DE69330158T3

DE69330158T3 - Gerät und Verfahren für drahtlose Kommunikation

Info

Publication number: DE69330158T3
Application number: DE69330158T
Authority: DE
Inventors: John David O'Sullivan; Graham Ross Daniels; Terence Michael Paul Percival; Diethelm Ironi Ostry; John Fraser Deane
Original assignee: Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO
Current assignee: Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO
Priority date: 1992-11-27
Filing date: 1993-11-24
Publication date: 2013-01-31
Anticipated expiration: 2013-11-25
Also published as: DE69330158T2; ES2156867T3; EP0599632B1; EP0599632A3; EP0599632A2; ES2156867T7; ATE200720T1; AU5180693A; AU666411B2; GR3036146T3; DK0599632T3; US5487069A; DE69330158D1; EP0599632B3; JP3438918B2; PT599632E; JPH06296176A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft lokale Netzwerke (”local area networks” LAN), die es Vorrichtungen mit Rechnerfähigkeit ermöglichen, miteinander zu kommunizieren, und insbesondere ein drahtloses, lokales Netzwerk, in dem die Vorrichtungen durch Funkübertragungen kommunizieren.
In den letzten Jahren ist der Personalcomputer ein zunehmend wichtiges Gerät in Wirtschaft und Handel geworden, und viele Arbeitnehmer verbringen nun einen Großteil ihres Arbeitstages mit der Bedienung solcher Computer. Ebenso strukturieren Wirtschaftsunternehmen ihre Geschäfte zunehmend derart, dass ihre Arbeitnehmer über einen Personalcomputer oder ein entsprechendes Endgerät, das an ein lokales Netzwerk angeschlossen ist, das sich über oder durch die Büroumgebung zieht, nicht nur Zugriff auf Information erlangen können, sondern sogar müssen.
Bisher wurden solche lokalen Netzwerke entweder durch elektrische Leiter oder optische Faser bereitgestellt, und dies setzt voraus, dass das Bürogelände stark verkabelt ist. Diese Verkabelung muss zum Beispiel angepasst werden, wenn Trennwände in einem Büro verändert werden sollen. Zusätzlich kann die Verkabelung, die für eine Klasse oder einen Übungsraum erforderlich ist, wo eine große Anzahl von Personalcomputern auf kleiner Fläche bedient wird, ziemlich umfangreich sein.
Ferner war ein steigender Trend in jüngster Zeit der Verkauf mobiler oder tragbarer Vorrichtungen mit Rechnerfähigkeit. Dazu zählen sowohl Laptops/Notebooks als auch Taschencomputer. Während der primäre Anreiz für den Kauf eines solchen Computers die Möglichkeit ist, seine Rechnerleistung außerhalb der normalen Büroumgebung zu nutzen, entsteht, sobald ein tragbarer Computer gekauft ist, der Wunsch, die Tragbarkeit innerhalb des Bürogeländes zu nutzen, so dass der Benutzer des tragbaren Computers den Computer mitnehmen und zum Beispiel in den eng benachbarten Büros von Kollegen benutzen kann und dennoch weiterhin imstande ist, Zugriff auf das LAN der Betriebsorganisation zu erlangen, das sich über mehrere benachbarte Gebäude in der Art einer Anlage erstrecken kann.
Dies ist zwar durch Steckverbinder möglich, mit welchen der tragbare Computer eines Bedieners an einer bestimmten Stelle in das Büro-LAN eingesteckt werden kann, was aber im Allgemeinen unpraktisch ist, da das LAN möglicherweise in einem einzigen Büro nicht zwei oder mehr Anschlusspunkte bereitstellt, der Computer somit seine Tragbarkeit einbüßt und so weiter.
Daher entsteht der Bedarf an einem LAN, an welches solche tragbaren Vorrichtungen durch eine drahtlose oder Funkverbindung angeschlossen werden können.
Solche drahtlosen LANs sind bekannt, waren aber bisher deutlich auf geringe Datenübertragungsraten begrenzt. Um eine weitverbreitete Akzeptanz in der Geschäftswelt zu erlangen, muss daher eine relativ hohe Übertragungsrate erreicht und somit auf einer relativ hohen Frequenz in der Größenordnung von 1 GHz oder mehr übertragen werden. Wie in der Folge erklärt wird, treten bei einer Funkübertragung bei so hohen Frequenzen zahlreiche einzigartige Probleme auf.
Ein drahtloses LAN, das im Handel erhältlich ist, ist jenes, das von Motorola unter dem Handelsnamen ALTAIR (Warenzeichen) vertrieben wird. Dieses System arbeitet bei etwa 18 GHz, wobei aber die maximale Datenübertragungsrate auf etwa 3–6 MBit/s begrenzt ist. Ein nützlicher Überblick über dieses System und die Probleme eines drahtlosen Empfangs bei diesen Frequenzen und in ”Büroumgebungen” findet sich in ”Radio Propagation and Anti-multipath Techniques in the WIN Environment”, James E. Mitzlaff, IEEE Network Magazine, November 1991, S. 21–26.
Dieser Konstruktionsdesigner schließt, dass die unzureichende Leistung und die übermäßige Größe, die hohen Kosten und der Stromverbrauch der Hardware, die für ein adaptives Entzerren selbst eines 10 MBit/s Datensignals erforderlich ist, derart sind, dass die Probleme einer Mehrwegübertragung in Wireless In-Building Network (WIN) Systemen damit nicht gelöst werden können. Ebenso verbrauchen Spreizspektrumtechniken, die auch zur Bekämpfung von Mehrwegproblemen verwendet werden können, eine zu große Bandbreite (300 MHz für 10 MBits/s), um effektiv zu sein. Eine Datenrate von 100 MBits/s würde unter Anwendung dieser Technologie daher 3 GHz Bandbreite verbrauchen.
Statt dessen ist die Lösung, die von Motorola^TM und Mitzlaff entwickelt wurde, ein Richtantennensystem mit 6 Strahlen für jede Antenne, woraus sich 36 mögliche Übertragungswege ergeben, die von dem Systemprozessor periodisch geprüft werden, um den Weg ”bester Qualität” zu orten und die Antenne entsprechend ”umzuschalten”. Dieses Verfahren erhöht das Volumen und die Kosten des Systems erheblich. Dieses Verfahren ist im Wesentlichen die Umsetzung eines Mehrwegübertragungsproblems in eine Einwegübertragungsumgebung durch die Verwendung von Richtantennen.
Ein Artikel von Buchholz et al. mit dem Titel ”Wireless In-Building Network Architecture and Protocols” (Protokolle der Supercomm/ICC 92, Juni 1992, Band 2, Seiten 1025 bis 1030) offenbart ein drahtloses Netzwerk zur Verwendung in Gebäuden, bei dem das Problem einer Mehrwegübertragung in einer begrenzten Umgebung, die gegenüber zeitlich variierendem, frequenz-selektiven Schwund und Symbolinterferenz empfindlich ist, durch die Verwendung von sechs Richtantennen gelöst wird. Zur Vermeidung von Fehlern werden die Daten auch unter Anwendung einer Technik segmentiert, die als ”Time Division Duplex” (TDD) bekannt ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines drahtlosen LAN in einer begrenzten Mehrwegübertragungsumgebung mit einer hohen Bitrate, obwohl der Kehrwert der Daten- oder Informationsbitrate (der ”Datenperiode”) in Bezug auf die Zeitverzögerungsdifferenzen zwischen signifikanten Übertragungswegen kurz ist.
Aspekte der Erfindung sind in den begleitenden Ansprüchen dargelegt.
Die Übertragung kann unter Anwendung einer oder mehrerer der folgenden Techniken verstärkt werden, nämlich der interaktiven Kanalsondierung, der Vorwärts-Fehlerkorrektur mit ausreichender Redundanz für eine nicht-interaktive Korrektur, der Modulation mit ausreichender Redundanz für eine interaktive Fehlerkorrektur durch Neuübertragung von wenigstens ausgewählten Daten, und der Auswahl der Zuordnung von Daten zwischen Subkanälen.
Die Funkübertragung kann auch in kleine Datenpakete unterteilt sein, von welchen jedes in einem Zeitraum übertragen wird, in dem die Übertragungseigenschaften über den vorbestimmten Bereich relativ konstant sind.
Die Kodierung der Daten kann auf einer Gruppe von Trägern durchgeführt werden, die jeweils einen Subkanal bilden und eine unterschiedliche Frequenz aufweisen, wobei die Modulation jedes einzelnen Trägers vorzugsweise eine mehrstufige Modulation der Trägeramplitude und/oder -phase (mQAM) ist. Die Modulationsfamilie mQAM enthält die Amplitudenumtastung (ASK), die Mehrebenen-ASK (mASK), die Permutationsmodulation, die Binärphasenumtastung (BPSK), die Mehrebenenphasenumtastung (mPSK), die Amplitudenphasentastung (APK), die Mehrebenen-APK (mAPK) und dergleichen.
