe Teilnehmerzahl gestattet und dabei gegenseitige Störungen und Störungen von anderen Funkdiensten bei einer sicheren Übertragung vermeidet und eine Unterdrückung von Störeinflüssen des Mehrwegeempfangs aufweist. Lösung Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch 1 angegebenen Mitteln. Ausgestaltungen können den Unteransprüchen entnommen werden. Beschreibung Nachstehend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 schematisch die Ebenen des Nachrichtenüber tragungssystems; Fig. 2 schematisch die Ebene einer Leitstelle; Fig. 3 ein Blockschaltbild einer beweglichen Sende/ Empfangsstation; Fig. 4 ein Blockschaltbild einer ortsfesten Sende/ Empfangsstation; Fig. 5 ein Schema für einen Zeitrahmen beim Zeit multiplexverfahren; Fig. 6 Impulsdiagramme der Spreizspektrumstechnik; Fig. 7 Impulsdiagramme beim Auftreten von Umwegsi gnalen; Fig. 8 eine Liste von Code zeichen eines m-wertigen Alphabetes; Fig. 9 ein Blockschaltbild einer weiteren beweglichen Sende/Empfangsstation; Fig.10 ein Blockschaltbild einer weiteren ortsfesten Sende/Empfangsstation; ; Fig.11 ein Blockschaltbild der Signalverarbeitung im Empfänger Fig.12 ein Blockschaltbild einer ersten Schaltung zur Erfassung aller Korrelationsspitzen der Synchronisationspräambel; Fig.13 ein Blockschaltbild einer zweiten Schaltung zur Erfassung der Korrelationsspitzen; Fig.14 ein Blockschaltbild für die Detektoren; Fig.15 ein Diagramm der Belegung der Integratoren in den Detektoren gemäss Fig. 3 und Fig.16 ein Diagramm der Signale eines Integrators. Das in Fig. 1 dargestellte Nachrichtenübertragungssystem ist in drei Ebenen aufgeteilt. Die unterste Ebene ist die Funkebene, in der mit Hilfe einer ortsfesten Sende/Empfangsstation Kommunikation mit den beweglichen Sende/Empfangsstationen in einem bestimmten Bereich betrieben wird. Die beweglichen Stationen sind durch einen dicken Punkt und die ortsfesten Stationen sind durch ein ausgefülltes Quadrat gekennzeichnet. Der ungefähre Bereich einer ortsfesten Sende/Empfangsstation ist durch eine Strichpunktierte Linie angedeutet. In der darüberliegenden Zellenebene sind jeweils mehrere ortsfeste Sende/Empfangsstationen mit einer Leitstelle verbunden. Jede Leitstelle versorgt eine Zelle. Die Leitstelle organisiert den Funkverkehr innerhalb ihrer Zelle und vermittelt die Gespräche zu einer Überleiteinrichtung weiter. Die Leitstellen sind durch ein ausgefülltes Quadrat in einem Quadrat gekennzeichnet. Die Abgrenzung der Zellen voneinander ist durch gestrichelte Linien angedeutet. In der darüber angeordneten Systemebene sind alle Leitstellen miteinander verbunden und jeweils mehreren Leitstellen ist eine Uberleiteinrichtung zugeordnet. Die Über- leiteinrichtung stellt die Verbindung zum Fernsprechwählnetz her. Die Uberleiteinrichtung kann örtlich mit einer Leitstelle verbunden sein. Die Uberleiteinrichtungen sind durch einen Kreis mit Punkten gekennzeichnet und die Abgrenzung zwischen den Gebieten der Uberleiteinrichtungen ist durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Die Verbindungen der Leitstellen miteinander in der Systemebene dienen dem Datenaustausch zwischen allen Leitstellen und damit der übergeordneten Organisation des Systems, insbesondere der Erfassung der Orts angaben der beweglichen Stationen und der Gesprächsweitergabe. Die Verbindungen zwischen den ortsfesten Sende/Empfangsstationen und den Leitstellen und zwischen den Leitstellen untereinander geschehen durch ein Breitbandübertragungsmedium. Es kann durch eine Kabelverbindung, eine optische Lichtwellenleiterverbindung oder durch Richtfunk verwirklicht werden. In Fig. 2 ist eine Leitstelle mit ihrer Zelle dargestellt. An die Leitstelle LS sind sechs ortsfeste Sende/Empfangsstationen FS angeschlossen, von denen eine am Ort der Leitstelle eingerichtet sein kann. Im Bereich einer ortsfesten Station FS ist eine bewegliche Sende/Empfangsstation MS dargestellt, die über die Funkstrecke, symbolisiert durch einen gebrochenen Pfeil, mit der ortsfesten Station FS verbunden ist. Die Verbindungen zwischen den ortsfesten Stationen FS und der Leitstelle LS sind beispielsweise aus optischen Lichtwellenleitern aufgebaut. Die Verbindung der Leitstelle LS zu den benachbarten Leitstellen La yLSy und LS ist beispielsweise durch Richtfunkstrecken ver z wirklicht. Die ortsfesten Sende/Empfangsstationen sind unter dem Gesichtspunkt einer ausreichenden Bedeckung in der gesamten Zelle angeordnet, entsprechend ist auch ihre Anzahl gewählt. Die Funkübertragung zwischen den beweglichen und den ortsfesten Stationen erfolgt im Duplexverkehr im Frequenzbereich von beispielsweise 900 MHz im Zeitmultiplex mit Vielfachzugriff. Durch organisatorische Massnahmen sorgt die Leitstelle dafür, dass keine Gleichkanalstörungen auftreten. Die ortsfesten Stationen sind in der Lage, gleichzeitig auf mehreren Kanälen im Zeitmultiplex zu kommunizieren, sie