VERFAHREN ZUR SYNCHRONISATION DES SENDE- UND EMPFANGSBETRIEBS VON SENDERN UND EMPFANGERN IN EINEM TELEKOMMUNIKATIONSNETZWERK UNDTELEKOMMUNIKATIONSNETZWERK METHOD FOR SYNCHRONIZING THE TRANSMITTER AND RECEIVER OPERATION OF TRANSMITTERS AND RECEIVERS IN A TELECOMMUNICATIONS NETWORK AND TELECOMMUNICATIONS NETWORK
ZUR DURCHFUHRUNG DES VERFAHRENSFOR IMPLEMENTING THE PROCEDURE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisation des Sende- und Empfangsbetriebs von Sendern und Empfängern in einem Telekommunikationsnetzwerk. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Telekommunikationsnetzwerk, insbesondere Funknetzwerk, wobei Sender und Empfänger zur Durchführung des obigen Verfahrens ausgebildet sind.The invention relates to a method for synchronizing the transmission and reception operation of transmitters and receivers in a telecommunications network. Furthermore, the invention relates to a telecommunications network, in particular a radio network, the transmitter and receiver being designed to carry out the above method.
Verfahren der eingangs genannten Art sowie entsprechende Telekommunikationsnetzwerke sind aus der Praxis bekannt. Für den Betrieb eines Telekommunikationsnetzwerks ist es vorteilhaft, wenn sich die Sender und die Empfänger des Netzwerks zeitpunktgenau miteinander verständigen können. Dann können Telekommunika- tions-Verbindungsteilnehmer genaue Sende- und Empfangszeitpunkte festlegen und benutzen, zu denen andere verbindungsfremde Sender nicht senden und damit die betrachteten Empfänger bzw. die betrachtete Verbindung nicht stören. Dazu müssen die Zeitpunkte des Beginns und der Beendigung von Sendeübertragungen von allen am Telekommunikationsnetzwerk beteiligten Sendern und Empfängern gemeinsam bzw. synchron festgelegt werden.Methods of the type mentioned at the outset and corresponding telecommunications networks are known from practice. For the operation of a telecommunications network, it is advantageous if the transmitters and the receivers of the network can communicate with one another at precisely the right time. Then telecommunication connection subscribers can define and use precise transmission and reception times at which other non-connection transmitters do not transmit and thus do not disturb the receiver or connection under consideration. For this purpose, the times of the beginning and the end of transmission transmissions must be determined jointly or synchronously by all transmitters and receivers involved in the telecommunications network.
Diese notwendige Synchronisation erfolgt bisher dadurch, dass alle Sender und Empfänger einen gemeinsamen Uhrzeitpunkt bzw. Taktzeitpunkt verwenden, nach dem sie ihre Sende- und Empfangsübertragungszeitpunkte ausrichten und festlegen. Die verwendete Synchronisationsuhr, die einen oder mehrere Zeitpunkt-Signalgeber verwenden kann, wird deshalb als eine zentrale Einrichtung des Telekommunikationsnetzwerks angesehen.Up to now, this necessary synchronization has taken place in that all transmitters and receivers use a common time or clock time, according to which they align and determine their transmission and reception transmission times. The synchronization clock used, which can use one or more point-in-time signal transmitters, is therefore regarded as a central facility of the telecommunications network.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass für ein synchronisiertes Telekommunikationsnetzwerk eine solche zentrale Uhr vorliegen bzw. unterhalten und betrieben werden muss. Daneben besteht der weitere Nachteil, dass bei der Verwendung von zentralen Uhren den in Verbindung tretenden Sendern und Empfängern ihre genaue
gegenseitige Position bzw. gegenseitige Entfernung bekannt sein muss, um die notwendige Zeitpunktverschiebung der Synchronisationssignale durch eine Laufzeitverzögerung bei der Sendeübertragung berücksichtigen bzw. ausgleichen zu können.This method has the disadvantage that such a central clock must be available or maintained and operated for a synchronized telecommunications network. In addition, there is the further disadvantage that when using central clocks, the transmitters and receivers that connect to each other have their exact ones mutual position or mutual distance must be known in order to be able to take into account or compensate for the necessary time shift of the synchronization signals due to a delay in the transmission time.
Folglich können dezentrale Telekommunikationsnetzwerke, die ohne zentrale Einrichtungen auskommen sollen, oder Netzwerke, bei denen den einzelnen Teilnehmern der genaue Abstand zu ihren Verbindungspartnern nicht bekannt ist, nicht mittels zentraler Uhren synchronisiert werden.As a result, decentralized telecommunication networks that are supposed to get by without central facilities, or networks in which the individual subscribers do not know the exact distance to their connection partners, cannot be synchronized by means of central clocks.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie ein Telekommunikationsnetzwerk der eingangs genannten Art anzugeben, wonach eine universelle Synchronisation des Sende- und Empfangsbetriebs, insbesondere im Rahmen dezentraler Telekommunikationsnetzwerke, ermöglicht ist.The present invention is therefore based on the object of specifying a method and a telecommunications network of the type mentioned at the outset, according to which a universal synchronization of the transmission and reception mode, in particular within the framework of decentralized telecommunications networks, is made possible.