Es werden nun Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, von welchen:
1 eine schematische Draufsicht auf ein Büro ist, die Mehrwegübertragungen von Hochfrequenzen von mindestens 10 GHz zeigt, die durch Reflektionen verursacht werden;
2 eine Graphik der empfangenen Leistung als Funktion der Zeit für eine Impulsübertragung ist, welche die empfangenen Signale mit verringerter Größenordnung zeigt, die auf Grund der Möglichkeit einer Mehrwegübertragung verzögert sind;
3 eine Graphik der empfangenen Amplitude von stationären Signalen als Funktion der übertragenen Frequenz ist, wobei dieses Merkmal selbst zeitabhängig ist;
4 ein schematisches Diagramm ist, das ein lokales Netzwerk zeigt, das eine Mehrzahl von Netzknoten (”Hub”) enthält, von welchen jeder mit mobilen Sender(n)/Empfänger(n) in einer entsprechenden Zelle kommunizieren kann;
5 ein schematisches Blockdiagramm der Schaltungsanordnungen in jedem Netzknoten und mobilen Sender/Empfänger ist;
6 ein ausführlicheres Blockdiagramm ist, das einen Teil des mobilen Senders/Empfängers von 5 zeigt;
7 ein ausführlicheres Blockdiagramm des Rahmenbildner-, FEC- und Modulatorabschnittes 32 des Übertragungsweges des mobilen Senders/Empfängers von 6 ist;
8 ein ausführlicheres Blockdiagramm des Rahmenbildner-, FEC- und Demodulatorabschnittes 33 des Übertragungsweges des mobilen Senders/Empfängers von 6 ist; und
9 ein ausführlicheres Blockdiagramm des mm-Wellensenders 36 und -empfängers 35 des mobilen Senders/Empfängers von 6 ist.
1 zeigt in schematischer Form einen Raum 1 in einer typischen Büroumgebung, der Möbelstücke 2 und einen Sender 3 und einen Empfänger 4 enthält. Für Funkübertragungen mit einer Frequenz von mehr als 10 GHz entsteht ein Mehrwegübertragungsmodus vom Sender 3 zum Empfänger 4. Reflektionen von den Wänden (Boden und Decke) des Raumes 2, den Möbelstücken 2 und dergleichen innerhalb des Raumes 1 führen zu den Mehrwegübertragungen.
Wie in 2 dargestellt, bewirken die Mehrwegübertragungen, dass der Empfänger 4 ein unverzögertes Signal 5 empfängt, das sich direkt vom Sender 3 zum Empfänger 4 bewegt hat, sowie eine Anzahl verzögerter Signale 6, die etwas später nach dem Empfang des unverzögerten Signals 5 empfangen werden. Die Größenordnung der verzögerten Signale 6 ist für gewöhnlich etwas abgeschwächt. Unter gewissen Umständen kann auch die Größenordnung des unverzögerten Signals 5 abgeschwächt sein, manchmal stärker als bei einigen verzögerten Signalen 6.
Infolge der verzögerten Signale 6 muss die Zeitdauer, in welcher ein einziges Symbol übertragen wird (die Symbolperiode) deutlich länger als die Verzugszeit sein, so dass die empfangenen Echos eines ersten Symbols den Empfang eines folgenden Symbols nicht maskieren. Diese Anforderung hat der Rate, mit welcher Daten in einer solchen Umgebung übertragen werden können, eine strenge obere Grenze gesetzt.
Ferner ist die Büroumgebung, wie in 3 dargestellt ist, keineswegs für Funkübertragungen gut. 3 zeigt eine typische Kanalkennlinie über einen kurzen Zeitraum, welche die Größenordnung des empfangenen Signals als Funktion der Frequenz in dem 1 GHz Band zwischen 60 und 61 GHz zeigt. Es ist erkennbar, dass die empfangene Amplitude keineswegs konstant ist, und dass insbesondere bei verschiedenen Frequenzen ein Schwund auftritt. Ferner, wie durch gestrichelte Linien in 3 dargestellt ist, schwankt die Frequenz, bei welcher ein Schwund auftritt, als Funktion der Zeit auf Grund von Bewegungen im Raum. Ein solcher Kommunikationskanal wird als Kanal mit zeitlich variierendem, frequenz-selektiven Schwund bezeichnet.
Ebenso, aber auf andere Weise, sind Kommunikationskanäle sowohl in Telephon- als auch Fernfunkverbindungen bekannt und verschiedene Kunstgriffe, die allgemein als Entzerrung bekannt sind, werden zur Lösung der Probleme verwendet, die bei solchen Kanälen auftreten. Da jedoch in diesen Bereichen ein derartiger Schwund auf sich ändernde Temperaturen oder atmosphärische Bedingungen zurückzuführen ist, ändert sich die Schwundeigenschaft relativ langsam, sobald solche Telephon- oder Fernfunkverbindungskanäle eingerichtet sind. Ebenso kann bei Telephonanwendungen die Tatsache genutzt werden, dass die Kanalverschlechterung im Allgemeinen nahe dem Zentrum des Kanals gering ist, wenn die Entzerrung vorgenommen wird. Dies trifft auf ein Büro oder eine Umgebung im Rauminneren nicht zu.
Vielmehr kann in der zuvor beschriebenen Büroumgebung die Änderung in der Übertragungskennlinie, die durch die gestrichelten Linien in 3 dargestellt ist, zum Beispiel durch die einfache Tatsache verursacht werden, dass jemand eine Aktentasche öffnet, die auf einem Tisch liegt. Der gehobene Deckel der Aktentasche bewirkt eine Veränderung in der Kennlinie. Ähnliche äußerst kurzfristige Änderungen können verursacht werden, wenn sich der Empfänger 4 selbst bewegt, oder sich andere Objekte bewegen, wie Türen, die geöffnet werden, Menschen, die sich bewegen, und dergleichen. Natürlich kann sich auch der Sender 3 bewegen. Dies schafft eine sehr ungünstige Umgebung, in welcher die gewünschten Funkübertragungen stattfinden sollen. Insbesondere gibt es innerhalb des 1 GHz Bandes keinen bevorzugten Kanal oder vielmehr garantierten Kanal.
Es wäre möglich, die obengenannten Schwierigkeiten durch die Verwendung einer starken Richtantenne zu lösen, so dass alle Übertragungswege außer dem direkten Weg eliminiert werden. Der Versuch, eine derartige Antenne mechanisch auszurichten, die ihrerseits an einem tragbaren Computer befestigt ist, ist jedoch kommerziell nicht attraktiv.
4 zeigt in schematischer Form die allgemeine Anordnung eines drahtlosen LAN gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Eine Mehrzahl von Netzknoten 8 und mobilen Sendern/Empfängern 9 sind vorgesehen. Die Netzknoten 8 sind durch eine Hauptarterie 10 verbunden, welche die Form von entweder elektrischen Leitern oder eines optischen Faserkabels aufweisen kann. Wie durch eine gestrichelte Linie in 4 dargestellt ist, kann die Hauptarterie 10 eine Schleife bilden. Nach Wunsch kann die Hauptarterie 10 an andere Computer 7 angeschlossen sein, und, falls erwünscht, über ein Gateway 11 an das öffentlich geschaltete Telephonnetzwerk 12. In einer typischen Anordnung wäre jedes Büro (oder jedes Büro in jedem Gebäude einer Anlage) mit einem einzigen Netzknoten 8 ausgestattet, der mit dem oder jedem der mobilen Sender/Empfänger 9 in dem Raum kommuniziert. Die Hauptarterie 10 kann sich entweder über die gesamte abzudeckende Fläche erstrecken, oder die Fläche kann durch die Verwendung mehrerer Gateways und mehrerer Hauptarterien abgedeckt sein. Der effektive Bereich des Senders/Empfängers innerhalb des Netzknotens 8 ist so angeordnet, dass im Wesentlichen nur dieser Raum abgedeckt ist. Der begrenzte Übertragungsbereich für den Netzknoten 8 schafft eine entsprechende Zelle 13, wie durch die gestrichelte Linie in 4 dargestellt ist. Für einen großen Raum, wie einen Hörsaal in einem Lehrinstitut, kann die Länge des Raumes erfordern, dass der Raum mit zwei Netzknoten 8 ausgestattet wird, wobei in diesem Fall zwei teilweise überlappende Zellen 13 innerhalb des einen Raums vorhanden wären.