wirken aber im Gesprächsablauf nur als Relaisstation der Leitstelle. Von den ortsfesten Stationen wird festgestellt, in welchem Zuständigkeitsbereich sich die beweglichen Stationen befinden. Die Auswertung dieser Information erfolgt in der Leitstelle. Die Leitstelle LS sorgt neben der Weiterverarbeitung der Gespräche und Daten aller ortsfesten Stationen FS für die dezentrale Orqanisation aller Abläufe innerhalb ihrer Zelle. Sie entscheidet über die Zuteilung von Kanälen, über den Wechsel der bedienenden ortsfesten Station und veranlasst gegebenenfalls die Übergabe an die nächste Zelle. Dazu besitzt die Leitstelle Übertragungseinrichtungen sowie Ein richtunqen zur Datenverarbeitung und Speicher für die Teilnehmernummern im Zellbereich, die zugeordneten Kanäle, die aktiven und ruffähigen beweglichen Stationen mit deren örtlicher Position und zugehöriger ortsfester Station. Wie schon erwähnt, erfolgt die Funkübertragung im Zeitmultiplex. Bei diesem Verfahren werden Nachrichten als eine Folge von kurzen Impulsen übertragen und das zeitliche Ineinanderschachteln von Impuls folgen ergibt die verschiedenen Zeitschlitze oder Kanäle. In Fig. 3 ist das Blockschaltbild einer beweglichen Sende/Empfangsstation, die im Zeitmultiplex arbeitet, dargestellt. An ein Mikrofon 1 schliesst sich ein Analog/Digital-Wandler (A/D)2 an, der ein analoges Signal in binäre Zeichen umwandelt. Die binären Zeichen gelangen in einen Pufferspeicher 3, in dem sie solange zwischengespeichert werden, bis sie im zugewiesenen Zeitschlitz in komprimierter Form die Trägerschwingung in einem nachfolgenden Modulator 4 modulieren. Daran schliesst sich ein Sender 5 an, der über einen Sende/Empfangs-Schalter (S/E)6 auf eine Antenne 7 arbeitet, die die entsprechend aufbereitete Trägerschwingung abstrahlt. Der Modulator 4 und ein Empfänger 8 ist mit einer Frequenzerzeugung 15 verbunden, die von einem Referenzoszillator 16 gesteuert wird. An den S/E-Schalter 6 schliesst sich der Empfänger 8 an, der die empfangenen Signale in eine Zwischenfrequenz umsetzt. Im nachfolgenden Demodulator 9 werden die Signale demoduliert und in einem anschliessenden Pufferspeicher 10 zwischengespeichert. Aus diesem werden sie gespreizt ausgelesen und durch einen Digital/Analog-Wandler (D/A)11 in ein analoges Signal zurückgewandelt und durch einen Hörer oder Lautsprecher 12 wiedergegeben. Weiterhin ist ein Mikroprozessor 13 und ein Bedienteil 14 mit Anzeigen vorhanden. Der Mikroprozessor 13 übernimmt organisatorische Aufgaben wie Synchronisation auf das Zeitraster, Einstellung der Zeitschlitze, Absenden von Ruf-, Kennungs- und Quittungssignalen und Verarbeitung der von der ortsfesten Station kommenden Steuerbefehle. Er ist dazu über Steuerleitungen mit den Pufferspeichern 3 und 10 und dem S/E-Schalter 6 verbunden. In Fig. 4 ist das Blockschaltbild einer ortsfesten Sende/ Empfangsstation dargestellt. Die ortsfeste Station weist wie die beweglichen Stationen eine Antenne 7, einen Empfänger 8, einen Demodulator 9 im Empfangszweig und einen Sender 5, einen Modulator 4 im Sendezweig, sowie einen Referenzoszillator 16 und eine Frequenzerzeugung 15 auf. Ebenso ist ein Mikroprozessor 13 vorhanden, der durch Steuerleitungen mit den entsprechenden Baugruppen verbunden ist. Im Sende zweig ist vor dem Modulator 4 ein Multiplexer 77 angeordnet, der die in N Pufferspeichern 18 zwischengespeicherten mehreren Nachrichten in der richtigen zeitlichen Reihenfolge zusammenfasst. N steht hier für die Anzahl .der Zeitschlitze oder Kanäle. Die Pufferspeicher 18 sind an eine Einrichtung 19 zur Umsetzung und Weiterleitung der Nachrichten angeschlossen. Im Empfangs zweig ist an den Demodulator 9 ein Demultiplexer 20 angeschlossen, der die empfangenen zeitlich geschachtelten Nachrichten wieder auf N Pufferspeicher 21 verteilt. Die Pufferspeicher 21 sind an die Einrichtung 19 angeschlossen. Die Art der Umsetzung der einzelnen Empfangs- und Sendesignale in der Einrichtung 19 für die Weitergabe zur Leit stelle und von der Leitstelle hängt davon ab, welches Medium benutzt wird. Zu jedem Zeitpunkt ist wegen des gewählten Vielfachzugriffs im Zeitmultiplex innerhalb einer Zelle immer nur eine bewegliche Sende/Empfangsstation mit der ortsfesten Sende/Empfangsstation verbunden. Dadurch sind gegenseitige Störungen nicht möglich. Für das Zeitmultiplexverfahren wird ein Zeitrahmen mitt= 64 Zeitschlitzen gewählt, der sich periodisch mit einer Rate von 30 pro Sekunde wiederholt. In Fig. 5 ist ein derartiger Zeitrahmen und ein einzelner Zeitschlitz, der auch als Kanal bezeichnet wird, dargestellt. Der Zeitrahmen ist 1/30 Sekunde lang und enthält 64 Zeitschlitze, von denen nur die ersten drei Zeitschlitze, mit 1,2,3 gekennzeichnet, und der letzte Zeitschlitz,mit 64 gekennzeichnet, dargestellt sind. Der Zeitschlitz Nummer 2 ist vergrössert und mit einer möglichen Belegung gezeigt. Er