Erfindungsgemäß ist die voranstehende Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Telekommunikationsnetzwerk mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17 gelöst. Danach weist das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Schritte auf: Senden von Signalimpulsen mit vorgebbarer und identischer Breite und Taktrate durch mindestens einen Sender; Setzen eines beliebigen Zeitpunkts t0 - während des Sendens der Signalimpulse durch den mindestens einen Sender - durch mindestens einen Empfänger; Bilden von Empfangszeitfenstern - mit vorgebbarer und normierter oder identischer Breite und mit zu den Signalimpulsen identischer Taktrate - ab dem Zeitpunkts t0 durch den mindestens einen Empfänger; Feststellen eines Zeitpunkts ^ eines Signalmaximums des aus den Signalimpulsen des Senders bestehenden oder aus den addierten Signalimpulsen der Sender entstandenen Gesamtsignals in einem vorgebbaren Zeitraum ab dem Zeitpunkt t0 durch den mindestens einen Empfänger in einem Empfangsfenster; Senden von Signalimpulsen der Breite und Taktrate der ursprünglichen Sender durch den mindestens einen Empfänger, wobei ein Signalimpuls im wesentlichen an einem relativ zu der Taktrate der Empfangszeitfenster um die Zeit Δt = t, - 10 verschobenen Zeitpunkt gesendet wird, so dass die durch den mindestens einen Empfänger erzeugte Signalimpulsfolge im wesentlichen synchron oder im Takt mit der Signalimpulsfolge des ursprünglichen Senders oder der ursprünglichen Sender gesendet wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sendet zunächst mindestens ein Sender Signalimpulse mit vorgebbarer und identischer Breite sowie vorgebbarer und identischer Taktrate. Meistens senden jedoch mehrere Sender derartige Signalimpulse, wobei hier das Senden noch zufällig und unsynchronisiert sein kann.According to the invention, the above object is achieved by a method with the features of patent claim 1 and by a telecommunications network with the features of patent claim 17. The method according to the invention then has the following steps: transmission of signal pulses with predeterminable and identical width and clock rate by at least one transmitter; Setting any point in time t 0 - during the transmission of the signal pulses by the at least one transmitter - by at least one receiver; Formation of reception time windows - with predeterminable and standardized or identical width and with a clock rate identical to the signal pulses - from time t 0 by the at least one receiver; Determining a point in time ^ of a signal maximum of the total signal consisting of the signal pulses of the transmitter or of the added signal pulses of the transmitters in a predeterminable period of time from time t 0 by the at least one receiver in a reception window; Sending signal pulses of the width and clock rate of the original transmitter by the at least one receiver, wherein a signal pulse is transmitted essentially at a time shifted by the time Δt = t, -1 0 relative to the clock rate of the reception time window, so that the by the at least a receiver generated signal pulse train is sent substantially synchronously or in time with the signal pulse train of the original transmitter or transmitters. In the method according to the invention, at least one transmitter first sends signal pulses with a predefinable and identical width and a predefinable and identical clock rate. In most cases, however, several transmitters send such signal pulses, and the transmission can still be random and unsynchronized.
Im nächsten Schritt setzt sich mindestens ein Empfänger einen beliebigen Zeitpunkt t0, wobei dieses Setzen während des Sendens der Signalimpulse durch den mindestens einen Sender oder mehrere Sender erfolgt. Dieser Zeitpunkt t0 gilt für den oder die Empfänger als zeitlicher Bezugspunkt für das weitere Verfahren.In the next step, at least one receiver sets an arbitrary point in time t 0 , this setting taking place during the transmission of the signal pulses by the at least one transmitter or a plurality of transmitters. This time t 0 applies to the recipient or recipients as a time reference point for the further process.
Der mindestens eine Empfänger bildet nun Empfangszeitfenster ab dem Zeitpunkt t0, wobei die Empfangszeitfenster eine vorgebbare und normierte oder identische Breite sowie eine mit den Signalimpulsen der Sender identische Taktrate aufweisen. Die Lage der Empfangszeitfenster relativ zum Zeitpunkt t0 ist hierdurch definiert. Der mindestens eine Empfänger verschiebt nun das Empfangszeitfenster zeitlich.The at least one receiver now forms reception time windows from time t 0 , the reception time windows having a predeterminable and standardized or identical width and a clock rate identical to the signal pulses of the transmitters. This defines the position of the reception time window relative to time t 0 . The at least one receiver now shifts the reception time window.
Als nächstes stellt der mindestens eine Empfänger einen Zeitpunkt ^ ausgehend vom Zeitpunkt t0fest, bei dem ein Signalmaximum in einem Empfangszeitfenster auftritt. Das Signalmaximum gehört zum Gesamtsignal, das aus den Signalimpulsen des Senders besteht oder aus den addierten Signalimpulsen der Sender - bei Vorliegen mehrerer Sender - entstanden ist. Dabei ist ein vorgebbarer Zeitraum t t0 ab dem Zeitpunkt t0 gewählt. Mit anderen Worten wird ein Signalmaximum aus einem Gesamtsignal ermittelt, das sich aus der Überlagerung der durch Sender gesendeten Signalimpulse zusammensetzt. Dabei haben die Sender - wie oben erwähnt - Signalimpulse mit vorgebbarer und identischer Breite und Taktrate gesendet. Die Signalimpulse werden - je nach Fortschritt der Synchronisierung - mehr oder minder synchron gesendet. Dabei liegt hier eine Überlagerung der Signalimpulse zur Bildung des Gesamtsignals vor. Ein Maximum dieses Gesamtsignals liegt dann vor, wenn schon mehrere Sender in etwa synchron senden. Einem derartigen Signalmaximum wird dann der Zeitpunkt t, zugeordnet. Durch die Bildung der Abfolge von Empfangszeitfenstern ist quasi ein Abscannen eines vorgebbaren Zeitraums ab dem Zeitpunkt t0 ermöglicht. Der Beginn der Empfangszeitfensterfolge muss also nicht zum Zeitpunkt t0 erfolgen, sondern kann auch relativ zum Zeitpunkt t0 in vorgebbarer Weise
verschoben sein. Bei einer derartigen Verschiebung ist jedoch sicherzustellen, dass überhaupt Signalimpulse von einem Sender oder mehreren Sendern durch einen oder mehrere Empfänger empfangen werden können.Next, the at least one receiver determines a point in time ^ starting from the point in time t 0 at which a signal maximum occurs in a reception time window. The signal maximum belongs to the total signal, which consists of the signal impulses of the transmitter or the added signal impulses of the transmitters - if several transmitters are present. A predeterminable time period tt 0 is selected from time t 0 . In other words, a signal maximum is determined from an overall signal, which is composed of the superimposition of the signal pulses sent by the transmitter. As mentioned above, the transmitters sent signal pulses with a predefinable and identical width and clock rate. Depending on the progress of the synchronization, the signal pulses are sent more or less synchronously. Here there is a superimposition of the signal pulses to form the overall signal. This total signal is at a maximum when several transmitters are already transmitting approximately synchronously. Time t is then assigned to such a signal maximum. The formation of the sequence of reception time windows makes it possible, as it were, to scan a predefinable time period from time t 0 . The reception time window sequence therefore does not have to start at time t 0 , but can also be specified in a predefinable manner relative to time t 0 be postponed. With such a shift, however, it must be ensured that signal pulses from one transmitter or several transmitters can be received by one or more receivers.
