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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Mehrstationen-Kommunikationsnetzwerks und
eine Vorrichtung, die zur Durchführung
des Verfahrens geeignet ist.
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Die
internationale Patentanmeldung WO96/31009 beschreibt ein Kommunikationsnetzwerk,
bei welchem eine wechselseitig anpassbare Leistungskontrolle und
eine Überwachung
der Signalqualität
und darauf ansprechende Leistungskontrolle zum Regeln des Ausgangsleistungspegels
von Übertragungsgeräten auf das
für eine
zufriedenstellende Kommunikation notwendige Mindestmaß vorgesehen
ist.
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In
der WO95/12295 ist ein Netzwerk offenbart, bei welchem eine Mobilstation
den Leistungspegel von Signalen misst, die sowohl von ihrer eigenen
Basisstation als auch von einer benachbarten Station empfangen werden.
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Die
EP0602340 zeigt ein netzwerkartiges
Kommunikationssystem, das erste und zweite Funkzellen mit ersten
und zweiten Basisstationen und ein mobiles Gerät aufweist, welches zum Einsatz
bei einer schnellen Bewegung von der ersten Funkzelle zu der zweiten
Funkzelle ausgebildet ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines
Mehrstationen-Kommunikationsnetzwerks und eine Vorrichtung, die
zur Durchführung
des Verfahrens geeignet ist.
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Die
internationale Patentanmeldung WO96/19887 beschreibt ein Kommunikationsnetzwerk,
bei welchem einzelne Stationen Nachrichten an andere Stationen unter
Benutzung von Zwischenstationen versenden können, so dass die Nachrichtendaten
auf vorteilhafte Weise weitergeleitet werden. In derartigen Netzwerken, und
in anderen Mehrstationen-Netzwerken,
ist es wünschenswert,
die Ausgangsleistung der Übertragungsstationen
auf einen Wert zu regeln, der für
ein erfolgreiches Empfangen übertragener
Daten ausreichend ist, der jedoch ansonsten möglichst gering ist, um die
Interferenz mit benachbarten Stationen oder mit anderen Benutzern
des Hochfrequenz-Spektrums möglichst
gering zu halten.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben
eines Mehrstationen-Kommunikationsnetzwerks
bereitzustellen, welches für
den oben genannten Zweck konzipiert ist.
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Zusammenfassunq
der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein
Verfahren zum Betreiben eines Kommunikationsnetzwerks mit einer
Vielzahl von zu gegenseitiger Datenübertragung und Datenempfang
ausgebildeten Stationen bereitgestellt, wobei das Verfahren Folgendes
umfasst:
Überwachen
der Weggüte
an jeder Station zwischen der Station und jeder anderen Station,
mit der die Station kommuniziert;
Aufzeichnen von Daten der
Weggüte
an jeder Station, welche der jeden anderen Station zugeordneten
Weggüte
entsprechen;
Festlegen eines Werts der Übertragungsleistung an jeder
Station, basierend auf den aufgenommenen Daten der Weggüte, welche
einer bestimmten anderen Station bei der Datenübertragung an die bestimmte
andere Station zugeordnet sind, um dadurch die Wahrscheinlichkeit
einer Datenübertragung
mit einem optimalen Leistungspegel an die bestimmte andere Station
zu erhöhen.
und
wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass jede Station
lokale Daten des Hintergrundrauschens/der Interferenz in zumindest
einige ihrer Übertragungen
an andere Stationen einbindet, welche von anderen Stationen zum
Einstellen ihrer Werte der Übertragungsleistung
beim Übertragen
von Daten an jede dieser Stationen verwendet werden,
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Das Überwachen
der Weggüte
zwischen den Stationen kann ein Überwachen
von mindestens einem der Kenndaten von Wegverlust, Phasenverzerrung,
Zeitverzögerung,
Dopplerverschiebung oder Mehrwegfading eines Kanals zwischen den
Stationen umfassen.
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In
bevorzugter Ausgestaltung umfasst das Verfahren ein Übertragen
von Daten der Weggüte,
welche der Weggüte zwischen
einer ersten und zweiten Station beim Übertragen anderer Daten zwischen
den Stationen entsprechen, so dass an der ersten Station aufgenommene
Daten der Weggüte
an die zweite Station zur Verwendung an der zweiten Station, und
umgekehrt, übermittelt
werden.
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Die
Weggüte
an einer Station, die übertragene
Daten empfängt,
kann durch Vergleichen der gemessenen Empfangsleistung der Übertragung
mit Daten in der Übertragung
berechnet werden, wodurch deren Übertragungsleistung
angezeigt wird.
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Vorzugsweise
vergleicht eine Station, die Daten der Weggüte empfängt, die empfangenen Daten
der Weggüte
mit jeweiligen gespeicherten Daten der Weggüte und berechnet einen Korrekturwert
für die
Weggüte aus
der Differenz zwischen empfangenen und gespeicherten Werten, wobei
der Korrekturwert für
die Weggüte zum
Einstellen der Übertragungsleistung
beim Übertragen
von Daten an die Station, die die Daten der Weggüte übermittelte, verwendet wird.
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Der
Korrekturfaktor für
die Weggüte
kann durch Ableiten von Daten der Änderungsrate aus einer Mehrzahl
von Berechnungen der Korrekturfaktoren für die Weggüte berechnet werden.
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Die
Daten der Änderungsrate
können
zum prädiktiven
Einstellen der Übertragungsleistung
beim Übertragen
von Daten an eine Station verwendet werden, bei der eine zeitliche Änderung
des Korrekturwerts für die
Weggüte
festgestellt wurden.
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Das
Verfahren kann ein Überwachen
des Hintergrundrauschens/der Interferenz von einer Station, die Daten ü berträgt, an eine
Station, die übertragene
Daten empfängt,
und ein Einstellen des Werts der Übertragungsleistung von der
Station, die Daten überträgt, an die
Station, die Daten empfängt,
umfassen, um dadurch das Signal-Rausch-Verhältnis an der Station, die Daten
empfängt,
aufrechtzuerhalten.
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Das
Verfahren kann ein Einstellen der Datenrate der von einer ersten
Station an eine zweite Station übertragenen
Nachrichtendaten gemäß des an
der ersten Station eingestellten Werts der Übertragungsleistung und des
an der zweiten Station benötigten
Signal-Rausch-Verhältnisses
umfassen.
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Das
Verfahren kann auch ein Einstellen der Länge der von einer ersten Station
an eine zweite Station übertragenen
Nachrichtendatenpakete gemäß des an
der ersten Station eingestellten Werts der Übertragungsleistung und des
an der zweiten Station benötigten
Signal-Rausch-Verhältnisses
umfassen.
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Bevorzugt überwacht
jede Station die Übertragungen
der anderen Stationen, um daraus Daten des Hintergrundrauschens/der
Interferenz zu erhalten, so dass eine erste Station, die eine Übertragung
von einer zweiten Station in Reichweite der ersten Station an eine
dritte Station außerhalb
der Reichweite der ersten Station überwacht, Daten des Hintergrundrauschens/der
Interferenz in Bezug auf die dritte Station erhalten kann.
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In
bevorzugter Ausgestaltung umfasst das Verfahren ein vorteilhaftes
Auswählen
einer Station zur Datenübertragung
gemäß der zugeordneten
Weggüte
und/oder Daten des Hintergrundrauschens/der Interferenz.
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Erfindungsgemäß wird ferner
eine Kommunikationsvorrichtung für
den Betrieb als Station in einem Netzwerk mit einer Vielzahl von
zu gegenseitiger Datenübertragung
und Datenempfang ausgebildeten Stationen bereitgestellt, wobei die
Kommunikationsvorrichtung Folgendes umfasst:
eine Übertragungseinheit
zum Übertragen
von Daten an bestimmte Stationen;
eine Empfängereinheit zum Empfangen von
Daten, die von anderen Stationen übertragen werden;
eine
Signalstärkemesseinheit
zum Messen der empfangenen Übertragungsleistung;
eine
Prozessoreinheit zum Aufzeichnen von Daten der Weggüte, welche
der den anderen Stationen zugeordneten Weggüte entsprechen; und
eine
Kontrolleinheit zum Einstellen der Ausgangsleistung des Überträgers gemäß der Weggüte zwischen
der Vorrichtung und einer Zielstation.
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In
bevorzugter Ausführung
ist die Prozessoreinheit zum Berechnen der Weggüte durch Vergleichen von Daten
in empfangenen Übertragungen
in Bezug auf ihre Übertragungsleistung
und/oder eine vorher gemessene Weggüte mit den von der Signalstärkemesseinheit
durchgeführten
Messungen ausgebildet.
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In
weiterhin bevorzugter Ausführung
ist die Prozessoreinheit zum Überwachen
von mindestens einem der Kenndaten von Wegverlust, Phasenverzerrung,
Zeitverzögerung,
Dopplerverschiebung oder Mehrwegfading eines Kanals zwi schen der
Vorrichtung und anderen Stationen ausgebildet.