beginnt mit einer Synchronisationspräambel, die es den Empfängern ermöglicht, sich auf die empfangene Nachricht zu synchronisieren. Eine sich anschliessende Nachrichtenpräambel enthält die zur Organisation notwendigen Daten wie Zeitschlitz- und Benutzernummer. Der nachfolgende Nachrichtenteil enthält ungefähr 2130 Bit und stellt die Sprachinformation eines Intervalls von 1/30 Sekunde Dauer dar. Daraus ergibt sich, dass die Sprachdigitalisierung mit 64 kbit/s erfolgt. Jeder Zeitschlitz endet mit einer Schutzzeit, die zur Berücksichtigung von Laufzeiten dient. Mit diesen Grössen errechnet sich eine Bitrate von ungefähr 5 Mbit/s und eine erforderliche Bandbreite von je nach verwendeter Modulationsart etwa 5 MHz. Für einen Duplex-Betrieb werden zwei derartige Frequenzbereiche benötigt. Nachstehend wird die Steuerung des oben beschriebenen Nachrichtenübertragungssystemes beschrieben. Die Abläufe der Steuerung sind wegen der vielfältigen Aufgaben sehr komplex. Neben der reinen Gesprächsvermittlung stehen beispielsweise folgende Funktionen: Kanalzuteilung und -überwachung, Weitergabe zur nächsten ortsfesten Station und Leitstelle, Erfassung der Gebühren- und Gesprächsdaten, Standorterfassung der beweglichen Stationen. Für den Bereich einer Zelle werden von der Leitstelle die verschiedenen organisatorischen Massnahmen getroffen. Die Kommunikation auf der Funkebene wird für jede bewegliche Station über nur eine ortsfeste Station abgewickelt, um Interferenzen der Signale zu vermeiden. Die Zuständigkeit einer ortsfesten Station für eine bewegliche Station wird über die Amplitude oder Laufzeit des Signals der beweglichen Station festgestellt. Entscheidungen über eine Änderung beispielsweise bei der Bewegung einer Station trifft nur die Leitstelle. Die Übergabe zwischen ortsfesten Stationen wird durch Steuerbefehle an die beiden betreffenden Stationen von der Leitstelle ausgelöst, sobald diese infolge der laufenden Fahrzeugortsbestimmung die Notwendigkeit erkennt. In der Regel ist dabei eine Änderung des zugewiesenen Kanals nicht erforderlich. Bei der Weitergabe an andere Zellen erhält immer diejenige Leitstelle die Verbindung zum öffentlichen Fernsprechnetz aufrecht, in deren Zelle das Gespräch begann. Deshalb sind hier zwei Aufgaben zu erfüllen, wenn eine Gesprächsverbindung besteht. Erstens muss die bedienende Leitstelle in Zusammenarbeit mit der Nachbarleitstelle die Übergabe an eine ortsfeste Nachbar-Station organisieren, wobei eventuell ein neuer Kanal zuzuweisen ist, und zweitens muss die "neue" Leitstelle das Gespräch auch im weiteren Verlauf an die "alte" Leitstelle weiterleiten, damit es weiterhin von dort aus ins Fernsprechnetz gelangt. Die Voraussetzung für den Verbindungsaufbau ist der Kontakt der beweglichen Station mit einer ortsfesten Station. Dieser Kontakt ist bei eingeschaltetem Gerät der beweglichen Station, auch wenn kein Gespräch geführt wird, dadurch immer gegeben, dass automatisch in gewissen Zeitabständen (z.B. alle 1...2 min) die Kennung auf einem speziellen Kanal gesendet wird. Diese Kennung wird laufend erfasst und ausgewertet. Die Leitstelle führt in einem Speicher eine Liste aller gesprächsbereiten beweglichen Stationen innerhalb der Zelle und informiert den Speicher in der Heimatzelle über den augenblicklichen Standort zellenfremder beweglicher Stationen. Nach einem Zellenwechsel werden die Listen in den beiden Leitstellen korrigiert. Ausserdem wird der Wechsel an die Heimatzelle der beweglichen Station gemeldet. Bei einem Ruf von der beweglichen Station fordert diese auf einem besonderen Rufkanal über die ortsfeste Station die Zuteilung eines Gesprächskanals. Auf diesem Gesprächskanal wird die gewünschte Rufnummer des Fernsprechteilnehmers übermittelt und die Leitstelle baut die Verbindung auf. Hebt der Fernsprechteilnehmer ab, so kommt das Gespräch zustande. Andernfalls ertönen die üblichen Zeichen (frei/besetzt). Dabei ist es für die hier betrachtete bewegliche Station unerheblich, ob der Gesprächspartner ein normales Telefon oder ein Autotelefon besitzt, da in jedem Fall über das Fernsprechnetz verbunden wird. Zum Anruf der beweglichen Station erfolgt zunächst eine Anfrage bei der aus der Rufnummer erkenntlichen Leitstelle in der Heimatzelle. Diese hat gespeichert, ob die gerufene bewegliche Station gesprächsbereit ist, und wenn ja, wo sie sich befindet. Die augenblicklich zuständige Leitstelle wird angewählt. Sie ruft die bewegliche Station auf dem besonderen Rufkanal und weist ihr einen Gesprächskanal zu, auf dem das Gespräch dann abgewickelt wird. Gute Sprachqualität erfordert bei Anwendung von Zeitmultiplex mit der PCM-Technik eine Begrenzung der Bitfehlerwahrscheinlichkeit auf etwa 10 4. Um dieses Ziel zu erreichen, ist bei Störung allein durch Gausssches Rauschen ein Verhältnis aus Bitenergie Eb und spektraler Rauschleistungsdichte No von Eb/Nown 8,5 dB