Im letzten Verfahrensschritt sendet nunmehr der mindestens eine Empfänger Signalimpulse mit der Breite und Taktrate der ursprünglichen Signale der ursprünglichen Sender. Dabei wird jedoch ein beliebiger Signalimpuls im Wesentlichen an einem relativ zu der Taktrate der Empfangszeitfenster um die Zeit Δt = t t0 verschobenen Zeitpunkt gesendet. Hierdurch wird erreicht, dass der ursprüngliche Empfänger sich quasi mit der Gruppe von Sendern synchronisiert, die das Signalmaximum im Wesentlichen gebildet haben. Dabei wird die durch den mindestens einen Empfänger erzeugte Signalimpulsfolge im Wesentlichen synchron oder im Takt mit der Signalimpulsfolge des ursprünglichen Senders oder der ursprünglichen, das Signalmaximum im Wesentlichen bildenden Sender gesendet.In the last method step, the at least one receiver now sends signal pulses with the width and clock rate of the original signals of the original transmitter. However, an arbitrary signal pulse is sent essentially at a point in time that is shifted by the time Δt = tt 0 relative to the clock rate of the reception time window. This ensures that the original receiver is virtually synchronized with the group of transmitters that have essentially formed the signal maximum. The signal pulse sequence generated by the at least one receiver is transmitted essentially synchronously or in time with the signal pulse sequence of the original transmitter or the original transmitter, which essentially forms the signal maximum.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hört quasi ein Empfänger darauf, zu welchem Zeitpunkt die meisten Sender oder ein Großteil der Sender einen Signalimpuls oder Signalimpulse senden. Diese im Wesentlichen gleichzeitig sendenden Sender senden schon quasi synchron. Entsprechend hängt sich der Empfänger quasi an diese Sender an, um die Anzahl an synchron sendenden Sendern bzw. synchronisierten Senden und Empfängern zu erhöhen.In the method according to the invention, a receiver quasi listens to the point in time at which most transmitters or a majority of the transmitters transmit a signal pulse or signal pulses. These transmitters, which transmit essentially at the same time, transmit quasi-synchronously. Accordingly, the receiver virtually attaches itself to these transmitters in order to increase the number of synchronously transmitting transmitters or synchronized transmitters and receivers.
Bei mehrfacher Abfolge des derartigen Verfahrens durch mehrere Empfänger erfolgt eine Art Selbstsynchronisation oder Autosynchronisation der jeweiligen Empfänger. Im Ergebnis nimmt das Maß an Synchronisation im gesamten Telekommunikationsnetzwerk zu. Das Verfahren lässt sich so oft mit verschiedenen Empfängern durchführen, bis quasi das gesamte Telekommunikationsnetzwerk synchron arbeitet.If the method of this type is repeated several times by several receivers, there is a kind of self-synchronization or auto-synchronization of the respective receiver. As a result, the level of synchronization across the entire telecommunications network increases. The process can be carried out with different receivers until the entire telecommunication network works in sync.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren sind keine zentralen Netzwerk-Elemente erforderlich. Des Weiteren ist es auch nicht erforderlich, den genauen Abstand zwischen den Sendern und Empfängern zu wissen, da Laufzeitunterschiede von Signalen aufgrund unterschiedlicher Abstände zwischen den Sendern und Empfängern bei der Durchführung des Verfahrens quasi von selbst mitberücksichtigt werden. Bei dem Verfahrensschritt des Feststeilens des Zeitpunkts t., ist es für den Empfänger unwe-
sentlich, wie die genaue Distanzlage der Sender und Empfänger zueinander ist, da für den Empfänger nur ein Signalmaximum wesentlich ist.No central network elements are required in the method according to the invention. Furthermore, it is also not necessary to know the exact distance between the transmitters and receivers, since differences in transit time of signals due to different distances between the transmitters and receivers are taken into account almost automatically when carrying out the method. In the step of dividing the time t. considerable how the exact distance of the transmitter and receiver is to each other, since only one signal maximum is essential for the receiver.
