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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Zentralstation
und eine Teilnehmerstation zur TDMA-Verwaltung (Time Division Multiple
Access, Zeitmultiplex mit Vielfachzugriff), wie im Oberbegriff der
Ansprüche
1, 11 bzw. 12 beschrieben.
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Ein
derartiges Verfahren, eine derartige Zentralstation, eine derartige
Teilnehmerstation und ein derartiges Netzwerk sind auf dem Fachgebiet
bereit bekannt, z.B. aus der veröffentlichten
europäischen Patentanmeldung
EPA 0544975. Darin umfasst ein System, das Zeitschlitzverwaltungssystem
genannt wird, eine Zentralstation, die als eine Hauptstation bezeichnet
wird, und mehrere Teilnehmerstationen, die Unterstationen genannt
werden. Um die Unterstationen in die Lage zu versetzen, Upstreambursts oder
Upstreaminformationspakete zu übertragen, werden
diesen Unterstationen Zeitschlitze mittels Zugangsgewährungsinformationen
zugewiesen, die als Übertragungsfreigabeadressen
bezeichnet werden. Die Zugangsgewährungsinformationen werden
in der Zentralstation generiert und zu den Teilnehmerstationen übertragen. Ähnliche
TDMA-Verfahren (Time Division Multiple Access, Zeitmultiplex mit
Vielfachzugriff), die im Feld der Satellitenkommunikation oder Mobilkommunikation
verwendet werden, sind in den europäischen Patentanmeldungen EPA
0371500 bzw. EPA 0511614 beschrieben. In den bekannten Lösungen werden
die downstream übertragenen
Zugangsgewährungsinformationen
mit den Downstreamrahmen, von denen sie einen Teil bilden, und mit den
Upstreambursts ausgerichtet, da die Übertragung der letzteren Bursts
von einer Teilnehmerstation zur Zentralstation durch die Ankunft
der Zugangsgewährungsinformationen
in dieser Teilnehmerstation ausgelöst wird. Im Endergebnis mangelt
es den bekannten Lösungen
an Flexibilität
im Hinblick auf Downstreamrahmenlänge, Upstreamburstlänge und Downstream-Upstream-Bitratenverhältnis.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein TDMA-Verfahren (Time Division
Multiple Access, Zeitmultiplex mit Vielfachzugriff) obigen bekannten
Typs bereitzustellen, wobei jedoch Downstreamrahmenlänge und
Upstreamburstlänge unabhängig voneinander
sind und wobei Downstream- und Upstreambitraten ein nicht ganzzahliges
Verhältnis
aufweisen können.
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Gemäß der Erfindung
wird diese Aufgabe durch das Verfahren, die Zentralstation und eine
Teilnehmerstation erfüllt,
wie in den Ansprüchen
1, 11 bzw. 12 beschrieben.
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Durch
Starten der Weiterleitung der Upstreambursts bei einem Nulldurchgang
des lokalen Gewährungszählers besteht
keine Notwendigkeit des Ausrichtens der Zugangsgewährungsinformationen
mit den Upstreambursts und mit den Downstreamrahmen, womit die Upstreamburstlänge und
-bitrate unabhängig
von der Downstreamrahmenlänge bzw.
-bitrate werden. Tatsächlich
wird im vorliegenden Verfahren die Übertragung von Upstreambursts nicht
mehr durch den Empfang der Zugangsgewährungsinformationen, sondern
durch den Nulldurchgang des zyklischen lokalen Gewährungszählers ausgelöst, der
eine vorbestimmte Zahl als Zählgrenzwert
aufweist, sofern Zugang vor dem Nulldurchgang gewährt wurde.
Somit kann die Upstreamburstlänge unabhängig von
der Downstreamrahmenlänge
durch Vergrößern bzw.
Verkleinern der vorbestimmten Zahl vergrößert oder verkleinert werden.
Um den Empfang der Upstreambursts in der Zentralstation zu ermöglichen,
muss diese Zentralstation mit einem Master-Gewährungszähler versehen
sein, mit dem alle lokalen Gewährungszähler in
den Teilnehmerstationen synchronisiert sind.
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Im
vorliegenden TDMA-Verfahren (Time Division Multiple Access, Zeitmultiplex
mit Vielfachzugriff) könnten
die Zugangsgewährungsinformationen jederzeit
downstream übertragen
werden, müssen aber
von der Teilnehmerstation, die in diesen Zugangsgewährungsinformationen
zugewiesen wurde, vor dem Nulldurchgang des lokalen Gewährungszählers empfangen
werden, der dem Beginn des Zeitschlitzes entspricht, der dieser
Teilnehmerstation zugeteilt ist. Der Teilnehmerstation in der vorliegenden Erfindung
wird somit gestattet, Upstreambursts nur bei Nulldurchgang ihres
lokalen Gewährungszählers zu übergeben,
wobei ihr Zugangsgewährungspuffer nicht
leer ist.
