Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein digitale drahtlose Kommunikationen und insbesondere ein Protokoll zur Verwendung zwischen Funk-Sender-Empfängern und Repeatern sowie zwischen Funk-Sender-Empfängern und Funk-Sender-Empfängern.

Drahtlose Kommunikationen sind bekannt. Systeme wie Handsprechfunkgeräte, CB-Sprechfunkgeräte und Zellulartelefone nutzen drahtlose Kommunikationen, um Punkt-zu-Punkt-Kommunikationen zwischen Personen an verschiedenen Standorten zu erleichtern.

Solche drahtlosen Kommunikationssysteme nutzen typischerweise bekannte Halbduplex- oder Sprechen-dann-Hören-Funkmethodologie, wobei ein Benutzer sprechen kann oder einer eingehenden Kommunikation zuhören kann, aber nicht beides zugleich. Solche drahtlosen Halbduplex-Kommunikationssysteme verwenden entweder eine Drucktastensteuerung o. Ä. oder als Alternative einen sprachgesteuerten Schalter (VOX), um den Modus des Funk-Sender-Empfängers von Empfang auf Sendung umzuschalten.

Obwohl solche gegenwärtigen drahtlosen Kommunikationssysteme im Allgemeinen für ihre beabsichtigten Zwecke geeignet sind, haben sie den inhärenten Mangel, dass sie ausdrückliche Auslösung des Sendemodus über einen solchen handbedienten oder automatischen Schalter erfordern und außerdem unter dem inhärenten Mangel leiden, keine eingehende Kommunikation zuzulassen, wenn der Sender-Empfänger im Sendemodus ist.

Dass ein Bediener den Sendemodus manuell auslösen muss, typischerweise über einen Drucktastenschalter, erfordert natürlich, dass der Bediener mit der Hand (oder möglicherweise dem Fuß) das Mikrofon tastet. Eine solche explizite Bedienung des Sender-Empfängers lenkt nicht nur ab, sondern kann auch in Fällen, wo die Hände (und möglicherweise die Füße) des Bedieners anderweitig beschäftigt sind, extrem unerwünscht sein. Beispielsweise könnte es Panzerfahrern, Flugzeugpiloten, Helikopterpiloten usw. besonders bei schwierigen Manövern unmöglich sein, solche Handhabungen auszuführen, oder sie könnten bei diesen Handhabungen das Risiko eingehen, eine andere Aufgabe zu vernachlässigen, die ihre sofortige Aufmerksamkeit erfordert.

Sprachgesteuerte Schalter sind entwickelt worden, um zu versuchen, die mit handbedienten Halbduplex-Sender-Empfängern assoziierten Probleme abzuschwächen. Solche sprachgesteuerten Schalter führen jedoch zu einem ganz neuen Problemkreis. Zu diesen Problemen gehört das Bedienen eines sprachgesteuerten Schalters in einer sehr geräuschvollen Umgebung und die Notwendigkeit, die Empfindlichkeit des sprachgesteuerten Schalters in einer solchen sehr geräuschvollen Umgebung richtig einzustellen. Wie Fachleuten deutlich sein wird, führen hohe Umgebungslärmpegel zur unerwünschten und unbeabsichtigten Tastung oder Auslösung des sprachgesteuerten Schalters, sodass keine tatsächliche Sprachsendung ausgestrahlt wird und der Sender-Empfänger daran gehindert wird, eingehende Sendungen anzunehmen.

Außerdem muss der Benutzer eines solchen sprachgesteuerten Schalters bei hohem Umgebungslärm lauter als normal sprechen, um sogar einen richtig eingestellten sprachgesteuerten Schalter auszulösen. Solches laute Sprechen kann ermüden und kann sogar Heiserkeit oder andere sprechbezogene Probleme erzeugen.

Gleich welcher Typ von Halbduplex-Sender-Empfänger (manuell oder VOX-ausgelöst) verwendet wird, dessen unbeabsichtigte Tastung ist ein weiteres mit solchen Halbduplexsystemen assoziiertes Problem. Manuell bediente Schalter haben eine unerwünschte Tendenz, in der ausgelösten Position festzuklemmen, was zum konstanten Senden führt und zur Unfähigkeit, Rundfunksendungen anderer Sender-Empfänger zu empfangen. So kann der Bediener, dessen Taste festklemmt, nicht einmal von anderen Personen, die die unbeabsichtigte Sendung hören, davon benachrichtigt werden, dass seine Taste in der betätigten Position festklemmt, da die Person, deren Taste festklemmt, wegen des Halbduplexbetriebs des Sender-Empfängers nicht in der Lage ist, Rundfunksendungen zu empfangen. Außerdem können sprachbetätigte Schalter, wie oben erörtert wurde, wegen der hohen Umgebungslärmpegel unbeabsichtigt ausgelöst werden.

An sich ist deutlich, dass ein Vollduplex-Sender-Empfänger für Punkt-zu-Punkt-Kommunikationen wünschenswert wäre.

Verdrahtete Intercoms sind auch bekannt. Solche Intercoms sind oft so konfiguriert, dass eine Vielzahl von Benutzern gleichzeitig miteinander sprechen können und dass jeder Benutzer sprechen kann, während er den Gesprächen einer Vielzahl von Benutzern zuhören kann. Deshalb tendieren Gespräche über solche verdrahteten Intercoms dazu, sehr viel natürlicher zu sein, als Gespräche, die über drahtlose Halbduplex-Kommunikationssysteme geführt werden.

Es wäre außerdem wünschenswert, eine Art Intercombetrieb der Funk-Sender-Empfänger bereitzustellen, sodass sie dazu befähigt sind, eine Vielzahl von getrennten Sendungen gleichzeitig zu empfangen, während der Benutzer spricht. Auf diese Weise wird jeder Empfänger die Rundfunksendung aller anderen Sender-Empfänger empfangen und so ein weitaus natürlicheres Kommunikationsmittel bereitstellen.

Es wäre außerdem wünschenswert, ein umfassendes Kommunikationssystem bereitzustellen, das drahtlose Kommunikationen mit verdrahteten Intercomkommunikationen integriert, damit Personen, die ein verdrahtetes Kommunikationssystem benutzen, wie beispielsweise das eines Panzers, Flugzeugs, Helikopters usw., leicht miteinander kommunizieren können und außerdem, falls erwünscht zur gleichen Zeit, mit Personen kommunizieren, die nicht ein Teil des verdrahteten Intercomsystems sind.

Der Stand der Technik wird durch US-A-5 732 076 bereitgestellt, worin ein integriertes Kommunikationssystem offenbart wird, das Zeitvielfachzugriff (TDMA) oder Zeitduplex (TDD) Kommunikationsprotokolle unterstützt, wodurch beide Protokolle innerhalb derselben geografischen Region unterstützt werden. Jedes Protokoll definiert Zeitrahmen und/oder Zeitslots verschiedener Länge, woraus ein zusammengesetzter Zeitrahmen mit einer vordefnierten Timing-Struktur abgeleitet ist. Eine erste Basisstationseinheit kommuniziert in einer ersten Menge von Zeitslots des zusammengesetzten Zeitrahmens gemäß eines ersten TDMA- oder TDD-Protokolls, und eine zweite Basisstationseinheit (die mit der ersten Basisstationseinheit zusammengelegt sein kann) kommuniziert in einer zweiten Menge von Zeitslots des zusammengesetzten Zeitrahmens gemäß eines zweiten TDMA- oder TDD-Protokolls. Koordinierende Elektronik (wie beispielsweise ein GPS-Empfänger in einer oder beiden Basisstationseinheiten) wird bereitgestellt, um Kollisionen von Kommunikationen zu verhindern, die zwischen jeder Basisstationseinheit und ihrem jeweiligen Benutzer stattfinden. In einer besonderen Ausführungsart ist ein erstes Protokoll ein GSM-Protokoll und ein zweites Protokoll ein TDD-Protokoll, das Streuspektrumtechniken verwendet. Das TDD-Protokoll ist so strukturiert, dass jeder Zeitslot die doppelte Zeitdauer eines GSM-Zeitslots hat und jeder Zeitrahmen die vierfache Zeitdauer eines GSM-Zeitrahmens hat. Das System kann eine Reihe von „gestapelten" Basisstationen in einer einzelnen Zelle umfassen, wobei jede auf einer verschiedenen Frequenz läuft oder verschiedene Streucodes verwendet. Siehe beispielsweise US-A-5 732 076 (Ketseoglou et al.).