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Vorzugsweise
ist die Prozessoreinheit zum Entnehmen von Daten der Weggüte aus empfangenen Übertragungen
ausgebildet, um die Daten der Weggüte mit der gemessenen Leistung
von empfangenen Übertragungen
zu vergleichen und einen Korrekturfaktor für die Weggüte aus der Differenz dazwischen
zu berechnen, wobei der Korrekturfaktor für die Weggüte von der Kontrolleinheit
zum Einstellen der Ausgangsleistung des Überträgers verwendet wird.
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Die
Prozessoreinheit kann zum Ableiten von Daten der Änderungsrate
aus einer Mehrzahl von Berechnungen des Korrekturfaktors für die Weggüte ausgebildet
sein, um dadurch Änderungen
in der Weggüte zwischen
den Stationen auszugleichen.
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Die
Prozessoreinheit ist bevorzugt zum Verwenden der Daten der Änderungsrate
ausgebildet, um bei der Datenübertragung
an eine Station, bei deren Korrekturwert für die Weggüte eine zeitliche Änderung
festgestellt wurde, die Übertragungsleistung
prädiktiv
einzustellen.
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In
bevorzugter Ausführung
ist die Prozessoreinheit zum Speichern von Daten der Weggüte für jede einer
Mehrzahl von Stationen und zum Einstellen eines anfänglichen
Werts der Übertragungsleistung
beim Einleiten der Kommunikation mit einer der Mehrzahl von Stationen
gemäß der jeweiligen
gespeicherten Daten der Weggüte
ausgebildet.
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Vorzugsweise
ist die Prozessoreinheit zum Überwachen
von Übertragungen
anderer Stationen ausgebildet, um daraus Daten der Weggüte und des
Hintergrundrauschens/der Interferenz zu erhalten, so dass die Vorrichtung
vorteilhaft eine andere Station zur Datenübertragung an diese gemäß der zugeordneten
Weggüte
und/oder Daten des Hintergrundrauschens/der Interferenz auswählen kann.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 ein
schematisches Diagramm eines Mehrstationen-Kommunikationsnetzwerkes,
in welchem dargestellt ist, wie eine Ausgangsstation Daten über eine
Mehrzahl von Zwischenstationen an eine Zielstation übertragen
kann;
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2A bis 2E jeweils
einen Abschnitt eines vereinfacht dargestellten Flussdiagramms,
in welchem der Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens graphisch dargestellt
ist;
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3 bis 6 schematische
Blockdiagramme einer Vorrichtung, die für die Umsetzung der Erfindung
geeignet ist; und
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7 bis 9 Flussdiagramme,
in welchen jeweils der erfindungsgemäße Ablauf einer Anpassung von Leistung,
Modem-Datenrate und Datenpaket-Größe dargestellt ist.
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Beschreibung
von Ausführungsformen
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Das
in 1 schematisch dargestellte Netzwerk umfasst eine
Mehrzahl von Stationen, die jeweils ein Sende- Empfangsgerät aufweisen, das zum Empfangen
und Übertragen
von Daten von einer beliebigen anderen Station in Reichweite ausgebildet
ist. Ein derartiges Kommunikationsnetzwerk ist in der internationalen
Patentanmeldung WO 96/19887 beschrieben, deren Inhalt hier mit einem
Verweis auf dieses Dokument mit einbezogen ist. Die Stationen des
Netzwerks bleiben untereinander unter Verwendung der Sondierungs-Methode in Kontakt,
welche in der internationalen Patentanmeldung PCT/GB98/01651 beschrieben
ist, deren Inhalt ebenfalls hier mit einem Verweis auf dieses Dokument
miteinbezogen ist.
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Obwohl
das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zur
Verwendung in einem Kommunikations-Netzwerk konzipiert wurde, auf das vorstehende
verwiesen wurde, ist die vorliegende Erfindung offensichtlich nicht
auf ein derartiges Netzwerk beschränkt und kann in anderen Netzwerken
eingesetzt werden, beispielsweise in funkzellen- artigen oder sterngeschalteten
Netzwerken, oder sogar in einer wechselseitigen Kommunikationssituation
zwischen ersten und zweiten Stationen.
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Gemäß 1 ist
eine Ausgangsstation in der Lage, mit fünf "benachbarten" Stationen B bis F zu kommunizieren
und überträgt Daten
an eine Zielstation O über
Zwischenstationen B, I und M.
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Wenn
eine der Stationendaten an eine der anderen Stationen überträgt, ist
es notwendig, dass die verwendete Übertragungsleistung zur Ermöglichung
eines erfolgreichen Empfangs der übertragenen Daten an der Empfangsstation
ausreichend ist. Zur Vermeidung unnötigen Energieverbrauchs und
von Interferenz mit anderen Stationen in dem Netzwerk, oder anderen
Kommunikationssystemen im Allgemeinen, ist gleichzeitig ein Minimieren
der verwendeten Übertragungsleistung
wünschenswert.
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Das
Problem des Einstellens einer optimierten Übertragungsleistung wird durch Änderungen
in der Weggüte
zwischen Stationen erschwert, welche im Falle von sich relativ zueinander
bewegenden Stationen schwerwiegend sein können.
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Der
Ausdruck "Weggüte" umfasst in der vorliegenden
Beschreibung den Wegverlust (vom Fachmann auch als Übertragungsverlust
oder Wegabschwächung
bezeichnet), der ein Maß für die Leistung
ist, die bei der Übertragung
eines Signals von einem Punkt zum anderen durch ein bestimmtes Medium
verloren geht. Ferner umfasst der Ausdruck auch andere Parameter
des Übertragungswegs
zwischen zwei beliebigen Stationen, wie Phasenverzerrung, Streuung
durch Zeitverzögerung,
Dopplerverschiebung und die Merkmale eines Mehrwegfadings, welche
die Übertragungsleistung
beeinträchtigen,
die für
eine erfolgreiche Übertragung
zwischen zwei beliebigen Stationen benötigt wird.
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Die
vorliegende Erfindung behandelt dieses Problem, indem ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Überwachung der Weggüte zwischen
Stationen und zum Einstellen der bei der Datenübertragung verwendeten Übertragungsleistung
bereitgestellt wird, um so eine gerade ausreichende Leistung zur
Gewährleistung
eines erfolgreichen Empfangs der übertragenen Daten zu verwenden,
ohne mit einer höher
als benötigten
Leistung zu übertragen.
Weiterhin ist ein Einstellen anderer Übertragungsparameter möglich, wie die
Abgleichung oder die Codierung, die auf die übertragenen Signale angewendet
wird, um die Wahrscheinlichkeit eines erfolgreichen Empfangs zu
erhöhen.
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Wenn
eine Station ein Datenpaket von einer entfernten Station empfängt, misst
sie die Stärke
der empfangenen Übertragung.
Dies ist auch als Wert des Empfangssignalstärke-Indikators (Received Signal Strength
Indicator, RSSI) der übertragenen
Leistung bekannt. Das Datenpaket der entfernten Station enthält Daten,
die der Übertragungsleistung
entsprechen, die von der entfernten Station verwendet werden. Folglich kann
die lokale Station den Wegverlust (d.h. Übertragungsverlust oder Wegabschwächung) zwischen
den beiden Stationen berechnen, indem der lokal gemessene RSSI-Wert von dem Wert
der Übertragungsleistung
in einem beliebigen Datenpaket subtrahiert wird. Immer wenn eine
lokale Station auf ein Sondierungssignal einer entfernten Station
antwortet, wird sie prinzipiell den Wegverlust anzeigen, den sie
in dem Antwort-Datenpaket berechnet hat. Entsprechend weiß die lokale
Station, dass jegliche an sie selbst adressierte Datenpakete Daten
enthalten, die dem Wegverlust entsprechen, der von der entfernten
Station aus dem zeitlich am kürzesten zurückliegenden
Sondierungssignal gemessen wurde, welches die entfernte Station
von der lokalen Station empfangen hat.
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Die
lokale Station vergleich ihren berechneten Wegverlust mit dem Wegverlust,
den sie von der entfernten Station empfangen hat, und verwendet
die Differenz der Werte des Wegverlusts zur Bestimmung eines Korrekturfaktors,
der bei der Datenübertragung
an die entfernte Station zu verwenden ist, um so ihre Ausgangsleistung
an einen optimalen Pegel, oder so nahe wie möglich an diesen, anzugleichen.
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Wenn
die lokale Station zum ersten mal ein Signal von der entfernten
Station vernimmt, verwendet sie einen Korrekturfaktor von: WegKor = Entfernter Wegverlust – Örtlicher
Wegverlust[0039] Im Folgenden: WegKor = WegKor + (((Entfernter
Wegverlust – Örtlicher
Wegverlust) + WegKor)/2) – WegKor)wobei die maximale an WegKor durchgeführte Einstellung in beiden
Fällen
auf- oder absteigend 5 dB beträgt. WegKor kann einen Maximalwert von nur +/– 30 dB
aufweisen.