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Ein
anderes charakteristisches Merkmal des vorliegenden TDMA-Verwaltungsverfahrens
(Time Division Multiple Access, Zeitmultiplex mit Vielfachzugriff)
ist, dass, wie in Anspruch 2 beschrieben, der Master-Gewährungszähler bei
Downstreamübertragung
jedes Bytes getaktet ist. Auf diese Weise wird die Synchronisation
des Master-Gewährungszählers und
des lokalen Gewährungszählers einfach
durch Vergrößern oder
Verkleinern der lokalen Gewährungszählerwerte
bei Empfang jedes downstream übertragenen
Bytes erzielt.
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Ein
weiteres charakteristisches Merkmal des vorliegenden Verfahrens
ist, dass der lokale Gewährungszählerwert
in dem Fall, dass die Synchronisation mit dem Master-Gewährungszählerwert
verloren gegangen ist, wiederhergestellt werden kann. Tatsächlich werden,
wie in Anspruch 3 beschrieben, Zeitreferenzinformationen, die vom
Master-Gewährungszähler generiert
wurden, downstream übertragen
und in jeder Teilnehmerstation mit dem lokalen Gewährungszählerwert
verglichen. In den Teilnehmerstationen können Komparatormittel und z.B.
eine Zustandsmaschine enthalten sein, um Synchronitätsverlust
zu erkennen bzw. um den lokalen Gewährungszählerwert wiederherzustellen,
um wieder Synchronisation zu erzielen.
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Noch
ein anderes charakteristisches Merkmal der vorliegenden Erfindung
ist, dass ein Bit der Zugangsgewährungsinformationen
(Access Grant Information, AGI) benutzt werden kann, um eine Teilnehmerstation über die
Tatsache zu informieren, das der zuletzt übertragene Upstreamburst durch Übertragungsfehler
beschädigt
ist. Als Folge davon verlangt in der Implementierung des Anspruchs
4 die Zentralstation von der Teilnehmerstation eine Neuübertragung
des letzten Upstreambursts.
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Unterschiedliche
Implementierungen des vorliegenden Verfahrens sind in den Ansprüchen 5 bzw.
9 beschrieben. Tatsächlich
ist die vorliegende Erfindung durch Übertragen der Zugangsgewährungsinformationen,
die mit den Downstreamrahmen ausgerichtet sind, aber nicht notwendigerweise
mit den Upstreambursts ausgerichtet sind, oder durch Übertragen
der Zugangsgewährungsinformationen
in äquidistanten
Zeitintervallen realisiert, die mit den Upstreambursts ausgerichtet
sind, aber nicht notwendigerweise mit den Downstreamrahmen ausgerichtet
sind.
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Bei
Ausrichtung mit den Downstreamrahmen können die Zugangsgewährungsinformationen
den Teilnehmerstationen in jenen Netzwerken schneller verfügbar gemacht
werden, in denen die Downstreamrahmen in der Zentralstation verschachtelt
(Interleaving) und in den Teilnehmerstationen entschachtelt werden
(Deinterleaving). Dieses zusätzliche Merkmal
ist in Anspruch 8 beschrieben. Zum Verschachteln der Downstreamrahmen
werden individuellen Bytes dieser Rahmen gemäß ihren Positionen in diesen
Downstreamrahmen unterschiedliche Verzögerungen gegeben. Auf diese
Weise werden Burstfehler auf einer Übertragungsverbindung über unterschiedliche
Downstreamrahmen verteilt und können
an der Teilnehmerstation mit einem Minimum an Fehlercodebytes korrigiert
werden, die in jedem der Downstreamrahmen enthalten sind. Durch
Zuordnen dieser Positionen in den Downstreamrahmen, die nicht während des
Verschachtelns verzögert
werden, an die Zugangsgewährungsinformationen,
und durch Wiederherstellen der Zugangsgewährungsinformationen in den
Teilnehmerstationen, bevor das Entschachteln durchgeführt wird,
werden die Zugangsgewährungsinformationen
schnell verfügbar
und werden von Zentralstation zu Teilnehmerstation mit weniger Verzögerung als
der durchschnittlichen Verzögerung übertragen,
die durch das Verschachteln eingebracht wird.