Speziell die obenerwähnten mit dem Stand der Technik assoziierten Mängel werden von der Erfindung angegangen und gemildert. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung ein Verfahren, wie es in den Patentansprüchen 1, 22 und 33 der angefügten Patentansprüche definiert ist.

So wird ein Verfahren bereitgestellt zum Implementieren eines Zeitvielfachzugriff-Protokolls für digitale Kommunikationen zwischen einer persönlichen Kommunikationseinheit (PCU), die einen Funk-Sender-Empfänger umfasst, und einer Universaladapter-Schnittstelle (UAI), die einen Repeater umfasst, oder zwischen einer PCU und einer anderen PCU oder zwischen einer UAI und einer anderen UAI.

Das Verfahren umfasst die Schritte des Unterteilens einer Kommunikation in eine Vielzahl von Rahmen mit einer vorbestimmten Zeitdauer und des Unterteilens eines jeden Rahmens in eine Vielzahl von Downlinkslots, wobei jeder Downlinkslot dem Aufnehmen einer Sendung vom Repeater an den Empfänger dient, und eine Vielzahl von Uplinkslots, wobei jeder Uplinkslot dem Aufnehmen einer Sendung vom Sender-Empfänger an den Repeater oder eine andere PCU dient. Nachdem die Kommunikation gemäß dem Protokoll der vorliegenden Erfindung formatiert worden ist, wird sie gesendet.

Der Schritt des Empfangen der Kommunikation kann entweder den Empfang einer Sprachkommunikation oder den Empfang einer Datenkommunikation umfassen.

Der Schritt des Unterteilens der Kommunikation in mindestens einen Rahmen umfasst vorzugsweise das Unterteilen der Kommunikation in mindestens einen Rahmen mit einer Länge von ungefähr 5,12 Millisekunden. Fachleuten wird deutlich sein, dass verschiedene andere Zeitabschnitte ähnlich geeignet sind.

Die Schritte des Unterteilens eines jeden Rahmens in eine Vielzahl von Downlinkslots und eine Vielzahl von Uplinkslots umfassen das Unterteilen eines jeden Rahmens in eine Vielzahl von gepaarten Downlink- und Uplinkslots mit entsprechenden Indizes.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung wird ein Medienzugriffs-Kontrollalgorithmus (MAC-Algorithmus) verwendet, um fairen Zugriff auf verfügbare Uplinkslots bereitzustellen.

Ein Funk-Sender-Empfänger greift auf einen verfügbaren Uplinkslot zu, um Information an den Repeater zu senden. Auf ähnliche Weise benutzt der Repeater einen entsprechenden Downlinkslot, um Information an diesen bestimmten Funk-Sender-Empfänger zu senden. Auf diese Weise sind die Uplinkslots und die Downlinkslots miteinander verbunden, vorzugsweise über ein gemeinsames Indexierschema.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung wird ein Downlinkslot D₀ bereitgestellt. Der Repeater sendet Information an solche Funk-Sender-Empfänger, die keinen Uplinkslot über Downlinkslot D₀ haben.

Ein Rahmenabstand wird vorzugsweise zwischen unmittelbar benachbarten Rahmen geformt, um zu verhindern, dass benachbarte Rahmen wegen Taktungenauigkeiten überlappen. Der Rahmenabstand erleichtert auch in einem frequenzspringenden Streuspektrumsystem die Synthesizer-Neuprogrammierung.

Der Schritt des Unterteilens eines jeden Rahmens in eine Vielzahl von Downlinkslots und eine Vielzahl von Uplinkslots umfasst vorzugsweise das Unterteilen eines jeden Rahmens in Downlink- und Uplinkslots, die Folgendes umfassen: ein Bitsynchronisationsfeld; ein Slotsynchronisationsfeld für Funkerfassung; ein Kopffeld für Steuerinformation; ein Datenfeld für digitale Audio- und digitale Dateninformation; ein CRC-Feld für Fehlererkennung; und ein Slotabstandfeld zum Angleichen von Taktungenauigkeiten.

Der Schritt des Unterteilens eines jeden Downlinkslots und eines jeden Uplinkslots in ein CRC-Feld umfasst vorzugsweise innerhalb eines jeden Downlink- und eines jeden Uplinkslots ein 16-Bit CRC-Feld.

Der Schritt des Unterteilens eines jeden Downlinkslots und eines jeden Uplinkslots in ein Kopffeld umfasst vorzugsweise das Unterteilen eines jeden Downlinkslots und eines jeden Uplinkslots in ein Folgendes umfassendes Kopffeld: ein Nachrichtentypfeld; ein Nachrichtenuntertypfeld; ein ID-Feld; ein reserviertes Feld; ein erstes Modifikatorfeld; und ein zweites Modifikatorfeld.

Der Schritt des Unterteilens eines jeden Downlinkslots und eines jeden Uplinkslots in ein ID-Feld umfasst vorzugsweise das Unterteilen eines jeden Downlinkslots und eines jeden Uplinkslots in ein ID-Feld, das die Kommunikationen von Sender-Empfänger zu Sender-Empfänger erleichtert. Wie unten detailliert erörtert ist, können Kommunikationen von Sender-Empfänger zu Sender-Empfänger auftreten, wenn kein Repeater verfügbar ist. Jeder Downlinkslot und jeder Uplinkslot umfasst vorzugsweise ein 8-Bit Nachrichtentypfeld, das die Identifikation von 256 verschiedenen Nachrichtentypen erleichtert.

Diese und weiter Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen deutlicher werden. Es versteht sich, dass innerhalb des Schutzbereichs der Patentansprüche Änderungen in der gezeigten und beschriebenen spezifischen Struktur gemacht werden können, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.

1 ist eine schematische Repräsentation des persönlichen Kommunikationssystems der vorliegenden Erfindung;

2 ist ein Blockdiagramm einer exemplarischen Netzkonfiguration gemäß der vorliegenden Erfindung;

3 ist ein Blockdiagramm einer persönlichen Kommunikationseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;

4 ist ein Flussdiagramm, das die Betriebszustände einer persönlichen Kommunikationseinheit der vorliegenden Erfindung zeigt;

5 ist ein Flussdiagramm, das den Standbymodus einer persönlichen Kommunikationseinheit der vorliegenden Erfindung zeigt;

6 ist ein Flussdiagramm, das den Slavemodus einer persönlichen Kommunikationseinheit der vorliegenden Erfindung zeigt;

7 ist ein Flussdiagramm, das den autonomen Modus (Nachbarnetz) für eine persönliche Kommunikationseinheit der vorliegenden Erfindung zeigt;

8 ist ein Flussdiagramm, das den autonomen Modus (autonomes Netz) einer persönlichen Kommunikationseinheit der vorliegenden Erfindung zeigt;

9 zeigt ein Protokoll-Rahmenformat der vorliegenden Erfindung;

10 zeigt ein Protokoll-Slotformat der vorliegenden Erfindung;

11 zeigt ein Protokoll-Kopfformat der vorliegenden Erfindung;

12 zeigt ein Nachrichtenformat für eine Downlink-Sprachsendung gemäß der vorliegenden Erfindung;

13 zeigt ein Nachrichtenformat für eine Uplink-Sprachsendung gemäß der vorliegenden Erfindung;

14 zeigt die Interpretation der ISMA-Bits (ISMA = Inhibit Sense Multiple Access) gemäß der vorliegenden Erfindung;

15 zeigt die Protokoll-Slotbelegung für den Betrieb im autonomen Modus mit einem Nachbarnetz gemäß der vorliegenden Erfindung;

16 ist ein Graph, der die Kommunikationen zwischen einer UAI und einer PCU zeigt, wenn die PCU bezüglich der UAI außer Reichweite ist.

Es ist beabsichtigt, dass die unten im Zusammenhang mit den angefügten Zeichnungen dargelegte detaillierte Beschreibung eine Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsart der Erfindung ist, und es ist nicht beabsichtigt, dass sie die einzige Form repräsentiert, in der die vorliegende Erfindung konstruiert oder genutzt werden kann. Die Beschreibung legt die Funktionen und die Schrittsequenz zur Konstruktion und zum Betrieb der Erfindung in Verbindung mit der veranschaulichten Ausführungsart dar. Es sollte sich jedoch verstehen, dass dieselben oder äquivalente Funktionen durch verschiedene Ausführungsarten erzielt werden können, die auch dem Schutzbereich der Erfindung unterliegen sollen, wie er in den angefügten Patentansprüchen definiert ist.