Folglich ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine universelle Synchronisation des Sende- und Empfangsbetriebs, insbesondere im Rahmen dezentraler Telekommunikationsnetzwerke, ermöglicht.Consequently, the method according to the invention enables universal synchronization of the transmission and reception operation, in particular within the framework of decentralized telecommunication networks.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass innerhalb der gesamten vorliegenden Beschreibung der Erfindung der Begriff „Breite" im Zusammenhang mit Peaks, Signalimpulsen oder Fenstern im Sinne von zeitlicher Breite oder zeitlicher Dauer zu verstehen ist.At this point it should be pointed out that the term “width” is to be understood in the context of peaks, signal pulses or windows in the sense of time width or time duration within the entire present description of the invention.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens könnten die Signalimpulse auf einem vorgebbaren Synchronisierungskanal gesendet werden. Hierdurch wäre eine Signalüberschneidung bzw. Signalüberlagerung mit beispielsweise einem zu übertragenden Datensignal vermieden.In an advantageous embodiment of the method, the signal pulses could be sent on a predefinable synchronization channel. This would avoid signal overlap or signal superimposition with, for example, a data signal to be transmitted.
Das Senden und Empfangen der Signalimpulse könnte von jedem Sender und/oder Empfänger in vorgebbaren oder zufällig gewählten Zeitintervallen erfolgen. Dabei ist lediglich wesentlich, dass die Signalimpulse zu einer Zeit gesendet werden, zu der mindestens ein Empfänger derartige Signalimpulse empfangen kann.The transmission and reception of the signal pulses could take place from any transmitter and / or receiver at predeterminable or randomly selected time intervals. It is only essential that the signal pulses are sent at a time when at least one receiver can receive such signal pulses.
Sinngemäß könnte jeder Sender und/oder Empfänger nach vorgebbaren oder zufällig gewählten Zeitabständen senden und empfangen. Mit anderen Worten könnte eine Signalimpulsfolge eine Zeit lang gesendet werden und anschließend eine Pause eingelegt werden, bis die Signalimpulsfolge wieder gesendet wird. Die Häufigkeit des Sendens und Empfangens derartiger Signalimpulsfolgen sowie deren Länge ist auf den jeweilige Anwendungsfall abzustellen. Hierbei kann für den jeweiligen Anwendungsfall das optimale Vorgehen ermittelt werden, d. h. ein Vorgehen, bei dem die Synchronisation z. B. möglichst schnell erfolgt.Analogously, each transmitter and / or receiver could send and receive according to predefinable or randomly selected time intervals. In other words, a signal pulse train could be sent for a period of time and then a pause could be made until the signal pulse train was sent again. The frequency of sending and receiving such signal pulse sequences and their length is to be based on the respective application. The optimal procedure can be determined for the respective application, i. H. a procedure in which the synchronization z. B. is done as quickly as possible.
Im Hinblick auf eine möglichst schnelle Synchronisation könnte mindestens einer der Sender auch einmal zum Empfänger werden und könnte mindestens einer der
Empfänger auch einmal zum Sender werden. Hierbei könnte ein Wechsel eines Senders zum Empfänger und eines Empfängers zum Sender zufällig erfolgen.With regard to the fastest possible synchronization, at least one of the transmitters could also become the receiver once and at least one of the Sometimes the receiver becomes a sender. In this case, a change from a transmitter to the receiver and a receiver to the transmitter could take place at random.
Die Breite der Empfangszeitfenster könnte im Wesentlichen der Breite der gesendeten Signalimpulse entsprechen. Im Hinblick auf eine möglichst gute Signalauflösung könnte die Breite der Empfangszeitfenster jedoch auch möglichst gering gewählt werden.The width of the reception time window could essentially correspond to the width of the transmitted signal pulses. In view of the best possible signal resolution, the width of the reception time window could also be chosen to be as small as possible.
Im Hinblick auf ein besonders sicheres Feststellen des Zeitpunkts t, eines Signalmaximums könnte der oder könnten die Empfänger die Zeitlage der Empfangszeitfenster variieren. Hierdurch ist ebenfalls ein besonders schnelles Feststellen des Zeitpunkts ti gewährleistet.With a view to a particularly reliable determination of the point in time t of a signal maximum, the receiver or the receivers could vary the timing of the reception time window. This also ensures a particularly rapid determination of the point in time ti.
Ebenfalls im Hinblick auf ein besonders sicheres Feststellen des Zeitpunkts t1 könnte der vorgebbare Zeitraum ab dem Zeitpunkt t0 mindestens eine vollständige Periode der durch den mindestens einen Sender gesendeten Signalimpulsfolge umfassen. Ansonsten könnte ein Feststellen des Zeitpunkts ^ scheitern.Also with regard to a particularly reliable determination of the time t 1 , the predeterminable period of time from the time t 0 could comprise at least one complete period of the signal pulse sequence sent by the at least one transmitter. Otherwise the determination of the time ^ could fail.
Hinsichtlich eines besonders sicheren Feststellens des Zeitpunkts t, könnte jeder Empfänger den Verlauf des Gesamtsignals innerhalb der Periode feststellen und vorzugsweise abspeichern. Hierdurch ist eine besonders genaue Analyse der empfangenen Signale ermöglicht.With regard to a particularly reliable determination of the point in time t, each receiver could determine the course of the overall signal within the period and preferably store it. This enables a particularly precise analysis of the received signals.
Das Signalmaximum, das zum Zeitpunkt t, festgestellt wird, könnte ein absolutes Maximum in dem untersuchten Zeitraum sein. Jedoch auch ein relatives Maximum könnte schon ein verbessertes Maß an Synchronisierung begründen.The signal maximum that is determined at time t could be an absolute maximum in the period under investigation. However, even a relative maximum could justify an improved degree of synchronization.
Je nach Anwendungsfall könnte das Signalmaximum in einem vorgebbaren Zeitintervall festgestellt werden. Im Hinblick auf eine besonders sichere und wirkungsvolle Synchronisation könnte das Senden von Signalimpulsen über mehrere Perioden hinweg erfolgen. Hierdurch wäre ein besonders sicherer Empfang der Signalimpulse durch Empfänger gewährleistet.