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Beim
Ausrichten der Zugangsgewährungsinformationen
mit den Upstreamrahmen, wie dies in Anspruch 9 erfolgt, sollte vermieden
werden, dass Overheadbytes, die einen Teil der downstream übertragenen
Rahmen bilden, durch die Zugangsgewährungsinformationen gestört werden.
Daher wird es unmöglich
sein, die Zugangsgewährungsinformationen
stets in festen Zeitintervallen zu übertragen. Um ein Beschädigen von
Overheadbytes zu verhindern, könnten
diese Overheadbytes in die Downstreamrahmen nach der zeitlich äquidistanten
Einfügung
der Zugangsgewährungsinformationen
einbezogen sein oder alternativ können, wie in Anspruch 10 beschrieben,
die vorbestimmten Zeitintervalle immer dann gleich einem zweiten
festen Zeitintervall statt eines ersten festen Zeitintervalls sein,
wenn die Zugangsgewährungsinformationen
die Overheadbytes beschädigen
würden,
wenn sie nach dem ersten festen Zeitintervall eingefügt wären. In
den Teilnehmerstationen sind die ersten und zweiten festen Zeitintervalle in
einer derartigen Weise bekannt, dass die Zugangsgewährungsinformationen
auch dann in den Downstreamrahmen gefunden werden können, wenn sie
sich nicht am ersten festen Zeitintervall befinden.
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Die
oben erwähnten
und andere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden offensichtlicher und
die Erfindung selbst ist am besten zu verstehen unter Bezug auf
die folgende Beschreibung einer Ausführungsform in Verbindung mit
den beiliegenden Zeichnungen, wobei
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1 eine
Darstellung von Downstreamrahmen-Strukturen und zugeordneten Upstreamburst-Strukturen
gemäß den bekannten
Lösungen ist,
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2 eine
Darstellung einer Downstreamrahmen-Struktur und einer Upstreamburst-Struktur
in einer ersten Ausführungsform
des Netzwerks gemäß der vorliegenden
Erfindung ist,
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3 eine
Darstellung einer Downstreamrahmen-Struktur und einer Upstreamburst-Struktur
in einer zweiten Ausführungsform
des Netzwerks gemäß der vorliegenden
Erfindung ist,
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4 eine
Darstellung einer Downstreamrahmen-Struktur und einer Upstreamburst-Struktur
in einer dritten Ausführungsform
des Netzwerks gemäß der vorliegenden
Erfindung ist,
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5 ein
Blockplan einer Ausführungsform des
Netzwerks gemäß der vorliegenden
Erfindung ist,
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6 ein
Blockplan von Mitteln ist, die in einer Ausführungsform der Teilnehmerstation
gemäß der vorliegenden
Erfindung enthalten sind, um die Wiederherstellung des lokalen Gewährungszählerwerts
zu ermöglichen.
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1A und 1B zeigen
einen Downstreamrahmenstrom- (DS-) und eine Upstreamburststrom-
(US-) -Struktur, wie sie in bekannten Netzwerken verwendet wird,
wobei Downstreamrahmen DF von einer Zentralstation zu mehreren Teilnehmerstationen über die
Kaskadenschaltung eines gemeinsamen Übertragungspfades und eines
individuellen Übertragungspfades übertragen
werden und wobei Upstreambursts UB oder Upstreampakete von den Teilnehmerstationen
zur Zentralstation über
Zeitmultiplex mit Vielfachzugriff (Time Division Multiple Access,
TDMA) übertragen
werden. Ein derartiges Netz wird z.B. für interaktive Dienste wie Video-on-Demand
verwendet. In 1A sind die Upstream-
und Downstreambitraten gleich 155 Mbit/s. Andererseits ist in 1B die Downstreambitrate gleich 622 Mbit/s,
während
die Upstreambitrate um einen Faktor 4 niedriger und gleich 155 Mbit/s
ist. Diese speziellen Bitraten werden in bekannten optischen Übertragungnetzen
verwendet. Der Upstreamkanal wird von den mehreren Teilnehmerstationen
gemeinsam genutzt und ist dazu in Zeitschlitze TS2, TS8, TS3, TS5 geteilt,
die den Teilnehmerstationen mittels Zugangsgewährungsinformationen AGI zugeteilt
sind, die im Downstreamrahmenstrom DS enthalten sind.
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Die
Downstreamrahmen DF in dem bekannten System umfassen Zugangsgewährungsinformationen
AGI und Daten, die sowohl Nutzdaten als auch Overheaddaten beinhalten.