Es wird jetzt auf 1 Bezug genommen: Ist mindestens eine Universaladapter-Schnittstelle (UAI) 12a verfügbar, dann werden alle von jeder persönlichen Kommunikationseinheit (PCU) 10a, 10b, 10c gesendeten und empfangenen Nachrichten durch die UAI 12a gerouted, die als ein drahtloser Netzmaster fungiert. Ist mehr als eine UAI 12a, 12b verfügbar, dann wird eine der UAIs 12a, 12b als die Master-UAI 12a designiert, und die andere wird als die Gruppen-UAI designiert. In diesem Modus sendet jede PCU 10a, 10b, 10c ihr Audiosignal an die Master-UAI 12a. Die Master-UAI 12a bildet dann ein zusammengesetztes Audio-Intercomsignal durch das Summieren aller verschiedenen Uplinksendungen der PCU 10a, 10b, 10c, die während eines gegebenen Zeitintervalls oder Rahmens empfangen wurden. Sind irgendwelche UAIs 12a, 12b an ein verdrahtetes Intercomnetz 13a, 13b angeschlossen, dann werden Gespräche vom verdrahteten Intercom 12a, 13b auch in das zusammengesetzte Gesamtaudiosignal aufgenommen.

Die Master-UAI 12a sendet dieses zusammengesetzte Audiosignal an alle PCUs 10a, 10b, 10c in Reichweite, entweder als ein allgemeines Rundfunksignal oder als ein für eine spezifische PCU 10, 10b, 10c dediziertes Signal oder beides. Zusätzlich kann die Master-UAI 12a die drahtlosen Kommunikationssignale optional über das verdrahtete Netz senden, wodurch eine Brücke zwischen drahtlosen PCUs 10a, 10b, 10c und verdrahtetem Intercom 10a, 10b bereitgestellt wird.

Der autonome Modus ist ein komplexerer Modus des PCU-Betriebs 10a, 10b, 10c, worin die PCUs 10a, 10b, 10c bei Abwesenheit einer UAI 12a, 12b Kommunikationen initiieren. Eine PCU 10a, 10b, 10c außerhalb der Reichweite einer UAI 12a, 12b wird hierin als eine autonome PCU 10a, 10b, 10c bezeichnet. Man beachte, dass autonome PCUs Kommunikationen mit anderen PCUs 10a, 10b, 10c initiieren können, die sich schon in einem repeaterbasierten Nachbarnetz befinden (einem Netz, in dem mindestens eine UAI 12a, 12b verfügbar ist), oder mit anderen autonomen PCUs 10a, 10b, 10c.

Jetzt auf 2 bezugnehmend wird ein repeaterbasiertes Netz gezeigt, das eine UAI 12 und vier PCUs 10d–10h umfasst. PCU 10h ist innerhalb der Reichweite von PCU 10d und PCU 10e, aber außerhalb der Reichweite von UAI 12. Um nützlichen, zuverlässigen Informationsaustausch sicherzustellen: 1) unterbricht PCU 10h vorzugsweise nicht das bestehende repeaterbasierte Netz und 2) kann PCU 10h vorzugsweise mit PCU 10d und PCU 10e kommunizieren. Diese Ziele werden erreicht durch Verwendung von Steuerfeldern, die in den von jeder PCU 10d–10h gesendeten Nachrichten enthalten sind. Insbesondere sucht eine autonome PCU (wie beispielsweise PCU 10h) nach Uplinksendungen einer PCU 10d–10g, die anzeigen, dass eine PCU 10d–10g innerhalb des Hörbereichs (PCU 10d oder PCU 10e) Teil eines repeaterbasierten Netzes (eines Netzes mit mindestens einer verfügbaren UAI 12) ist. Dann wird die autonome PCU 10h die Netzstatusfelder in diesen Sendungen benutzen, um die Netzverfügbarkeit und das System-Timing im Nachbarnetz zu bestimmen.

Die autonome PCU 10h wird mit dem Senden während der Zeitperioden beginnen, in denen das Nachbarnetz inaktiv ist, und wird eingebettete Steuerinformation einbeziehen, die anzeigt, dass diese Nachrichten einer autonomen PCU 10h entsprechen. Auf diese Weise werden PCUs 10d–10g im Nachbametz und innerhalb des Hörbereichs der autonomen PCU 10h diese Steuerinformation decodieren und die Nachrichten der autonomen PCU 10h in ihr zusammengesetztes Audiosignal einbeziehen.

Im Fall, dass eine autonome PCU 10h die Anwesenheit anderer PCUs 10d–10g nicht detektiert, wird die autonome PCU 10h mit Rundfunksendung beginnen, wenn sie Funkdaten zum Senden hat. Andere autonome PCUs 10d–10h im Gebiet werden von diesem Signal Netz-Timing empfangen und Kommunikationen aufbauen unter Verwendung eines Verfahrens, das dem vorhergehend beschriebenen ähnelt.

PCUs 10d–10h sind auch dazu fähig, Punkt-zu-Punkt-Sprachkommunikationen zu initiieren, in denen sich zwei Benutzer von PCUs 10d–10h privat unterhalten. FÜR Punkt-zu-Punkt-Betrieb benutzen zwei PCUs 10d–10h entweder eine benutzerprogrammierbare Kennungsnummer (ID-Nummer) oder eine schreibgeschützte Hersteller-ID-Nummer, um Netzadressierung bereitzustellen. Außerdem kann in einem repeaterbasierten System (mit mindestens einer UAI 12) dieses Gespräch dasselbe drahtlose Medium verwenden wie das Intercom ohne Interferenz.

Angesichts der Tatsache, dass die hierin erörterten Kommunikationssysteme ein digitales drahtloses Medium einsetzen, werden auch Anwendungen unterstützt, die digitale Datenkommunikationen erfordern. Beispielsweise enthalten einige der durch diese Systemarchitektur erleichterten Anwendungen Folgendes: entfernten Datenbankzugriff (z.B. für Bilder, Landkarten usw.); entfernte Berichtspeicherung; Erkennung (z.B. Senden von Bildern und Tönen an eine Zentraleinrichtung); und Datenübertragung von Benutzer zu Benutzer.

Außerdem können in einem repeaterbasierten Netz digitale Datenkommunikationen gleichzeitig mit Punkt-zu-Punkt Sprach-Intercomkommunikationen über dasselbe drahtlose Medium ohne Interferenz erscheinen. Um diesen Simultanbetrieb zu erzielen, wird Steuerinformation verwendet, die in die PCU-Uplink- und UAI-Downlinksendungen eingebettet ist, um Intercom- und Datennachrichten zu den passenden PCUs zu routen.

Ein Kommunikationsprotokoll für die vorliegende Erfindung nutzt vorzugsweise Zeitvielfachzugriff-Architektur (TDMA-Architektur), worin jeder TDMA-Rahmen fünf (5) Uplink- und vier (4) Downlinkslots umfasst, wie unten detailliert erörtert wird. Jeder Slot ist weiter unterteilt in ein Synchronisationsfeld, ein Kopffeld, ein Datenfeld und ein CRC-16-Feld. Außerdem wird das ISMA-Verfahren (ISMA = Inhibit Sense Multiple Access) als der Medienzugriffs-Kontrollalgorithmus (MAC-Algorithmus) zum Bestimmen der Slotverfügbarkeit verwendet.

Jetzt auf 3 bezugnehmend wird die Gerätearchitektur für jede PCU 10a–10h gezeigt. Die Hauptbauteile einer PCU 10a–10h umfassen: einen Audio-Codec 30, einen Datenport (z.B. eine RS-232-Schnittstelle) 32, ein Funkgerät 40, ein FPGA 36 und einen DSP 38. Der Audio-Codec 30 stellt eine Schnittstelle zu externen Kopfsprechhörern 24 und einem Mikrofon (nicht gezeigt) und/oder einem internen Lautsprecher (nicht gezeigt) und einem Mikrofon (nicht gezeigt) bereit. Das Funkgerät 40 funktioniert als die Schnittstelle zu anderen PCUs und/oder UAIs. Der Datenport 32 wird benutzt, um die PCU 10a–10h mit einem externen Datenterminal zu verbinden, beispielsweise einem Personalcomputer 28. Die Benutzerschnittstelle ermöglicht externe Steuerung der verschiedenen Funktionen der PCU 10a–10h, beispielsweise Kanalauswahl und Lautstärkeregelung. Das FPGA 36 funktioniert als eine Datenschnittstelle zwischen allen diesen Bauteilen und dem DSP 38. Schließlich implementiert der DSP 38 die Steuer- und Signalverarbeitungsalgorithmen, die von der PCU 10a–10h verwendet werden.