erforderlich (Zweiphasenmodulation, keine Anwendung von Codierung zur Fehlerkorrektur). Aufgrund von Mehrwegeeffekten bei der Wellenausbreitung ergeben sich erhebliche Störungen, die auf Signallei s tungs schwund (Fading) sowie Nachbarzeichenbeeinflussung beruhen. In beiden Fällen sind Überlagerungen von Wellen die Ursache, die den Empfänger auf verschiedenen Wegen erreichen und aufgrund von Phasenunterschieden zu Abschwächungen der Signalamplitude und zu Verfälschungen der Phaseninformation führen können. Abhängig von der Statistik der Mehrwegeausbreitung sind Mittelwerte für Eh/NOvon etwa 40 dB notwendig, um die Bitfehlerwahrscheinlichkeit von 10 4 zu erzielen. Häufig angewandte Gegenmassnahmen sind Diversity-Verfahren, z.B. Mehrfachübertraqung und Codierung zur Fehlerkorrektur, wobei erstere vergleichsweise geringen Aufwand benötigt, aber im allgemeinen auch geringe Wirksamkeit hat Codierung zur Fehlerkorrektur ist in Verbindung mit Zeichenumordnung bei geeigneter Auslegung sehr wirksam. Neben dem Aufwand muss für die hier vorliegende Anwendung jedoch beachtet werden, dass sich Fehlerbündel wegen der geringen Dauer der Zeitschlitze von etwa 500 /uS über grosse Abschnitte der Nachrichtentelegramme erstrecken können und sich nur mit langen Codes bei niedriger Coderate (= Verhältnis der Zahl von Informationszeichen zur Codelänge) korrigieren lassen. Beiden genannten Verfahren ist gemeinsam, dass sie einsetzen, nachdem über die empfangenen Zeichen eine - möglicherweise fehlerhafte - Entscheidung getroffen wurde. Das im folgenden geschilderte Verfahren versucht dagegen, fehlerhafte Entscheidungen von vornherein zu unterdrücken. Ausgangspunkt ist die Überlegung, dass Mehrwegesignale dann nicht zu Störungen führen, wenn sie getrennt entdeckt werden können. Hierzu bieten die Spektrum-Spreizverfahren günstige Voraussetzungen. Werden Signale mit der Bandbreite B übertragen, so lassen sich ihre Ankunftszeiten mit einer Genauigkeit der Ordnung 1/B feststellen. Durch Spreizung der Bandbreite um den Faktor n schrumpft das Zeitintervall für die Entdeckung auf ein n-tel des ursprünglichen Werts. Die Spreizung der Signale wird hierbei so vorgenommen, dass die digitalisierten Signale mit einem Code multipliziert werden. Wenn die Taktfrequenz des Codes der Breite des Über- tragungsbandes entspricht, wird auf diese Weise das zunächst schmalbandige Signal über das gesamte Band gespreizt. Auf der Empfangsseite wird mit dem gleichen Code das empfangene, gespreizte Signal wieder multipliziert, nachdem eine Synchronisation in einem Korrelationsvorgang stattgefunden hat. Dadurch wird das gewünschte Signal im ursprünglichen schmalen Nachrichtenband erzeugt, während unerwünschte Signale breitbandig bleiben und dadurch nicht ausgewertet werden. Ihr Störeinfluss hängt von der Kreuzkorrelation der ver wendeten Codes ab. In Fig. 6a ist ein digitalisiertes Signal dargestellt und in Fig.6b ist ein aus gleichen sich wiederholenden Codewörtern bestehender Code zum Spreizen des Signales dargestellt. Das gespreizte Signal ist in Fig. 6c gezeigt, aus dem zu erkennen ist, dass bei einer binären Null in 6a der Code in 6b invertiert und bei einer binären Eins nichtinvertiert wird. In Fig. 7 ist ein empfangenes direktes Signal und zwei Umwegsignale mit verschiedenen Laufzeiten dargestellt. Die Zeichen des direkten Signales sind mit 1, 2, 3, 4 und die der Umwegsignale mit ' bzw. " gekennzeichnet. Darunter sind die entdeckten Signale aufgezeichnet. Es ist deutlich ersichtlich, wie Signale, die sich zeitlich überlappen, aufgrund der Bandspreizung aufgelöst werden. Die Fig. 7 zeigt allerdings auch, dass es wünschenswert ist, den Entscheidungszeitraum für jedes Zeichen so weit auszudehnen, dass möglichst wenige Umwegsignale in den Entscheidungszeitraum des nachfolgenden Zeichens fallen. So stören die Zeichen 1" und 2" die Entscheidung für Zeichen 2 bzw. 3. Demgegenüber werden sich die Zeichen 1', 2' und 3' nun nicht mehr als störend bemerkbar machen. Im Gegenteil: Für die Entscheidung stehen wegen der Mehrwegeausbreitung zwei Empfangssignale zur Verfügung, beispielsweise 1 und 1'. Der Gewinn liegt in der Verringerung der Wahrscheinlichkeit, aufgrund von Fading nicht korrekt auswertbare Signale zu empfangen. Bei einer Bitrate von 5 Mbit/s, wie sie weiter oben angegeben wurde, beträgt der Entscheidungszeitraum für jedes Bit 200 ns. Damit würden Umwegsignale mit einer Wegdifferenz von mehr als 60 m zum direkten Signal bereits in den Ent scheidungszeitraum nachfolgender Zeichen fallen. Um die Auswertung des Signalgemisches aus direktem Signal und Umwegsignalen zu verbessern, werden jeweils n Bits zu einer n-Bit-Gruppe zusammengefasst und durch ein m-wertiges Code-Zeichen ersetzt. In Fig. 8 sind für n gleich 4 in der linken Spalte die möglichen Varianten der 4-Bit-Gruppe zum Teil dargestellt und in der rechten Spalte für m gleich 