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Verfahren zur Funkkommunikation in einem Multi-Hop-Netzwerk - Dokument DE102004033651B3
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102004033651B3 09.03.2006
Titel Verfahren zur Funkkommunikation in einem Multi-Hop-Netzwerk
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Li, Hui, Dr., 80937 München, DE;
Zimmermann, Hans-Martin, 80335 München, DE
DE-Anmeldedatum 12.07.2004
DE-Aktenzeichen 102004033651
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 09.03.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.03.2006
IPC-Hauptklasse H04L 12/50(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kommunikation per Funk, bei dem einer zweiten Funkstation (MS1) von einer ersten Funkstation (AP) eine Zeitspanne zugewiesen wird zur Kommunikation zwischen der ersten Funkstation (AP) und der zweiten Funkstation (MS1) auf einer ersten Funkfrequenz (F1). Erfindungsgemäß weist die zweite Funkstation (MS1) zumindest einen Teil der ihr von der ersten Funkstation (AP) zugewiesenen Zeitspanne einer dritten Funkstation (MS2) zu zur Kommunikation zwischen der zweiten Funkstation (MS1) und der dritten Funkstation (MS2) auf einer zweiten Funkfrequenz (F2).

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kommunikation per Funk, bei dem einer Funkstation eine Zeitspanne zur Kommunikation zugewiesen wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Funkstation zur Durchführung des Verfahrens.

In Funkkommunikationssystemen werden Nachrichten, beispielsweise mit Sprachinformationen, Bildinformation, Videoinformation, SMS (Short Message Service), MMS (Multimedia Messaging Service) oder anderen Daten, mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen über eine Funkschnittstelle zwischen sendender und empfangender Funkstation übertragen. Bei den Funkstationen kann es sich hierbei je nach konkreter Ausgestaltung des Funkkommunikationssystems um verschiedenartige Teilnehmerfunkstationen oder netzseitige Funkstationen wie Funkzugangspunkte oder Basisstationen handeln. In einem Mobilfunkkommunikationssystem handelt es sich bei zumindest einem Teil der Teilnehmerfunkstationen um mobile Funkstationen. Das Abstrahlen der elektromagnetischen Wellen erfolgt mit Trägerfrequenzen, die in dem für das jeweilige System vorgesehenen Frequenzband liegen.

Mobilfunkkommunikationssysteme sind oftmals als zellulare Systeme z.B. nach dem Standard GSM (Global System for Mobile Communication) oder UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) mit einer Netzinfrastruktur bestehend z.B. aus Basisstationen, Einrichtungen zur Kontrolle und Steuerung der Basisstationen und weiteren netzseitigen Einrichtungen ausgebildet.

Außer diesen weiträumig organisierten (supralokalen) zellularen, hierarchischen Funknetzen gibt es auch drahtlose lokale Netze (WLANs, Wireless Local Area Networks) mit einem in der Regel räumlich deutlich stärker begrenzten Funkabdeckungsbereich. Die von den Funkzugangspunkten (AP: Access Point) der WLANs abgedeckten Zellen sind mit Durchmessern von beispielsweise einigen hundert Metern im Vergleich zu üblichen Mobilfunkzellen klein. Beispiele verschiedener Standards für WLANs sind HiperLAN, DECT, IEEE 802.11, Bluetooth und WATM.

Oftmals wird für WLANs der nicht lizenzierte Frequenzbereich um 2,4 GHz mit Datenübertragungsraten bei bis zu 11 Mbit/s genutzt. Künftige WLANs können z.B. im 5 GHz Bereich betrieben werden und Datenraten von über 50 Mbit/s erreichen. Somit stehen den Teilnehmern der WLANs Datenraten zur Verfügung, die erheblich höher liegen als diejenigen, die von der dritten Mobilfunkgeneration, wie z.B. von UMTS, angeboten werden. Damit ist für die Übertragung von großen Datenmengen, insbesondere in Verbindung mit Internetzugriffen, der Zugriff auf WLANs für hochbitratige Verbindungen vorteilhaft.

Über die WLAN Funkzugangspunkte kann eine Anbindung an andere Kommunikationssysteme, so z.B. an das Internet erfolgen. Hierzu kommunizieren die Funkstationen des WLAN entweder direkt mit einem Funkzugangspunkt oder bei weiter entfernten Funkstationen über andere Funkstationen, welche die Informationen zwischen der Funkstation und dem Funkzugangspunkt über einen Pfad zwischen der Funkstation und dem Funkzugangspunkt weiterleiten. In diesem Fall handelt es sich um ein sogenanntes Multi-Hop System, da die Kommunikation zwischen Teilnehmerfunkstationen und dem Funkzugangspunkt über mehrere Sprünge erfolgen kann.

Aus HIPERLAN/2 ist es bekannt, dass für ein solches Multi-Hop System der Funkzugangspunkt den Teilnehmerfunkstationen innerhalb seines Funkabdeckungsbereiches Zeitrahmen zur Kommunikation zur Verfügung stellt. Diese Teilnehmerfunkstationen können ihnen zugewiesene Teile des Zeitrahmens, anstelle diese zur eigenen Kommunikation mit dem Funkzugangspunkt zu nutzen, weiteren Teilnehmerfunkstationen als Zeitrahmen zur Kommunikation zur Verfügung stellen und insofern gegenüber weiteren Teilnehmerfunkstationen als Funkzugangspunkte fungieren. Da jedoch jeder Zeitrahmen unter anderem Signalisierungsinformationen enthält, wächst durch dieses Vorgehen der Signalisierungsoverhead deutlich an, so dass die Menge an im Multi-Hop System übertragenen Nutzinformationen reduziert wird.