Die Datenfluss- und Signalverarbeitungsalgorithmen sind wie folgt beschaffen. Die PCU 10a–10h verarbeitet zwei getrennte asynchrone Datenströme: die Audioeingabe/-ausgabe und die Funkeingabe/-ausgabe. Das Timing für den Datenstrom der Funkeingabe/-ausgabe wird durch die TDMA-Rahmenbildung bestimmt. Empfangene Funkdaten werden in das FPGA 36 abgepuffert und vom DSP 38 eingelesen, sobald ein vollständiger TDMA-Slot empfangen worden ist. Der DSP 38 decodiert das Kopffeld und bestimmt, ob das Datenfeld verarbeitet oder ignoriert werden soll. Ist Verarbeiten erforderlich, speichert der DSP 38 das Datenfeld in einen Ringpuffer ab, der dem gegenwärtigen TDMA-Slot entspricht. Umgekehrt werden zu sendende Funkdaten vom DSP 38 in einen Puffer im FPGA 36 geschrieben. Der DSP schreibt dann Steuerinformation in das Funkgerät 40, wodurch bewirkt wird, dass das Funkgerät 40 diese Daten während des korrekten TDMA-Slots sendet.

Die Abtastrate des Audio-Codecs 30 bestimmt das Timing des Datenstroms der Audioeingabe/-ausgabe und im Endeffekt das Timing der PCU 10a–10h. Insbesondere schreibt der Audio-Codec 30 vom Mikrofon empfangene Audiodaten in den DSP 38. Der DSP 38 verarbeitet diese Daten unter Verwendung eines Algorithmus für einen sprachgesteuerten Schalter (VOX) oder einen Drücken-zum-Sprechen-Schalter (PTT-Schalter), um zu bestimmen, ob Sprache vorhanden ist. Zu Beginn eines Audiorahmens bestimmt die PCU 10a–10h, welche Slotpuffer für empfangene Funkdaten gültige Daten enthalten. Alle gültigen Funkdaten werden mit dem Eingabe-Audiosignal summiert, um eine zusammengesetzte Audioausgabe zu bilden. Die Audioausgabe wird zum Senden an den Kopfsprechhörer 24 oder Lautsprecher in den Codec geschrieben. Gibt schließlich der VOX-Algorithmus an, dass Sprache vorhanden ist oder der PTT-Schalter ausgelöst worden ist, dann wird der DSP 38 das Audioeingabesignal als die Funkdaten verwenden, die während des nächsten passenden TDMA-Slots gesendet werden sollen.

Neben Datenfluss und Signalverarbeitung implementiert der DSP 38 auch die Steueralgorithmen, die die Operation der PCU 10a–10h in den verschiedenen Protokollzuständen und ihren Übergang zwischen den verschiedenen Protokollzuständen bewirkt, sowie die Funksteuerverarbeitung (z.B. Frequenzspringen, Leistungssteuerung zum Senden und Empfangen von Timing-Ausgabe usw.).

Es wird jetzt auf 4 Bezug genommen: Jede PCU 10a–10h kann vier mögliche Protokollzustände oder -modi annehmen: Standbymodus 50, Slavemodus 56, autonomen Modus (Nachbarnetz) 54, und autonomen Modus (autonomes Netz) 52.

Eine PCU 10a–10h ist im Slavemodus 56 wenn sie mit einer Master-UAI 12a verbunden ist ( 1). Eine PCU 10a–10h ist im autonomen Modus (Nachbametz) 54, wenn sie mit PCUs 10a–10h verbunden ist, die Mitglieder eines repeaterbasierten Netzes sind. Eine PCU ist im autonomen Modus (autonomes Netz), wenn sie mit PCUs verbunden ist, die nicht Mitglieder eines repeaterbasierten Netzes sind. Eine PCU 10a–10h ist im Standbymodus 50, wenn sie versucht, die gegenwärtige Netzkonfiguration zu bestimmen. Mit Bezug auf die 5–8 werden jetzt die möglichen Zustands-/Modusübergänge gezeigt sowie die Steuerungsverarbeitung, die innerhalb eines jeden möglichen Zustands/Modus stattfinden kann.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung ist die Länge eines Audiorahmens gleich der Länge eines TDMA-Rahmens. Da die Audio- und TDMA-Rahmen typischerweise gegeneinander versetzt sind, wird Blockdatenverarbeitung verwendet, worin der Beginn des Audiorahmens den Beginn des zu verarbeitenden Datenblocks angibt.

Ein Beispiel einer Systemarchitektur für vielseitige drahtlose Sprach- und Datenkommunikationen wird in 1 dargestellt. Im Allgemeinen umfasst dieses System zwei Hauptbauteile: Repeater oder drahtlose Schnittstellenadapter (UAIs) 12a, 12b und persönlichen Kommunikationseinheiten (PCUs) 10a, 10b, 10c. In ihrem Standardbetriebsmodus ist eine UAI 12a, 12b eine Einrichtung, die zentralisierte Steuerung des drahtlosen Netzes durch das Empfangen, Verarbeiten und Routen eingehender PCU-Sendungen 10a, 10b, 10c bereitstellt. Eine PCU 10a, 10b, 10c ist eine Einrichtung, die einem einzelnen Benutzer Zugriff auf das drahtlose Netz bereitstellt. In ihrem Standardbetriebsmodus fordert die PCU 10a, 10b, 10c Netzzugriff von der entsprechenden UAI 12a, 12b an und beginnt das Senden, sobald der Zugriff gewälrt ist. In diesem Modus werden von der PCU 10a, 10b, 10c gesendete und empfangene Nachrichten über die UAI 12a, 12b geroutet. Die PCUs 10a, 10b, 10c können aber auch in Abwesenheit einer UAI 12a, 12b ein Netz formen. In diesem Fall nutzen die PCUs verteilte Steuerung, um das Netz aufzubauen und Netzzugriff zu gewähren. Man beachte dass die Schaltung zwischen zentralisierten und verteilten Steuerungen automatisch und nahtlos erfolgt, wenn sich die Netztopologie ändert.

UAIs 12a, 12b in einem drahtlosen Intercomnetz können auch mit einem verdrahteten Intercom verbunden werden. Als solche funktioniert die UAI 12a, 12b als eine Brücke zwischen Benutzern des drahtlosen Intercoms und Benutzern des verdrahteten Intercoms. Die UAI 12a, 12b sendet das zusammengesetzte verdrahtete und drahtlose Intercomsprachsignal während ihrer Downlinksendungen an die drahtlosen Benutzer. Umgekehrt kombiniert die UAI 12a, 12b alle drahtlosen Uplinknachrichten, um ein zusammengesetztes Signal zu formen, das an alle verdrahteten Intercombenutzer gesendet wird. Eine detailliertere Erörterung bezüglich der Intercomkommunikationen wird im nächsten Abschnitt bereitgestellt.

Der Systembetrieb für den Fall der drahtlosen Sprach-Intercomkommunikationen wird unten erörtert. In diesem Fall können die Systembauteile (UAI 12a, 12b und PCUs 10a, 10b, 10c) in einem von drei Modi operieren: Repeatermodus, autonomem Modus und Gruppenmodus.

Repeatermodus ist der Standardmodus des Netzbetriebs, in dem die UAI 12a, 12b der drahtlose Netzmaster ist. In diesem Modus empfangt die UAI 12a, 12b mehrfache Uplinksendungen von einer Reihe von PCUs 10a, 10b, 10c. Die UAI 12a, 12b formt dann ein zusammengesetztes Audio-Intercomsignal durch Summieren aller Uplink-PCU-Sendungen, die während eines gegebenen Zeitintervalls oder Rahmens empfangen werden. Ist die UAI 12a, 12b auch mit einem verdrahteten Intercomnetz verbunden, dann kann sie auch diese Gespräche in das gesamte zusammengesetzte Audiosignal übernehmen. Schließlich sendet die UAI 12a, 12b dieses zusammengesetzte Audiosignal an alle PCUs 10a, 10b, 10c in Reichweite. Außerdem kann die UAI 12a, 12b die drahtlosen Intercomsignale über das verdrahtete Netz senden, wodurch eine Brücke zwischen drahtlosen und verdrahteten Intercombenutzern bereitgestellt wird.