Wie in 5 erkennbar ist, sind für den Netzknoten-Sender/Empfänger 8 zahlreiche Komponentenblöcke vorgesehen. Diese weisen die Form einer Netzwerk-Schnittstelle 20, eines Pufferspeichers 21, eines Rahmenbildner-, Vorwärts-Fehlerkorrektur-(FEC-) und Modulationsabschnittes 22, eines Rahmenbildner-, Vorwärts-Fehlerkorrektur- und Demodulationsabschnittes 23, eines IF-(Zwischenfrequenz-)Systemabschnittes 24, eines mm-Wellenempfängers 25, eines mm-Wellensenders 26 und einer Antenne 27 auf, die in ihrem Strahlungsmuster ausreichend weit ist, um die gesamte Zelle auszuleuchten. Die Antenne 27 kann dieses Ergebnis statisch oder dynamisch (mit elektronischer oder mechanischer Strahlsteuerung) erreichen. Alle diese Einheiten sind an einen Steuerungs- und Zeitgeberabschnitt 28 angeschlossen und durch diesen bedienbar. Zusätzlich werden all von einer Stromversorgung 29 gespeist, die mit Wechselstrom betrieben wird.
Entsprechende Teile des mobilen Senders/Empfängers 9 sind mit um 10 höheren Bezugszeichen in 5 und auch in 6–9 angegeben. Der mobile Sender/Empfänger 9 hat eine batteriegespeiste Stromversorgung 39. Dies ist wegen der Verwendung von Galliumarsenidvorrichtungen geringer Leistung in dem Empfänger 35 und insbesondere Sender 36 möglich.
Es wird festgehalten, dass die Antenne 37 vorzugsweise eine steuerbare Antenne ist, die durch den Steuerungs- und Zeitgeberabschnitt 38 elektronisch gesteuert werden kann, so dass die Übertragungen zu und von den mobilen Sendern/Empfängern 9 zumindest teilweise zu dem entsprechenden Netzknoten 8 gerichtet werden.
Diese Antenne verbessert den Rauschabstand auf der drahtlosen Verbindung und schwächt die verzögerten Signale ab, wodurch die Mehrwegleistung verbessert wird.
Ein ausführlicheres Blockdiagramm eines Teiles des Senders/Empfängers 9 ist in den 6–9 dargestellt. In 6 ist die allgemeine Anordnung des Senders/Empfängers 9 (mit Ausnahme der Endgerätschnittstelle 30 und des Pufferspeichers 31) dargestellt. Eine Zwischendetailstufe ist für den Empfänger 35 und Sender 36, das Zwischenfrequenzempfangssystem 34 und den Empfangsdemodulator 33 und das Zwischenfrequenzsendesystem 34 und den Sendemodulator 32 gegeben. Alle Einzelheiten der Modulation sind in 7 dargestellt und jene der Demodulation in 8.
In 7 ist der Übertragungswegrahmenbildner-, FEC- und Modulierungsabschnitt 32 von 5 und 6 ausführlich dargestellt. Von dem Pufferspeicher 31 von 5 wird ein binärer Datenstrom zu einem CRC-(”cyclic redundancy check” – zyklische Blockprüfung)Generier- und Anfügeblock 40 gesteuert. Der Ausgang dieses Blocks 40 oder jener eines Paketende-Mustergenerators 41 wird selektiv einem Rate-1/2-TCM-(”trelliskodierte Modulation”)Kodierer 42 eingegeben. Der Ausgang des Kodierers 42 wird wiederum einer Dibit-Verschachtelungseinrichtung 43 eingegeben, deren Ausgang wiederum einem QPSK-Kodierer 44 eingegeben wird, der eine Differentialkodierung auf einer blockweisen Basis durchführt. Der Ausgang des QPSK-Kodierers 44 und eines Synchronisierungsanfangsblockgenerators 45 werden in einem Rahmenassemblier- und Nullfüllzeicheneinsetzblock 46 kombiniert, so dass die Blöcke zusammengefügt und vier Nullfüllzeichen eingesetzt werden, so dass sechs Träger an jeder Seite von, aber nicht übereinstimmend mit, der Mittelfrequenz generiert werden.
Die zusammengefügten Blöcke werden dann durch eine inverse schnelle Fourier Transformationsvorrichtung 47 (”inverse fast Fourier transform” – IFFT) geleitet, die eine komplexe 16-Punkt-IFFT anwendet. Das erhaltene Signal wird durch einen Block-Parallel-Seriell-Umsetzer- und zyklischen Erweiterungsblock 48 geleitet, um die seriellen Blöcke mit einer 4-Punkt zyklischen Erweiterung korrekt zu sequenzieren. Das Ergebnis wird dann über Digital/Analog-Wandler 49, 50 zu der Zwischenfrequenzstufe 34 von 5 und 6 geleitet.
Auf dem Empfangsweg des Rahmenbildner-, FEC- und Demodulationsabschnittes 33 von 5 und 6 werden im Wesentlichen die umgekehrten Verfahren ausgeführt, wie in 8 ausführlich dargestellt ist. Das von der Zwischenfrequenzstufe 34 empfangene Signal wird durch die Analog/Digitalwandler 60, 61 geleitet und von dort zu dem zyklischen Extrahier- und Blockassemblierer 62. Das erhaltene Signal wird durch die schnelle Fourier Transformationsvorrichtung 63 geleitet, um das im Wesentliche dekodierte Signal bereitzustellen. Dieses Signal wird dann gleichzeitig zu einem Block-Disassemblierer und Nullfüllzeichen-Entferner 64 und zu einem Synchronisierungsrechner und -detektor 65 geleitet, der Nachrichtenanfangs-, Nachrichtenende- und Symbolzeitsteuerungssignale bereitstellt. Diese werden zu der Steuerungs- und Zeitgeberungseinheit 38 von 5 und 6 geleitet.
Der Ausgang des Block-Disassemblierers und Nullfüllzeichenentferners 64 wird zu einem Demodulator/Detektor 66 geleitet, der die notwendige Weichentscheidung, blockweise Differentialdemodulation und Detektion ausführt Der erhaltene Ausgang wird zu einer Entschachtelungseinrichtung 67 und dann zu einem TCM-Dekodierer geleitet, der auch ein Weichentscheidungsdekodierer ist. Der Dekodiererausgang wird sowohl zu dem Pufferspeicher 31 von 5 als auch zu einem CRC-Akkumulator und Prüfer 69 geleitet. Diese letztgenannte Vorrichtung erzeugt ein Fehlersignal für die Steuerungs- und Zeitgebereinheit 38 von 5 und 6, wenn die Demodulation/Dekodierung die Übertragungsdaten nicht richtig wiederhergestellt hat.
Mit Bezugnahme nun auf 9 führt von der Antenne 37 ein schematisch dargestellter zweiseitiger Verstärker 71 über ein Filter 72 zu einem Spiegelselektionsmischer 73.
Der zweiseitige Verstärker 71 kann durch die Verwendung eines eigenen Übertragungsverstärkers und eines eigenen Empfängerverstärkers, wie dargestellt, gebildet werden, die zwischen der Antenne 37 und dem Filter 72 durch geeignete Schalter unter der Steuerung der Steuerungs- und Zeitgebereinheit 38 von 5 und 6 angeschlossen sind.
Der Spiegelselektionsmischer 73 empfängt ein 58 GHz Signal von einer lokalen Oszillatoreinheit (LO) 74. In der bevorzugten Form weist der erste lokale Oszillator (LO) eine Frequenz von 58 GHz auf, wodurch ein Zwischenfrequenzband von 2–3 GHz erhalten wird. In dem bevorzugen Ausführungsbeispiel, das in 9 dargestellt ist, wird dieses Signal durch Verdoppeln des Ausgangssignals eines 29 GHz-Oszillators erhalten. Es ist auch bevorzugt, eine gewisse Form von Frequenzstabilisierung an diesem Oszillator durchzuführen, entweder durch die Verwendung eines externen Frequenzdiskriminators, wie in 9 dargestellt, eines stabilen internen Resonators, oder einer gewissen Form von Frequenz/Phasenregelschleife.
Der Spiegelreflektionsmischer 73 ist sowohl an das Empfangs-IF-System 34 als auch an das Sende-IF-System 34 angeschlossen und kann von beiden durch die Verwendung eines geeigneten Schalters unter der Steuerung der Steuer- und Zeitgebereinheit 38 von 5 und 6 benützt werden. Die Verwendung des Filters 72 sorgt für eine zusätzliche Spiegelselektion.
Aus 6–9 ist ersichtlich, dass die bevorzugte Form der Modulation nicht nur die Kodierung, sondern auch eine schnelle Fourier-Transformation und deren Inverses beinhaltet. Der Sender/Empfänger 35, 36 wird vorzugsweise durch eine oder mehrere monolithische integrierte Schaltungen gebildet. Ferner kann zur Verringerung des Stromverbrauchs in dem mobilen Sender/Empfänger 9 der Steuerungs- und Zeitgeberabschnitt 38 jeden mobilen Sender/Empfänger 9 herabschalten, außer wenn dieser sendet oder empfängt. Dies wird durch ein Abfrageschema bestimmt, das von den Netzknoten-Sendern/Empfängern 8 ausgelöst wird. Zum Beispiel kann der Netzknoten 8 mit jedem mobilen Sender/Empfänger 9 kommunizieren und abfragen, ob Daten zu übertragen sind oder ein Zugriff auf andere Teile des LAN erforderlich ist. Diese Abfrage der verschiedenen Stationen kann eine von zahlreichen Standardtechniken umfassen, wie den Zeitvielfachzugriff, ALOHA oder Schlitz-ALOHA, das zeitlich gesteuerte Token-Verfahren, Bewilligungsanfrageschemen oder andere anwendbare Techniken.