Der Inhalt der Upstreambursts UB in 1A und 1B ist nicht weiter spezifiziert, da er
für die
behandelte Erfindung nicht relevant ist. Die Zugangsgewährungsinformationen
AGI besetzen in jedem Downstreamrahmen DF gleiche Positionen und
sind daher mit diesen Downstreamrahmen DF ausgerichtet. Die Teilnehmerstation,
der ein Zeitschlitz zugeteilt ist, wird durch den Empfang der Zugangsgewährungsinformationen
AGI angeregt, einen Upstreamburst UB zu übergeben. Die Zugangsgewährungsinformationen
AGI sind daher auch mit den Upstream-Zeitschlitzen ausgerichtet. Als
Folge davon werden die Downstreamrahmenlänge und die Upstream-Zeitschlitze
zu speziellen Bedingungen übermittelt:
In der Implementierung der 1A, wobei
die Upstream- und Downstreambitraten gleich sind, sind die Upstream-Zeitschlitze zwangsläufig gleich
der Downstreamrahmenlänge.
In 1B müssen die Upstream-Zeitschlitze
vier mal so groß wie
die Downstreamrahmenlänge
sein. In der letzteren Implementierung enthält nur 1 von je 4 Downstreamrahmen
DF von null abweichende Zugangsgewährungsinformationen AGI und
teilt damit wirklich einer Teilnehmerstation einen Upstream-Zeitschlitz zu.
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Aus 1A und 1B und
den obigen Absätzen
wird deutlich, dass es Netzwerken, in denen die Übertragung von Zugangsgewährungsinformationen
AGI mit den Downstreamrahmen DF wie auch mit den Upstreambursts
UB synchronisiert ist, an Flexibilität in Rahmenlänge und
Bitrate mangelt. Daher werden in den nachstehenden Absätzen zuerst
Implementierungen von Downstream- und Upstreamburststrom-Strukturen
und deren Verwendung gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben, denen es nicht an derartiger Flexibilität mangelt,
und danach wird eine ausführliche
Beschreibung eines Netzwerks, das diese Strukturen verwendet, und
der Komponenten desselben gegeben.
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In
einer ersten Implementierung der vorliegenden Erfindung werden die
Zugangsgewährungsinformationen
AGI noch mit den Downstreamrahmen DF ausgerichtet, aber nicht mit
den Upstream-Zeitschlitzen TS2, TS8, TS3 ausgerichtet übertragen.
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Die
Downstreamrahmen DF beinhalten, wie in 2 gezeigt,
Zugangsgewährungsinformationen AGI,
Zeitreferenzinformationen TRI und Daten, die Overheaddaten und Nutzdaten
umfassen. Die Zeitreferenzinformationen TRI stellen eine Kopie des
Zählerwerts
eines zyklischen Master-Gewährungszählers MGC,
der in der Zentralstation CS enthalten ist, im Moment der Übertragung
seiner Zeitreferenzinformationen TRI dar. Der Wert dieses Master-Gewährungszählers MGC
wird jedes Mal um 1 erhöht,
wenn ein Byte downstream übertragen
wird. Jede Teilnehmerstation ist mit einem zyklischen lokalen Gewährungszähler versehen,
der einen lokalen Gewährungszählerwert
generiert, der von null auf einen vorbestimmten oberen Grenzwert
erhöht
wird. Daher wird der lokale Gewährungszählerwert
jedes Mal um 1 erhöht,
wenn von der jeweiligen Teilnehmerstation, von der er einen Teil
bildet, ein Downstreambyte empfangen wird.
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Die
Zeitreferenzinformationen TRI, die von der Zentralstation empfangen
werden, werden in den Teilnehmerstationen benutzt, um den lokalen
Gewährungszählerwert
zu dem Zweck zu überschreiben,
Synchronisation des zyklischen lokalen Gewährungszählers mit dem zyklischen Master-Gewährungszähler zu
erzielen. In einer anderen Ausführungsform,
die später
mittels 6 beschrieben wird, werden die
Zeitreferenzinformationen TRI in einer Zustandsmaschine, die in
den Teilnehmerstationen enthalten ist, mit dem lokalen Gewährungszählerwert (siehe
nach unten gerichtete Pfeile in 2) verglichen.
Der lokale Gewährungszählerwert
wird anschließend
nur dann, wenn die Synchronität
verloren gegangen ist, und nicht permanent angepasst.
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Nach
Empfang der Zugangsgewährungsinformationen
AGI kann eine Teilnehmerstation Daten in Zeitschlitzen für Upstreamburst
UB übertragen,
die durch zwei aufeinander folgende Nulldurchgänge des zyklischen lokalen
Gewährungszählers begrenzt sind.