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Die
lokale Station fügt
den Korrekturfaktor WegKor ihrem gemessenen
Wegverlust hinzu, um so einen Wert eines Korrigierten Wegverlusts
für die
Bestimmung der Leistung zu erzeugen, die beim Antworten an die entfernte
Station zu verwenden ist. Jedoch entspricht der Wert des Wegverlusts,
den sie in den Datenpaketkopf packt, dem gemessenen Wegverlust ohne
Korrektur.
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Wenn
die lokale Station keine direkte Antwort von der entfernten Station
nach zehn Übertragungen erhält, muss
sie ihren WegKor-Wert um 5 dB bis zu einem
Maximum von + 10 dB erhöhen.
Der Grund dafür
ist, ein Unterschreiten der Rauschgrenze der entfernten Station
zu vermeiden. (Der WegKor-Wert wird dem
gemessenen Wegverlust hinzuaddiert. Der eingestellte Wegverlust
wird dann zum Bestimmen der benötigten Übertragungsleistung
verwendet. Ein geringerer Wert von WegKor entspricht
einer niedrigeren Übertragungsleistung.
Aus diesem Grund kann die Übertragungsleistung
zu niedrig sein, um die entfernte Station zu erreichen, wenn der
WegKor-Wert zu gering oder sogar negativ
gewählt
ist. Deshalb ist es notwendig, den WegKor-Wert
in 5 dB Schritten zu erhöhen,
bis eine Antwort von der entfernten Station ermittelt wurde).
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Auch
die lokale Station erhöht
ihre Übertragungsleistung
nicht mehr als 10 dB über
den Normalwert. Der Grund dafür
ist, ein Überschwemmen
anderer Stationen zu vermeiden, wenn ein Fehler mit dem Empfänger der
entfernten Station vorliegt. Falls jedoch die lokale Station eine
Antwort empfängt,
kann die maximale Einstellung um 30 dB über den Normalwert hinausgehen.
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Wenn
der RSSI der entfernten Station festgelegt ist, wird sie ihren Wegverlust-Wert
in dem Datenpaketkopf als 0 (Null) festsetzen. Eine Station nimmt
keine Einstellung an ihrem Weggüte-Korrekturfaktor
vor, falls entweder der entfernte Wegverlust in dem Kopf auf 0 gesetzt
ist, oder falls ihr lokaler RSSI festgelegt ist.
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Nach
einem Berechnen des Wegverlusts und des Korrekturfaktors WegKor, kann die lokale Station nun die Leistung
bestimmen, die zum Zurückübertragen
an die entfernte Station benötigt
wird. Weiterhin bindet die entfernte Station in jedes der von ihr
versendeten Pakete die Hintergrund-RSSI-Werte für das gegenwärtige, vorhergehende
und nächste
Modem ein. Die lokale Station benutzt den Korrigierten Wegverlust
und den entfernten Hintergrund-RSSI-Wert, um zu bestimmen, welche
Leistung sie beim Antworten benutzt.
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Jede
Station besitzt einen Minimalwert eines Signal-Rausch-Verhältnisses (S/R-Verhältnis),
welchen sie für
jedes Modem aufrechtzuerhalten versucht. Es wird angenommen, dass
alle Stationen in dem Netzwerk dasselbe benötigte Signal-Rausch-Verhältnis aufweisen.
Die lokale Station setzt den Leistungswert für ihre Übertragungen derart fest, dass
die entfernte Station diese mit dem richtigen S/R-Verhältnis empfängt. Falls die
lokale Station zusätzliche
Daten zum Versenden aufweist, oder falls sie mit einer höheren Datenrate
betrieben werden kann, kann das benötigte S/R-Verhältnis
variieren. Beispiel
1
| Entfernte
Station Tx-Leistung : | 40
dBm |
| Entfernte
Station Hintergrund-RSSI: | –120 dBm |
| Entfernte
Station Wegverlust : | 140
dBm |
| Lokale
Station Benötigtes
S/R : | 25
dB |
| Lokale
Station Wegverlust : | 130
dB |
| WegKor | =
Entfernter Wegverlust
–Örtlicher
Wegverlust
(erstes mal wird angenommen)
= 140 – 130
=
10dB |
| Korrigierter
Wegverlust | =
Lokaler Wegverlust + WegKor
= 130 +
10
= 140 dB |
| Lokale
Tx-Leistung | =
Entfernte RSSI + Benötigtes
S/R
+ Korrigierter Wegverlust
= –120 + 25 + 140
= 45 dBm |
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Aus
obigem Beispiel ist ersichtlich, dass die lokale Station eine Tx-Leistung
von 45 dBm verwenden muss, um ein entferntes S/R-Verhältnis von
25 dB zu erreichen. Wenn die lokale Station ihre Leistung nur in 10
dB-Schritten festsetzen kann, muss sie ihre Leistung auf den nächsten Schritt
einstellen, d.h. 50 dBm.
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Das
oben beschriebene Verfahren zur Einstellung der Leistung ist graphisch
in dem Flussdiagramm in 7 zusammengefasst.
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Eine
Station kann ein oder mehrere Modems aufweisen. Jedes Modem arbeitet
bei einer unterschiedlichen Datenrate. Jedoch arbeiten alle auf
demselben Kanal, d.h. Frequenz und/oder Medium. Deshalb sind bei
Kanaländerung
einer Station alle Modems auf dem neuen Kanal verfügbar. Ein
Kanal kann jedoch eine minimale und/oder maximale ihm zugeordnete
Datenrate aufweisen. Wenn sich eine Station beispielsweise auf einem
80 kbps Sondierungskanal befindet, kann sie keine Datenraten niedriger
als 80 kbps verwenden. Aus diesem Grund kann sie nicht das 8 kbps
Modem auf diesem Kanal verwenden. Ebenso kann der 8 kbps Sondierungskanal
eine maximale Bandbreite von 80 kbps aufweisen, so dass die Verwendung
des 800 kbps Modems auf diesem Kanal nicht zulässig ist.
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Wenn
eine Station Sondierungen auf einem Sondierungskanal durchführt, benutzt
sie die dem Kanal zugeordneten Datenraten. Sie führt die Sondierungen immer
auf dem Kanal und mit einer Leistung durch, welche zur Unterhaltung
von fünf
Nachbarn benötigt
wird.
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Wenn
eine lokale Station auf die Sondierung einer entfernten Station
antwortet, oder wenn sie auf ein Datenpaket einer entfernten Station
antwortet, versucht sie immer das optimale Modem für ihre Antwort
zu verwenden.
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Eine
Station versucht immer, mit einer möglichst hohen Datenrate zu
antworten. Die höchste
Datenrate wird durch die maximal erlaubte Datenrate für den Kanal
und durch das entfernte S/R-Verhältnis
an dem der Datenrate zugeordneten Modem bestimmt.
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Wenn
eine Station eine höhere
Datenrate auf dem Kanal verwenden kann, bestimmt sie das entfernte S/R
für diese
Datenrate. Wenn sie das benötigte
S/R-Verhältnis
erreichen kann, wird sie die höhere
Datenrate verwenden. Anderenfalls, wenn die Bedingungen schlecht
sind und die Station das benötigte
S/R-Verhältnis nicht
erreichen kann, bleibt sie bei der gegenwärtigen Datenrate. Wenn die
Bedingungen sehr schlecht sind und die Station die gegenwärtige Datenrate
nicht aufrechterhalten kann, kann sie wahlweise sogar bei einer niedrigeren
Datenrate antworten, falls dies der Kanal zulässt. Eine niedrigere Datenrate
wird nur verwendet, wenn das S/R-Verhältnis der niedrigeren Datenrate
erreicht wird. Falls die Station keine niedrigere Datenrate verwenden
kann, und wenn sie sich auf der niedrigsten verfügbaren Datenrate befindet,
unternimmt die Station dennoch einen Versuch. Falls jedoch eine
niedrigere Datenrate verfügbar
ist, aber die Station sie nicht auf dem gegenwärtigen Kanal verwenden kann,
antwortet die Station nicht an die entfernte Station. Dies zwingt
die entfernte Station, einen Kanal mit einer niedrigeren Datenrate
zu finden.
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Zusammenfassend:
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- – Eine
Station schaltet auf das nächste
Modem um, wenn das S/R-Verhältnis
des nächsten
Modems das benötigte
S/R-Verhältnis erfüllt und
die maximale Rate des Modems auf dem Kanal ein Verwenden des nächsten Modems
zulässt.
- – Eine
Station schaltet zu dem vorhergehenden Modem um, wenn das S/R-Verhältnis des
gegenwärtigen Modems
unter halb des benötigten
S/R-Verhältnisses
ist und das S/R-Verhältnis des
vorhergehenden Modems das benötigte
S/R-Verhältnis einhält und die
minimale Rate des Modems auf dem Kanal ein Verwenden des vorhergehenden
Modems zulässt.
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Das
oben beschriebene Verfahren zur Anpassung der Datenrate des Modems
ist graphisch in dem Flussdiagramm in 8 zusammengefasst.