16 die durch zyklische Vertauschung gewonnenen Code-Zeichen zum Teil dargestellt. Diese Massnahme erhöht die Bandbreite um den Faktor 4 (=16:4) auf etwa 20 MHz, bringt aber zwei entscheidende Vorteile. Erstens verkürzt sich das Zeitintervall für die Entdeckung um denselben Faktor, so dass Signale mit Wegedifferenzen von mehr als 15 m getrennt erkannt und ausgewertet werden können. Zweitens verlängert sich der Entscheidungszeitraum für ein Nachrichtenzeichen von 200 ns auf 800 ns, wodurch erst Umwegsignale mit einer Wegdifferenz von mehr als 240 m nachfolgende Zeichen stören können. Sollte auch bei grösseren Umwegen mit erheblichen Störungen zu rechnen sein, so können diese weitgehend unterdrückt werden, wenn sich der Code der 16-wertigen Codezeichen für die aufeinanderfolgenden 4-Bit-Gruppen z.B. nach einer Pseudo-Zufallsfolge von Zeichen zu Zeichen ändert. Jede einzelne Zelle spll die Kapazität von 64 Zeitkanälen mit beliebiger Verteilung auf die Funkbereiche voll ausnutzen können. Das bedeutet aber, dass im Übergangsgebiet zwischen den Zellen Funksignale verschiedener Zellen empfangen werden können und eine zeitliche Trennung nicht immer gegeben ist. Zur Vermeidung von Störungen werden den Zellen unterschiedliche Codes für die 16-wertigen Code-Zeichen zugeordnet. Da die Anzahl der verwendbaren Codes mit guten Korrelationseigenschaften begrenzt ist, wiederholen sich die Codes in einer gewissen, von den Ausbreitungsbedingungen abhängigen Entfernung. In Fig. 9 ist das Blockschaltbild einer beweglichen Sende/Empfangsstation, die im Zeitmultiplex unter Anwendung der Spreizspektrumstechnik in jedem Zeitschlitz arbeitet, dargestellt. Hierzu ist die bewegliche Station gemäss Fig. 3 erweitert worden und alle gleichen Schaltkreise sind mit dem gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher nicht mehr im einzelnen beschrieben. An den Pufferspeicher 3 schliesst sich ein Modulator 22 an, der auch von einem Code-Generator 23 und einem ZF-Generator 24 gesteuert wird. Das digitale Signal vom Pufferspeicher 3 tastet z.B. bei einer Zweiphasenmodulation die Phase des Signales des ZF-Generators 24 um, das anschliessend mit dem zum jeweiligen Zeitschlitz gehörenden Code des Code-Generators 23 multipliziert und dadurch gespreizt wird. Das Ausgangssignal des Modulators 22 gelangt auf den Sender 5, der mit der Frequenzerzeugung zur Umsetzung in ein hochfrequentes Signal verbunden ist und von dort über den S/E-Schalter 6 auf die Antenne 7 zur Abstrahlung. Nach dem Empfänger 8 ist ein Demodulator 25 angeordnet, der auch von einem Codewort-Synchronisator 26 gesteuert wird. Das empfangene und im Empfänger 8 umgesetzte Signal wird zuerst mit dem Codewort in einem Korrelationsvorgang synchronisiert und dann multipliziert, um die Spreizung wieder aufzuheben. Das erhaltene im ursprünglichen schmalen Nachrichtenband liegende Signal wird an den Pufferspeicher gegeben und wie schon beschrieben letztlich im Lautsprecher wiedergegeben. In Fig. 10 ist das Blockschaltbild einer ortsfesten Sende/ Empfangsstation dargestellt, die im Zeitmultiplex unter Anwendung der Spreizspektrumstechnik arbeitet. Hierzu ist die ortsfeste Station gemäss Fig. 4 erweitert worden und alle gleichen Schaltkreise sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher nicht mehr im einzelnen erläutert. An den Multiplexer 17 schliessen sich N Modulatoren 27 an, die auch von einem ZF-Generator 28 und von einem der N Codes gesteuert werden. Die N Codes werden in einem Code-Generator 29 erzeugt. Die Signale 1 bis N des Multiplexers 17 tasten in den Modulatoren 27 z.B. bei einer Zweiphasenmodulation die Phase des ZF-Generators 28 um und werden anschliessend mit dem jeweiligen Code des Code-Generators 29 multipliziert und dadurch gespreizt. Die Signale der Modulatoren gelangen wie beschrieben zur Antenne 7 und werden abgestrahlt. Nach dem Empfänger 8 sind N Demodulatoren 30 mit Codewort Synchronisatoren angeordnet, an die auch die N Codes des Codegenerators 29 angelegt sind. Das vom Empfänger 8 abgegebene Signal wird in den Demodulatoren 30 zuerst mit dem jeweiligen Codewort in einem Korrelationsvorgang synchronisiert und dann multipliziert, um die Spreizung wieder aufzuheben. Die nun wieder schmalen Signale 1 bis N gelangen in den Demultiplexer 20 und werden wie schon beschrieben weiterverarbeitet. Die Funkstrecke zwischen den beweglichen Stationen und der ortsfesten Station ist der störempfindliche Teil des gesamten Übertragungsweges. Neben der schon beschriebenen Mehrwegeausbreitung beeinträchtigen das Nutzsignal hier noch Rauschen, spektrale Anteile aus benachbarten Frequenzbändern und gleichzeitige Signale aus anderen Zellen. Deshalb ist eine leistunqsfähige Signalverarbeitung im Empfänger eine der wesentlichen Grundlagen für das Funktio nieren des Systems. In Fig. 11 ist daher die im Empfänger vorgesehene Einheit zur Rückgewinnung