Die Übertragungen von den verschiedenen Sendern/Empfängern 8 und 9, die das Netzwerk bilden, müssen nicht unbedingt mit derselben Bitrate erfolgen, da einige Teile des Netzwerkes nur eine geringere Übertragungsgeschwindigkeit benötigen (z. B. Drucker), während andere eine sehr hohe Übertragungsgeschwindigkeit brauchen. Dieses Ausführungsbeispiel ermöglicht die Verwendung einer Vielzahl von Übertragungsraten in einem kompatiblen Netzwerk. Dadurch können kostengünstige Sender/Empfänger 9 und/oder solche mit geringem Stromverbrauch für Drucker oder Rechnervorrichtungen mit geringer Datenrate verwendet werden.
Zur Bereitstellung einer Hochgeschwindigkeitsbitübertragungsrate in einer feindlichen Funkumgebung wie zuvor beschrieben, werden mindestens zwei (und vorzugsweise drei) Techniken gleichzeitig verwendet. Die erste Technik ist die Übertragung über eine relativ große Anzahl paralleler Subkanäle innerhalb der verfügbaren Bandbreite, so dass jeder Kanal eine geringe Bitrate hat, aber die totale oder gesamte Bitrate hoch ist. Diese Streuung durch Erhöhung der Symbollänge löst das Problem der Verzugszeit und verringert somit die Probleme, die durch eine Symbolinterferenz verursacht werden.
Die zweite Technik beinhaltet die Übertragung der Daten in kleinen Paketen mit einer gewissen Form von Datenzuverlässigkeitsüberwachung und/oder -steigerung, wie der Vorwärts-Fehlerkorrektur (FEC). Die Länge des Pakets hängt von dem Verfahren der Datenzuverlässigkeitssteigerung und der Feindseligkeit der Umgebung ab. Ausreichend kleine Pakete lösen das Problem der raschen Zeitänderung der Kanalkennlinien.
Die dritte Technik ist die Verschachtelung (die in der Folge beschrieben wird), die im Wesentlichen eine weitere Datenzuverlässigkeitssteigerung ist. Diese Technik verbessert die Leistung vieler FEC-Schemen, indem sie die Probleme löst, die durch Nullen in der Frequenzantwort des Kanals verursacht werden.
In der günstigsten Umgebung kann die Verwendung nur der Gruppenmodulation (der ersten Technik) ausreichend sein, um ein angemessenes Ergebnis zu erzielen. Solche Umgebungen werden jedoch selten vorgefunden und daher sollte in der Praxis die zweite Technik in Kombination mit der ersten Technik angewendet werden.
Die anfängliche Form der zweiten Technik ist die Datenzuverlässigkeitssteigerung durch automatische Wiederholanforderung (ARQ). Die maximal zulässige Paketlänge, die gewählt werden kann, ist jene, die eine praktische Wahrscheinlichkeit einer fehlerfreien Übertragung garantiert. Mit zunehmender Feindseligkeit der Umgebung sollten auch entweder eine Kanalsondierung oder eine Redundanzanordnung, wie eine Vorwärts-Fehlerkorrektur (FEC), und/oder Datenredundanz und/oder Permutationsmodulation verwendet werden. Falls notwendig, können sowohl Kanalsondierung als auch die Redundanztechnik(en) angewendet werden.
In Bezug auf die erste dieser Techniken haben typische Zeitverzögerungen auf Grund von Mehrwegübertragungen wegen der Dimensionen von typischen Räumen die Größenordnung von 50 ns. Bei einer gewünschten Bitrate in der Größenordnung von 100 MBit/s bedeutet dies, dass die Bitperiode 10 ns ist, was nur 20% der Verzugszeit ist. Wenn die Übertragung jedoch in zum Beispiel 12 Subkanäle unterteilt ist, bedeutet dies, dass zum Erreichen einer Bitrate von insgesamt 100 MBit/s jeder Kanal eine Bitrate von etwa 8,3 MBit/s aufweisen muss. Wenn 12 Bits kodiert und als Symbol gesendet werden, liegt die Symbolzeit in der Größenordnung von 120 ns und ist somit länger als die Verzugszeit. Die Wahl der optimalen Anzahl von Subkanälen hängt von der Umgebung ab.
In Bezug auf die zweite Technik kann wegen Kanals mit Schwund nicht von allen Subkanälen erwartet werden, dass sie erfolgreich übertragen. Aus diesem Grund ist für eine Datenfehlerkorrektur vorgesorgt. Diese weist zahlreiche Formen auf. Die erste ist eine Redundanz, die für das Erfassen von Fehlern ausreichend ist, so dass es zu einer anschließenden Neuübertragung von zumindest ausgewählten Daten kommen kann, wobei jene Informationspassagen, die nicht korrekt empfangen wurden, erneut gesendet werden. Die Neuübertragung erfolgt nicht unbedingt über denselben Subkanal oder Kanal. Die zweite ist eine Vorwärts-Fehlerkorrektur mit einer Redundanz, die für eine nicht-interaktive Korrektur ausreichend ist. Eine dritte ist eine Permutationsmodulation, wie eine Mehrfachtonamplitudenumtastung mit eingebauter Redundanz. Jede dieser Techniken ermöglicht dem Demodulator die Korrektur eines relativ kleinen Prozentsatzes an Fehlern in den empfangenen Bits.
Die bevorzugte Modulationsart in jedem Subkanal ist die Mehrebenenmodulation einer Trägeramplitude und/oder Phase (mQAM). Die Modulationsfamilie mQAM enthält die Amplitudenumtastung (ASK), die Mehrebenen-ASK (mASK), die Permutationsmodulation, die Binärphasenumtastung (BPSK), die Mehrebenenphasenumtastung (mPSK), die Amplitudenphasentastung (APK), die Mehrebenen-APK (mAPK) und dergleichen.
Sender/Empfänger 9 für Vorrichtungen wie Drucker, die eine Übertragung geringerer Bitrate benötigen, können die Techniken verwenden, die eine geringere Spektraleffizienz bieten, wie die Amplitudenumtastung (ASK).
Ein Variante von ASK über eine Gruppe von Trägern wird als Permutationsmodulation bezeichnet. In diesem Schema ist die Übertragung m-wertig, wobei ein übertragenes Symbol logt m-binäre Digits kodieren kann. Dem Kanal ist ein Alphabet von m-Symbolen zugeordnet. Jedes Symbol überträgt eine eingebaute Redundanz, so dass, wenn mehrere der Symbole fälschlicherweise auf Grund der schlechten Eigenschaft des entsprechenden Teils des Kanals empfangen werden, noch eine korrekte Entscheidung gefällt werden kann, welches der zulässigen Symbole übertragen wurde.
Eine Wahl der Symbole mit geeigneter Orthogonalität kann unter Verwendung einer Reihe allgemein bekannter Informationstheorietechniken oder durch eine Computerabfrage nach den richtigen Kodes getroffen werden. Auf Grund der hohen Redundanz und begrenzten Bandbreiteneffizienz der Permutationsmodulation ergibt dieses System keine hohe Spektraleffizienz (ausgedrückt in Bits/Hz). Für das System des dargestellten Ausführungsbeispiels kann diese geringer als 0,25 Bits/Hz sein. Es ist jedoch relativ einfach zu implementieren und wird somit vorzugsweise in einem kostengünstigen Sender/Empfänger 9 mit geringem Stromverbrauch für zum Beispiel Drucker verwendet, die mit den Ausführungsbeispielen mit höherer Leistung kompatibel sind, die in der Folge beschrieben werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Mehrfachträgerschemas ist die Phasenmodulierung jedes Trägers unter Anwendung einer Phasenumtastung (PSK). In einfachen Ausführungsbeispielen ist dies eine binäre Phasenumtastung (BPSK), wobei zwei Phasenoptionen übertragen werden, oder eine Quadratur-Phasenumtastung (QPSK), wobei vier Phasen übertragen werden. Nach Bedarf kann jede höhere Anzahl übertragen werden.