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Wenn
eine Station auf eine andere Station antwortet, versucht sie immer,
soviele Daten wie möglich zu
versenden. Einschränkende
Faktoren für
die Paketgröße umfassen:
Der Abstand zwischen Sondierungen, die maximale Übertragungsleistung und die
erlaubte Übertragungsdauer
auf einem Datenkanal.
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Bei
einem Prototyp-System beträgt
die Größe des Basis-Pakets
127 Byte. Dabei handelt es sich um die kleinste Paketgröße, bei
welcher eine zuverlässige
Datenübertragung
zwischen zwei Stationen möglich
ist. (Dies setzt voraus, dass Daten zu versenden sind. Falls eine
Station keine zu versendenden Daten besitzt, ist das Paket immer
kleiner als 127 Byte).
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Unter
sehr schlechten Bedingungen verwendet eine Station die Basispaket-Größe, selbst
wenn sie eine höhere
Anzahl von Daten zum Versenden besitzt. Aus diesem Grund wird sie
nur zum Antworten bei der niedrigsten Datenrate (8 kbps) und bei
der maximalen Leistung in der Lage sein, falls sie an eine Station
sendet, welche ein hohes Hintergrundrauschen aufweist, oder welche
sehr weit entfernt ist.
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Falls
eine Station ein entferntes S/R-Verhältnis erreichen kann, das besser
als der Basiswert ist (d.h. das Benötigte S/R für 8 kbps), kann sie damit beginnen,
grössere
Pakete basierend auf den folgenden Gleichungen zu verwenden:
Für eine 10x
Zunahme der Baud-Rate wird die Paketgröße mit einem Faktor Z multipliziert
(Typischerweise beträgt
Z = 4). Der Multiplikator für
die Paketgröße = Zlog(X)(X ist Baud 2/Baud 1).
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Für eine l0
dB S/R-Zunahme ist die Paketgröße mit Y
zu multiplizieren (Typischerweise beträgt Y = 2). Der Multiplikator
für die
Paketgröße = yW/10 wobei W zusätzlich S/R verfügbar ist.
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Die
Werte für
Z und Y sind für
das gesamte Netzwerk festgelegt. Typische Werte für Z und
Y sind 4 bzw. 2.
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Beispiel 2
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Wenn
eine Station zum Antworten bei 80 kbps mit dem für 80 kbps benötigten S/R
Verhältnis
in der Lage ist, verwendet sie eine maximale Paketgröße von 127·4log (80000/8000) =
127·4
= 508 Byte. Falls die Station das Paket nicht füllen kann, benutzt sie dennoch
die zum Erreichen des benötigten
S/R-Verhältnisses
benötigte
Leistung.
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Beispiel 3
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Wenn
eine Station zum Antworten bei 15 dB oberhalb des für 80 kbps
benötigten
S/R Verhältnis
in der Lage ist, verwendet sie eine maximale Paketgröße von 127
4log(80000/8000)·215/10 =
127·4·2.83 =
1437 Byte. Falls die Station das Paket nicht füllen kann, senkt sie die Übertragungsleistung
auf den Pegel, welcher zum Übertragen
der eigentlich verwendeten Paketgröße benötigt wird. Wenn sie beispielsweise
nur 600 Bytes an die andere Station zu versenden hat, obwohl sie
eine Paketgröße von 1437
Bytes verwenden könnte,
stellt sie ihre Tx-Leistung auf einen Pegel zwischen dem benötigten S/R
und 15 dB oberhalb des benötigten
S/R ein, indem sie die Umkehrfunktion der Gleichung yW/10 verwendet,
um den Pegel der zusätzlichen
Leistung zu bestimmen, welchen sie oberhalb des benötigten S/R
Verhältnisses
benötigt.
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Wesentlich
ist, dass die Paketgröße durch
das Sondierungsintervall begrenzt sein kann, obwohl eine Station
eine größere Paketgröße basierend
auf dem verfügbaren
S/R-Verhältniss und
der Datenrate verwenden könnte.
Wenn bespielsweise das Sondierungsintervall auf dem 8 kbps-Kanal
300 Millisekunden und die maximale auf dem S/R-Verhältnis basierende
Paketgröße 600 Byte
beträgt
(was 600 Millisekunden bei 8 kbps entspricht), ist es offensichtlich,
dass eine Paketgröße von weniger
als 300 Byte verwendet werden muss, da andernfalls andere Stationen
während
dem Sondieren das Paket beschädigen.
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Bei
dem Versuch, basierend auf der Sondierungsrate die maximale Paketgröße zu bestimmen,
sind eine Reihe von Faktoren zu berücksichtigen. Diese Faktoren
umfassen: Tx-Anspruchsverzögerung (die
Stabilisierungszeit für
den Verstärker
der Übertragungsleistung
und für
den entfernten Empfänger),
Trainingsverzögerung
des Modems (die Länge
der Trainingssequenz des Modems), Richtungsänderungsverzögerung (die Zeit
für den
Prozessor von Rx zu Tx umzuschalten, d.h. Daten zu verarbeiten)
und Ausbreitungsverzögerung (die
Zeit für
das Signal, durch das Medium zu wandern).
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Zum
Bestimmen der maximalen Paketgröße, basierend
auf der Sondierungsrate, wird folgende Gleichung verwendet:
| Max
Länge (ms)
= | Sondierungsintervall
–Tx-Anspruchsverzögerung
–Trainingsverzögerung des
Modems
–Richtungsänderungsverzögerung
–Ausbreitungsverzögerung |
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Die
Länge in
Bytes kann dann bestimmt werden durch:
| Max
Länge (Byte) | =
Datenrate/8·Max
Länge (Sekunden) |
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Beispiel 4
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Das
Sondierungsintervall beträgt
300 Millisekunden auf einem 8 kbps-Kanal. Die Tx-Anspruchsverzögerung beträgt 2 Millisekunden,
die Trainingsverzögerung
des Modems 2 Millisekunden, die Richtungsänderungsverzögerung 3
Millisekunden und die Ausbreitungsverzögerung 8 Millisekunden (im
ungünstigsten
Fall für
eine 1200 km entfernte Station).
| Max
Länge (ms) | =
Sondierungsintervall
–Tx-Anspruchsverzögerung
–Trainingsverzögerung des
Modems
–Richtungsänderungsverzögerung
–Ausbreitungsverzögerung
=
300 – 2 – 2 – 3 – 8
=
285 ms |
| Max
Länge (Byte) | =
Datenrate/8·Max
Länge (Sekunden)
=
8000/8·0.285
=
285 Byte |
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Das
oben beschriebene Verfahren zum Anpassen der Paketgröße ist in
dem Flußdiagramm
in 9 zusammengefasst.
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Die
anschließende
Tabelle zeigt Einzelheiten des Formats von Sondierungs- und Datenpaketen,
die in dem erfindungsgemäßen Netzwerk
verwendet werden.
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Format
von Sondierungs- und Datenpaketen
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Präambel
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Dabei
handelt es sich um eine Modem-Trainingssequenz mit abwechselnden
1-en und 0-en.
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Sync1-Sync3:
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Dies
sind drei Synchronzeichen, die zum Ermitteln des Anfangs eines gültigen Pakets
verwendet werden.
-
Paketgröße:
-
Dies
ist die Gesamtgröße des Pakets
von Sync3 bis zu und einschließlich
des letzten CRC-Bytes. Die maximal auf einem Prüfkanal erlaubte Paketgröße wird
durch die Sondierungsrate bestimmt, d.h. eine Station kann kein
Paket versenden, das (zeitlich) länger als der Abstand zwischen
Sondierungen auf dem Prüfkanal ist.
Die maximal auf einem Datenkanal erlaubte Paketgrösse wird
durch das Zeitintervall bestimmt, in welchem eine Station auf einem
Datenkanal bleiben darf.
-
Größenprüfung:
-
Diese
wird zum Prüfen
der Paketgrößen-Variable
verwendet, um den Empfang ungültig
langer Pakete zu vermeiden.
-
Protokolversion:
-
Diese
wird zum Prüfen
herangezogen, welche Protokolversion benutzt wird. Falls die Software
die Version nicht unterstützen
kann, wird das Paket ignoriert.
-
Pakettyp:
-
Hierdurch
wird der Typ des versendeten Pakets definiert. Ein weiteres Paket
folgt direkt dem gegenwärtigen
Paket, falls das Bit mit der höchsten
Signifikanz gesetzt ist.
-
Empfangs-ID:
-
Dabei
handelt es sich um die ID der Station, an welche das Paket addressiert
ist.
-
Versende-ID:
-
Dabei
handelt es sich um die ID der Station, die gegenwärtig das
Paket versendet.
-
Paketnummer:
-
Jedem übertragenen
Paket wird eine neue sequentielle Nummer zugewiesen. Die Nummer
wird in keiner Weise von dem Protokoll verwendet. Sie ist nur dazu
da, Informationen für
einen Systemingenieur bereitzustellen. Jedes Mal, wenn eine Rückstellung
der Station erfolgt, beginnt die Paketnummer bei einer Zufallszahl.