Dies wird durch die aufwärts
gerichteten Pfeile in 2 veranschaulicht, die anzeigen,
dass Teilnehmerstation 2 einen Upstreamburst UB während eines Zeitschlitzes
TS2 überträgt, Teilnehmerstation
8 einen Upstreamburst UB während
eines Zeitschlitzes TS8 überträgt und Teilnehmerstation
T3 einen Upstreamburst UB während
eines Zeitschlitzes TS3 überträgt.
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Zu
beachten ist, dass Zugangsgewährungsinformationen
AGI, die vor dem Beginn eines Upstream-Zeitschlitzes empfangen werden,
der bereits durch früher übertragene Zugangsgewährungsinformationen
AGI einer Teilnehmerstation zugeteilt wurde, mit null gefüllt werden.
Falls jedoch, was in 2 nicht gezeigt ist, die Downstreamrahmen
DF länger
als die Upstream-Zeitschlitze sind, könnten die Zugangsgewährungsinformationen
AGI in einem einzelnen Downstreamrahmen DF mehrere Zeitschlitze
mehreren Teilnehmerstationen zuteilen.
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Ferner
ist anzumerken, dass ein Upstream-Zeitschlitz in dem TDMA-Verfahren
(Time Division Multiple Access, Zeitmultiplex mit Vielfachzugriff)
gemäß der vorliegenden
Erfindung durch einen ersten und einen zweiten Nulldurchgang eines zyklischen
lokalen Gewährungszählers begrenzt
ist, die nicht zwangsläufig
aufeinander folgende Nulldurchgänge
sind. Auf diese Weise können
Diensten oder Teilnehmerstationen längere Zeitschlitze zugeteilt
werden, die eine große
Upstream-Bandbreite
erfordern.
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Aus
den obigen Absätzen
folgt, dass die Upstreamburstlänge
nur von den lokalen und Master-Gewährungszählern abhängig ist und einfach durch
Vergrößern oder
Verkleinern des oberen Grenzwerts dieser Zähler geändert wird. Aus dem Obigen
wird auch deutlich, das jede Teilnehmerstation einen Zugangsgewährungspuffer
beinhalten muss, um die empfangenen Zugangsgewährungsinformationen (AGI) von
deren Empfang bis zum ersten Nulldurchgang ihres zyklischen lokalen
Gewährungszählers zu
speichern.
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Es
ist anzumerken, dass in einer alternativen Ausführungsform des oben erwähnten Netzwerks der
zyklische lokale Gewährungszähler und
der zyklische Master-Gewährungszähler Abwärtszähler statt Aufwärtszähler sein
können.
Die Zeitreferenzinformationen TRI würden in einer derartigen Ausführungsform
dann die Verzögerung
darstellen, die in Bezug auf den Beginn des nächsten Upstream-Zeitschlitzes
in Zählereinheiten
zu berücksichtigen
ist.
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Außerdem können in
einer anderen speziellen Ausführungsform
des oben beschriebenen Netzwerks, wobei die Downstreamrahmen DF
in der Zentralstation verschachtelt und in den Teilnehmerstationen
entschachtelt werden, die Zugangsgewährungsinformationen AGI den
Teilnehmerstationen mit weniger Verzögerung als der durchschnittlichen
Verzögerung
verfügbar
gemacht werden, die durch das Verschachteln eingebracht wird. Tatsächlich werden mehrere
Downstreamrahmen DF verschachtelt, um Burstfehler über diese
mehreren Downstreamrahmen DF zu verteilen, wodurch ermöglicht wird,
diese Burstfehler mit einem Minimum an Fehlerkorrekturcodierung
zu korrigieren, die den Downstreamrahmen DF hinzugefügt wird.
Zum Verschachteln der Downstreamrahmen DF erhalten individuelle
Bytes gemäß ihrer
Position in den Rahmen DF unterschiedliche Verzögerungen. Durch Einbetten der
Zugangsgewährungsinformationen
AGI an Positionen der Rahmen DF, die ohne Verzögerung übertragen werden, und durch
Wiederherstellen der Zugangsgewährungsinformationen
AGI aus dem Downstreamrahmenstrom DS, bevor das Entschachteln ausgeführt wird,
werden die Zugangsgewährungsinformationen
AGI sehr schnell für
die Teilnehmerstationen verfügbar.
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Ein
wohl bekanntes Problem bei Upstream-Übertragung sind die Burstfehler.