Das Empfangssignal, das bei einem Variieren der Zeitlage der Empfangszeitfenster variationsabhängig ist, besteht aus den zeitlich folgenden Bereichen von Einzelsenderbeiträgen mit unterschiedlichem Sendezeitpunkt und mit unterschiedlicher Entfernung zum betrachteten Empfänger. Die Beiträge aus unterschiedlicher Sendeentfernung und von unterschiedlichen Sendezeitpunkten können sich überlagern. Insgesamt ist ein Signalverlauf mit stochastischer Hüllkurve zu erwarten, die eine Abfolge von relativen Maxima und Minima zeigt.Depending on the application, the signal maximum could be determined in a predeterminable time interval. With regard to a particularly secure and effective synchronization, the transmission of signal pulses could take place over several periods. This would ensure a particularly reliable reception of the signal pulses by the receiver. The received signal, which is dependent on the variation in the timing of the reception time window, consists of the chronologically following areas of individual transmitter contributions with different transmission times and with different distances from the receiver under consideration. The contributions from different broadcasting distances and from different broadcasting times can overlap. Overall, a signal curve with a stochastic envelope curve is to be expected, which shows a sequence of relative maxima and minima.
Sobald die Empfänger die Mittellinien-Zeitpunktlage bzw. Mitte des absoluten Maximums oder Maximums ihres gegebenenfalls variationsabhängigen Empfangssignals und die Peakbreite des Empfangssignalmaximums festgestellt haben und wieder zur Sendergruppe wechseln, stellen sie den Sendezeitpunkt für ihre Synchronisierungs- signale bzw. Signalimpulse nach der gemessenen Mittellinien-Lage ein und beginnen, die Synchronisationssignale bzw. Signalimpulse zu senden. Hierdurch erfolgt eine Anpassung an das Maximum.As soon as the receivers have determined the center line timing or center of the absolute maximum or maximum of their possibly variation-dependent reception signal and the peak width of the reception signal maximum and switch back to the transmitter group, they set the transmission time for their synchronization signals or signal pulses according to the measured center line position and start to send the synchronization signals or signal pulses. As a result, the maximum is adjusted.
Da bei einer statistisch angenommenen homogenen Verteilung bzw. konstanten Flächendichte der Telekommunikationsnetzwerk-Teilnehmer die Zahl aller Teilnehmer mit ähnlichem Abstand um den betrachteten Empfänger mit zunehmendem Radius um den Empfänger quadratisch zunimmt, aber die Signalleistungsbeiträge der Teilnehmer mit zunehmendem Abstand zum Empfänger quadratisch abnehmen, wird eine gegebenenfalls variatiorisabhängige Empfangssignalkurve mit konstantem Plateau bzw. eine eher symmetrische Empfangssignalkurve erwartet.Since, with a statistically assumed homogeneous distribution or constant areal density of the telecommunication network participants, the number of all participants with a similar distance around the receiver under consideration increases quadratically with increasing radius around the receiver, but the signal power contributions of the participants decrease quadratically with increasing distance from the receiver, one will if necessary, a variation-dependent reception signal curve with a constant plateau or a more symmetrical reception signal curve is expected.
Der Sendezeitpunkt wird genau um die halbe Peak- oder Plateaubreite - ausgehend von der Mittellinie - zeitlich avanciert oder vorgezogen. Dadurch fällt der Sendezeitpunkt des betrachteten Empfängers mit den Sendezeitpunkten der größten Gruppe von Telekommunikationsnetzwerk-Teilnehmern mit ähnlicher mittlerer Entfernung zum betrachteten Empfänger innerhalb der Zeitfenster zusammen. Mit fortschreitendem Verfahren suchen sich alle Empfänger die Sendezeitpunktlage dieser größten Gruppe der Sender und treten im alternierenden Sendebetrieb zu dieser Gruppe hinzu.
Alle anderen Gruppen von Sendern mit anderen Zeitpunktlagen werden fortschreitend reduziert. Nach einer bestimmten Zeit bzw. nach einer bestimmten Anzahl von Sendebetriebs- und Empfangsbetriebswechseln schaukelt sich das variationsabhängige Empfangssignal zu einer Resonanzkurve auf, deren Breite nur noch durch die Sendersignalbeiträge zum gleichen Sendezeitpunkt aus unterschiedlicher Entfernung zum Empfänger gebildet wird. Als wesentliche Verfahrensschritte dienen hierbei die Bestimmung der Peak- oder Plateaubreite des Signalmaximums sowie das Vorziehen des Sendezeitpunkts von der Mitte des Signalmaximums - der Zeitpunkt t, - aus um die halbe Peak- oder Plateaubreite.The transmission time is advanced or advanced exactly by half the peak or plateau width - starting from the center line. As a result, the transmission time of the receiver under consideration coincides with the transmission times of the largest group of telecommunication network subscribers with a similar average distance to the receiver under consideration within the time window. As the process progresses, all receivers look for the time of transmission of this largest group of transmitters and join this group in alternating transmission mode. All other groups of stations with different time positions are progressively reduced. After a certain time or after a certain number of changes in transmission mode and reception mode, the variation-dependent reception signal swings up to form a resonance curve, the width of which is only formed by the transmitter signal contributions at the same transmission time from a different distance from the receiver. The essential process steps here are determining the peak or plateau width of the signal maximum and advancing the transmission time from the center of the signal maximum - the point in time t - by half the peak or plateau width.