Dadurch wird eine Verwechslung mit älteren Paketen ausgeschlossen.
-
Adp Tx-Leistung:
-
Die
gegenwärtige
Leistung der Sendestation wird als absolute Leistung in dBm in dem
Bereich von –80
dBm bis zu +70 dBm angegeben. (In dem Feld sind Werte von –128 dBm
bis zu +127 dBm erlaubt).
-
Tx-Wegverlust:
-
Dies
ist die Weggüte,
die von der Sendestation gemessen wird. Wegverlust = (entfernte
Tx-Leistung – lokaler
RSSI) der vorhergehenden Übertragung
der Empfangsstation. Um anzuzeigen, dass der RSSI der Sendestation
festgelegt war, wird ein Wert von 0 verwendet. Die Weggüte wird
als Korrekturfaktor bei der Empfangsstation verwendet, wenn die
Empfangsstation das nächste
Mal an die Sendestation überträgt.
-
Adp Tx-Aktivität:
-
Dies
ist der Aktivitätspegel
der Sendestation, die gemessen wird als: Aktivität = Watt × Zeit/(Bandbreite × Erfolg)
gemittelt über
die Zeit.
-
Adp Tx-Antenne:
-
Dies
zeigt die gegenwärtige
Antennenkonfiguration an, die von der Sendestation verwendet wird.
Jede der 255 möglichen
Konfigurationen beschreibt ein vollständiges Antennensystem, d.h.
Tx- und Rx-Rntenne.
-
Adp Tx-Hgr-RSSI:
-
Dies
ist der gegenwärtige
Hintergrund-RSSI an der Sendestation für das Modem, auf welchem sie
gegenwärtig überträgt. Dabei
sind Werte von –255
bis zu –1
dBm erlaubt. Der gesendete Wert ist der Absolutwert des RSSI, und
die Empfangsstation muss den Wert mit –1 multiplizieren, um den richtigen
Wert in dBm zu erhalten. Um anzuzeigen, dass der Kanal nicht verfügbar oder
größer oder
gleich 0 dBm ist, wird ein Wert von 0 verwendet. Ein Wert von 0
dBm kann nicht für
Anpassungszwecke verwendet werden.
-
Adp Tx-Hgr-RSSI –1:
-
Hier
gilt das Gleiche wie oben beschrieben ist, außer dass es sich um das vorhergehende
Modem handelt.
-
Adp Tx-Hgr-RSSI +1:
-
Hier
gilt dasselbe wie oben beschrieben ist, außer dass es sich um das nächste Modem
handelt.
-
Adp Tx-Spikerauschen:
-
Die
niedrigen 3 Bits für
die Spike-Frequenz in Hertz. 0 = keine, 1, 5, 10, 50, 100, 500,
und die nächsten 5
Bits für
die Spike-Amplitude in dB.
-
Adp Rx-Aktivität:
-
Wenn
eine Station einen hohen Aktivitätslevel
aufweist und mit anderen Stationen interferiert, versuchen diese,
dieses Feld zu verwenden, um die aktive Station zum Senken ihres
Aktivitätspegels
zu zwingen. Wenn eine Anzahl von Stationen ein Senken der Aktivität anfordert,
wird die interferierende Station antworten und ihre Aktivität senken.
Falls keine Station ein solches Senken anfordert, beginnt die aktive
Station langsam, ihren Aktivitätspegel
zu erhöhen.
Folglich behält
eine Station ein Erhöhen
ihres Aktivitätspegels
bei, wenn sie sich in einem weit entfernten Bereich befindet, um
so zu versuchen, eine Verbindung herzustellen. Wenn es sich um einen
sehr verkehrsreichen Bereich handelt, wird ihre Aktivität von anderen
Stationen auf einem niedrigen Pegel gehalten.
-
In
bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung versucht eine Station immer, fünf Nachbarn zu unterhalten,
so dass andere Stationen nicht zu einem Anfordern genötigt sein
sollten, dass die Station ihre Aktivität erniedrigt. Doch ist diese
Eigenschaft für
die Fälle
vorgesehen, in welchen Stationen ihre Leistung nicht vermindern
oder ihre Datenrate nicht weiter erhöhen können, obwohl sie noch mit zu
vielen anderen Stationen interferieren.
-
Adp Rx-Kanal:
-
Dieser
erlaubt 255 vordefinierte Kanäle.
Die Kanäle
werden für
das gesamte Netzwerk gesetzt. Jeder der Kanäle hat eine Sondierungsrate,
die diesem zugeordnet ist (sie kann ausgeschaltet werden, was sie
zu einem Datenkanal macht). Jede der Kanäle hat auch eine minimale Datenrate,
die diesem zugeordnet ist. Die Kanäle weisen definierte Tx und
Tx-Frequenzen auf. Die Kanäle
können
auch durch andere Medien definiert sein, beispielsweise Satelliten,
Diginet, ISDN etc.
-
Eine
Sendestation verlangt von einer anderen Station, dass sie auf einen
Datenkanal wechselt (d.h. wobei eine Sondierung deaktiviert wurde),
wenn sie mehr Daten zum Versenden an die Empfangsstation aufweist
als in die Paketgröße passen,
welche für
den Prüfkanal
zulässig
ist
-
Dateikopf-CRC:
-
Dies
ist eine 16-Bit zyklische Redundanzprüfung (CRC) für die Dateikopf-Daten.
Dabei handelt es sich um die Summe aller Bytes in dem Dateikopf.
Sie wird nur geprüft,
falls die Paket-CRC scheitert. Dadurch wird ein Mittel bereitgestellt,
um zu bestimmen, von welcher Station das Senden des Pakets ausging.
Falls die Paket-CRC scheitert und die Dateikopf-CRC bestanden wird,
sollten die in dem Dateikopf vorhandenen Daten mit Vorsicht verwendet
werden, da die Dateikopf-CRC kein sehr zuverlässiges Mittel zur Fehlerermittlung
darstellt.
-
Die
unten aufgeführten
Nachbar-Routing-Felder sind nicht in die Dateikopf-CRC miteingebunden,
da sie nicht verwendet werden können,
bis die Paket-CRC bestanden wurde. Dadurch wird die Fehleranfälligkeit des
Routings vermindert.
-
Nachbar-Routingflags:
-
Diese
Flags werden zum Verbessern des Routings angewendet. Sie liefern
zusätzliche
Information über
die gegenwärtige
Station. Die gegenwärtig
definierten Bits sind: Bit 0 – Gesetzt,
falls die gegenwärtige Station
im Verkehr beschäftigt
ist.
- Bit 1 – Gesetzt, falls es sich bei
der gegenwärtigen
Station um einen Internet-Gateway handelt
- Bit 2 – Gesetzt,
falls die gegenwärtige
Station Zertifikations-Autorität
ist.
- Bit 3 – Reserviert.
-
Ein
weiteres Byte mit 8 Bits kann hinzugefügt werden, falls mehr Flags
benötigt
sein sollten.
-
Nachbar-Datengröbe
-
Die
Größe der Routing-Daten
in Bytes. Dies schließt
Nachbar-Routingflags und Nachbar-Datengrösse (d.h. 3 Bytes) mit ein.
Weitere 4 Bytes werden hinzugefügt,
falls das Nachbar-Softupdate eingebunden ist. Zusätzliche
6 Bytes werden für
jeden der Nachbarn in der Nachbar-Datensektion hinzugefügt. Nachbar-Softupdate
muss eingebunden werden, falls irdendeiner der Nachbarn eingebunden
ist.
-
Nachbar-Softupdate
-
Dies
ist die gegenwärtige
Version der verfügbaren
Aktualisierungs-Software an der gegenwärtigen Station (die oberen
16 Bits des Feldes) und die gegenwärtig verfügbare Anzahl von Blöcken (die
unteren 16 Bits des Feldes).
-
Nachbardaten
-
Dies
ist die Liste der Nachbarn, für
welche die gegenwärtige
Station Routingdaten besitzt. Immer wenn die gegenwärtige Station
aktualisierte Routingdaten für
eine Station empfängt,
die besser sind als die Daten, die sie hatte, aktualisiert sie ihre
eigenen Daten und bindet die Station in ihrer nächsten Sondierung in diese Liste
ein. Die Datensektion umfasst vier Unterfelder für jede der Stationen in der
Liste:
Station ID: 32 Bit-Feld mit der ID der Nachbarstation
Tx-Leistungsanforderung:
Ein 8 Bit-Feld, welches die kombinierte oder direkte Tx-Leistung
anzeigt, die zum Erreichen der Stations-ID von der gegenwärtigen Station
benötigt
ist.
Modem-Anforderung: Das von der gegenwärtigen Station benötigte Modem,
um die Zielstation zu erreichen.