Das Dokument WO 03/013094 A1 beschreibt ein lokales Funknetz mit einer Basisstation und einer Erweiterungsstation. Die Basisstation kommuniziert mit der Erweiterungsstation auf einer ersten Funkfrequenz, während die Erweiterungsstation mit einem Endgerät auf einer zweiten Funkfrequenz kommuniziert. Der Erweiterungsstation werden von der Basisstation Frames für das Senden und Empfangen von Daten zu und von dem Endgerät zugewiesen. Während diesen Frames ist auch eine Kommunikation zwischen der Erweiterungsstation und der Basisstation möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kommunikation per Funk in einem Multi-Hop System vorzustellen, welches den genannten Nachteil vermeidet.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Funkstation mit den Merkmalen eines nebengeordneten Anspruchs.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Kommunikation per Funk wird einer zweiten Funkstation von einer ersten Funkstation eine Zeitspanne zugewiesen zur Kommunikation zwischen der ersten und der zweiten Funkstation auf einer ersten Funkfrequenz. Erfindungsgemäß weist die zweite Funkstation zumindest einen Teil der ihr von der ersten Funkstation zugewiesenen Zeitspanne einer dritten Funkstation zu zur Kommunikation zwischen der zweiten und der dritten Funkstation auf einer zweiten Funkfrequenz. Die zweite Funkstation weist einen ersten Teil der ihr von der ersten Funkstation zugewiesenen Zeitspanne der dritten Funkstation zu zur Kommunikation zwischen der zweiten Funkstation und der dritten Funkstation auf der zweiten Funkfrequenz und einen zweiten Teil der ihr von der ersten Funkstation zugewiesenen Zeitspanne einer fünften Funkstation zu zur Kommunikation zwischen der zweiten Funkstation und der fünften Funkstation auf der zweiten Funkfrequenz. Die zweite Funkstation weist somit die ihr von der ersten Funkstation zugewiesene Zeitspanne einer Mehrzahl an weiteren Funkstationen zur Kommunikation auf der zweiten Funkfrequenz zu.

Der zweiten Funkstation werden Funkressourcen in Form einer Zeitspanne von einer ersten Funkstation zugewiesen. Diese zugewiesene Zeitspanne kann die zweite Funkstation gemäß der Zuweisung zur Kommunikation mit der ersten Funkstation auf der ersten Funkfrequenz nutzen. Unter einer Kommunikation wird die Versendung und/oder der Empfang von Nachrichten per Funk verstanden. Bei der Zuweisung der Zeitspanne an die zweite Funkstation kann von der ersten Funkstation spezifiziert werden, ob die zugewiesene Zeitspanne für die Versendung und/oder für den Empfang von Nachrichten verwendet werden kann. Zumindest einen Teil der ihr zugewiesenen Zeitspanne weist die zweite Funkstation der dritten Funkstation zu, welche diesen ihr zugewiesenen Teil zur Kommunikation, das heißt zur Versendung und/oder zum Empfang von Nachrichten, auf der dritten Funkfrequenz verwenden kann. Das Verfahren kann vorteilhaft in einem WLAN angewandt werden, wobei es sich bei der ersten Funkstation um einen Funkzugangspunkt des WLAN handeln kann, und bei der zweiten und der dritten Funkstation um Teilnehmerfunkstationen, welche über einen oder mehrere Hops mit dem Funkzugangspunkt kommunizieren. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt in Bezug auf den Zugriff der Funkstationen auf das Funkmedium eine Kombination aus einem FDMA- und einem TDMA-Verfahren dar.

Dadurch, dass die Zuweisung des Teils des ihr zugewiesenen Zeitspanne für eine Kommunikation auf der zweiten Funkfrequenz erfolgt, kann die zweite Funkstation während der ihr zugewiesenen Zeitspanne auf der ersten Funkfrequenz kommunizieren, ohne die Kommunikation der dritten Funkstation auf der zweiten Funkfrequenz zu stören. Die zweite Funkstation weist zwar die ihr zugewiesene Zeitspanne, bzw. einen Teil dieser Zeitspanne, einer anderen Funkstation zu, wodurch jedoch nicht bewirkt wird, dass sie die Zeitspanne nicht für ihre eigene Kommunikation auf der ersten Funkfrequenz verwenden darf.

In Weiterbildung der Erfindung versendet die zweite Funkstation während der ihr von der ersten Funkstation zugewiesene Zeitspanne Informationen an die erste Funkstation, und weiterhin versendet sie während des von ihr an die dritte Funkstation zugewiesenen Tels der Zeitspanne Informationen an die dritte Funkstation. Diese Versendungen erfolgen gemäß den Zuweisungen in Bezug auf die erste Funkstation auf der ersten Funkfrequenz und in Bezug auf die dritte Funkstation auf der zweiten Funkfrequenz. Die Versendung an die erste Funkstation kann während der ganzen der zweiten Funkstation zugewiesenen Zeitspanne erfolgen oder auch nur während eines Teils dieser Zeitspanne. Entsprechendes gilt auch für die Versendung an die dritte Funkstation. Gemäß dieser Weiterbildung ist es möglich, dass die zweite Funkstation Informationen gleichzeitig an zwei verschiedene Funkstationen auf zwei verschiedenen Funkfrequenzen versendet.