Die Breite der Resonanzkurve spiegelt dann nur noch den Signallaufzeitbereich bzw. die Größe des betrachteten Flächenbereichs wieder. Der Flächenbereich ist der Bereich aller Sender, deren Signale am betrachteten Empfängerort hörbar sind. Je kleiner der Flächenbereich des Sender-Empfängerensembles ist, desto schärfer bzw. schmaler wird diese Resonanzkurve. Im Grenzfall unendlicher Signalausbreitungsgeschwindigkeit oder der räumlichen Zusammenziehung des Kontraktionsbereichs auf einen Punkt nähert sich die Resonanzkurve einer Kronecker-Deltafunktion, wobei unter Kontraktionsbereich der räumliche Bereich zu verstehen ist, innerhalb welchem sich alle synchronisierten Sender und Empfänger noch gegenseitig empfangen können. Die Halbbreite der Resonanzkurve gibt dann die Unscharfe des Sendezeitpunkts wieder.The width of the resonance curve then only reflects the signal transit time range or the size of the surface area under consideration. The area is the area of all transmitters whose signals can be heard at the receiver location under consideration. The smaller the area of the transmitter-receiver ensemble, the sharper or narrower this resonance curve. In the limit case of infinite signal propagation speed or the spatial contraction of the contraction area to a point, the resonance curve approaches a Kronecker delta function, whereby the contraction area is to be understood as the spatial area within which all synchronized transmitters and receivers can still receive each other. The half-width of the resonance curve then reflects the blurring of the transmission time.
Durch dieses erfindungsgemäße Vorgehen wird der Einfluss der Signallaufzeit auf die Synchronisation berücksichtigt bzw. kompensiert. Die Sendezeitfensterbreite bzw. die Sendeimpulslänge der Signalimpulse auf dem Synchronisationskanal wird vorteilhafterweise gleich der Empfangszeitfensterbreite eingestellt, um eine maximale Auflösung der Telekommunikationsnetzwerk-Teilnehmergruppen mit ähnlichem Abstand zum Empfänger zu erreichen.The procedure according to the invention takes into account or compensates for the influence of the signal transit time on the synchronization. The transmission time window width or the transmission pulse length of the signal pulses on the synchronization channel is advantageously set equal to the reception time window width in order to achieve a maximum resolution of the telecommunications network subscriber groups with a similar distance from the receiver.
Im eigentlichen Sende-/Empfangsbetrieb für Nutzinformation in den Nicht-Synchroni- sierungskanälen kann das Empfangszeitfenster variabel - ausgehend vom Triggerzeitpunkt - retardiert oder avanciert gesetzt werden, um z. B. nur den Kontakt mit Sendern einer definierten Entfernung zum betrachteten Empfänger zu wählen. Die Lage des Empfangszeitfensters bzw. die Retardierung oder Avancierung ΔT = ΔS/c
gibt das Entfernungsverhältnis ΔS auf dem Signalübertragungsweg wieder, wobei c die Signalausbreitungsgeschwindigkeit ist.In the actual transmission / reception mode for useful information in the non-synchronization channels, the reception time window can be set to be delayed or advanced, starting from the trigger time, in order to, for example, B. only to choose the contact with transmitters a defined distance from the receiver under consideration. The position of the reception time window or the retardation or advancement ΔT = ΔS / c represents the distance ratio ΔS on the signal transmission path, where c is the signal propagation speed.
Umgekehrt können die Empfänger aus der Verschiebung ΔT - die gewünschte Retardierung oder Avancierung - der Empfangssignalzeitlage zum Triggerzeitpunkt die Entfernung der Verbindungsnachbarn feststellen bzw. bestimmen. Kennen drei Nachbarn innerhalb eines Kontraktionsbereichs ihren gegenseitigen Abstand, so bilden sie eine Basis, von der aus jeder Funkverbindungsabstand automatisch ausgemessen werden kann, sofern je zwei in Verbindung stehende Netzteilnehmer die Entfernung zu mindestens einem gemeinsamen Nachbarn kennen, der im Schnittbereich ihrer Kontraktionsbereiche liegt. Wenn nach einer bestimmten Betriebszeit alle Netzteilnehmer die Entfernungen zu ihren nächsten Nachbarn kennen, so ist das Netz vollständig vermessen und die absoluten geometrischen Positionen der Netzteilnehmer zueinander können von einer zentralen Stelle aus diesen Daten berechnet werden. Der Funkbetrieb dieses erfindungsgemäßen Synchronisationsverfahrens stellt ein terrestrisch gestütztes „Ground Positioning System" dar.Conversely, the receivers can determine or determine the distance of the connection neighbors from the shift .DELTA.T - the desired retardation or advancement - the received signal timing at the trigger time. If three neighbors know their mutual distance within a contraction area, they form a basis from which every radio connection distance can be measured automatically, provided that two connected network users know the distance to at least one common neighbor that lies in the intersection of their contraction areas. If, after a certain operating time, all network participants know the distances to their nearest neighbors, the network is completely measured and the absolute geometric positions of the network participants can be calculated from this data from a central point. The radio operation of this synchronization method according to the invention represents a terrestrially supported “ground positioning system”.
Die Erfindung garantiert eine Konvergenz zu einem einzigen gemeinsamen Taktzeitpunkt innerhalb eines Gebiets bzw. Kontraktionsbereichs, in dem alle für den Empfänger hörbaren Sender enthalten sind, selbst wenn anfänglich eine stochastische zeitliche Verteilung von Taktzeitpunkten der einzelnen Sender vorliegt. Das Telekommunikationsnetz hat sich nach einer gewissen Zeit von selbst und vollständig automatisch ohne eine zentrale Steuerung synchronisiert. Die Laufzeiten der Sendersignale sind durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Synchronisation berücksichtigt.The invention guarantees convergence at a single common clock time within an area or contraction area in which all transmitters audible to the receiver are contained, even if there is initially a stochastic temporal distribution of clock times of the individual transmitters. After a certain time, the telecommunications network automatically and completely synchronized itself without a central control. The transit times of the transmitter signals are taken into account by the synchronization method according to the invention.