des ausgesendeten Signales dargestellt. Vom Empfänger 8 gelangt das Signal an 17 Korrelatoren 31, wenn m gleich 16 für das Code-Zeichen gemäss Fig. 8 ist, die auch von einem Code-Generator 37 gesteuert werden. Von den 17 Korrelatoren 31 dient einer der Synchronisation der Zeitschlitze und wird für die Ablaufsteuerung 32 der Zeitschlitze benötigt. Die anderen 16 Korrelatoren 31 vergleichen das empfangene Signal mit den 16 Codeworten des 16-wertigen Alphabets. Dabei können benachbarte Zellen zur Unterscheidung jeweils einen anderen Satz von Codeworten benutzen. Wenn es wegen starker Signale mit langen Umwegen von mehr als 240 m erforderlich ist, kann der Code dieses Alphabets von einer zur anderen 4-Bit-Gruppe pseudostatistisch wechseln. Auf die Korrelatoren 31 folgen 16 Detektoren 33, welche Maxima in der Autokorrelationsfunktion erkennen. Eine nachfolgende Entscheidungsstufe 34 wählt aus allen erkannten Maxima das grösste heraus und definiert das dem entsprechenden Korrelator zugeordnete Codewort als das mit höchster Wahrscheinlichkeit gesendete Zeichen. Ein nachgeschalteter Wandler 35 erzeugt die zugehörige 4-Bit-Gruppe und führt sie dem Zwischenspeicher zu. Dieser liefert die während eines Zeitschlitzes eingegangenen Signale an seinem Ausgang mit einem kontinuierlichen Strom von 64 kbit/s ab. Die weitere Verarbeitung hängt davon ab, in welchem Gerät sich diese Signalverarbeitungseinheit befindet. In der beweglichen Station erfolgt eine Umwandlung des digitalen über ein analoges in ein akustisches Signal, während die ortsfeste Station die digitalen Zeichen umsetzt und, bei Weiterleitung über einen Lichtwellenleiter, elektrisch/ optisch wandelt. Bei dieser Art der Auswertung geschieht die Abtastung der Korrelatoren zur Wiedergewinnung des gesendeten Zeichens zum Zeitpunkt der grössten Korrelationsspitze im Synchronisationskorrelator. Durch Umwegsignale beim Mehrwegeempfang ergeben sich weitere Korrelationsspitzen, die nicht benutzt werden. Wenn die Umwegsignale beim Mehrwegeempfang genutzt werden, dann ergibt sich eine erhöhte Übertragungsqualität. Wegen des damit verbundenen erhöhten Aufwandes ist es auch denkbar, diesen Aufwand nur bei Feststationen und dort nur bei solchen in besonders kritischen Gebieten zu treiben. Gleichzeitig sollte dann die Sendeleistung dieser Stationen über der der beweglichen Stationen liegen, um eine für beide übertragungsrichtungen ausgewogene Qualität zu erreichen. In Fig. 12 ist ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Erfassung aller Korrelationsspitzen der Synchronisationspräambel dargestellt. Die Synchronisationspräambel gelangt vom Empfänger 8 an zwei in Reihe geschaltete Korrelatoren 31a und 31b zur Synchronisation. Der erste Korrelator 31a dient dabei gleichzeitig als Verzögerungsleitung für den zweiten Korrelator 31b und beide sind an die teilweise dargestellte Ablaufsteuerung 32 angeschaltet. Das Korrelationsergebnis des ersten Korrelators 31a gelangt an einen Hüllkurvendemodulator 38a, dem ein Maximumdetektor 39 und eine Reduzierstufe 40 nachgeschaltet ist. Das Korrelationsergebnis des zweiten Korrelators 31b gelangt an einen Hüllkurvendemodulator 38b. Die Ausgänge der Hüllkurvendemodulatoren sind an eine Vergleichs- und Auswahlstufe 41 angeschlossen, der ein weiterer Maximumdetektor 42 nachgeschaltet ist. Am Ausgang des Maximumdetektors 42 können die Ankunftszeiten ti von relevanten Umwegsignalen, auch Pfade genannt, abgenommen werden und stehen für den Empfang der Zeichen zur Verfügung. Das auf diese Weise gewonnene Mehrwegeprofil bildet sich im zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung des Korrelators für die Synchronisation ab. Die Verzögerungszeit des Korrelators 31a muss so gross gewählt werden, dass das Korrelationsergebnis des stärksten Pfades vorliegt, wenn die Ausgangssignale des Korrelators 31b zum Vergleich in der Vergleichsund Auswahlstufe 41 anstehen. Aus dem Korrelationsergebnis des stärksten Pfades wird ein Schwellwert für die Vergleichsund Auswahlstufe 41 abgeleitet. Der Schwellwert dient dazu, im Rauschen oder wenig darüber liegende Korrelationsspitzen zu unterdrücken. Der Maximumdetektor 39 ermittelt das absolute Maximum der Korrelationsspitzen, während der Maximumdetektor 42, dem auch die Empfangszeit zugeführt wird, die Ankunftszeiten der den Schwellwert überschreitenden Spitzen ermittelt. Die Reduzierstufe 40 bildet aus dem Pegel des stärksten Pfades den Schwellwert, mit dem das Mehrwegeprofil in der Vergleichs- und Auswahlstufe verglichen wird. Wenn die Synchronisationspräambel zweimal mit einer dazwischen liegenden und einer nachfolgenden Pause ausgesendet wird, dann kann eine einfachere Schaltung zur Erfassung aller Korrelationsspitzen eingesetzt werden, die in Fig. 13 dargestellt ist. Der Korrelator 31 ist an den Empfänger 8 angeschlossen und sein Ausgang ist mit der teilweise