Flags: Flags, die zusätzliche
Routing-Information für
die Zielstation geben. Bit 0 – im
Verkehr, Bit 1 – Gateway, Bit
3 – Zert
Auth, Bit 4 – Direkter
Nachbar. Das letzte Bit zeigt an, dass die Station in der Liste
ein direkter Nachbar der gegenwärtigen
Station ist.
-
Paketdaten
-
Dies
sind die Daten des Pakets. Es besteht aus einem oder mehreren Segmenten.
Die Segmente können
jeglichen Typs sein und können
von jeglicher ID abstammen oder für jegliche ID bestimmt sein.
-
CRC
-
Dies
ist eine 32-Bit zyklische Redundanzprüfung (CRC) für das gesamte
Paket. Falls die CRC scheitert, werden die Paketdaten verworfen,
jedoch können
die Dateikopf-Daten
geborgen werden, falls der Dateikopf-CRC bestanden wird.
-
Verbessertes
Verfahren
-
Das
Flussdiagramm der 2A bis 2D zeigt
das Verfahren zum Messen und zur Leistungskontrolle und Kalibrie rung,
welches in dem Netzwerk von 1 durchführbar ist.
Die Ausgangsstation A misst die Signalstärke, die sie von Station B
empfängt.
Zusätzlich
identifiziert Station A die Station B aus dem Dateikopf ihrer Übertragung
und identifiziert, welche der Stationen sie ansteuert und welche
Information gesendet wurde. Station A liest dann die Übertragungsleistung
und den Rausch-/Interferenzpegel, welcher in dem Dateikopf von Station
B eingebunden ist, wobei sie den Leistungspegel ableitet, den Station
B zum Erreichen der Station verwendet, welche sie ansteuert, sowie
ihre lokale Rausch-/Interferenzuntergrenze. Station A kann dann
die Weggüte
von Station B nach Station A berechnen, indem sie ihre gemessene
Signalstärke
und den von Station 8 angegebenen Leistungspegel verwendet.
-
Falls
Station B einer anderen Station antwortet, wie z.B. Station C, kann
Station A von dem Dateikopf der Station B ihre angegebene Weggüte an Station
C lesen, wobei sie Informationen über Fluktuationen in der Weggüte zwischen
Station B und C ableiten kann, in dem sie nur die Übertragung
von Station B überwacht. Weiterhin
ist es für
Station A möglich,
da Station B ihre übertragene
Leistung beim Antworten an Station C in Verbindung mit dem von Station
B an Station C angegebenen Wegverlust angibt, die Rausch-/Untergrenze
an Station C zu berechnen, obwohl sie keine Übertragungen von Station C
wahrnehmen kann.
-
Beim Überwachen
der Übertragungen
von Station B an Station A, wenn Station B an Station C überträgt, können die
Weggüte,
der benötigte
Leistungspegel und die Rausch-/Interferenzuntergrenze beider Stationen
B und C ermittelt werden, obwohl Station C sich "außerhalb
der Reichweite" von
Station A befindet.
-
Wenn
Station B eine Sondierung durchführt
und auf keine andere Station antwortet, kann von ihrer Übertragung
keine Information bezüglich
der Weggüte
oder der benötigten
Weggüte
ermittelt werden, außer einem
Berechnen der effektiven Weggüte
von A nach B. Wenn Station A Station B überwacht, welche Station A
antwortet und die berechnete Weggüte an Station A liest, die
in dem Dateikopf von Station B eingebunden sind, kann Station A
diese berechnete Weggüte
mit der ausgelesenen von Station B vergleichen und sie berechnet
ein Differential. Station A verwendet das Differential, um ihr gemitteltes
Weggütedifferential
zu aktualisieren. Dies geschieht durch Vergleichen der von ihr berechneten
Weggüte
mit derjenigen, die Station B berechnet und das Differential resultiert
aus den Unterschieden in der Meßmethode
und anderen Ungenauigkeiten der beiden Stationen.
-
Da
jedoch Fluktuationen in der Weggüte
zwischen Übertragungen
auftreten, ist es möglich,
dass die Weggüte
von der Zeit an, in der Station B die Weggüte von Station A nach Station
B berechnet, bis zu der Zeit sich verändert, in der Station A die
Weggüte
von Station B nach Station A berechnet. Deshalb kann eine Änderungsrate
oberhalb und über
dem differentiellen Langzeitmitteln berechnet werden, welches aus
der Messungenauigkeit resultiert. Diese Änderungsrate liegt in der Änderungsrate
der aktuellen Weggüte
aufgrund von Veränderungen
in der Ausbreitung zwischen Übertragungen
begründet.
-
Station
A kann auch einen Rausch-/Interferenzpegel verwenden, der von Station
B angegeben wurde, um ihre Datenbank zu aktualisieren, um die langsame Änderungsrate
von Rauschen-Interferenz anzuzeigen, basierend auf vorangehenden Übertragungen
an Station B und auch schnellen Fluktuationen, die in der Rausch-/Interferenzuntergrenze
von B vorhanden sein können.
Station A kann dann die vorhergesag ten Fluktuationen in der Weggüte von Station
A nach Station B und die vorhergesagten Fluktuationen in der Änderungsrate
des Rauschens der Interferenz verwenden, um eine Möglichkeit
der Übertragung
an Station B vorherzusehen. Der Grund dafür ist, Perioden mit einem Minimum
in der Weggüte
oder einem Minimum in der Rauschuntergrenze zwischen den Stationen
A und B auszuwählen.
Da Station A Daten von anderen Stationen erfasst, beispielsweise
Stationen B, C, D, E und F, kann sie auswählen, ob Station B die beste
Möglichkeit
bereitstellt, oder ob sie eine der anderen Stationen auswählen soll.
Zusätzlich
kann sie ihre Datenrate, Paketdauer und Übertragungsleistung auswählen, basierend
auf der Änderungsrate
und der Dauer der Fluktuationen der Weggüte und des Rauschens/der Interferenz,
die zwischen den Stationen A und B vorhanden ist.
-
Wenn
Station A die Station B auswählt,
empfängt
sie eine Rückbestätigung von
Station B, und die Information wird dann von Station B vorteilhaft
an die anderen Stationen weitergeleitet. Wesentlich ist, dass die Station
A durch das Überwachen
der Übertragungen
von Station B auch über
die Weggüte
von Station B zu den Stationen G, H, I, J, K etc., und anderen Stationen,
an welche Station B übertragen
kann, in Kenntnis gesetzt wird. Beim Überwachen dieser Übertragungen
erfasst sie die Fluktuationen in der Weggüte zwischen Station B und den
anderen Stationen und einen Hinweis auf die Fluktuationen der Rausch-/Interferenzuntergrenze der
anderen Stationen, selbst wenn diese anderen Stationen nicht direkt
von Station A überwacht
werden. Ein Durchführen
dieser Technik ermöglicht
ein Auswählen
einer vorteilhaften Station zum Weiterleiten, bei welcher nicht
nur die erste Etappe, sondern zwei Etappen berücksichtigt werden und die Daten
können
effektiv zur Zielstation O weitergeleitet werden, falls eine allumfassende
Routinginformation verfügbar
ist.
-
Hardware
-
Die 3, 4, 5 und 6 zeigen
die Basis-Hardware, welche zur Realisierung der Erfindung verwendet
werden kann. Die Figuren entsprechenden den 8, 9, 10 und 11 der oben genannten internationalen Patentanmeldung
WO 96/19887.
-
Aufgrund
seiner "Entscheidung" zu Übertragen,
entscheidet der Hauptprozessor 149 über den zu verwendenden Leistungspegel,
Datenrate und Paketdauer und sendet das Paket an den seriellen Controller 131 und
schaltet gleichzeitig über
die Peripherieschnittstelle 147 den Übertragungs/Empfangsschalter 103 in
den Übertragungsmodus
und schaltet nach einer geeigneten Verzögerung den Überträger ein. Der Zilog-Chip 131 versendet
die Paketdaten zusammen mit einem geeigneten Datenkopf und CRC-Prüfung über die
PN-Sequenz-Verschlüssler in
Block 128 oder 130,in Abhängigkeit von der gewählten Datenrate.
-
Der
Hauptprozessor 149 bindet der verwendeten Übertragungsleistung
entsprechende Daten in das Datenpaket ein, als eines der Informationsfelder,
wobei es sich dabei um dieselbe Übertragungsleistung
handelt, die an den Leistungskontroll-PIC-Block 132 versendet
wurde, welcher wiederum zur Ansteuerung des Leistungskontrollkreises 141 verwendet
wird, welcher wiederum den Verstärkungskontroll- und Tiefpassfilterblock 143 steuert.
Dieser Block verwendet wiederum die Rückkopplung von dem Leistungsverstärker 145,
um die Treiber 144 und 142 zu steuern.
-
Das
Abtast- und Verstärkungsrückkopplungsverfahren
ermöglicht
ein Herleiten eines einigermaßen genauen
Leis tungspegels, basierend auf der Anweisung von dem Leistungskontrollkreis 141.