Einer anderen Weiterbildung der Erfindung gemäß empfängt die zweite Funkstation während der ihr von der ersten Funkstation zugewiesenen Zeitspanne Informationen von der ersten Funkstation auf der ersten Funkfrequenz, und weiterhin empfängt sie während des von ihr an die dritte Funkstation zugewiesenen Teils der Zeitspanne Informationen von der dritten Funkstation auf der zweiten Funkfrequenz. Sowohl der Empfang von Informationen auf der ersten Funkfrequenz als auch der Empfang von Informationen auf der zweiten Funkfrequenz kann jeweils die ganzen zugewiesenen Zeitspannen andauern, oder auch nur einen Teil dieser Zeitspannen. Gemäß dieser Weiterbildung ist es möglich, dass die zweite Funkstation gleichzeitig von verschiedenen Funkstationen Informationen auf die verschiedenen Frequenzen empfängt.

In Ausgestaltung der Erfindung weist die dritte Funkstation zumindest einen Teil der ihr von der zweiten Funkstation zugewiesenen Zeitspanne einer vierten Funkstation zu zur Kommunikation zwischen der dritten und der vierten Funkstation auf einer dritten Funkfrequenz. Die erfindungsgemäße Zuweisung von zugewiesenen Funkressourcen an andere Funkstationen zur Kommunikation auf einer anderen Funkfrequenz kann auf eine beliebig lange Kette von Funkstationen ausgedehnt werden, so kann die vierte Funkstation ihr von der dritten Funkstation zugewiesene Funkressourcen an eine nächste Funkstation zur Kommunikation auf einer nächsten Funkfrequenz zuweisen usw.

Die erfindungsgemäße Funkstation zur Kommunikation per Funk weist auf:

  • • Mittel zum Empfangen und Verarbeiten einer Zuweisungsnachricht von einer ersten weiteren Funkstation zur Zuweisung einer Zeitspanne an die Funkstation zur Kommunikation zwischen der Funkstation und der ersten weiteren Funkstation auf einer ersten Funkfrequenz,
  • • Mittel zum Kommunizieren mit der ersten weiteren Funkstation auf der ersten Funkfrequenz während der ihr von der ersten weiteren Funkstation zugewiesene Zeitspanne,
  • • Mittel zum Erstellen und Versenden einer Zuweisungsnachricht an eine zweite weitere Funkstation zur Zuweisung von einem ersten Teil der der Funkstation von der ersten weiteren Funkstation zugewiesenen Zeitspanne an die zweite weitere Funkstation zur Kommunikation zwischen der Funkstation und der zweiten weiteren Funkstation auf einer zweiten Funkfrequenz, und einer Zuweisungsnachricht an eine dritte weitere Funkstation zur Zuweisung von einem zweiten Teil der der Funkstation von der ersten weiteren Funkstation zugewiesenen Zeitspanne an die dritte weitere Funkstation zur Kommunikation zwischen der Funkstation und der dritten weiteren Funkstation auf einer zweiten Funkfrequenz und
  • • Mittel zum Kommunizieren mit der zweiten weiteren Funkstation und mit der dritten weiteren Funkstation auf der zweiten Funkfrequenz während des der zweiten weiteren Funkstation von der Funkstation zugewiesenen Teils der Zeitspanne.

Die erfindungsgemäße Funkstation eignet sich insbesondere zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei dies auch auf die Ausgestaltungen und Weiterbildungen zutrifft. Hierzu kann sie weitere geeignete Mittel aufweisen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:

1: ein Funkkommunikationssystem,

2: den Aufbau und die Verschachtelung von Zeitrahmen gemäß der Erfindung,

3: schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Funkstation.

Bei dem in 1 dargestellten Funkkommunikationssystem handelt es sich um ein WLAN mit einem Funkzugangspunkt AP. Innerhalb des Funkabdeckungsbereiches des Funkzugangspunktes AP, durch einen Kreis um den Funkzugangspunkt AP symbolisiert, befinden sich die Teilnehmerfunkstationen MS1, MS11, MS12 und MS13. Die weiteren Teilnehmerfunkstationen MS2, MS21, MS3 und MS31 befinden sich außerhalb des Funkabdeckungsbereiches des Funkzugangspunktes AP, so dass sie mit diesem nicht direkt kommunizieren können. Zum Austausch von Nachrichten zwischen einer der Teilnehmerfunkstation MS2, MS21, MS3 und MS31 und dem Funkzugangspunkt AP erfolgt daher eine Weiterleitung der Nachrichten durch andere Teilnehmerfunkstationen. So kann beispielsweise eine Nachrichtenversendung von der Teilnehmerfunkstation MS3 an den Funkzugangspunkt AP dadurch erfolgen, dass die Teilnehmerfunkstation MS3 die Nachricht an die Teilnehmerfunkstation MS2 sendet, welche die Nachricht an die Teilnehmerfunkstation MS1 weiterleitet, welche die Nachricht an den Funkzugangspunkt AP weiterleitet. Nachrichten von dem Funkzugangspunkt AP an die Teilnehmerfunkstation MS3 werden entsprechend in umgekehrter Reihenfolge über den gleichen Pfad übertragen.

Bei der beschriebenen Nachrichtenübertragung zwischen dem Funkzugangspunkt AP und der Teilnehmerfunkstation MS3 erfolgen somit drei einzelne Nachrichtenübertragungen, d.h. es existieren drei Hops. Für die ausgehend vom Funkzugangspunkt AP erste Übertragung, d.h. die Übertragung vom Funkzugangspunkt AP zur Teilnehmerfunkstation MS1, wird eine erste Funkfrequenz F1 verwendet. Für den zweiten Hop, d.h. die Übertragung von der Teilnehmerfunkstation MS1 an die Teilnehmerfunkstation MS2, wird eine zweite Funkfrequenz F2 verwendet. Für den dritten Hop schließlich, d.h. die Übertragung von der Teilnehmerfunkstation MS2 an die Teilnehmerfunkstation MS3, wird eine dritte Funkfrequenz F3 verwendet.