Es liegt eine Autosynchronisation bzw. ein Autosynchronisationsverfahren vor. Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine Synchronisationspräzision von wenigen Mikrosekunden erreichbar. Die Beschränkung liegt in der endlichen Ausbreitungsgeschwindigkeit der Funksignale in beispielsweise räumlich bis zu 1 Kilometer ausgedehnten Kontraktionsbereichen. Für eine Strecke von 1km benötigt ein elektromagnetischer Puls ca. 3,33 Mikrosekunden Laufzeit.
In erfindungsgemäßer Weise ist des Weiteren ein Telekommunikationsnetzwerk, insbesondere Funknetzwerk, angegeben, wobei Sender und Empfänger zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet sind.There is an auto-synchronization or an auto-synchronization method. A synchronization precision of a few microseconds can be achieved with this method according to the invention. The limitation lies in the finite propagation speed of the radio signals in contraction areas, for example, which are spatially extended up to 1 km. For a distance of 1km, an electromagnetic pulse takes about 3.33 microseconds to run. In a manner according to the invention, a telecommunications network, in particular a radio network, is also specified, the transmitter and receiver being designed to carry out the method according to the invention.
Insbesondere können die Sender und Empfänger ihre gegenseitigen Abstände und/oder Positionen durch Ausmessen der Signallaufzeiten beim Verschieben ihrer Empfangszeitfenster bestimmen. Dabei ist durch den Betrieb des Telekommunikationsnetzwerks ein terrestrisch gestütztes „Ground Positioning System" gebildet ist.In particular, the transmitters and receivers can determine their mutual distances and / or positions by measuring the signal transit times when shifting their reception time window. A terrestrial ground positioning system is formed by the operation of the telecommunications network.
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die Erfindung den synchronisierten Sende- und Empfangsbetrieb in vollkommen dezentral organisierten Telekommunikationsnetzwerken und in Telekommunikationsnetzwerken ermöglicht, bei denen die genaue Position bzw. der gegenseitige Abstand von Verbindungsteilnehmern nicht bekannt ist. Die Erfindung ermöglicht den Aufbau solcher Telekommunikationsnetzwerke. Die Erfindung ermöglicht des Weiteren das genaue Ausmessen bzw. die Positionsbestimmung der Netzteilnehmerabstände bzw. der Netzteilnehmer.In summary, it should be noted that the invention enables the synchronized transmission and reception operation in completely decentralized organized telecommunication networks and in telecommunication networks in which the exact position or the mutual distance between connection participants is not known. The invention enables the construction of such telecommunication networks. The invention further enables the precise measurement or the position determination of the network subscriber distances or the network subscribers.
Die Erfindung ist beispielsweise im Rahmen eines Funknetzwerks anwendbar. Sie ist aber prinzipiell auch in anderen Telekommunikationsnetzwerkarten wie beispielsweise Festleitungsnetzwerken anwendbar.The invention can be used, for example, in the context of a radio network. In principle, however, it can also be used in other types of telecommunications networks, such as landline networks.
Die Erfindung verwendet in vorteilhafter Weise einen Synchronisierungskanal. Jeder Sender oder Empfänger sendet oder empfängt auf dem Synchronisierungskanal in bestimmten, beispielsweise stochastisch gewählten, Zeitabständen für eine bestimmte, beispielsweise stochastisch gewählte, Zeitdauer mit einer vorzugsweise vorgegebenen gemeinsamen Taktrate Synchronisierungsimpulse mit einer Normimpulslänge und einer Normsendeleistung. Die in Betrieb befindlichen Telekommunikationsnetzteilnehmer zerfallen in zwei Gruppen. Die eine Gruppe sendet Synchronisie- rungssignale und die andere Gruppe empfängt Synchronisierungssignale. Die einzelnen Teilnehmer können sich dabei zufällig für eine bestimmte zufällige Zeitdauer abwechselnd der einen oder der anderen Gruppe zuschalten. Die Häufigkeit dieser Zuschaltungen könnte so eingestellt werden, dass das Telekommunikationsnetzgebiet in Bezug auf die Synchronisation zusammenhängend wird, d. h. dass jeder Netzgebietsbereich mit jedem anderen synchronisationsmäßig zusammenhängt.