Der autonome Modus ist der komplexere Modus des Netzbetriebs, in dem PCUs 10a, 10b, 10c in Abwesenheit einer UAI 12a, 12b Kommunikationen initiieren. Eine PCU 10a, 10b, 10c, die außerhalb der Reichweite einer UAI ist, wird eine autonome PCU 10a, 10b, 10c genannt. Man beachte, dass autonome PCUs 10a, 10b, 10c Kommunikationen mit anderen PCUs 10a, 10b, 10c, die schon in einem benachbarten repeaterbasierten Netz sind, oder mit anderen autonomen PCUs 10a, 10b, 10c initiieren können.

Angesichts der Tatsache, dass die hierin erörterte Systemarchitektur ein digitales drahtloses Medium einsetzt, werden auch Anwendungen unterstützt, die digitale Datenkommunikationen erfordern. Einige der durch diese Systemarchitektur erleichterten Anwendungen sind beispielsweise:

• • entfernter Datenbankzugriff (z.B. für Bilder, Landkarten usw.);
• • entfernte Berichtspeicherung;
• • Erkennung (z.B. Senden von Bildern und Tönen an eine Zentraleinrichtung); und
• • Datenübertragung von Benutzer zu Benutzer.

Außerdem können in einem repeaterbasierten Netz digitale Datenkommunikationen gleichzeitig mit Punkt-zu-Punkt Sprach-Intercomkommunikationen über dasselbe drahtlose Medium ohne Interferenz auftreten. Um diese gleichzeitigen Operationen zu erzielen, benutzt die UAI Steuerinformation, die in den Uplink- und Downlinksendungen eingebettet sind, um Intercom- und Datennachrichten zu den passenden PCUs zu routen.

Die Systemarchitektur hat vorzugsweise die unten aufgelisteten Eigenschaften: TABELLE 1: SYSTEMEIGENSCHAFTEN Parameter Wert Bemerkung Reichweite typischerweise 1500 ft. (457,2 m) Kanaltyp Zeitduplex,

Frequenzsimplex Datenrate 1 Mbit/s Bitübertragungsschicht Frequenzspringen

Streuspektrum FCC-Beschwerde im 2,45 GHz ISM-Band Sprunganzahl 75 Durch FCC 15.247 Betriebsfrequenzband 2400–2483,5 MHz Durch FCC 15.247 Anzahl der verschiedenen Kanäle 64 Jedem Kanal wird ein verschiedenes Sprungmuster zugewiesen Bitübertragungsschicht Rahmenformat Zeitvielfachzugriff (TDMA) 4 Uplinkslots; 1 Repeater-Downlinkslot; 4 dedizierte Downlinkslots Anzahl der gleichzeitigen Intercomsprecher 4 PCUs senden und ein verdrahtetes Intercom, falls mit der UAI verbunden; Unbeschränkte Anzahl von Hörern MAC-Schicht Inhibit Sense Multiple Access (ISMA) Netzmodi Repeaterbasiert, autonom und Gruppe Echounterdrückung UAI-gesteuert Erleichtert durch die dedizierten Downlinkslots und einen Echounterdrückungsalgorithmus Nebenton Lokal erzeugt Audioformat 8-Bit &mgr;-law PCM

Das Verfahren zum Implementieren eines Zeitvielfachzugriff-Protokolls für digitale Kommunikationen gemäß der vorliegenden Erfindung wird in 2 und 9–15 veranschaulicht, die deren gegenwärtig bevorzugte Ausführungsart darstellen.

Das hierin beschriebene Protokoll wurde zur Verwendung in einem drahtlosen Kommunikationssystem entwickelt, das mehrfache persönliche Kommunikationseinheiten (PCUs) und mehrfache Repeater umfasst. Eine PCU ist eine Einrichtung, die einem Benutzer Zugriff auf das drahtlose Netz verschafft. Ein Repeater ist eine Einrichtung, die den drahtlosen Netzverkehr steuert und mit einem zusätzlichen verdrahteten Netz verbunden sein kann. Um die vorher erörterten Systemmerkmale zu erzielen, nutzt das Protokoll eine Zeitvielfachzugriff-Architektur (TDMA-Architektur), die mehrfachen Benutzern gleichzeitigen Zugriff auf das Sendemedium verschafft.

Es wird jetzt Bezug auf 9 genommen: Das Protokoll wird in Rahmen aufgeteilt, die zeitsequentiell gesendet werden. Jeder Rahmen umfasst eine Anzahl von TDMA-Slots D0-U4. Slots D1 bis D4 und U1 bis U4 sind Downlinkslots (Sendung vom Repeater zur PCU) bzw. Uplinkslots (Sendung von der PCU zum Repeater). Downlink- und Uplinkslots mit demselben Index (z.B. D1 und U1) werden meistens verbunden, um ein Downlink-Uplink-Slotpaar zu bilden. In einem typischen System werden mehrfache PCUs einen Medienzugriffs-Kontrollalgorithrnus (MAC-Algorithmus) benutzen, um auf die verfügbaren Uplinkslots zuzugreifen. Sobald eine PCU Zugriff auf einen Uplinkslot erhält, empfangt sie während des entsprechenden Downlinkslots Sendungen vom Repeater. Diejenigen PCUs, die keinen Zugriff auf einen Uplinkslot haben, werden während des Downlinkslots D0 ausgestrahlte Repeatersendungen erhalten. Schließlich wird ein Rahmenabstand bereitgestellt, sodass Rahmen wegen Taktungenauigkeiten nicht überlappen, und zum Synthesizer-Neuprogrammieren in einem frequenzspringenden (FH) Streuspektrumsystem (SS).

Es wird jetzt Bezug auf 10 genommen: Jeder Slot im Protokollrahmen ist in eine Anzahl von Felder segmentiert. Jeder Slot enthält eine Präambel und ein Slotsynchronisationsfeld zur Funkermittlung, ein Kopffeld für Steuerinformation, ein Datenfeld für Audio- und Digitalinformation, ein 16-Bit CRC-Feld zur Fehlererkennung und einen Slotabstand, um Taktungenauigkeiten zu berücksichtigen.

Mit Bezug auf 11 wird das Kopfformat für alle Slots dargestellt. Das generische Format des Kopfs ermöglicht Protokoll-„Schichtung", und das reservierte Feld ermöglicht zukünftiges Protokollwachstum. Außerdem ermöglicht das benutzerprogrammierbare ID-Feld die vorhergehend erörterten Punkt-zu-Punkt- Kommunikationen.

Das Acht-Bit (8) Nachrichtentypfeld ermöglicht 256 mögliche Nachrichtentypen. Die gegenwärtig definierten werden in Tabelle 1 aufgelistet und in den nachfolgenden Abschnitten erörtert. TABELLE 1: DEFINIERTE NACHRICHTENTYPEN NACHRICHTENTYP BESCHREIBUNG 80h Downlink-Sprachnachricht 01h Uplink-Sprachnachricht für PCUs in einem repeaterbasierten Netz oder in Reichweite von PCUs in einem repeaterbasierten Netz 08h Uplink-Sprachnachricht für autonome PCUs außer Reichweite eines Repeaters 00h, 02h–07h, 09h–7fh, 81h–FFh Noch zu definieren (für Punkt-zu-Punkt-Kommunikationen, Datenkommunikationen, Prüfen usw.)

Dieser Abschnitt definiert die zum Bereitstellen von Sprach-Intercomkommunikationen benutzten Nachrichtentypen. Im Standard-Repeatermodus des Netzbetriebs empfängt der Repeater mehrfache Uplinksendungen von einer Anzahl von PCUs. Der Repeater formt dann ein zusammengesetztes Audio-Intercomsignal durch Summieren aller während eines gegebenen Protokollrahmens empfangenen Uplink-PCU-Sendungen. Ist der Repeater auch mit einem verdrahteten Intercomnetz verbunden, dann kann er auch diese Gespräche im gesamten zusammengesetzten Audiosignal einschließen. Schließlich sendet der Repeater dieses zusammengesetzte Signal unter Verwendung der passenden Downlinkslots an alle PCUs in Reichweite. Außerdem kann der Repeater die drahtlosen Intercomsignale über das verdrahtete Netz senden, wodurch eine Brücke zwischen verdrahteten und drahtlosen Intercombenutzern bereitgestellt wird.