Auf diese Weise können alle Teilnehmerfunkstationen des WLAN klassifiziert werden. Einer ersten Klasse gehören die Teilnehmerfunkstationen MS1, MS11, MS12 und MS13 an, welche direkt mit dem Funkzugangspunkt AP kommunizieren können. Diese verwenden zur Kommunikation mit dem Funkzugangspunkt AP die erste Funkfrequenz F1 und zur Kommunikation mit anderen Teilnehmerfunkstationen innerhalb ihres Funkabdeckungsbereiches mit Ausnahme der Teilnehmerfunkstationen der eigenen Klasse die zweite Funkfrequenz F2. Die zweite Klasse wird gebildet durch die Teilnehmerfunkstationen MS2 und MS21, welche einer oder mehreren Teilnehmerfunkstationen der ersten Klasse benachbart sind, ohne jedoch selber der ersten Klasse anzugehören. Diese kommunizieren mit den Teilnehmerfunkstationen der ersten Klasse MS1, MS11, MS12 und MS13 auf der zweiten Funkfrequenz F2 und mit anderen Teilnehmerfunkstationen, welche weder der ersten noch der zweiten Klasse angehören, auf der dritten Funkfrequenz F3. Entsprechendes gilt für die Teilnehmerfunkstationen MS3 und MS31 der dritten Klasse. Insgesamt wird somit für den ersten Hop die erste Funkfrequenz F1, für den zweiten Hop die zweite Funkfrequenz F2 und für den dritten Hop die dritte Funkfrequenz F3 verwendet.

2 zeigt den Aufbau von Zeitrahmen, welche für die Kommunikation von den Funkstationen AP, MS1, MS2 und MS3 verwendet werden. In der obersten Zeile sind die Zeitrahmen der ersten Funkfrequenz F1 aus Sicht des Funkzugangspunktes AP dargestellt, in der zweiten Zeile die Zeitrahmen der ersten Funkfrequenz F1 aus Sicht der Teilnehmerfunkstation MS1, in der dritten Zeile die Zeitrahmen der zweiten Funkfrequenz F2 aus Sicht der Teilnehmerfunkstation MS1, in der vierten Zeile die Zeitrahmen der zweiten Funkfrequenz F2 aus Sicht der Teilnehmerfunkstation MS2, und in der fünften Zeile die Zeitrahmen der dritten Funkfrequenz F3 aus Sicht der Teilnehmerfunkstation MS2.

Wie z.B. in der obersten Zeile zu sehen ist, werden in dem Funkkommunikationssystem TDD (Time Division Duplex) Zeitrahmen eingesetzt. Zu Beginn eines jeden Zeitrahmens steht eine Zeitspanne P zur Versendung einer Präambel P, welche der Versendung von allgemeinen Broadcast-Informationen, z.B. zur Synchronisierung, dient. Darauf folgt eine Zeitspanne F/A (Frame/Access), in welcher die im letzten Zeitrahmen empfangenen Nachrichten bestätigt werden und Zeitschlitze für die Kommunikation, d.h. für die Versendung von Nachrichten in Aufwärts- und/oder Abwärtsrichtung zugewiesen werden. Auf die Zeitspanne F/A folgt eine Zeitspanne DL für die Kommunikation in Abwärtsrichtung, gefolgt von einer Zeitspanne UL für die Kommunikation in Aufwärtsrichtung. Am Ende des Zeitrahmens befindet sich die Zeitspanne CP (Contention Period), in welcher Funkstationen im Wettbewerb untereinander um Funkressourcen, d.h. Zeitschlitze, der folgenden Zeitrahmen konkurrieren. Für den Zugriff auf das Übertragungsmedium kann z.B. das ALOHA Protokoll oder ein CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) Verfahren eingesetzt werden.

Während der Zeitspannen P, F/A und DL versendet der Funkzugangspunkt AP Informationen, durch das Kürzel TX für den Sendebetrieb über den jeweiligen Zeitspannen gekennzeichnet, während der Funkzugangspunkt AP während den Zeitspannen UL und CP Informationen empfängt, durch das Kürzel RX für den Empfangsbetrieb über den jeweiligen Zeitspannen gekennzeichnet. Vom Funkzugangspunkt AP aus gesehen erfolgt somit im ersten Teil jedes Zeitrahmens die Versendung von Informationen, während im zweiten Teil jedes Zeitrahmens der Empfang von Informationen stattfindet.

Die Teilnehmerfunkstationen MS1, MS11, MS12 und MS13, welche sich innerhalb des Funkabdeckungsbereiches des Funkzugangspunktes AP befinden, können dem Funkzugangspunkt während den Zeitspannen CP mitteilen, dass sie Funkressourcen für die Versendung von Nachrichten in Aufwärtsrichtung, d.h. von der jeweiligen Teilnehmerfunkstation an den Funkzugangspunkt AP, und/oder in Abwärtsrichtung, d.h. von dem Funkzugangspunkt AP an die jeweilige Teilnehmerfunkstation, benötigen. In der Zeitspanne F/A weist der Funkzugangspunkt AP dann Zeitschlitze an die jeweiligen Teilnehmerfunkstationen zu. Im Beispiel der 2 ist der Fall dargestellt, dass der Funkzugangspunkt AP der Teilnehmerfunkstation MS1 während der Zeitspanne DL einen Zeitschlitz T11 und während der Zeitspanne UL einen Zeitschlitz T12 zuweist. Die Teilnehmerfunkstation MS1 kann somit den Zeitschlitz T11 dazu nutzen, Nachrichten vom Funkzugangspunkt AP zu empfangen, während sie im Zeitschlitz T12 Nachrichten an den Funkzugangspunkt AP versenden darf.