In dem BPSK-Ausführungsbeispiel wird unter Eingliederung der Vorwärts-Fehlerkorrektur der bei einer Bitrate ”b” einkommende binäre Datenstrom unter Anwendung eines herkömmlichen Vorwärts-Fehlerkorrekturschemas kodiert, wie zum Beispiel der Reed-Solomon- oder Faltungskodierung, ohne darauf beschränkt zu sein. Eine solche Kodierung erhöht die Anzahl der zu übertragenden Bits um einen Faktor ”r”, welcher der Reziprokwert der Koderate ist. Der kodierte Strom, bei einer Bitrate b. r., wird dann in ”p” parallele Wege unterteilt, und jeder Weg zur BPSK-Modulierung eines eigenen Trägers in der Gruppe verwendet, wodurch eine effektive Symboldauer auf der Funkverbindung von p/(b.r.) Sekunden erhalten wird.
Das erhaltene Signal wird dann über den Kanal gesendet und von der anderen Einheit empfangen, wobei auf Grund der frequenzselektiven Eigenschaft des Kanals einige Kanäle fehlerfrei sind und andere eine möglicherweise deutliche Fehlerrate aufweisen.
Die empfangenen Träger werden demoduliert und die einzelnen Bitströme kombiniert (oder aggregiert), um einen kodierten Datenstrom mit möglichen Fehlern (vorwiegend von den schlechten Subkanälen) zu bilden, der dann von einer Vorrichtung (wie einem Reed-Solomon- oder Viterbi-Dekodierer) dekodiert wird. Alle Fehler in dem empfangenen Signal werden für gewöhnlich durch dieses Dekodierverfahren vollständig korrigiert.
Zusätzlich kann eine Wichtung in Bezug auf die Konfidenz der Genauigkeit des Ausgangs jedes BPSK-Demodulators auf der Basis der Amplitude des empfangenen Trägers vorgenommen werden. Diese Wichtung kann als zusätzlicher Eingang in die Dekodiervorrichtung verwendet werden, um festzustellen, welche Bits wahrscheinlich falsch sind, und die Leistung dieser Vorrichtung bei der Korrektur möglichst vieler Fehler in der Übertragung zu erhöhen.
Es ist auch möglich, kombinierte Kodierungs- und Modulationsschemen, wie die trelliskodierte Modulation (TCM), zu verwenden, um eine verbesserte Bandbreiteneffizienz und eine verbesserte Fehlerkorrekturfähigkeit zu erhalten.
Es ist auch möglich, die Mehrebenenphasenumtastungsmodulation auf jedem der übertragenen Träger und einen entsprechenden Demodulator auf dem Empfänger anzuwenden. Dies führt zu einer verbesserten Bandbreiteneffizienz und ermöglicht daher die Übertragung viel höherer Datenraten durch den Kanal bei derselben kompatiblen Bandbreite. Diese Option macht es möglich, dass höhere Bitrateneinheiten dasselbe Spektrum belegen wie die Sender/Empfänger mit geringer Bitrate, aber in kompatibler Weise. Die erhöhte Spektraleffizienz wird auf Kosten einer erhöhten Komplexität in den Modulatoren und Demodulatoren, gemeinsam mit einer gewissen Verschlechterung der Fehlerleistung erreicht.
Wie zuvor angedeutet wurde, können Verbindungsdatenverschachtelungsschemen in diesem System verwendet werden, um die Fehlerkorrekturleistung von FEC-Kodes weiter zu verbessern, welche den Beitrag der einzelnen Datenelemente über weniger Träger als die Gesamtanzahl in der Gruppe verteilen. Verbindungsdatenverschachtelungsschemen erreichen dies durch die Verteilung der kodierten Daten zwischen den Trägern auf derartige Weise, dass die Korrelation in der Fehlerwahrscheinlichkeit jener Träger, die einem bestimmten Element unkodierter Eingabedaten zugeordnet sind, minimiert ist. Im Durchschnitt entspricht dies einer Maximierung des minimalen Frequenzabstandes zwischen diesen Trägern.
Zum Beispiel ist bei einer trelliskodierten QPSK-Modulation mit einer 5-Bit Zwangslänge und halber Rate auf den Trägern einer 12-Kanalgruppe ein geeignetes Verschachtelungsschema folgendes:
Trägernummer (1–12) moduliert durch aufeinanderfolgende Kodierer-Ausgangsdibits: 1, 3, 5, 7, 9, 11, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 1, 3, ... usw.
Ein solches Verschachtelungsschema wird für gewöhnlich durch Demultiplexer, Schieberegister und Multiplexer auf im Wesentlichen herkömmliche Weise implementiert.
Das Vorhergesagte verbessert die Fehlerratenleistung des Systems, beseitigt jedoch nicht alle Fehler in allen Fallen. Zur Behebung etwaiger Restfehler in dem System kann eine zusätzlich Fehlerkorrekturebene, wie eine zyklische Blockprüfung (CRC), eine automatische Wiederholungsanfrage (ARQ) verwendet werden. Diese Fehlerkorrekturebene verlangt die Neuübertragung jener Symbole, von welchen angenommen wird, dass sie falsch sind. Diese Neuübertragung kann auf demselben Frequenzkanal erfolgen, oder es kann eine Anfrage an den Steuerungs- und Zeitgeberabschnitt gestellt werden, den gesamten Frequenzkanal um ein vorbestimmtes Maß zu verschieben, oder die Antennenmerkmale, wie die Polarisation, zu ändern, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer fehlerfreien Übertragung erhöht wird.
Auf Grund der stark zeitvariablen Eigenschaft des Übertragungskanals werden die übertragenen Daten in Pakete von kurzer Dauer (für gewöhnlich 100 Mikrosekunden) unterteilt. In dieser kurzen Zeitperiode ist es ausreichend anzunehmen, dass die Übertragungseigenschaften im Wesentlichen gleichbleibend sind. Vor der Übertragung eines Datenpakets ist es möglich, eine Kanalauswahltechnik zur Verringerung von Fehlerraten anzuwenden. Eine Kanalauswahltechnik ist die Kanalsondierung vor der Übertragung eines Pakets. Falls notwendig, ermöglich dies eine Verringerung der Datenrate, wenn ein bestimmter Subkanal oder Kanal sich als verschlechtert erweist.
Wie in 7 und 8 dargestellt, verwendet die bevorzugte Methode zum Generieren und Demodulieren von Mehrfachträgermodulationsschemen eine Vorrichtung, die zur Ausführung einer schnellen Fourier-Transformation (FFT) und einer inversen schnellen Fourier-Transformation (IFFT) an komplexen Daten bei hohen Geschwindigkeiten imstande ist. Eine solche Vorrichtung ist in dem Australischen Patent Nr. 610,934 mit dem Titel ”A Transform Processing Circuit” beschrieben, das den gegenwärtigen Antragstellern erteilt wurde.
In dem in 7 und 8 dargestellten Beispiel wird eine 16-Punkt schnelle Fourier-Transformation verwendet.
Eine verbesserte Leistung kann durch die Verwendung einer zyklischen Erweiterung durch eine Schaltung 48 und einer zyklischen Extraktion durch eine Schaltung 62 in Verbindung mit der schnellen Fourier-Transformation erhalten werden. Die zyklische Erweiterung ist eine Technik zur Steigerung der Mehrwegtoleranz von Gruppenmodulationsschemen auf FFT-Basis durch Verringerung der Verschlechterung der Subkanal-Orthogonalität, die durch Kanal-Verzögerungsstreueffekte und Demodulator-Zeitsteuerungsfehler entsteht. Sie besteht, beim Modulator, aus der Erweiterung der Zeitdauer von einzelnen Mehrfachträgersymbolen, indem an den FFT-Ausgangsblock eine Kopie dieses Blocks angehängt wird und dann die Kombination auf die gewünschte Länge zurechtgeschnitten wird. Die Länge der Erweiterung ist ein Kompromiss zwischen der Toleranz gegenüber einer Mehrweginduzierten Symbolinterferenz und der Verringerung der Kanal-Spektraleffizienz. Sie entspricht vorzugsweise dem Zeitintervall, in dem die Kanalimpulsantwort deutliche Energie hat.
Beim Extraktor und Blockassemblierer 62 wird ein im Wesentlichen unverfälschtes Mehrfachträgersymbol von dem möglicherweise verzerrten, eingehenden, erweiterten Symbol (durch zyklische Extraktion) ausgeschnitten, dessen Enden durch die erweiterte Impulsantwort eines Mehrwegkanals verfälscht sein können. Das ausgeschnittene Symbol wird dann in dem Demodulationsverfahren auf FFT-Basis verwendet. Wenn zum Beispiel eine 16-Punkt FFT verwendet wird, kann eine zyklische Erweiterungslänge von 4 Punkten verwendet werden.
Diese Verfahren können effektiv durch eine leichte Erweiterung des Blockassemblier/disassembliermechanismus implementiert werden, der für die FFT-Schnittstelle erforderlich ist. Ein verwandtes (aber rechnerisch intensiveres) Verfahren ist jenes der ”Verjüngung” oder ”Fensterbildung”, wobei die Amplitude des Mehrfachträgersymbols über einen Teil der Symbolzeit variiert wird, um die wechselseitige Kreuzkopplung von Subkanälen zu verringern, die mehr als einige wenige Trägerfrequenzabstände auseinander liegen.