Fehlerkorrektur-Codierung in Kombination mit Verschachteln ist hierfür keine
Lösung,
da die Upstreambursts UB von unterschiedlichen Endgeräten unabhängig sind
und nicht kombiniert werden können.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden Upstreamburstfehler durch Neuübertragung korrigiert. Ein
Fehlererkennungscode, der den Upstreambursts UB hinzugefügt wird,
gestattet es der Zentralstation, Burstfehler zu erkennen. Die Zentralstation
setzt dann ein Neuübertragungsbit,
das dazu in den Zugangsgewährungsinformationen
AGI enthalten ist. Bei Empfang der Zugangsgewährungsinformationen AGI erkennt die
Teilnehmerstation, dass das Neuübertragungsbit gesetzt
ist, und überträgt den letzten übertragenen Upstreamburst
UB neu. Um diese Neuübertragung zu
ermöglichen,
ist jede Teilnehmerstation mit einem in den Figuren nicht gezeigten
Puffer ausgestattet, um ihren letzten übertragenen Upstreamburst UB
vorübergehend
zu speichern. Das Neuübertragungsbit muss
zwangsläufig
von der Teilnehmerstation empfangen werden, bevor ein neuer Upstreamburst
UB dadurch übertragen
wird.
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In
noch einer anderen Implementierung der vorliegenden Erfindung werden
die Zugangsgewährungsinformationen
AGI mit den Upstreambursts UB ausgerichtet, aber nicht zwangsläufig mit
den Downstreamrahmen DF. Die Strukturen der Downstreamrahmenströme DS und
Upstreamburstströme
US gemäß dieser
zweiten Implementierung sind in 3 und 4 gezeigt.
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Die
Zentralstation und die Teilnehmerstationen in dem Netzwerk, das
dieser zweiten Implementierung entspricht, beinhalten auch einen
zyklischen Master-Gewährungszähler bzw.
zyklische lokale Gewährungszähler. Die
Zugangsgewährungsinformationen
AGI sind in den Downstreamrahmen DF bei Nulldurchgängen des
Master- Gewährungszählers enthalten
und erscheinen daher unausgerichtet in den Downstreamrahmen DF in äquidistanten
Zeitintervallen. Upstreambursts UB werden bei Ankunft der Zugangsgewährungsinformationen
AGI übertragen. In
den Downstreamrahmen DF geht den Zugangsgewährungsinformationen AGI ein
Sync-Byte S voraus, nach dem in den Teilnehmerstationen gesucht
wird. Ein derartiges Sync-Byte S ist notwendig, um die Teilnehmerstationen
in die Lage zu versetzen, die erste Zugangsgewährungsinformation AGI zu erkennen. Anderenfalls
kann eine Teilnehmerstation die Zugangsgewährungsinformationen AGI nicht
von anderen Daten in den Downstreamrahmen DF unterscheiden. Anders
ausgedrückt,
werden die Teilnehmerstationen über
das Sync-Byte S mit der Zentralstation synchronisiert.
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Teil
der Daten, die in Downstreamrahmen DF übertragen werden, sind Overheadinformationen OHI.
Durch Einbeziehen der Zugangsgewährungsinformationen
AGI in die Downstreamrahmen DF in nicht ausgerichteter Weise könnten diese
Overheadinformationen OHI beschädigt
werden, wenn keine Vorsichtsmaßnahmen
ergriffen werden, In der Ausführungsform
gemäß 3 wird
die Beschädigung der
Overheadinformationen OHI vermieden, indem das Sync-Byte S und die
Zugangsgewährungsinformationen
AGI in äquidistanten
Zeitintervallen in einen Datenstrom D einbezogen werden, der anschließend in
den Nutzdatenabschnitten der Downstreamrahmen DF eingebettet wird.
Als Folge davon können die
Overheadabschnitte dieser Downstreamrahmen DF nicht zerstört werden.
Die Einbettung des Datenstroms D in die Nutzdatenabschnitte impliziert
eine Bitratenanpassung, die von einer eingerasteten Phasenregelschleife
in Kombination mit einem Puffer gemäß einem wohl bekannten Mechanismus
vorgenommen wird.
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In
einer alternativen Ausführungsform
gemäß 4 sind
das Sync-Byte S und die Zugangsgewährungsinformationen AGI in
den Downstreamrahmen DF an einem ersten festen Zeitintervall FT1 oder
an einem zweiten festen Zeitintervall FT2 enthalten, falls Overheadinformationen
OHI als beschädigt
erachtet werden, wenn das Sync-Byte S und die Zugangsgewährungsinformationen
AGI am ersten festen Zeitintervall FT1 enthalten sind. Die Teilnehmerstationen
sind in dieser Ausführungsform
des Netzwerks ausgeführt,
nach dem ersten FT1 und zweiten festen Zeitintervall FT2 nach dem
Sync-Byte S zu suchen, und sind somit stets in der Lage, die Zugangsgewährungsinformationen
AGI zu finden. Verglichen mit der obigen Alternative weist diese
Ausführungsform
den Vorteil auf, das keine eingerastete Phasenregelschleife bereitgestellt
sein muss.