Bei den am erfindungsgemäßen Verfahren beteiligten Teilnehmerfunkstationen handelt es sich um Funkstationen, welche gleichzeitig auf zwei Funkfrequenzen kommunizieren können. Dies bedeutet eine hardwaremäßig einfachere Implementierung, als wenn sie gleichzeitig auf einer Funkfrequenz senden und auf einer anderen Funkfrequenz empfangen müssten. So ist die Teilnehmerfunkstation MS1 z.B. in der Lage, gleichzeitig auf der ersten Funkfrequenz F1 und der zweiten Funkfrequenz F2 zu senden oder gleichzeitig auf der ersten Funkfrequenz F1 und der zweiten Funkfrequenz F2 zu empfangen. Nicht möglich ist es hingegen für die Teilnehmerfunkstation MS1, dass sie gleichzeitig auf der ersten Funkfrequenz F1 sendet und auf der zweiten Funkfrequenz F2 empfängt.

In der zweiten Zeile der 2 sind die Zeitrahmen der ersten Funkfrequenz F1 aus Sicht der Teilnehmerfunkstation MS1 dargestellt. Die Zeitspannen P, F/A und DL können nicht zur Versendung von Nachrichten durch die Teilnehmerfunkstation MS1 verwendet werden, sie dienen dem Empfang von Informationen vom Funkzugangspunkt AP. Der Teilnehmerfunkstation MS1 werden jedoch innerhalb der Zeitspanne DL Nachrichten lediglich während dem ihr zugewiesenen Zeitschlitz T11 gesendet. Die restlichen Zeitschlitze der Zeitspanne DL können vom Funkzugangspunkt AP an andere Teilnehmerfunkstationen zugewiesen werden. Die Zeitspannen UL und CP dagegen dienen aus Sicht der Teilnehmerfunkstation MS1 der Versendung von Informationen, wobei innerhalb der Zeitspanne UL Nachrichten lediglich während dem Zeitschlitz T12 versendet werden dürfen, während die restlichen Zeitschlitze der Zeitspanne UL von denjenigen Teilnehmerfunkstationen genutzt werden können, welchen die jeweiligen Zeitschlitze vom Funkzugangspunkt AP zugewiesen wurden.

Die Teilnehmerfunkstation MS1 versendet parallel zur Versendung von Nachrichten an den Funkzugangspunkt AP während des Zeitschlitzes T12 auf der ersten Funkfrequenz F1 Informationen auf der zweiten Funkfrequenz F2, dargestellt in der dritten Zeile der 2. Hierzu wird ein Zeitrahmen eingesetzt, dessen Aufbau dem Sendebetriebsteil des in der ersten Zeile dargestellten Zeitrahmens entspricht. Die Teilnehmerfunkstation MS1 versendet somit auf der zweiten Funkfrequenz F2 zuerst eine Präambel während einer Zeitspanne P, darauf folgt eine Zeitspanne F/A, und schließlich eine Zeitspanne DL zur Versendung von Nachrichten an andere Teilnehmerfunkstationen auf der zweiten Funkfrequenz F2. Während die Zeitspannen P, F/A und DL aufgrund der Art ihrer Verwendung die gleichen Bezeichnungen tragen wie die Zeitspannen P, F/A und DL des Zeitrahmens der ersten Funkfrequenz F1, sind sie von kürzerer Dauer, da für den Sendebetrieb der Teilnehmerfunkstation MS1 auf der zweiten Funkfrequenz F2, gekennzeichnet durch das Kürzel TX für den Sendebetrieb über den jeweiligen Zeitspannen, lediglich der Zeitschlitz T12 zur Verfügung steht.

Während der Zeitspanne DL kann die Teilnehmerfunkstation MS1 Nachrichten auf der zweiten Funkfrequenz F2 an Teilnehmerfunkstationen innerhalb ihres Funkabdeckungsbereichs versenden, so z.B. an die Teilnehmerfunkstationen MS3 oder MS31. Im Beispiel der 2 ist der Fall dargestellt, dass die Teilnehmerfunkstation MS1 den Zeitschlitz T21 der Zeitspanne DL der zweiten Funkfrequenz F2 der Teilnehmerfunkstation MS2 zum Empfang von Nachrichten zugewiesen hat. Diese Zuweisung erfolgt, wie oben beschrieben, innerhalb der Zeitspanne F/A.

Parallel zum Empfang von Nachrichten von dem Funkzugangspunkt AP auf der ersten Funkfrequenz F1 während des Zeitschlitzes T11 kann die Teilnehmerfunkstation MS1 Nachrichten von anderen Teilnehmerfunkstationen auf der zweiten Funkfrequenz F2 empfangen, in der dritten Zeile der 2 dargestellt. Hierzu wird wiederum der in Bezug auf die Zeitrahmen der ersten Funkfrequenz F1 erläuterte Aufbau eines Zeitrahmens verwendet. Somit besteht der aus Sicht der Teilnehmerfunkstation MS1 Empfangsteil des Zeitrahmens der zweiten Funkfrequenz F2 aus einer Zeitspanne UL, gefolgt von der Zeitspanne CP. Wie oben bereits in Bezug auf die Zeitspannen P, F/A und DL des Zeitrahmens der zweiten Funkfrequenz F2 erläutert, tragen auch die Zeitspannen UL und CP die gleichen Namen wie die funktional gleichartig verwendeten, jedoch längeren Zeitspannen des Zeitrahmens der ersten Funkfrequenz F1.