Wenn Mehrfachträgerschemen verwendet werden, ist es nicht immer wünschenswert, das volle Band zu belegen, und einige Träger müssen nicht übertragen werden. Wenn zum Beispiel eine FFT-Vorrichtung 63 verwendet wird, können die analogen (Rekonstruktion/Antialiasing) Filterselektivitätsanforderungen für eine bestimmte benachbarte Kanalunterdrückung/dämpfung durch die Verwendung einer größeren Transformation erleichtert werden, deren Bins höherer Frequenz im Modulator mit Null aufgefüllt und im Demodulator ignoriert werden. Dies entspricht dem Nicht-Generieren der (Außerband-)Träger höherer Frequenz beim Sender und dem Ignorieren jeder empfangenen Energie bei diesen Frequenzen, so dass die FFT einen wesentlichen Teil der Bandgrenzenselektivität bereitstellt (die dynamischen Bereichsüberlegungen unterliegt). Das Einsetzen einer Null kann auch zur Entfernung des Bandmittenträgers (Gleichstrom bei Basisband) verwendet werden, um die Empfänglichkeit für Gleichstrom-Offsetdrifts in dem System zu verringern. Wenn zum Beispiel eine 16-Punkt FFT-Vorrichtung 63 verwendet wird, werden vorzugsweise nur 12 Träger verwendet.
Wie in 6 dargestellt, ist eine Vorrichtung 65 notwendig, um den Empfänger der eingehenden Daten zu synchronisieren. Diese Vorrichtung kann zum Beispiel diese eingehenden Daten mit den Zeitsteuersignalen des Empfängers vergleichen, den Unterschied in den Symbol- und Bitzeiten berechnen, und diese Information zu der Steuerungs- und Zeitgebereinheit leiten, die dann die geeigneten Korrekturen durchführt, um eine Synchronisierung oder Nulldifferenz zu erreichen.
Ein bevorzugtes Synchronisierungsschema mit einer Mehrwegtoleranz entsprechend einer Gruppenmodulation und einer gemeinsamen FFT-Hardware, bestimmt die Mehrfachträger-Symbolzeitsteuerung und Bruttofrequenzdifferenz des lokalen Oszillators durch Messung der relativen Phasen mehrerer Träger, die in dem Nachrichtenanfangsblock vorhanden sind, der von einem Generator 45 erzeugt wird, sowie durch einen Vergleich derselben mit dem bekannten Phasenverhältnis der übertragenen Träger zu Beginn der Anfangsblockübertragung.
Die IF-Systeme 34 sind in 6 dargestellt und bestehen aus einem I/Q-Aufwärtswandler für den Sender und einem I/Q-Abwärtswandler für den Empfänger. Die zweiten LO-Einheiten der IF-Systeme 34 sind über das 2–3 GHz Band abgestimmt und dies ermöglicht die Umwandlung der Signale zu und von dem Basisband. In einigen Ausführungsbeispielen ist es bevorzugt, für eine Abstimmung der Trägerfrequenz durch Verändern der Frequenz des ersten lokalen Oszillators 74 (9) zu sorgen, und in anderen durch Verändern der Frequenz des zweiten lokalen Oszillators (90) in dem IF-System. Es ist möglich, einige der Komponenten sowohl in dem Sender- als auch Empfänger-IF-System zu verwenden.
Zuvor wurden nur einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben, und es können Änderungen an diesen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der Erfindung Abstand zu nehmen, der durch die beliegenden Ansprüche definiert ist. Zum Beispiel kann eine Verschachtelung und Bitumkehr der übertragenen Daten vorgenommen werden, um die empfangene Fehlerrate zu verringern, wobei die Bitumkehr verwendet wird, die der FFT-Umwandlung eigen ist. Ebenso kann die Antenne 37 für einen besseren Empfang die Polarisationsdiversität anwenden.
Eine Anordnung für den gleichzeitigen Betrieb von Sendern/Empfängern mit geringer Bitrate und Sendern/Empfängern mit hoher Bitrate ist die Zuordnung von zum Beispiel dem halben verfügbaren (Hochbit-)Kanal zu den Sendern/Empfängern mit geringer Bitrate. Somit verwenden die Sender/Empfänger mit geringer Bitrate nur die halbe verfügbare Bandbreite und ein Netzknoten kann Daten bei geringer Rate gleichzeitig zu zwei Sendern/Empfängern mit geringer Bitrate übertragen. Somit wird dieselbe Netzknoten-Hardware sowohl für die Übertragung von hohen als auch geringen Bitraten verwendet.
Für den Fachmann ist offensichtlich, dass das LAN keine Netzknoten 8 enthalten muss, da die mobilen Sender/Empfänger 9 direkt zu und von einander innerhalb des vorbestimmten Zellenbereichs übertragen können. Ein solches LAN wird als Peer-zu-Peer-LAN bezeichnet.
Ebenso können die Netzknoten 8, die laut Beschreibung durch elektrische Kabel und/oder optische Faser verbunden sind, auch durch eine Funk- oder Infrarotverbindung miteinander verbunden sein. Die Verbindung kann einen Teil der Hauptarterie 10 bilden oder die Verbindung zwischen den Netzknoten darstellen.

Claims

Sender-Empfänger zum Betrieb in einer beschränkten Mehrwegübertragungsumgebung, die gegenüber frequenzselektivem Schwund und Symbolinterferenz empfindlich ist, wobei der Sender-Empfänger umfasst: eine Hochfrequenzeinrichtung (34, 35, 36, 37) umfassend eine Antenne (37) zum Übertragen und Empfangen von Hochfrequenzsignalen; eine Übertragungssignalverarbeitungseinrichtung (32) zum Empfangen von Eingabedaten von einem Eingabedatenkanal (31) und zum Verarbeiten der Eingabedaten zur Übertragung durch die Hochfrequenzeinrichtungen (34, 35, 36, 37), wobei die Übertragungssignalverarbeitungseinrichtung (32) eine Modulationseinrichtung zur Modulation der Eingabedaten umfasst, und eine Empfangssignalverarbeitungseinrichtung (33) zum Verarbeiten von durch die Hochfrequenzeinrichtung (34, 35, 36, 37) empfangenen Signalen und zum Ausgeben von Daten an einen Ausgabedatenkanal (31); dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationseinrichtung (44, 46, 47) betriebsfähig ist, um die Eingabedaten in eine Mehrzahl von Subkanälen verschiedener Frequenz zu modulieren, wobei jeder Subkanal eine Sequenz von Datensymbolen trägt, so dass die Periode eines Subkanalsymbols länger ist als eine vorherbestimmte, für den Zeitverzug der bedeutenden der nicht-direkten Übertragungswege repräsentative Periode; dass die genannte Übertragungssignalverarbeitungseinrichtung (33) ferner eine Einrichtung (42) umfasst, die die Datenzuverlässigkeit der Eingabedaten, die an die Modulationseinrichtung (44, 46, 47) weitergegeben werden, steigert, wobei die Einrichtung (42) zum Steigern der Datenzuverlässigkeit betriebsfähig ist, um Vorwärts-Fehlerkorrektur auszuführen; und dass die Übertragungssignalvearbeitungseinrichtung (33) ferner eine zwischen der genannten Eingabedatenzuverlässigkeitssteigerungseinrichtung (42) und der genannten Modulationseinrichtung (44, 46, 47) zwischengestellte Einrichtung (43) umfasst, um Blöcke dieser genannten Daten zu verschachteln; wobei die genannte Einrichtung (43) zum Verschachteln betriebsfähig ist um Daten für einen Rahmen zu verschachteln, und wobei der Ausgang der Verschachtelungseinrichtung der Modulationseinrichtung zur Verfügung gestellt wird zur Übertragung des genannten Rahmens, wobei die verschachtelten Daten gleichzeitig übertragen werden unter Verwendung der genannten Mehrzahl von Subkanälen.
Sender-Empfänger gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Blöcke der genannten Daten Bits sind.
Sender/Empfänger gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Übertragungssignalverarbeitungseinrichtung betriebsfähig ist, um zur Übertragung serielle Rahmen in ein Paket zu vearbeiten, das eine Dauer aufweist, die geringer oder gleich einer Zeitdauer ist, über die eine Übertragungseigenschaft der genannten Übertragungsumgebung im Wesentlichen gleichbleibend ist.
Sender/Empfänger gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die genannte Übertragungssignalverarbeitungseinrichtung betriebsfähig ist, um zur Übertragung serielle Rahmen in ein Paket zu verarbeiten, das eine Dauer von 100 Mikrosekunden hat.
Sender/Empfänger gemäß einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Einrichtung (42) zum Steigern der Datenzuverlässigkeit betriebsfähig ist, um eine Kodierung mit einem Faltungscode durchzuführen.