Es wird jetzt Bezug auf 12 genommen: Sprach-Intercomsendungen, die von einem Repeater während eines Downlinkslots gesendet werden, verwenden Nachrichtentyp 80h. Für Nachrichtentyp 80h werden die Felder Nachrichtenuntertyp, ID und Reserviert für Standard-Intercomkommunikationen nicht benutzt und auf 00h gesetzt. Die „Master-" und „autonomen" Bits werden gemäß Tabelle 2 interpretiert. Für Downlinksendung wird der Repeater (Master, autonom) = (1,0) senden. TABELLE 2: INTERPRETATION VON MASTER- UND AUTONOMEN BITS Bit Bit Interpretation 0 0 Eine PCU im Slavemodus oder ein Repeater im Gruppenmodus und Slave eines Master Repeaters. 0 1 Eine PCU oder eine Repeater (Gruppenmodus) im autonomen Slavemodus. 1 0 Eine Repeater im Mastermodus. 1 1 Eine PCU oder ein Repeater (Gruppenmodus) im autonomen Mastermodus.

Die sechs (6) Kanal-Bits werden benutzt, um bis zu 64 verschiedene drahtlose Kanäle zu repräsentieren. Die ISMA-Bits (ISMA = Inhibit Sense Multiple Access) werden gemäß 14 interpretiert und werden benutzt, um die MAC-Verarbeitung zu erleichtern. Das „Reserviert"-Bit wird gegenwärtig nicht benutzt und auf 0 gesetzt. Schließlich wird das „Aktivslot"-Bitfeld benutzt, um den gegenwärtig aktiven Slot zu repräsentieren, und gemäß Tabelle 3 interpretiert. TABELLE 3: INTERPRETATION VON AKTIVSLOT-BITFELD Aktivslotfeld Interpretation 100 Repeater sendet in Slot D0 100 Repeater sendet in Slot D1 001 Repeater sendet in Slot D2 010 Repeater sendet in Slot D3 011 Repeater sendet in Slot D4

Es wird jetzt Bezug auf 13 genommen: Von der PCU (oder dem Repeater im Gruppenmodus) während eines Uplinkslots gesendete Sprach-Intercomsendungen verwenden Nachrichtentyp 01h, wie in 13 gezeigt ist. Wie für Nachrichtentyp 80h werden die Felder Nachrichtenuntertyp, ID und Reserviert für Standard-Sprach-Intercomkommunikationen gegenwärtig im Nachrichtentyp 01h nicht verwendet, die „Master-" und „autonomen" Bits werden gemäß Tabelle 2 interpretiert, und die sechs (6) Kanal-Bits werden benutzt, um bis zu 64 verschiedene drahtlose Kanäle zu repräsentieren.

Mit Bezug auf 14 wird das ISMA-Bitfeld wie gezeigt interpretiert, falls (Master-Bit, autonomes Bit) = (0, 0) ist, ansonsten werden die ISMA-Bits ignoriert. „PTT" ist gleich „1", wenn der Drücken-zum-Sprechen-Schalter an der PCU gedrückt ist, ansonsten wird PTT gleich „0" gesetzt. Das „Reserviert"-Bit wird gegenwärtig nicht benutzt und gleich „0” gesetzt. Schließlich wird das „Aktivslot"-Bitfeld benutzt, um den gegenwärtigen Slot zu repräsentieren, und es wird gemäß Tabelle 4 interpretiert. TABELLE 4: INTERPRETATION DES AKTIVSLOT-BITFELDS Aktivslotfeld Interpretation 00 PCU sendet in Slot U1 01 PCU sendet in Slot U2 10 PCU sendet in Slot U3 11 PCU sendet in Slot U4

Im ISMA-Verfahren (Inhibit Sense Multiple Access) sendet der Netzmaster (Repeater) Information über Slotverfügbarkeit. PCUs nutzen diese Information, um auf einen der verfügbaren Uplink-TDMA-Slots willkürlich zuzugreifen. Insbesondere ist die in diesem Protokoll verwendete ISMA-Technik wie folgt beschaffen:

• 1 Der Repeater sendet für jeden TDMA-Slot in einem Rahmen eine besetzt/frei Flagge;
• 2 PCUs im Netz echoen die ISMA-Information in ihrem Uplink-Kopffeld.
• 3 PCUs versuchen nicht, auf einen besetzten Slot zuzugreifen;
• 4 PCUs werden willkürlich versuchen, auf freie Slots zuzugreifen;
• 5. Nach dem Zugriff auf einen Slot überwacht eine PCU die besetzt/frei Flagge für diesen Slot während der nächsten wenigen Rahmen. Zeigt die Flagge nach einer vorbestimmten Anzahl von Rahmen nicht besetzt an, beendet die PCU das Senden, da ihre Sendung nicht vom Repeater empfangen wurde, am wahrscheinlichsten wegen einer Kollision mit einer anderen PCU-Sendung.

Der Repeatermodus ist der Standard-Netzbetriebsmodus, in dem der Repeater ein drahtloser Netzmaster ist. In diesem Modus bestimmt der Repeater das Netz-Timing (z.B. Rahmenbeginn und -ende) und erleichtert die Downlink-Uplink-Slotpaarung.

Der autonome Modus ist der komplexere Modus des Netzbetriebs, in dem PCUs in Abwesenheit eines Repeaters Kommunikationen initiieren. Eine PCU, die außerhalb der Reichweite eines Repeaters ist, wird eine „autonome PCU" genannt. Man beachte, dass autonome PCUs Kommunikationen mit anderen PCUs, die sich schon in einem repeaterbasierten Nachbarnetz befinden, oder mit anderen autonomen PCUs initiieren können.

Wieder mit Bezug auf 2: Es wird ein repeaterbasiertes Netz gezeigt, das einen Repeater 12 und vier (4) PCUs 10d–10h umfasst. PCU 10h ist in Reichweite von PCU 10d und PCU 10e, aber außer Reichweite des Repeaters 12. Um einen nützlichen, zuverlässigen Informationsaustausch sicherzustellen, wie oben erörtert wurde, gilt Folgendes: 1) PCU 10h sollte nicht das bestehende repeaterbasierte Netz unterbrechen und 2) PCU 10h sollte fähig sein, mit PCU 10d und PCU 10e zu kommunizieren. Diese Ziele werden durch Verwendung der ISMA-, Master- und autonomen Bits und des Aktivslotfelds im Nachrichtentyp 01h erreicht. Insbesondere wird eine autonome PCU (PCU 10h) Uplinkslot-Sendungen mit (Master, autonom) = (0, 0) suchen, was anzeigt, dass die PCU (PCU 10d oder PCU 10e) im Hörbereich Teil eines repeaterbasierten Netzes ist. Dann wird die autonome PCU 10h die ISMA-Bits decodieren, die im empfangenen Nachrichtenkopf geechot sind, um die Slotverfügbarkeit im Nachbarnetz zu bestimmen. Schließlich wird die autonome PCU 10h das Aktivslotfeld benutzen, um das System-Timing des Nachbarnetzes zu bestimmen, und sie wird während eines der verfügbaren Slots unter Verwendung des Nachrichtentyps 01h mit (Master, autonom) = (0, 1) mit dem Senden beginnen. Die PCU 10d–10g im benachbarten Netz und in Hörweite der autonomen PCU 10h wird diese Master-Autonom-PCU-Nachricht in ihrem zusammengesetzten Intercom-Audiosignal decodieren.

Es wird jetzt auf 15 Bezug genommen: Der Protokoll-Slotinhalt und die resultierenden Intercom-Audiosignale für dieses Beispiel sind für das in 2 gezeigte repeaterbasierte Netz dargestellt, wobei die PCUs 10d–10g in Reichweite des Repeaters sind und die autonome PCU 10h in Reichweite der PCUs 10d und 10e ist.