Alle Teilnehmer, die in Betrieb sind und die Signalimpulse empfangen, können die Zeitlage eines Empfangszeitfensters variieren, beispielsweise „scannen" oder „wob- beln", und messen ihre Empfangsleistung z. B. auf dem Synchronisierungskanal im Empfangszeitfenster. Die Teilnehmer können die Zeitlage der „scanabhängigen" maximalen Empfangsleistung feststellen. Die Breite der Empfangszeitfenster kann normiert sein oder gegebenenfalls zugunsten einer möglichst guten Signalauflösung möglichst minimiert werden.The invention advantageously uses a synchronization channel. Each transmitter or receiver sends or receives on the synchronization channel at certain, for example stochastically selected, time intervals for a certain, for example stochastically selected, time period with a preferably predetermined common clock rate, synchronization pulses with a standard pulse length and a standard transmission power. The telecommunications network subscribers in operation fall into two groups. One group sends synchronization signals and the other group receives synchronization signals. The individual participants can switch to one or the other group alternately for a certain random period of time. The frequency of these connections could be set in such a way that the telecommunication network area becomes coherent in terms of synchronization, ie that each network area area is synchronized with every other. All subscribers who are in operation and receive the signal pulses can vary the timing of a reception time window, for example "scan" or "wobble", and measure their reception power, for example. B. on the synchronization channel in the reception time window. The participants can determine the time position of the "scan-dependent" maximum reception power. The width of the reception time window can be standardized or possibly minimized in favor of the best possible signal resolution.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigenThere are now various possibilities for advantageously designing and developing the teaching of the present invention. For this purpose, reference is made to the subordinate claims, on the one hand, and to the following explanation of the method according to the invention with reference to the drawing. In connection with the explanation of the method according to the invention with reference to the drawing, generally preferred refinements and developments of the teaching are also explained. Show in the drawing
Fig. 1 in einer schematischen Darstellung die Zeitlage der Empfangszeitfenster relativ zu den Sender-Signalimpulsen, wobei hier drei verschiedene Situationen gezeigt sind,1 shows a schematic representation of the timing of the reception time window relative to the transmitter signal pulses, three different situations being shown here,
Fig. 2 in einem Diagramm die Empfangsleistung relativ zur Empfangszeitfenster-Variation und2 in a diagram the reception power relative to the reception time window variation and
Fig. 3 in einem Diagramm die Entwicklung der Empfangsleistung in Abhängigkeit von der Empfangszeitfenster-Variation.3 shows the development of the reception power as a function of the reception time window variation in a diagram.
In Fig. 1 ist in einer schematischen Darstellung die relative Zeitlage der Empfangszeitfenster zu den Sender-Signalimpulsen gezeigt. Dabei sind drei Situationen gezeigt, wobei die mittlere Situation den größten Überlapp zwischen Empfangszeitfenstern und Sender-Signalimpulsen zeigt. Die erste und die dritte Situation zeigen jeweils zeitlich verschobene und damit unsynchronisiertere Zeitlagen. Die Größe der geschwärzten Bereiche zeigt dabei das Maß der Synchronisation.
Fig. 2 zeigt in einem Diagramm die Empfangsleistung P als Funktion der Empfangszeitfenster-Variation Δt. Zum Zeitpunkt Δ^ liegt eine weitgehende Synchronisation vor. Die geschwärzten Bereiche in dem Diagramm korrespondieren mit den geschwärzten Bereichen in Fig. 1.In Fig. 1, the relative timing of the reception time window to the transmitter signal pulses is shown in a schematic representation. Three situations are shown, the middle situation showing the greatest overlap between reception time windows and transmitter signal pulses. The first and the third situation show time-shifted and thus unsynchronized time slots. The size of the blackened areas shows the degree of synchronization. 2 shows the received power P as a function of the received time window variation Δt in a diagram. At time Δ ^ there is extensive synchronization. The blackened areas in the diagram correspond to the blackened areas in FIG. 1.
Fig. 3 zeigt die Entwicklung der Empfangsleistung P in Abhängigkeit von der Variation der Empfangszeitfenster und damit die Anpassung der Signalimpulse der ursprünglich als Empfänger arbeitenden Sender. Dabei sind drei Stufen der Synchroni- sierungs-Entwicklung gezeigt, wobei die Stufe 1 mit der durchgezogenen Linie eine anfängliche Stufe zeigt. Die Stufe 2, die durch kurze Striche gezeigt ist, stellt einen mittleren Synchronisationszustand dar und die Stufe 3, die durch große Striche dargestellt ist, zeigt einen hohen Synchronisierungsgrad in Form eines schmalen und hohen Peaks ohne Nebenmaxima wie im Falle der Stufen 1 und 2.3 shows the development of the reception power P as a function of the variation in the reception time window and thus the adaptation of the signal pulses of the transmitters originally working as receivers. Three stages of the synchronization development are shown, stage 1 with the solid line showing an initial stage. Level 2, which is shown by short dashes, represents a medium synchronization state and stage 3, which is represented by large dashes, shows a high degree of synchronization in the form of a narrow and high peak with no secondary maxima as in the case of stages 1 and 2.
Bei der Stufe 1 liegt ein weitgehend unsynchronisierter Zustand vor, wobei sich hier rein zufällig zwei Maxima ausgebildet haben, die auf zwei Gruppen von Teilnehmern hindeuten, die in gewissem Umfang relativ zueinander synchronisiert sind. Bei der Stufe 2 hat schon das Synchronisierungsverfahren Wirkung gezeigt, und zwar insoweit, als sich das höhere Maximum der Stufe 1 weiter verstärkt hat und das niedrigere Maximum der Stufe 1 reduziert hat. Bei der Stufe 3 ist das Synchronisierungsverfahren schon soweit fortgeschritten, dass nur noch ein hohes Maximum vorhanden ist. Die ursprüngliche zweite Gruppe von geringfügig synchronisierten Sendern hat sich ganz aufgelöst und der ersten Gruppe mit dem höheren Maximum angeschlossen.In stage 1 there is a largely unsynchronized state, here two maxima have developed purely by chance, which point to two groups of participants that are synchronized to a certain extent relative to one another. In the case of stage 2, the synchronization method has already had an effect, to the extent that the higher maximum of stage 1 has further increased and the lower maximum of stage 1 has reduced. At level 3, the synchronization process has progressed so far that there is only a high maximum. The original second group of slightly synchronized transmitters has completely disappeared and joined the first group with the higher maximum.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Autosynchronisierungsverfahren, bei dem sich die Teilnehmer in einem Telekommunikationsnetzwerk durch wiederholtes Anwenden des Verfahrens sukzessive synchronisieren.The method according to the invention is an auto-synchronization method in which the subscribers in a telecommunication network synchronize successively by repeatedly using the method.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.
With regard to further advantageous embodiments of the method according to the invention, reference is made to the general part of the description and to the appended claims in order to avoid repetition.