Sender-Empfänger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationseinrichtung (44, 46, 47) eine zyklische Erweiterungseinrichtung (48) umfasst, die ausgebildet ist, die Dauer der Subkanalsymbole auszudehnen.
Sender-Empfänger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationseinrichtung (44, 46, 47) dazu vorgesehen ist, eine Modulation zu verwenden ausgewählt aus der Modulationsfamilie bestehend aus: Mehrebenenamplitudenphasenumtastung (mASK), Permutationsmodulation, Binärphasenumtastung (BPSK), Mehrebenenphasenumtastung (mPSK) und Mehrebenenamplitudenphasentastung (mAPK).
Sender/Empfänger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Übertragungssignalvearbeitungseinrichtung weiterhin einen Rahmenassemblierer (46) zum Assemblieren von Datenblöcken in einem genannten Rahmen mit Nullenauffüllung umfasst.
Sender/Empfänger gemäß Anspruch 8, wobei die Übertragungssignalverarbeitungseinrichtung weiterhin einen Synchronisierungskopferzeuger (45) umfasst, um dem Rahmenassemblierer (46) einen Kopf zur Verfügung zu stellen.
Sender-Empfänger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangssignalverarbeitungseinrichtung (33) eine Demodulationseinrichtung (63, 64, 66) umfasst zum Demodulieren empfangener Symbole der Mehrzahl an Subkanälen in Ausgabedaten für den Ausgabedatenkanal (31).
Sender-Empfänger gemäß Anspruch 6 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Demodulationseinrichtung (63, 64, 66) eine zyklische Extraktionseinrichtung (62) umfasst, die dazu ausgebildet ist, die Subkanalsymbole aus den Subkanalsymoblen ausgedehnter Dauer herauszuholen.
Sender-Empfänger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender-Empfänger ferner umfasst: eine Synchronisationseinrichtung (65) zum Synchronisieren der Hochfrequenzeinrichtung (34, 35, 36, 37) und der Empfangssignalverarbeitungseinrichtung (33) mit ankommenden Signalen; und eine zweite Oszillatoreinrichtung (90), um die Konvertierung der empfangenen Signale zu und aus einer Grundbandfrequenz zu ermöglichen, wobei die Betriebsfrequenz der zweiten Oszillatoreinrichtung (90) gesteuert werden kann.
Sender-Empfänger gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationseinrichtung (65) betriebsfähig ist, um einen Kanalsymbolzeitwert und eine Differenz zwischen der Betriebsfrequenz des Sender-Empfängers und einer Betriebsfrequenz eines zweiten Sender-Empfängers (8) zu bestimmen.
Sender-Empfänger gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationseinrichtung (65) dazu ausgebildet ist, die genannte Kanalsymbolzeit und die genannte Differenz durch Messung der relativen Phasen von wenigsten einem Paar von Subkanalträgern verschiedener Frequenz zu bestimmen und zum Vergleichen der gemessenen Phasendifferenzen mit einem vorherbestimmten Phasenverhältnis der übertragenen Subkanalträger am Anfang der Übertragung.
Sender/Empfänger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Modulationseinrichtung einen auf einer komplexen schnellen Fouriertransformation beruhenden Modulierer umfasst, der ausgebildet ist, eine inverse schnelle Fouriertransformation auf Daten zur gleichzeitigen Übertragung durchzuführen.
Sender/Empfänger gemäß Anspruch 15, wobei die genannte Empfangssignalverarbeitungseinrichtung umfasst: einen FFT-Schaltkreis zur Demodulation der empfangenen Datensymbole in empfangene Daten; einen Entschachtelungs-Schaltkreis zum Entschachteln der empfangenen Daten in einen Datenstrom; und einen Dekodierer-Schaltkreis zur Erzeugung von Ausgangsdaten aus dem genannten Datenstrom, um diese dem genannten Ausgangsdatenkanal zur Verfügung zu stellen.
Sender/Empfänger gemäß Anspruch 9, wobei die Empfangssignalverarbeitungseinrichtung eine Synchronisierungserfassungseinrichtung zur Erfassung eines Kopfes in den empfangen Daten umfasst.
Sender-Empfänger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Schalteinrichtung (35, 36) zum wahlweisen Koppeln der Antenneneinrichtung (37) an die Übertragungssignalverarbeitungseinrichtung (32) zur Datenübertragung und an die Signalverarbeitungseinrichtung (33) zum Datenempfang.
Sender-Empfänger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die genannte Antenneneinrichtung Polarisationsdiversität zur Verfügung stellt.
Sender-Empfänger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender-Empfänger (9) betriebsfähig ist, um Daten mit Hochfrequenzen über 10 GHz zu übertragen und zu empfangen.
Drahtloses LAN umfassend: eine Mehrzahl von Hub-Sender-Empfängern (8), die aneinander gekoppelt sind, um eine Mehrzahl an Datenquellen und -zielen zu bilden; und eine Mehrzahl an mobilen Sender-Empfängern, wobei jeder mobile Sender-Empfänger einen Sender-Empfänger (9) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst, wobei jeder mobile Sender-Empfänger (9) an eine Datenverarbeitungseinrichtung gekoppelt ist, wobei zwischen jeder der genannten Datenverarbeitungseinrichtungen und einem entsprechenden der genannten Sender-Empfänger (9) Daten fließen, um übertragen oder empfangen zu werden, wobei jeder der genannten Sender-Empfänger (9) zum Daten-Sende-Empfangs-Betrieb durch Funkübertragungen an einen der genannten Hub-Empfänger (8) in einer beschränkten Mehrwegumgebung ausgebildet ist.
Drahtloses Peer-to-Peer LAN umfassend: eine Mehrzahl mobiler Sender-Empfänger, wobei jeder mobile Sender-Empfänger einen Sender-Empfänger (9) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20 umfasst und zum Daten-Empfangs-Betrieb durch Funkübertragungen zwischen jenen in einer beschränkten Mehrwegumgebung ausgebildet ist, wobei jeder der genannten Sender-Empfänger (9) an eine Datenverarbeitungseinrichtung gekoppelt ist, wobei zwischen der Datenverarbeitungseinrichtung und einem entsprechenden Sender-Empfänger (9) Daten fließen um übertragen oder empfangen zu werden.
Sender zum Betrieb in einer beschränkten Mehrwegübertragungsumgebung, die gegenüber frequenzselektivem Schwund und zwischen Symbolinterferenz empfindlich ist, wobei der Sender umfasst: eine Hochfrequenzeinrichtung (34, 35, 36, 37) umfassend eine Antenne (37) zum Übertragen von Hochfrequenzsignalen und eine Übertragungssignalverarbeitungseinrichtung (32) zum Empfangen von Eingabedaten von einem Eingabedatenkanal (31) und zum Verarbeiten der Eingabedaten zur Übertragung durch die Hochfrequenzeinrichtung (34, 35, 36, 37), wobei die Übertragungssignalverarbeitungseinrichtungen (32) eine Modulationseinrichtung (44, 46, 47) zum Modulieren der Eingabedaten umfasst; dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationseinrichtung (44, 46, 47) betriebsfähig ist, um die Eingabedaten in eine Mehrzahl von Subkanälen verschiedener Frequenz zu modulieren, wobei jeder Subkanal eine Sequenz von Datensymbolen trägt, derart, dass die Periode eines Subkanalsymboles länger ist als eine vorherbestimmte, für den Zeitverzug der bedeutenden der nicht-direkten Übertragungswege repräsentative Periode; dass die Übertragungssignalvearbeitungseinrichtung (32) ferner eine Einrichtung (42) umfasst, die die Datenzuverlässigkeit der Eingabedaten, die an die Modulationseinrichtung (44, 46, 47) weitergegeben werden, steigern, wobei die genannte Einrichtung zur Steigerung der Datenzuverlässigkeit betriebsfähig ist, um eine Vorwärts-Fehlerkorrektur durchzuführen; und dass die Übertragungssignalverarbeitungseinrichtung (32) ferner eine zwischen der Eingabedatenzuverlässigkeitssteigerungseinrichtungen (42) und der Modulationseinrichtung (44, 46, 47) zwischengestellte Einrichtung (43) umfasst, um Blöcke der genannten Daten zu verschachteln, wobei die genannte Einrichtung (43) zur Verschachtelung betriebsfähig ist, um Daten für einen Rahmen zu verschachteln, und wobei der Ausgang der Verschachtelungseinrichtung der genannten Modulationseinrichtung zur Verfügung gestellt wird zur Übertragung des genannten Rahmens, wobei die verschachtelten Daten zeitgleich übertragen werden unter Verwendung der genannten Mehrzahl von Subkanälen.
Sender gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenblöcke Bits sind.