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Bezug
nehmend auf 5 wird eine Ausführungsform
eines Netzwerks gemäß der vorliegenden Erfindung
ausführlich
beschrieben.
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Das
gezeigte Netzwerk beinhaltet eine Zentralstation CS, die mit mehreren
Teilnehmerstationen T1 ... Ti ... Tn über die Kaskadenschaltung einer
gemeinsamen Übertragungsverbindung
und einer individuellen Übertragungsverbindung
gekoppelt ist. Von diesen Teilnehmerstationen ist nur Ti im Detail
gezeigt, wobei die anderen Stationen identisch sind. Die Zentralstation
CS beinhaltet eine Taktgebereinheit CK, einen Prozessor P, einen
zyklischen Master-Gewährungszähler MGC,
einen Zugangsgewährungspuffer
B1, einen Multiplexer MUX, einen Downstreammodulator DM, einen Upstreamdemodulator
UD und einen Upstream-Downstream-Splitter S1. Die Teilnehmerstation
Ti ist mit einem Upstream-Downstream-Splitter S2, einem Upstreammodulator
UM, einem Downstreamdemodulator DD, einem Demultiplexer DEMUX, einem
zyklischen lokalen Gewährungszähler LGC,
einem Zugangsgewährungspuffer
B2 und einem logischen Und-Gatter AND ausgestattet.
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In
der Zentralstation CS ist ein erster Eingang i1 des Multiplexers
MUX ein Dateneingang D. Ein Ausgang des zyklischen Master-Gewährungszählers MGC
und ein Ausgang des Zugangsgewährungspuffers
B1 sind mit einem zweiten i2 bzw. einem dritten Eingang i3 des Multiplexers
MUX gekoppelt. Über
den Downstreammodulator DM ist ein Ausgang des Multiplexers MUX
mit dem Upstream-Downstream-Splitter S1 gekoppelt, der in der Upstream-Richtung
ferner über
den Upstreamdemodulator UD mit einem Upstreamburst-Ausgang UB gekoppelt
ist. Ein Ausgang der Taktgebereinheit CK ist mit Steuereingängen des
zyklischen Master-Gewährungszählers MGC
bzw. des Downstreammodulators DM verbunden, während ein Prozessorausgang
von P mit einem Eingang des Zugangsgewährungspuffers B1 gekoppelt
ist.
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In
Ti sind die Übertragungsverbindungen über die
Kaskadenschaltung des Upstream-Downstream-Splitters S2 und des Downstreamdemodulator
DD mit dem Demultiplexer DEMUX gekoppelt. Ein erster Ausgang o1
des Demultiplexers DEMUX ist ein Datenausgang, während zweite o2 und dritte
Ausgänge
o3 desselben mit dem zyklischen lokalen Gewährungszähler LGC bzw. dem Zugangsgewährungspuffer
B2 gekoppelt sind. Ein Ausgang des zyklischen lokalen Gewährungszählers LGC
ist mit einem Nulldurchgangs-Eingang ZC des logischen Und-Gatters
AND verbunden, während
ein Ausgang des Zugangsgewährungspuffers
B2 mit einem Zugangsgewährungs-Eingang
AG dieses logischen Und-Gatters AND verbunden ist, dessen Ausgang
mit einem Steuereingang des Upstreammodulators UM verbunden ist,
der einen Upstreamburst-Eingang UBi mit dem Upstream-Downstream-Splitter S2 koppelt.
Ein Taktausgang des Downstreamdemodulator DD und ein Steuereingang
des zyklischen lokalen Gewährungszählers LGC
sind ebenfalls miteinander verbunden.
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In
der CS werden Daten D, Zeitreferenzinformationen TRI und Zugangsgewährungsinformationen
AGI in Downstreamrahmen DF gemultiplext und daher an den ersten
i1, zweiten i2 bzw. dritten Eingang i3 des Multiplexers MUX angelegt.
Auf die Aktivierung eines Taktgebersignals hin, das an dessen Steuereingang
angelegt ist, moduliert der Downstreammodulator diese Downstreamrahmen
DF und legt sie an den Upstream-Downstream-Splitter
S1 an. Ebenfalls unter Steuerung dieses Taktgebersignals erhöht der zyklische
Master-Gewährungszähler MGC
einen Gewährungszählerwert.