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Vor
dem Einschalten des Leistungsverstärkers wird die Übertragungsfrequenz
von dem Synthesizer 138 gewählt, worauf der Leistungsverstärker 145 über den
Treiberblock 141 Anweisungen erhält und es erfolgt ein Einschalten
des Verstärkers.
-
Wenn
Leistungspegel unterhalb des minimalen Leistungspegels benötigt werden,
welche von dem Leistungsverstärker 145 bereitgestellt
werden, kann der geschaltete Abschwächblock 102 eingeschaltet
werden, um eine zusätzliche
Abschwächung
von bis zu 40 dB bereitzustellen. Deshalb kann der Prozessor die Leistungsverstärker anweisen,
eine Kombination von Abschwächern
einzuschalten, um einen Ausgangsleistungspegel in dem Bereich von –40 dBm
bis +50 dBm bereitzustellen. Beim Einschalten des Verstärkers erhält der Prozessor
Informationen von dem Niedrigleistung-Abtastkreis 101, um die Leistung
weiterzuleiten und umzukehren, welche über den Analog-Digital-Wandler 146 gesendet
wird, und von dem Hauptprozessor 149 verwendet wird, um
den übertragenen
Leistungspegel zu überwachen.
Diese Information wird dann in dem dynamischen RAM 150 gespeichert,
um Informationen über
weitergeleitete und reflektierte Leistungspegel bereitzustellen,
die eigentlich durch Vergleich mit dem angeforderten Pegel erzeugt
werden.
-
Der
Betrag der Ausgangsübertragungsleistung
wird von der Effizienz der Übertragungsleistungs-Steuerschleife
(Blöcke 145, 144, 142 und 143)
und dem geschalteten Abschwächblock 102 beeinträchtigt.
Weiterhin führt
auch jegliche Fehlanpassung der Antenne 100 zu Veränderungen
in reflektierter und weitergeleiteter Leistung. Die relative gegenwärtige Ausgangsleistung
für unterschiedlich
benötigte Pegel
kann von dem Prozessor in dem RAM gespeichert werden, welches eine
Tabelle bereitstellt, die die angeforderten Ausgangsleistungspegeln
den gegenwärtigen
Ausgangsleistungspegeln gegenüberstellt.
Diese kann dazu verwendet werden, dem Prozessor zu erlauben, ein
genaueres Feld des Leistungspegels in den von ihr in zukünftigen Übertragungen
bereitgestellten Informationen zu verwenden, innerhalb von Nachrichten
oder Sondierungssignalen. Da der Leistungspegel zwischen –40 dBm
bis zu +50 dBm verändert
wird, sind effektiv zehn unterschiedliche um 10 dB voneinander getrennte
Leistungspegel vorhanden, die übertragen
werden können.
Aus diesem Grund weist die von dem Prozessor gespeicherte Tabelle
diese zehn Leistungspegel auf, wobei sich der angeforderte Leistungspegel
und der gegenwärtige
Leistungspegel in diesem Bereich befinden.
-
Jede
andere Station in dem Netzwerk empfängt dann Übertragungen über ihre
Antenne 100. Das empfangene Signal durchläuft dann
den Niedrigleistungs-Abtastkreis 101 und den geschalteten
Abschwächer 102,
der ursprünglich
auf eine 0 dB-Abschwächung
eingestellt ist. Daraufhin durchläuft es den 2-MHz-Bandpassfilter 104,
der Interferenzen außerhalb
des Bandes entfernt, und läuft
dann in den Vorverstärker 105,
der das Signal verstärkt,
bevor es über
den Mischer 106 auf ein 10,7-MHz-Zwischenfrequenz-Signal
(ZF-Signal) abgemischt wird. Das Signal wird von dem Bandpassfilter 107 gefiltert
und von dem ZF-Verstärker 108 verstärkt und
in den Blöcken 109, 110, 111 und 112 weiter
gefiltert und verstärkt.
-
Das
abschließende
Filtern erfolgt in den Blöcken 114 und 115,
in welcher Phase das Signal in Block 116 unter Benutzung
der Schmalband-RSSI-Funktion gemessen wird, dessen Ausgabe von dem
Hauptprozessor verwendet wird, um die Sig nalstärke der eingehenden Übertragung
zu bestimmen. Dies ermöglicht
nun dem Prozessor, falls nötig,
den Leistungskontroll-PIC-Kreis 132 aufzufordern, dass
dieser eine zusätzliche Empfangsabschwächung bis
zu 40 dB einschaltet. Die Einschaltung einer zusätzlichen Abschwächung ist
nur notwendig, falls das Signal den Messbereich des NE615 von Block 116 überschreitet.
Andernfalls verbleibt der Abschwächer
auf einer Abschwächung
von 0 dB, wodurch ermöglicht
wird, dass die gesamte Empfindlichkeit des Empfängers für den Empfang kleiner Signale
verfügbar
ist. Die eingehende Übertragung
wird auf zwei Bandbreiten gleichzeitig gemessen, nämlich 8
kHz und 80 kHz. Die 80 kHz-Bandbreite wird durch Abgreifen des 10,7
MHz ZF-Signals hinter dem 150 kHz-Keramikfilter 109 und unter
Verwendung eines 150 kHz-Keramikfilters 121 und
eines NE604 IC 120 gemessen. Dieser weist ebenfalls eine RSSI-Rusgabe
auf, welche über die
Schnittstelle von dem Hauptprozessor 149 empfangen wird.
-
Die
Breitband- und Schmalband-RSSI werden über den Analog-Digital-Wandler 146 gemessen,
welcher daraufhin die Daten an den Hauptprozessor 149 weiterleitet.
Der Hauptprozessor hat eine Nachschlagetabelle und übernimmt
die Information von dem A-D-Wandler und leitet aus vorhergehend
kalibrierten Daten eine Empfangssignalstärke ab. Die Daten sind in dBm
kalibriert. Typischerweise von –140
dBm bis 0 dBm. Die Information wird typischerweise unter Verwendung
der Ausgabe eines kalibrierten Signalgenerators erzeugt, der diese
in den Eingang eines Empfängers
einkoppelt, und einem darauffolgenden Anwählen verschiedener Signalstärkepegel
und einem Anweisen des Prozessors über die Tastatur 209,
welche Leistungspegel eingekoppelt werden. Die Information wird
dann permanent in einem statischen RAM oder einem Flash-RAM 150 gespeichert.
-
Folglich
kann die Empfangsstation den Leistungspegel jeglicher eingehender Übertragung
genau aufzeichnen. Sie liest dann die Adresse der eingehenden Übertragung
und dem darin eingebundenen Übertragungsleistungspegel.
Durch Vergleichen derselben kann dann beispielsweise ein +40 dBm Übertragungsleistungspegel
in dem Empfänger
als –90
dBm gemessen werden und dann zur Berechnung eines Wegverlust von
130 dBm verwendet werden. Wegverluste können von 0 dB bis zu einem
Maximum von 190 dB (+50 – (–140) =
190) variieren. Der minimal messbare Wegverlust hängt von
der Übertragungsleistung
der Übertragungsstation
und von dem maximalen von der Empfangsstation messbaren Signal ab.
Da bei dieser Bauweise das maximale Empfangssignal an dem Antennenausgang
100 einem Betrag von 0 dBm entspricht, ist ein Wegverlust von 0
dB messbar, vorausgesetzt die Übertragungsleistung
beträgt
weniger als 0 dBm. Andernfalls beträgt der minimale messbare Wegverlust,
beispielsweise bei einer Übertragungsleistung
von 50 dBm, 50 dB. Eine Verbesserung ist möglich, indem zusätzliche
Schritte in dem geschalteten Abschwächer hinzugefügt werden
oder durch Benutzung einer unterschiedlichen Anordnung in dem Empfänger. Wenn
der geschaltete Abschwächer
vollständig
eingeschaltet ist und die Ausgabe des A-D-Wandlers anzeigt, dass
die RSSI auf ihrem höchsten
Niveau ist, markiert der Empfangsprozessor die der Übertragung
zugeordneten Daten als "festgelegt". Dies bedeutet,
dass der Wegverlust zu gering ist, um meßbar zu sein.
-
Beim
Empfang misst der Prozessor kontinuierlich das Hintergrundsignal
und die Interferenz und, vorausgesetzt, dass keine Übertragungen
auf irgendeinem Modem bei irgendeiner Datenrate ermittelt werden, überwacht
und misst er das Rauschen und die Interferenz in dBm und erzeugt
einen Mittelwert, der in dem statischen RAM gespeichert wird. Wenn
eine Übertragung
ermittelt wird, wird die letzte Rauschmessung mit der Signalstärke verglichen,
um ein Signal-Rauschverhältnis
abzuleiten. Bei jeder Übertragung
wird das vor der Übertragung
aufgenommene Hintergrundrauschen in der Übertragung einer Nachricht
oder Sondierung als anderes Feld zusammen mit der Übertragungsleistung
angezeigt. Andere Stationen in dem Netzwerk können aus der Übertragung
nicht nur die Weggüte
sondern auch die Rauschgrenze der entfernten Station in dem Moment
vor der Übertragung
aufgreifen und ableiten. Da die Empfangsstation die Weggüte kennt
und die Rauschuntergrenze der entfernten Station besitzt, weiß sie, bei
welcher Leistung sie übertragen
muss, um irgendein gewünschtes
Signal-Rausch-Verhältnis
an der entfernten Station zu erreichen.