Sender gemäß Anspruch 23 oder 24, wobei die genannte Übertragungssignalverarbeitungseinrichtung betriebsfähig ist, zur Übertragung serielle Rahmen in ein Paket zu verarbeiten, das eine Dauer aufweist, die geringer als oder gleich einer Zeitdauer ist, über die eine Übertragungseigenschaft der genannten Übertragungsumgebung im Wesentlichen gleichbleibend ist.
Sender gemäß Anspruch 23 oder 24, wobei die genannte Übertragungssignalverarbeitungseinrichtung betriebsfähig ist, zur Übertragung serielle Rahmen in ein Paket zu verarbeiten, das eine Dauer von 100 Mikrosekunden hat.
Sender gemäß einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (42) zum Steigern der Datenzuverlässigkeit betriebsfähig ist, eine Kodierung mit einem Faltungscode auszuführen.
Sender gemäß einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationseinrichtung (44, 46, 47) eine zyklische Erweiterungseinrichtung (48) umfasst, die ausgebildet ist, um die Dauer der Subkanalsymbole auszuweiten.
Sender gemäß einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationseinrichtung (44, 46, 47) dazu ausgebildet ist, eine Modulation zu verwenden, die ausgewählt ist aus der Modulationsfamilie bestehend aus: Mehrebenenamplitudenphasentastung (mASK), Permuationsmodulation, Binärphasenumtastung (BPSK), Mehrebenenphasenumtastung (mPSK) und Mehrebenenamplitudenphasentastung (mAPK).
Sender gemäß einem der Ansprüche 23 bis 29, wobei die Übertragungssignalverarbeitungseinrichtung weiterhin einen Rahmenassemblierer (46) umfasst zur Assemblierung von Datenblöcken in einen genannten Rahmen zusammen mit Nullenauffüllung.
Sender gemäß Anspruch 30, wobei die Übertragungssignalverarbeitungseinrichtung weiterhin einen Synchronisierungskopferzeuger (45) umfasst um dem Rahmenassemblierer (46) einen Kopf zur Verfügung zu stellen.
Sender gemäß einem der Ansprüche 23 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender ferner umfasst: eine Synchronisationseinrichtung (65) zum Synchronisieren der Hochfrequenzeinrichtung (34, 35, 36, 37) und der Empfangssignalverarbeitungseinrichtung (33) mit ankommenden Signalen; und eine zweite Oszillatoreinrichtung (90), um die Konvertierung der empfangen Signale zu und aus einer Grundbandfrequenz zu ermöglichen, wobei die Betriebsfrequenz der zweiten Oszillatoreinrichtung (90) gesteuert werden kann.
Sender gemäß Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationseinrichtung (65) betriebsfähig ist, um einen Kanalsymbolzeitwert und eine Differenz zwischen der Betriebsfrequenz des genannten Senders und einer Betriebsfrequenz eines zweiten Senders (8) zu bestimmen.
Sender gemäß Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationseinrichtung (65) dazu ausgebilet ist, die genannte Kanalsymbolzeit und die genannte Differenz durch Messung der relativen Phasen von wenigsten einem Paar von Subkanalträgern verschiedener Frequenz zu bestimmen und zum Vergleichen der gemessenen Phasendifferenzen mit einem vorherbestimmten Phasenverhältnis der übertragenen Subkanalträger am Anfang der Übertragung.
Sender gemäß einem der Ansprüche 23 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Modulationseinrichtung einen auf einer komplexen schnellen Fouriertransformation beruhenden Modulierer umfasst, der ausgebildet ist, um eine inverse schnelle Fouriertransformation auf Daten zur gleichzeitigen Übertragung durchzuführen.
Sender gemäß einem der Ansprüche 23 bis 35, wobei die genannte Antenneneinrichtung Polarisationsdiversität zur Verfügung stellt.
Sender gemäß einem der Ansprüche 23 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender betriebsfähig ist, um Daten mit Hochfrequenz über 10 GHz zu übertragen.
Verfahren zum Übertragen von Daten unter Verwendung von Hochfrequenzwellen in einer beschränkten Mehrwegübertragungsumgebung, die gegenüber frequenzselektivem Schwund und Zwischen-Symbolinterferenz empfindlich ist, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen von Eingabedaten von einem Eingabedatenkanal (31); Modulation der Eingabedaten; und Übertragen der modulierten Daten; dadurch gekennzeichnet, dass der Modulationsschritt die Eingabedaten in eine Mehrzahl von Subkanälen verschiedener Frequenz moduliert, wobei jeder Subkanal eine Sequenz von Datensymbolen trägt, derart, dass die Periode eines Subkanalsymboles länger ist als eine vorherbestimmte, für den Zeitverzug der bedeutenden der nicht-direkten Übertragungswege repräsentative Periode; wobei das Verfahren weiterhin die weiteren Schritte der Anwendung einer Vorwärts-Fehlerkorrektur auf die genannten Daten, um eine Steigerung der Datenzuverlässigkeit zur Verfügung zustellen und der Verschachtelung der Blöcke der genannten gesteigerten Daten, wobei der genannte Schritt der Verschachtelung von Blöcken die Verschachtelung von Daten für einen Rahmen umfasst, und wobei der genannte Modulisierungsschritt die Modulisierung jedes Rahmens zur gleichzeitigen Übertragung von verschachtelten Daten unter Verwendung der Mehrzahl von Subkanälen umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenblöcke Bits sind.
Verfahren gemäß Anspruch 38 oder 39, weiterhin umfassend die Übertragung von seriellen Rahmen in einem Paket, das eine Dauer aufweist, die geringer als oder gleich einer Zeitdauer ist, über die eine Übertragungseigenschaft der genannten Übertragungsumgebung im wesentlichen gleichbleibend ist.
Verfahren gemäß Anspruch 38 oder 39, weiterhin umfassend die Übertragung von seriellen Rahmen in einem Paket, das eine Dauer von 100 Mikrosekunden hat.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 38 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigerung der Datenzuverlässigkeit eine konvolutionelle Kodierung ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 38 bis 42, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Ausdehnens der Dauer der genannten Subkanalsymbole.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 38 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulation aus der Modulationsfamilie stammt, die besteht aus: Mehrebenenamplitudenumtastung (mASK), Permutationsmodulation, Binärphasenumtastung (BPSK), Mehrebenenphasenumtastung (mPSK) und Mehrebenenamplitudenphasentastung (mAPK).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 38 bis 44, weiterhin umfassend einen Schritt der Assemblierung der verschachtelten Blöcke in einen genannten Rahmen gemeinsam mit Nullenauffüllung.
Verfahren gemäß Anspruch 45, wobei der Assemblierungsschritt durch einen Rahmenassemblierer durchgeführt wird und das Verfahren weiterhin umfasst dem Rahmenassemblierer einen Synchronisierungkopf zur Verfügung zu stellen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 38 bis 46, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt, dass die empfangenen Symbole der Mehrzahl an Subkanälen in Ausgabedaten für einen Ausgabedatenkanal (31) demoduliert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 47, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Verkürzens der Dauer der Subkanalsymbole.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 38 bis 48, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: Synchronisieren der Hochfrequenzeinrichtung (34, 35, 36, 37) und der Empfangssignalverarbeitungseinrichtung (33) mit ankommenden Signalen unter Verwendung einer Synchronisationseinrichtung (65); und Konvertieren der Empfangssignale zu und aus einer Grundbandfrequenz unter Verwendung einer zweiten Oszillatoreinrichtung (90), wobei die Betriebsfrequenz der zweiten Oszillatoreinrichtung (90) gesteuert werden kann.
Verfahren gemäß Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationseinrichtung (65) betriebsfähig ist, um einen Kanalsymbolzeitwert und eine Differenz zwischen der Betriebsfrequenz eines ersten Sender-Empfängers (9) und einer Betriebsfrequenz eines zweiten Sender-Empfängers (8) zu bestimmen.
Verfahren gemäß Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalsymbolzeit und die genannte Differenz durch Messung der relativen Phasen von wenigstens einem Paar von Subkanalträgern verschiedener Frequenz bestimmt werden und Vergleichen der gemessenen Phasendifferenzen mit einer vorbestimmten Phasenbeziehung der gesendeten Subkanalträger am Anfang der Übertragung.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 38 bis 51, wobei der genannte Schritt des Modulierens von Daten die Ausführung einer inversen schnellen Fouriertransformation umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 52, weiterhin umfassend die Erweiterung eines Ausgangsrahmens, der durch die genannte inverse schnelle Fouriertransformation erzeugt wird unter Verwendung eines zyklischen Erweiterers um eine zyklische Erweiterung hinzuzufügen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 38 bis 53, wobei die genannte Antenneneinheit Polarisationsdiversität zur Verfügung stellt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 38 bis 54, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Schritt der Übertragung bei Hochfrequenzen über 10 GHz ausgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 38 bis 55, wobei die genannten Schritte stattfinden, um Daten kabellos in einem kabellosen lokalen Netzwerk zu übertragen.