Für den Fall, dass eine autonome PCU die Anwesenheit von anderen PCUs nicht detektiert, wird die autonome PCU mit dem Ausstrahlen des Nachrichtentyps 08h mit (Master, autonom) = (1, 1) beginnen, wobei die ISMA-Bits und das Aktivslotfeld eingestellt sind, um anzuzeigen, dass der Slot U1 aktiv ist. Andere autonome PCUs im Gebiet werden das Netz-Timing aus diesem Signal empfangen und werden unter Verwendung von Nachrichtentyp 08h mit (Master, autonom) = (0, 1) Kommunikationen und einen Prozess aufbauen, der dem vorhergehend beschriebenen ähnelt.

Repeater im drahtlosen Intercomnetz können auch mit einem verdrahteten Intercom verbunden werden. Dabei funktioniert der Repeater als Brücke zwischen Benutzern des drahtlosen Intercoms und Benutzern des verdrahteten Intercoms. Der Repeater sendet das zusammengesetzte verdrahtete Intercomsprachsignal während seiner Downlinkslot-Sendung an die drahtlosen Benutzer. Umgekehrt kombiniert der Repeater alle in den Uplinkslots empfangenen drahtlosen Sendungen, um ein zusammengesetztes Signal zu formen, das an alle verdrahteten Intercombenutzer gesendet wird.

Der Gruppenmodus des Betriebs kann benutzt werden, um zwei oder mehr verdrahtete Intercomnetze miteinander zu verbinden, zusammen mit anderen drahtlosen Intercombenutzern. Insbesondere ist ein Repeater in Gruppenmodus dazu konfiguriert, als eine PCU zu funktionieren, die das verdrahtete Intercom als ihr Audio-Eingabesignal hat. Da der Repeater als eine PCU funktioniert, kann er mit anderen Repeater und PCUs unter Verwendung der vorhergehend erörterten Repeater- und autonomen Modi kommunizieren.

Punkt-zu-Punkt-Kommunikationen, in denen zwei Benutzer sich privat unterhalten, sind innerhalb des Rahmens dieses Protokolls auch möglich. Für diesen Betriebsmodus würden zwei PCUs entweder das benutzerprogrammierbare ID-Kopffeld benutzen oder eine schreibgeschützte Hersteller-ID-Nummer, um Nachrichten einander zuzuleiten und nicht über das Intercomnetz. Außerdem kann dieses Gespräch in einem repeaterbasierten System dasselbe drahtlose Medium verwenden wie das Sprachintercom ohne Interferenz. Man beachte, dass zusätzliche Nachrichtentypen (d. h. eine Teilmenge der Typen 00h, 02h-07h, 09h-7Fh, 81h-FFh in Tabelle 1) definiert werden, um Punkt-zu-Punkt-Kommunikationen zu unterstützen.

Im repeaterbasierten Netz der vorliegenden Erfindung können digitale Datenkommunkationen gleichzeitig mit Punkt-zu-Punkt Intercomkommunikationen über dasselbe drahtlose Medium ohne Interferenz vorkommen. Man beachte, dass zusätzliche Nachrichtentypen (d. h. eine Teilmenge der Typen 00h, 02h-07h, 09h-7Fh, 81h-FFh in Tabelle 1) definiert werden, um Datenkommunikationen zu unterstützen.

Flussdiagramme, die den Betrieb der vorliegenden Erfindung zeigen, werden in den 5–8 gezeigt, die unten detailliert erörtert werden.

Insbesondere wird mit Bezug auf 5 ein Flussdiagramm des PCU- Standbymodus bereitgestellt. In den PCU-Standbymodus 60 kann von dem PCU-Hochfahren, der neuen Kanalauswahl, dem autonomen PCU-Modus (Nachbarnetz) oder dem autonomen PCU-Modus (autonomes Netz) übergewechselt werden.

Der PCU-Empfänger überwacht 62 die Standard-Kanalfrequenz für maximal 80 Rahmenintervalle oder Frequenzsprünge. Wird keine Präambel detektiert 64, dann wird geprüft, ob mehr als 80 Rahmenintervalle abgelaufen sind. Falls nicht, dann fährt die PCU mit dem Überwachen 62 des Standardkanals fort. Sind mehr als 80 Rahmenintervalle abgelaufen, dann beginnt die PCU den Betrieb des autonomen Modus (autonomes Netz) 68.

Wird eine Präambel detektiert 64, dann werden die Kanalnummer und die Slotnummer 70 bestimmt. Ist der Kanal nicht korrekt 72, dann überwacht 62 die PCU wieder den Standardkanal. Ist der Kanal korrekt 72, dann wird der Nachrichtentyp decodiert. Wird ein Downlinkslot-Nachrichtentyp 80h empfangen, dann geht die PCU 80 in den Slavemodus über. Wird ein Uplinkslot-Nachrichtentyp 01h empfangen, dann geht die PCU 82 in den autonomen Modus (Nachbarnetz) über. Wird ansonsten ein Uplinkslot-Nachrichtentyp 08h empfangen, denn geht die PCU in den autonomen Modus (autonomes Netz) 84 über.

Speziell mit Bezug auf 6 wird ein Flussdiagramm des PCU-Slavemodus bereitgestellt. In den PCU-Slavemodus 100 wird aus dem PCU-Standbymodus, dem autonomen PCU-Modus (Nachbarnetz) oder dem PCU-autonomen Netz übergewechselt. Nach dem Überwechseln in den PCU-Slavemodus 100, decodiert das System den Kopf für Slot D0, falls vorhanden, und speichert UAI-Daten 102. Wird keine UAI detektiert 104, dann wird in den autonomen PCU-Modus (Nachbarnetz) 106 übergewechselt. Wird eine UAI detektiert 104, dann wird geprüft, ob es zu sendende Funkdaten gibt 108. Falls nicht, dann wird der Kopf für alle Uplinkslots dekodiert, und es werden Daten für autonome PCUs gespeichert 114. Außerdem werden Audiodaten in den Puffer für Slot D0 und Uplinkslots, die autonome PCU-Daten enthalten, summiert 120, und Audiodaten werden an den Kopfsprechhörer 126 geschickt. Das System wartet dann auf das Rahmenende und springt 132 auf die nächste Frequenz über; dann nimmt es wieder das Decodieren der Köpfe für Slot D0 auf, falls erneut gesendet, und das Speichern von UAI-Daten 102. Sind zu sendende Funkdaten vorhanden 108 oder wurde ein Bakenintervall für autonomes PCU-Timing überschritten, dann wird geprüft, ob das System gegenwärtig sendet 110. Wenn das System nicht gegenwärtig sendet 110, dann werden die in den UAI-Sendungen empfangenen ISMA-Flaggen benutzt, um den Uplinkslot-Status zu bestimmen 116, und es wird geprüft, ob ein Slot verfügbar ist 122. Ist kein Slot verfügbar 122, dann decodiert das System den Kopf für alle Uplinkslots und speichert Daten für autonome PCUs 114. Ist ein Slot verfügbar 122, dann wird eine Sendung in einem willkürlich ausgewählten verfügbaren Uplinkslot ausgeführt 128.

Ist das System gegenwärtig am Senden 110, dann wird der Slotzugriff verifiziert 112. Muss der gültige Slotzugriff für den gegenwärtigen Slot noch verifiziert werden, dann wird das Setzen der ISMA-Flagge für den gegenwärtigen Slot geprüft 124. Ist die Flagge nicht gesetzt 124, dann wird eine Prüfung hinsichtlich eines anderen verfügbaren Slots ausgeführt 122.

Ist die Flagge für den ausgewählten Slot auf besetzt gesetzt 124 oder wurde der Slotzugriff schon verifiziert 112, dann fährt das System damit fort, im ausgewählten Uplinkslot zu senden 130. Das System decodiert den Kopf für den dedizierten Downlinkslot und alle Uplinkslots und speichert verfügbare Audiodaten 134. Audiodaten in den Puffer für den ausgewählten Downlinkslot und alle Uplinkslots, die autonome PCU-Daten enthalten, werden summiert 136, und die Audiodaten werden zum Kopfsprechhörer geschickt 126.