dargestellten Ablaufsteuerung 32 verbunden. Darin ist ein Hüllkurvendemodulator 38 vorhanden, dem ein Maximumdetektor 39 für den absoluten Wert, eine Reduzierstufe 40, eine Vergleichsund Auswahlstufe 41 und ein Maximumdetektor 42 für den lokalen Wert nachgeschaltet ist. Am Ausgang des Maximumdetektors 42 können wieder die Ankunftszeiten ti der relevanten Pfade abgenommen werden. An den Hüllkurvendemodulator 38 ist ein vom Maximumdetektor 39 gesteuerter Schaltkreis 43 zur Durchschaltung der zweiten Synchronisationspräambel auf die Vergleichs- und Auswahlstufe 41 angeschlossen. Mit Hilfe der ersten Synchronisationspräambel werden das absolute Maximum des Mehrwegeprofils sowie der Schwellwert bestimmt. Aus der Korrelation der zweiten Synchronisationspräambel werden dann die Ankunftszeiten der relevanten Pfade bestimmt. Da der Korrelator und der Hüllkurvendemodulator zweimal nacheinander benutzt werden, ist der Aufwand im Vergleich zur Schaltung gemäss Fig. 12 kleiner. Die benötigten Auswertezeiten sind in beiden Schaltungen gleich gross. In Fig. 14 ist das Blockschaltbild eines Detektors 33 für eine mehrfache Abtastung der empfangenen Zeichen dargestellt. Von den vorhandenen 16 Korrelatoren 31 und Detek toren 33 ist nur jeweils einer dargestellt, um eine einfache Darstellung zu haben. 16 Korrelatoren und Detektoren sind vorhanden, weil im gewählten Beispiel ein m=16 wertiges Alphabet genommen wurde. Der Korrelator 31 gibt sein Signal an einen Hüllkurvendemodulator 44, an den vier Reihenschaltungen eines Schalters 45a-d mit einem Integrator mit Nullsetzung In1 4 und einem weiteren Schalter 46a-d parallel angeschlossen sind. Der Ausgang dieser Parallelschaltungen ist an die Entscheidungsstufe 34 angeschlossen. Mit dieser Schaltung wird eine inkohärente Integration der Korrelationsergebnisse der Zeichenkorrelatoren durchgeführt. Die Parallelschaltung von vier Integratoren mit Nullsetzung erlaubt es, die Integration über einen Zeitraum von vier m-wertigen Codezeichen durchzuführen. Es sei bspw. m = 16 und die Dauer eines Codebits betrage 100 ns. Die Zeichendauer ist 1,6 ps und die Integrationszeit ist 6,4 ps. Die Schalter 45 und 46 werden von der Ablaufsteuerung gesteuert und dienen zur zeitlich richtigen Übergabe der Korrelationsergebnisse an die Integratoren und zur Übergabe der Integrationsergebnisse an die Entscheidungsstufe 34. In den Fig. 15 und 16 ist die zeitliche Abfolge der Vorgänge an den Integratoren mit Nullsetzung in Diagrammen dargestellt. Der Zyklus jeder der dargestellten vier Reihenschaltungen erstreckt sich über einen Zeitraum von vier m-wertigen Codezeichen. Die Zyklen sind untereinander um jeweils eine Zeichendauer versetzt. Am Beginn jedes Zyklusses ist jeder Integrator auf Null gesetzt. Zu den Kor relationszeiten jedes der in Fig. 15 angenommenen fünf Pfade des Mehrwegefeldes ist der Schalter 45 für eine kurze Zeit geschlossen. Hierdurch werden die Korrelationsergebnisse aufsummiert. Am Ende des Zyklusses erfolgt durch Schliessen des Schalters 46 die Übergabe des Integrationsergebnisses an die Entscheidungsstufe 34. Die Entscheidungsstufe 34 wählt aus den M gleichzeitig eingehenden Werten den grössten aus und schätzt so das gesendete Zeichen. Eine Anmerkung ist zur Laufzeitdifferenz zwischen dem ersten und dem letzten zu integrierenden Pfad nötig. Jeder Pfad liefert aufeinanderfolgende Zeichen mit der Dauer m . Hierbei bedeutet m die Codebitanzahl des Codezeichens und < die Dauer eines Codebits. Bei einer Sprachrate von 32 Kb/s und dem schon angeführten Wert von m = 16 ergibt sich cr=30MHz = 100 ns. Daraus folgt für m ''tl r = 1,6 ps. Mehrwegeprofile im Mobilfunk erstrecken sich jedoch bis zu 6 ps, in Extremfällen bis etwa 10 ps. Da ein Integrator pro Korrelator etwa 6 ps belegt sein kann, müssen für die in der Zwischenzeit eintreffenden Zeichen weitere Integratoren zur Verfügung stehen. Im genannten Beispiel genügen vier Integratoren pro Korrelator: der erste startet bei to, der zweite bei to + 1,6 ps, der dritte bei to + 3,2 ps und der vierte bei to + 4,8 ps. Zur Zeit von to + 6,4 ps ist der erste Integrator dann wieder verfügbar. Mit Hilfe der Integratoren lässt sich auch eine Amplitudengewichtung vornehmen. Hierzu werden den Integratoren bspw. mehrere diskret gestufte Integrationszeitkonstanten zur Verfügung gestellt. Die einfachste Art der Amplitudengewichtung besteht darin, nur die Ergebnisse solcher Pfade zu integrieren, die etwa leistungsgleich sind, und dabei die Integrationszeitkonstante nicht zu verändern. Ob eine oder mehrere Abtastungen der Korrelatoren für die Zeichen erfolgt, lässt sich durch die Höhe des Schwellwertes in der Ablaufsteuerung einstellen. Bei einer sehr hohen Schwelle erfolgt nur eine Abtastung bei der maximalen Korrelationsspitze. Bei einer abgesenkten Schwelle erfolgt je nach den auftretenden Korrelationsspitzen eine mehrfache Abtastung.