-
Das
benötigte
Signal-Rausch-Verhältnis
basiert typischerweise auf den Leistungsmerkmalen des Modems und
einer auf Paketdauer und Erfolgswahrscheinlichkeit basierenden Kennzahl.
Das benötigte
Signal-Rausch-Verhältnis
wird in der Datenbank von dem Prozessor gespeichert und kontinuierlich
aktualisiert, basierend auf dem Erfolg von Übertragungen an unterschiedliche
Ziele. Wenn eine Station beispielsweise eine Übertragung aufgreift und berechnet,
dass der Wegverlust 100 dB beträgt
und die entfernte Station eine angegebene Rauschuntergrenze von –120 dBm
aufweist, wird sie dann, um beispielsweise ein benötigtes Signal-Rausch-Verhältnis von
beispielsweise 20 dB für
8 kbps pro Sekunde zu erreichen, einen Leistungspegel von –20 dBm übertragen.
Das benötigte
Signal-Rausch-Verhältnis
unterscheidet sich dahingehend für
80 kbps pro Sekunde, dass die Rauschuntergrenze höher in der
breiteren Bandweite von 150 kHz im Vergleich zu 15 kHz ist, und
darin, dass die Leistungsmerkmale des 18 kbps pro Sekunde-Modems
unterschiedlich von denjenigen des 8 kbps pro Sekunde-Modems sein
können.
-
Aus
diesem Grund weiß die
Empfangsstation, dass wenn beispielsweise die angegebene Rauschgrenze
in dem Breitband –110
dBm und der Wegverlust immer noch 100 dB beträgt, aber das benötigte Signal-Rausch-Verhältnis beispielsweise
15 dB beträgt,
eine Übertragungsleistung
von +5 dBm benötigt
wird. Die Station, welche die Übertragung
empfängt,
weiß welchen
Leistungspegel sie benutzen muss, um der Ausgangsstation zu antworten.
-
Beim Überwachen
anderer kommunizierender Stationen sieht die Empfangsstation die Änderung
der Weggüte
und die von verschiedenen anderen Stationen angegebene Rauschuntergrenze,
deren Veränderungen
sie ebenfalls überwacht,
und durch Auswählen
eines Zeitpunkts mit einem Minimum in der Weggüte und einem Minimum in der
Rauschuntergrenze überträgt sie zu
dem angemessenen Leistungspegel, um das benötigte Signal-Rausch-Verhältnis an
die von ihr überwachten
Station oder Stationen zu erreichen.Beim Antworten auf eine Übertragung
schaltet die antwortende Station ihren Überträger ein, steuert den Leistungsverstärker über die
Leistungskontrolle PIC 132, um den benötigten Leistungspegel einzuhalten.
Dann bindet der Hauptprozessor 149 die Felder seiner eigenen Übertragungsleistung,
seines eigenen Empfangsrauschens vor der Übertragung und die Weggüte ein,
die er gerade von der Station, welcher er antwortet, empfangen hat.
-
In
Abhängigkeit
von dem Signal-Rausch-Verhältnis
und dem benötigten
Leistungspegel, wählt
der Hauptprozessor entweder ein Einschalten des 80 kbps pro Sekunde
oder 8 kbps pro Sekunde-Modems zum Durchführen der Übertragung. Beim Durchführen der Übertragung
bindet er seinen eigenen Übertragungsleistungspegel,
seine eigene Hintergrundrauschuntergrenze, die sowohl bei einer
150 kHz und 15 kHz- Bandbreite gemessen
wurde, und die Weggüte
ein, die er gerade für
die Übertragung
berechnet hat, auf welche er antwortet. Die Ausgangsstation misst
beim Empfang der Übertragung
wiederum die RSSI in den zwei Bandbreiten und berechnet über den
A-D-Wandler, und unter Benutzung der Nachschlagetabelle in dem statischen
RAM 150, die empfangene Signalstärke. Durch Untersuchen des
empfangenen Pakets, welches von dem seriellen Synchrontyp Zilog 131 weitergeleitet
wurde, berechnet sie den empfangenen Wegverlust unter Benutzung
der angegebenen Übertragungsleistung
und der gemessenen RSSI und vergleicht den Wert des Wegverlusts,
der ihr von der anderen Station zugesendet wurde.
-
Beim
Vergleichen dieser zwei Wegverluste sollten die zwei Wegverluste
relativ ähnlich
sein, da nur ein kurzes Zeitintervall zwischen Übertragung und Empfang verstrichen
ist, es sei denn, es treten Fluktuationen des Wegverlusts auf, die
eventuell von einer sich bewegenden Fahrzeugumgebung verursacht
werden. In aufeinanderfolgenden Übertragungen
wird der Unterschied zwischen zwei Wegverlustwerten gemittelt und
gespeichert, da diese Zahl den Unterschied aufgrund des Messfehlers
in der Signalstärke
oder eines Fehlers in dem übertragenen
angegebenen Leistungspegel darstellt. Der Mittelungsprozess wird
zum Ausmitteln von Effekten von bewegenden Fahrzeugen und Wegverlustfluktuationen
verwendet. Der Hauptprozessor benutzt diese gemittelte Zahl und
behält
eine für
jede Station in dem Netzwerk. Er besitzt einen Wegverlust-Korrekturfaktor
oder ein Delta, welches von einigen wenigen dB bis zu einigen 10
dB reicht, für
jede Station in dem Netzwerk, die er in dem RAM speichert. Der Korrekturfaktor
wird dann beim Ermitteln einer übertragenden
Station und beim Messen des Wegverlusts verwendet, um den Übertragungsleistungspegel
zu korrigieren, bevor eine Antwort an die Station erfolgt, d.h.
prädiktiv.
Ein typischer Prozess verläuft
wie folgt: Station A misst den eingehenden Wegverlust von Station
B, von beispielsweise 100 dB. Station A betrachtet Station B's Adresse, die dann
mit der Nachschlagetabelle verglichen wird, um einen Korrekturfaktor
oder ein Delta zu bestimmen, beispielsweise 10 dB plus. Dies bedeutet,
dass der von Station A gemessene Wegverlust im Mittel 10 dB höher ist,
als der von Station B gemessene. Basierend auf dem von Station A
gemessenen Wegverlust und Station B's Rauschen, wird der benötigte Leistungspegel
von Station A berechnet, um das benötigte Signal-Rausch-Verhältnis an
Station B einzuhalten. Der erlaubte Unterschied zwischen dem angegebenen
Wegverlust von Station B und dem gemessenen Wegverlust von Station
A wird von Station A gespeichert. Falls eine starke Veränderung
ermittelt wird, ist diese höchst
wahrscheinlich in Fluktuationen des Wegverlusts zwischen den Übertragungen
begründet,
und aus diesem Grund wird die Empfangssignalstärke verwendet, um den Wegverlust
von Station A zu bestimmen. Der Unterschied zwischen den Werten
des Wegverlusts wird verwendet, um den Bemittelten Differentialwert
zu aktualisieren, welcher über
eine Anzahl von Übertragungen
jegliche Fluktuationen des Wegverlusts zwischen Übertragung und Antwort mittelt.
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Weiterhin
ist der Differentialwert in dem Sinne nützlich, dass beim Wahrnehmen
einer Station, die Sondierungen durchführt oder mit einer anderen
Station kommuniziert, ein Wegverlust unter Benutzung des Korrekturfaktors
berechnet werden kann, und eine Abschätzung der benötigten Übertragungsleistung
durchgeführt
werden kann, welche zum Erreichen der entfernten Station mit einem
genügend
hohen Signal-Rausch-Verhältnis
zu verwenden ist. Das Wegverlust-Delta
oder der Korrekturfaktor wird nur aktualisiert, wenn Stationen miteinander
interagieren und dieses Feld ist nur in einer Übertragung vorhanden, wenn
eine Station einer anderen antwortet, und ist nicht vorhanden, wenn
eine Station einfach Sondierungen durchführt, wobei dieses Feld leer
bleibt.
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Obwohl
obenstehend Ausführungsformen
der Erfindung mit spezifischem Bezug auf die Messung der Weggüte im Sinne
von Wegabschwächung
oder Übertragungsverlust
beschrieben sind, ist offensichtlich, dass weitere Parameter der
Weggüte
gemessen werden können
als diejenigen, auf die obenstehend Bezug genommen wurde, um einen
genaueren Wert für
die Weggüte
bereitzustellen, der zum Einstellen der bei der Datenübertragung
zwischen Stationen verwendeten Übertragungsleistung
verwendet werden kann.