Mit speziellem Bezug auf 7, wird ein Flussdiagramm für den autonomen PCU-Modus (Nachbametz) bereitgestellt. In den autonomen PCU-Modus (Nachbarnetz) wird vom PCU-Standbymodus, dem PCU-Slavemodus oder dem autonomen PCU-Modus (autonomes Netz) übergewechselt. Falls vorhanden, wird der Kopf für Slot D0 decodiert, und es werden UAI-Daten gespeichert 152. Wird eine UAI detektiert, dann wird in den PCU-Slavemodus übergewechselt 156. Wird keine UAI detektiert, dann werden die Köpfe für alle Uplinkslots decodiert, und es werden Daten für autonome PCUs gespeichert 158. Wird kein Uplinkslot detektiert 160, dann wird in den PCU-Standbymodus übergewechselt 162. Wird ein Uplinkslot detektiert 160, dann wird geprüft, ob es Daten zum Senden gibt 164. Gibt es keine Daten zum Senden 164, dann werden Audiodaten in den Puffern für Uplinkslots summiert 170, die PCU-Daten enthalten, und die resultierenden Audiodaten werden zum Kopfsprechhörer geschickt 176. Dann wartet das System auf das Ende des gegenwärtigen Rahmens und springt 182 auf eine neue Frequenz über.

Gibt es Daten zum Senden 164 oder wurde ein Bakenintervall für autonomes PCU-Timing überschritten, dann wird geprüft, ob das System gegenwärtig sendet 166. Ist das System gegenwärtig nicht am Senden 166, dann wird bestimmt, ob ein Slot über die in den Uplinkslots empfangenen ISMA-Steuerfelder verfügbar ist 172. Ist kein Slot verfügbar 178, dann summiert das System Audiodaten in Puffer für Uplinkslots, die PCU-Daten enthalten 170. Ist ein Slot verfügbar 178, dann sendet das System 184 in einem willkürlich ausgewählten verfügbaren Uplinkslot.

Fällt die Prüfung, ob das System gegenwärtig sendet, positiv aus 166, dann wird bestimmt, ob eine Slotkollision eingetreten ist 168. Dabei wird Information in den Köpfen der Uplink-PCU-Sendungen genutzt, um zu signalisieren, ob autonome PCU-Daten empfangen werden. Wird der Slotzugriff nicht verifiziert, dann wird geprüft, ob ein anderer Slot verfügbar ist 178. Ist der Slotzugriff verifiziert, dann fährt die PCU mit dem Senden 180 in den ausgewählten Uplinkslots fort.

Mit speziellem Bezug auf 8 wird ein Flussdiagramm für den autonomen PCU-Modus (autonomes Netz) bereitgestellt. In den autonomen PCU-Modus (autonomes Netz) 200 wird nur aus dem PCU-Standbymodus übergewechselt. Nach dem Überwechseln in den autonomen PCU-Modus (autonomes Netz) 200 decodiert das System den Kopf für Slot D0, falls vorhanden, und speichert UM-Daten 202. Wird eine UAI detektiert 204, dann wird in den PCU-Slavemodus übergewechselt 206. Wird keine UAI detektiert, dann decodiert das System den Kopf für alle Uplinkslots und speichert Daten für autonome PCUs 214. Wird kein Uplinkslot detektiert 222 und wurden für eine vorbestimmte Zeitdauer keine PCUs detektiert, dann wechselt das System in den PCU-Standbymodus 240 über.

Wurde ein Uplinkslot detektiert 222, dann wird geprüft, ob es im Gebiet eine UAI gibt 216. Gibt es im Gebiet eine UAI 216, dann wechselt die PCU in den autonomen PCU-Modus (Nachbametz) 208 über. Gibt es im Gebiet keine UAI, dann wird das autonome Netz-Timing bestimmt 224. Gibt es keine Daten zum Senden, dann werden Audiodaten in den Puffer für Uplinkslots, die PCU-Daten umfassen, summiert 238, und Audiodaten werden zum Kopfsprechhörer geschickt 242. Dann wartet das System auf das Ende des gegenwärtigen Rahmens und springt 244 auf eine neue Frequenz über.

Gibt es Daten zum Senden 230, 232, dann wird geprüft, ob das System gegenwärtig Daten sendet 210. Falls nicht, dann wird die Slotverfügbarkeit bestimmt unter Verwendung der Steuerfelder, die in den Sendungen anderer autonomer PCUs empfangen wurden 218, 226. Ist kein Slot verfügbar, dann summiert die PCU-Audiodaten in den Puffern für Uplinkslots, die PCU-Daten enthalten 238. Ist ein Slot verfügbar, dann sendet das System in einem willkürlich ausgewählten verfügbaren Uplinkslot 234.

Fällt die Prüfung, ob das System gegenwärtig sendet 210, positiv aus, dann wird bestimmt, ob es eine Slotkollision 212 gibt oder nicht. Dabei wird Information im Kopf der empfangenen Uplink-PCU-Sendungen benutzt, um zu signalisieren, ob die vorher autonomen PCU-Daten empfangen wurden.

Es wird geprüft, ob Zugriff für den ausgewählten Slot verifiziert wurde 220. Ist der Slotzugriff nicht verifiziert 220, dann wird geprüft, ob es zusätzliche verfügbare Slots gibt 226. Ist der Slotzugriff verifiziert, dann sendet die PCU im ausgewählten Uplinkslot 228.

Es wird jetzt auf 16 Bezug genommen: Die vorliegende Erfindung umfasst vorzugsweise ein Verfahren zum Weitersenden von Kommunikationen von einer PCU, wenn die UAI außerhalb des Sendebereichs der PCU, aber innerhalb des Empfangsbereichs der PCU liegt. Das heißt, die PCU ist so weit entfernt von der UAI, dass sie keine Nachrichten nach dort senden kann, aber die PCU ist nahe genug der UAI, dass sie Nachrichten von dort empfangen kann. Fachleuten wird deutlich sein, dass dies ein häufiges Ereignis ist, da die UAI typischerweise eine höhere Ausgangsleistung hat als die PCUs.

Ist eine erste PCU nicht fähig, an die UAI zu senden, dann leitet eine zweite PCU, die Kommunikationen von der ersten PCU empfangen kann und auch dazu fähig ist, an die UAI zu senden, Kommunikationen von der ersten PCU an die UAI weiter.

Die zweite PCU kann durch Überwachen der Kommunikationen zwischen der ersten PCU und der UAI die Notwendigkeit detektieren, eine solche Weiterleitung der Kommunikationen von der ersten PCU an die UAI auszuführen. Während einer solchen Überwachung der Kommunikationen zwischen der ersten PCU und der UAI kann die erste PCU erkennen, dass die erste PCU während ihres zugewiesenen Zeitslots nicht an die UAI sendet. Als Alternative kann die zweite PCU das Nichtvorhandensein einer Kommunikations-Empfangsquittierung in der UAI-Sendung an die erste PCU erkennen. Als eine weitere Alternative kann die erste PCU eine Flagge oder andere Nachricht in den eigenen Kopf setzen, wodurch angezeigt wird, dass sie nicht mit der UAI kommunizieren kann und damit anfordert, dass eine andere PCU Kommunikationen für sie weiterleitet.

Es sendet beispielsweise die erste PCU zur Zeit T₁ an die UAI. Dann sendet die UAI zur Zeit T₂ an die erste PCU zurück. Quittiert jedoch die UAI nicht den Empfang der Sendung von der PCU zur Zeit T₁, dann darf die erste PCU während ihrer nächsten zugewiesenen Zeit, d. h. zur Zeit T₃, nicht senden. Zur Zeit T₄ versucht die UAI wieder, Kommunikationen mit der ersten PCU aufzubauen.

Wird eine solche Unfähigkeit der ersten PCU, erfolgreich an die UAI zu senden, von einer zweiten PCU erkannt, die dazu fähig ist, mit der UAI zu kommunizieren, dann leitet die zweite PCU Kommunikationen zwischen der ersten PCU und der UAI weiter.

Es versteht sich, dass das exemplarische persönliche Kommunikationssystem, das hierin beschrieben ist und in den Zeichnungen gezeigt wird, nur eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungsart der Erfindung repräsentiert. Tatsächlich können verschiedene Modifikationen und Ergänzungen an einer solchen Ausführungsart vorgenommen werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er in den angefügten Patentansprüchen definiert ist. Außerdem können verschiedene Modifikationen und Ergänzungen Fachleuten offensichtlich sein und können implementiert werden, um die vorliegende Erfindung für den Gebrauch in einer Vielfalt von verschiedenen Anwendungen anzupassen.