Claims: Patentansprüche 1. Nachrichtenübertragungssystem mit ortsfesten Sende/ Empfangsstationen und mit beweglichen Sende/Empfangs stationen, die über Funk mit den ortsfesten Stationen Nachrichten austauschen können, wobei mehrere ortsfeste Stationen von einer Leitstelle gesteuert werden, von de nen wiederum mehrere mit einer Überleiteinrichtung zu einem Fernsprechwählnetz verbunden sind, dadurch gekenn zeichnet, dass die Leitstellen (LS) miteinander verbunden sind und dass mindestens der Funkverkehr im Zeitmultiplex mit Vielfachzugriff erfolgt. 2. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überleiteinrichtung mit einer der Leitstellen (LS) örtlich vereint ist. 3. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Leitstelle (LS) Mittel vor handen sind, die die Zuteilung von Kanälen im Zeit multiplex an die ortsfesten Stationen (FS), den Wechsel der bedienenden ortsfesten Station (FS) und die übergabe einer Verbindung einer beweglichen Sende/Empfangsstation (MS) an eine benachbarte Leitstelle (LS) steuern. 4. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die beweglichen Sende/Empfangsstationen (MS) bei eingeschaltetem Gerät sich auf das empfangene Zeitraster synchronisieren und in Zeitabständen ihre Ken nung auf einem dafür vorgesehenen Kanal senden, und dass in der zugehörigen Leitstelle (LS) aus der Laufzeit der Kennungen die Entfernung der beweglichen Stationen (MS) von der zugehörigen ortsfesten Station bestimmbar ist. 5. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, dass die jeweils aktuellen Aufenthaltsbereiche der aktiven beweglichen Sende/Empfangsstationen (MS) in ihrer Heimatleitstelle in einem Speicher eingeschrieben sind. 6. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass 64 Zeitschlitze für den Vielfachzugriff im Zeitmultiplex vorgesehen sind. 7. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die ortsfesten Sende/Empfangsstationen (MS) mit ihren zugehörigen Leitstellen (LS) durch ein Breit bandübertragungsmedium, insbesondere eine optische Licht wellenleiterverbindung, verbunden sind. 8. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass in jedem Zeitschlitz (N) der Zeitmultiplex übertragung die Übertragung in Spreizspektrumstechnik er folgt. 9. Nachrichtenübertragungssystem.nach Anspruch 8, dadurch ge kennzeichnet1 dass jeweils n zu übertragene Bits zu einer n-Bit-Gruppe zusammengefasst sind und durch ein m-wertiges Codezeich en codiert sind. 10. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, dass in benachbarten Leitstellen (LS) ver schiedene Codes der m-wertigen Codezeichnen benutzt werden. 11. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, dass sich der Code der m-wertigen Codezeichen für aufeinanderfolgende n-Bit-Gruppen nach einer Pseudo Zufallsfolge von Gruppe zu Gruppe ändert. 12. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeichnet,dass in jedem Zeitschlitz (N) alle auftretenden Korrelationsspitzen der Synchronisations-Präambel (n) in einem oder zwei Synchronisations-Korrelatoren (31) ermittelt werden und dass m Zeichenkorrelatoren vorgesehen sind, die für jedes Zeichen mindestens zu den Zeitpunkten abgetastet werden, die den Zeitpunkten der grössten Korrelationsspitze der Präambel entsprechen. 13. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Korrelationsspitzen und Auswahl der grössten Korrelationsspitze die Synchroni sations-Präambel zweimal ausgesendet wird. 14. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 32, dadurch ge kennzeichnet, dass zur Ermittlung der Korrelationsspitzen und Auswahl der grössten Korrelationsspitze die Synchronisations Präambel einmal unverzögert und einmal verzögert ausgewertet wird, wobei die Ermittlung in zwei hintereinander geschal teten Korrelatoren (31a, 31b) erfolgt. 15. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 12, dadurch ge kennzeichnet, dass bei mehrmaliger Abtastung die Abtastwerte in den Zeichenkorrelatoren (31) nachgeschalteten Detektoren (33) aufsummiert werden. 16. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 15, da durch gekennzeichnet, dass die mehrfache Abtastung beim Auftreten von mehreren annähernd gleichen Kor relationsspitzen erfolgt. 17. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 15, da durch gekennzeichnet, dass die Abtastwerte am Ausgang der Korrelatoren (31) für die Zeichen gewichtet auf summiert werden. 18. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 17, da durch gekennzeichnet, dass die Aufsummierung durch In tegratoren (ID) erfolgt, die zu Beginn jedes Zyklus ses auf Null setzbar sind. 19. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 18, da durch gekennzeichnet, dass zur Gewichtung der Abtast werte die Integratoren (ID) auf verschiedene Inte grationszeitkonstanten einstellbar sind. 20. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 18, da durch gekennzeichnet, dass mehrere Integratoren (ID14) parallel geschaltet sind, die nacheinander zu be stimmten Zeiten einschaltbar sind.

Inventors: ECKERT, KLAUS-DIETER, ECKLUNDT, HINRICH, HOFGEN, GUNTER, KREUTZER, PETER, LANGEWELLPOTT, ULRICH, Höfgen, Günter
Applicants: INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, STANDARD ELEKTRIK LORENZ AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1982
Main classification: H04Q7
IPC codes: H04J13, H04W88