Während der Zeitspanne UL der zweiten Funkfrequenz F2 können somit diejenigen Teilnehmerfunkstationen, welchen Zeitschlitze von der Teilnehmerfunkstation MS1 zugewiesen wurden, Nachrichten an die Teilnehmerfunkstation MS1 auf der zweiten Funkfrequenz F2 versenden. In 2 ist der Fall dargestellt, dass die Teilnehmerfunkstation MS1 der Teilnehmerfunkstation MS2 den Zeitschlitz T22 zur Versendung von Nachrichten auf der zweiten Funkfrequenz F2 zuweist.

Die Teilnehmerfunkstation MS1 erfüllt auf der zweiten Funkfrequenz F2 in Bezug auf diejenigen Teilnehmerfunkstationen, welche zwar mit der Teilnehmerfunkstation MS1, nicht jedoch direkt mit dem Funkzugangspunkt AP kommunizieren können, die Rolle eines Funkzugangspunktes. Die Zeitrahmen der ersten und der zweiten Funkfrequenz F1 und F2, d.h. die Zeitrahmen, für welche der Funkzugangspunkt AP und für welche die Teilnehmerfunkstation MS1 die Funktion eines Funkzugangspunktes übernimmt, sind aus den in gleicher Reihenfolge aufeinanderfolgenden Zeitspannen P, F/A, DL, UL und CP aufgebaut, welche in Bezug auf ihre Funktion gleich eingesetzt werde, deren Längen sich jedoch voneinander unterscheiden. Auch das Verhältnis der einzelnen Längen der Zeitspannen P, F/A, DL, UL und CP untereinander kann zwischen den Zeitrahmen der ersten und der zweiten Funkfrequenz F1 und F2 unterschiedlich sein. Ein weiterer Unterschied zwischen den Zeitrahmen der ersten und der zweiten Funkfrequenz F1 und F2 ist, dass für die Zeitrahmen der zweiten Funkfrequenz F2 zwischen den Sendezeitspannen der Teilnehmerfunkstation MS1 und den Empfangszeitspannen der Teilnehmerfunkstation MS1 eine längere Pause existiert als bei den Sendezeitspannen und den Empfangszeitspannen des Funkzugangspunktes AP. Dies ist dadurch bedingt, dass die zeitliche Lage der Zeitspannen, welche die Zeitrahmen der zweiten Funkfrequenz F2 bilden, bedingt ist durch die Zeitschlitze, welche der Teilnehmerfunkstation MS1 von dem Funkzugangspunkt AP zugewiesen wurden. Da üblicherweise aus Sicht eines Funkzugangspunktes die Empfangszeitspannen auf die Sendezeitspannen folgen, sind die Sendezeitspannen aus Sicht der Teilnehmerfunkstation MS1 der zweiten Funkfrequenz F2 gegenüber den Sendezeitspannen aus Sicht des Funkzugangspunktes AP der ersten Funkfrequenz F1 nach hinten verschoben. Dies liegt darin begründet, dass die Sendezeitspannen aus Sicht der Teilnehmerfunkstation MS1 der zweiten Funkfrequenz F2 zeitlich während der Empfangszeitspannen aus Sicht des Funkzugangspunktes AP der ersten Funkfrequenz F1 erfolgen.

Wenn die Zeitspanne F/A der zweiten Funkfrequenz F2 von der Teilnehmerfunkstation MS1 dazu verwendet werden soll, Zeitschlitze an die Teilnehmerfunkstation MS2 sowohl für die Zeitspanne DL der zweiten Funkfrequenz F2 als auch für die Zeitspanne UL der zweiten Funkfrequenz F2 zuzuweisen, muss der Teilnehmerfunkstation MS2 die zeitliche Lage des Zeitschlitzes T11 schon während dem Zeitschlitz T12 bekannt sein. Dies kann z.B. dadurch gelöst werden, dass der Funkzugangspunkt AP die zeitliche Lage des Zeitschlitzes T11 schon während der Zeitspanne DL der ersten Funkfrequenz F1 signalisiert, d.h. während der Zeitspanne DL der ersten Funkfrequenz F1 einen Zeiger auf den Zeitschlitz T11 versendet.

Die vierte Zeile der 2 zeigt die Zeitrahmen der zweiten Funkfrequenz F2 aus Sicht der Teilnehmerfunkstation MS2. Der Teilnehmerfunkstation MS2 steht der Zeitschlitz T21 zum Empfang von Nachrichten von der Teilnehmerfunkstation MS1 auf der zweiten Funkfrequenz F2 und der Zeitschlitz T22 zur Versendung von Nachrichten an die Teilnehmerfunkstation MS1 auf der zweiten Funkfrequenz F2 zur Verfügung. Während des Zeitschlitzes T22, während welchem die Teilnehmerfunkstation MS2 Nachrichten an die Teilnehmerfunkstation MS1 auf der zweiten Funkfrequenz F2 sendet, kann sie gleichzeitig Nachrichten auf der dritten Funkfrequenz F3 an andere Teilnehmerfunkstationen, wie z.B. an die Teilnehmerfunkstationen MS3 und MS31 versenden, in der untersten Zeile der 2 dargestellt. Somit erfüllt die Teilnehmerfunkstation MS2 auf der dritten Funkfrequenz F3 die Funktion eines Funkzugangspunktes für andere Teilnehmerfunkstation. Die Zeitrahmen der dritten Funkfrequenz F3 sind aufgeteilt in aus der Sicht der Teilnehmerfunkstation MS2 Sendezeitspannen P, F/A und DL, welche zeitlich während des Zeitschlitzes T22 positioniert sind, und in aus der Sicht der Teilnehmerfunkstation MS2 gesehen Empfangszeitspannen UL und CP, welche während des Zeitschlitzes T21 positioniert sind.

Die Teilnehmerfunkstation MS2 kann die Zeitschlitze der Zeitspanne DL der dritten Funkfrequenz F3 anderen Teilnehmerfunkstationen zum Empfang von Nachrichten auf der dritten Funkfrequenz F3 zuweisen, so wie z.B. der Zeitschlitz T31 der Teilnehmerfunkstation MS3 zugewiesen ist. Die Zeitschlitze der Zeitspanne UL der dritten Funkfrequenz F3 kann die Teilnehmerfunkstation MS2 anderen Teilnehmerfunkstationen zur Versendung von Nachrichten auf der dritten Funkfrequenz F3 zuweisen, so wie z.B. der Zeitschlitz T32 der Teilnehmerfunkstation MS3 zugewiesen ist.

Gemäß dem beschriebenen Verfahren weisen Teilnehmerfunkstationen, welchen Zeitschlitze zugewiesen wurden, einen Teil dieser Zeitschlitze weiteren Teilnehmerfunkstationen zur Kommunikation zu. Für die Kommunikation der weiteren Teilnehmerfunkstationen wird jedoch eine andere Funkfrequenz eingesetzt als für die Kommunikation der betrachteten Teilnehmerfunkstation, so dass die Kommunikation der betrachteten Teilnehmerfunkstation durch die Zuweisung ihres Zeitschlitzes an die weiteren Teilnehmerfunkstationen nicht eingeschränkt wird. Würde hingegen z.B. die Teilnehmerfunkstation MS1 sowohl für die Kommunikation mit dem Funkzugangspunkt AP als auch mit der Teilnehmerfunkstation MS2 die erste Funkfrequenz F1 verwenden, so würde durch die Zuweisung von Teilen des ihr zugewiesenen Zeitschlitzes an die Teilnehmerfunkstation MS2 die Kommunikation der Teilnehmerfunkstation MS1 beeinträchtigt. Als Resultat würde der Durchsatz an Nutzdaten auf der Schnittstelle zwischen dem Funkzugangspunkt und der Teilnehmerfunkstation MS1 reduziert.

Durch das beschriebene Verfahren werden unerwünschte Interferenzen zwischen den verschiedenen Hops vermieden, da für jeden Hop eine unterschiedliche Funkfrequenz eingesetzt wird. Auch Interferenzen innerhalb eines Hops werden vermieden, da jede Teilnehmerfunkstation nur dann einen Zeitrahmen zur Verfügung stellen kann, wenn ihr Funkressourcen von der als Funkzugangspunkt des vorhergehenden Hops fungierenden Funkstation zugewiesen werden. So ist beispielsweise eine Überschneidung zwischen den von der Teilnehmerfunkstation MS1 und der Teilnehmerfunkstation MS11 ausgestrahlten Präambeln nicht möglich, da diese Präambeln nur innerhalb des der jeweiligen Teilnehmerfunkstation MS1 oder MS11 während der Zeitspanne UL des Zeitrahmens der ersten Funkfrequenz F1 zugewiesenen Zeitschlitzes ausgestrahlt werden darf.

Während das erfindungsgemäße Verfahren lediglich in Bezug auf den Pfad zwischen der Teilnehmerfunkstation MS3 und dem Funkzugangspunkt AP, welcher über die Teilnehmerfunkstationen MS1 und MS2 verläuft, beschrieben wurde, kann es auf jeden Pfad bzw. jeden Hop des Funkkommunikationssystem angewandt werden. Somit kann jeder Teilnehmerfunkstation einerseits ein Zeitrahmen von der in Richtung des Funkzugangspunktes AP nächsten Funkstation zur Verfügung gestellt werden, und andererseits kann sie anderen Teilnehmerfunkstationen einen Zeitrahmen zur Kommunikation zur Verfügung stellen und somit als Funkzugangspunkt für diese Teilnehmerfunkstationen fungieren.

3 zeigt schematisch den Aufbau der Teilnehmerfunkstation MS1. Diese weist Mittel TX zum Senden von Signalen auf verschiedenen Funkfrequenzen und Mittel RX zum Empfangen von Signalen auf verschiedenen Funkfrequenzen auf. Empfangene Nachrichten werden von den Mitteln RX an die Mittel PROCESS RECEIVED MESSAGES zur Verarbeitung der Nachrichten weitergeleitet. Handelt es sich bei einer empfangenen Nachricht um eine Zuweisungsnachricht zur Zuweisung einer Zeitspanne zur Kommunikation an die Funkstation MS1, so wird der Inhalt dieser Nachricht an die Mittel COMMUNICATE1 weitergegeben, welche die Mittel RX und TX steuert, so dass entsprechend dem Inhalt der empfangenen Zuweisungsnachricht Nachrichten über eine oder mehrere Funkfrequenzen zu den entsprechenden Zeiten gesendet und/oder empfangen werden. Mit den Mitteln CREATE MESSAGES werden zu versendende Nachrichten erstellt, insbesondere Zuweisungsnachrichten zur Zuweisung von Zeitspannen zur Kommunikation auf einer bestimmten Funkfrequenz an andere Funkstationen. Die erstellten Nachrichten werden von den Mitteln CREATE MESSAGES an die Mittel TX zur Versendung weitergegeben. Der Inhalt von erstellten Zuweisungsnachrichten wird an die Mittel COMMUNICATE2 gegeben, welche entsprechend diesem Inhalt die Mittel TX und RX zum Empfang und/oder der Versendung von Nachrichten auf der oder den entsprechenden Funkfrequenzen steuern.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Kommunikation per Funk, bei dem

    einer zweiten Funkstation (MS1) von einer ersten Funkstation (AP) eine Zeitspanne (T11, T12) zugewiesen wird zur Kommunikation zwischen der ersten Funkstation (AP) und der zweiten Funkstation (MS1) auf einer ersten Funkfrequenz (F1),

    die zweite Funkstation (MS1) zumindest einen Teil (T21, T22) der ihr von der ersten Funkstation (AP) zugewiesenen Zeitspanne (T11, T12) einer dritten Funkstation (MS2) zuweist zur Kommunikation zwischen der zweiten Funkstation (MS1) und der dritten Funkstation (MS2) auf einer zweiten Funkfrequenz (F2), und

    die zweite Funkstation (MS1) einen ersten Teil (T21, T22) der ihr von der ersten Funkstation (AP) zugewiesenen Zeitspanne (T11, T12) der dritten Funkstation (MS2) zuweist zur Kommunikation zwischen der zweiten Funkstation (MS1) und der dritten Funkstation (MS2) auf der zweiten Funkfrequenz (F2) und einen zweiten Teil der ihr von der ersten Funkstation (AP) zugewiesenen Zeitspanne (T11, T12) einer fünften Funkstation (MS21) zuweist zur Kommunikation zwischen der zweiten Funkstation (MS1) und der fünften Funkstation (MS21) auf der zweiten Funkfrequenz (F2).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Funkstation (MS1)

    während der ihr von der ersten Funkstation (AP) zugewiesenen Zeitspanne (T12) Informationen an die erste Funkstation (AP) auf der ersten Funkfrequenz (F1) versendet, und

    während des von ihr an die dritte Funkstation (MS2) zugewiesenen Teils (T21) der Zeitspanne (T12) Informationen an die dritte Funkstation (MS2) auf der zweiten Funkfrequenz (F2) versendet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Funkstation (MS1)

    während der ihr von der ersten Funkstation (AP) zugewiesenen Zeitspanne (T11) Informationen von der ersten Funkstation (AP) auf der ersten Funkfrequenz (F1) empfängt, und

    während des von ihr an die dritte Funkstation (MS2) zugewiesenen Teils (T22) der Zeitspanne (T11) Informationen von der dritten Funkstation (MS2) auf der zweiten Funkfrequenz (F2) empfängt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Funkstation (MS2) zumindest einen Teil (T31, T32) der ihr von der zweiten Funkstation (MS1) zugewiesenen Zeitspanne (T21, T22) einer vierten Funkstation (MS3) zuweist zur Kommunikation zwischen der dritten Funkstation (MS2) und der vierten Funkstation (MS3) auf einer dritten Funkfrequenz (F3).
  5. Funkstation (MS1) zur Kommunikation per Funk mit

    – Mitteln (RX, PROCESS RECEIVED MESSAGES) zum Empfangen und Verarbeiten einer Zuweisungsnachricht von einer ersten weiteren Funkstation (AP) zur Zuweisung einer Zeitspanne (T11, T12) an die Funkstation (MS1) zur Kommunikation zwischen der Funkstation (MS1) und der ersten weiteren Funkstation (AP) auf einer ersten Funkfrequenz (F1),

    – Mitteln (RX, TX, COMMUNICATE1) zum Kommunizieren mit der ersten weiteren Funkstation (AP) auf der ersten Funkfrequenz (F1) während der ihr von der ersten weiteren Funkstation (AP) zugewiesenen Zeitspanne (T11, T12),

    – Mitteln (CREATE MESSAGES) zum Erstellen und Versenden einer Zuweisungsnachricht an eine zweite weitere Funkstation (MS2) zur Zuweisung von einem ersten Teil (T21, T22) der der Funkstation (MS1) von der ersten weiteren Funkstation (AP) zugewiesenen Zeitspanne (T11, T12) an die zweite weitere Funkstation (MS2) zur Kommunikation zwischen der Funkstation (MS1) und der zweiten weiteren Funkstation (MS2) auf einer zweiten Funkfrequenz (F2), und einer Zuweisungsnachricht an eine dritte weitere Funkstation (MS21) zur Zuweisung von einem zweiten Teil der der Funkstation (MS1) von der ersten weiteren Funkstation (AP) zugewiesenen Zeitspanne (T11, T12) an die dritte weitere Funkstation (MS21) zur Kommunikation zwischen der Funkstation (MS1) und der dritten weiteren Funkstation (MS21) auf der zweiten Funkfrequenz (F2),

    – Mitteln (RX, TX, COMMUNICATE2) zum Kommunizieren mit der zweiten weiteren Funkstation (MS2) und mit der dritten weiteren Funkstation (MS21) auf der zweiten Funkfrequenz (F2) während des der zweiten weiteren Funkstation (MS2) von der Funkstation (MS1) zugewiesenen Teils der Zeitspanne (T21, T22).
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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