Auf diese Weise wird der Master-Gewährungszählerwert jedes Mal erhöht, wenn
ein Downstreambyte von der Zentralstation CS übertragen wird. Die obigen
Zeitreferenzinformationen TRI sind eine Kopie des Master-Gewährungszählerwerts,
der vom zyklischen Master-Gewährungszähler MGC
generiert wird. Die Zugangsgewährungsinformationen
AGI werden andererseits vom Prozessor P generiert, vorübergehend
im Zugangsgewährungspuffer
B1 gespeichert und zum dritten Ausgang 03 des Multiplexers MUX geführt. Die
auf diese Weise generierten Downstreamrahmen DF sind in 2 gezeigt
und wurden oben beschrieben. Upstreambursts UB, die von der Zentralstation CS
empfangen werden, werden an den Upstreamburst-Ausgang angelegt,
nachdem sie im Upstreamdemodulator UD demoduliert wurden.
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Modulierte
Downstreamrahmen, die von Teilnehmerstation Ti empfangen werden,
werden vom Upstream-Downstream-Splitter S2 zum Downstreamdemodulator
DD geführt.
Die modulierten Downstreamrahmen werden dann demoduliert und werden
an den Demultiplexer-Eingang angelegt. Demultiplexer DEMUX demultiplext
die Downstreamrahmen DF, um dadurch die Daten Di, die Zeitreferenzinformationen
TRIi und die Zugangsgewährungsinformation
AGIi zu generieren, die an den Datenausgang, den zyklischen lokalen
Gewährungszähler LGC
bzw. den Zugangsgewährungspuffer
B2 über
die Ausgänge
o1, o2 und o3 angelegt werden. Für
jedes Downstreambyte, das vom Downstreamdemodulator DD empfangen
wird, legt dieser Downstreamdemodulator DD über den Taktgeberausgang desselben
ein Steuersignal an den zyklischen lokalen Gewährungszähler LGC an, um ihn zur Erhöhung seines
lokalen Gewährungszählerwerts
zu veranlassen. Dieser lokale Gewährungszählerwert wird außerdem immer
dann durch die Zeitreferenzinformationen TRIi überschrieben, wenn derartige
Informationen empfangen werden. Im Endergebnis bleiben zyklischer
lokaler Gewährungszähler LGC und
zyklischer Master-Gewährungszähler MGC
synchronisiert. Der zyklische lokale Gewährungszähler LGC generiert ferner eine
Nulldurchgangsmeldung zu Nulldurchgangsmomenten seines lokalen Gewährungszählerwerts
und liefert diese Meldung zum Nulldurchgangs-Eingang ZC des logischen
Und-Gatters AND. In ähnlicher
Weise generiert der Zugangsgewährungspuffer
B2 im Endgerät
Ti immer dann eine Zugangsgewährungsmeldung,
wenn dem Endgerät Ti
durch die Zugangsgewährungsinformationen
AGIi ein Upstream-Zeitschlitz zugeteilt wird. Diese Zugangsgewährungsmeldung
wird an den Zugangsgewährungs-Eingang AG des logischen
Und-Gatters AND gelegt. Nur wenn beide Meldungen an den Eingängen ZC
und AG des logischen Und-Gatters
vorliegen, generiert das logische Und-Gatter AND dann eine Upstream-zulässig-Meldung
und legt diese Meldung an den Steuereingang des Upstreammodulators
UM an, wodurch dieser Upstreammodulator UM aktiviert wird, einen
Upstreamburst UB an die Zentralstation CS zu übergeben.
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In
einer (nicht gezeigten) alternativen Ausführungsform kann, statt permanent
den lokalen Gewährungszählerwert
immer dann zu überschreiben, wenn
Zeitreferenzinformationen TRI empfangen werden, wie oben bereits
erwähnt,
der lokale Gewährungszählerwert
nur dann angepasst werden, wenn die Synchronisation zwischen zyklischem
lokalen Gewährungszähler LGC
und zyklischem Master-Gewährungszähler MGC
verloren gegangen ist. Daher sind Mittel, die in der Lage sind,
Verlust von Synchronisation zu erkennen, in 6 gezeigt
und werden in den nachstehenden Absätzen beschrieben.
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Um
die obige alternative Ausführungsform zu
erreichen, muss der zyklische lokale Gewährungszähler LGC der 5 durch
Komparatormittel C, einen zyklischen lokalen Gewährungszähler LGC' und eine Zustandsmaschine SM ersetzt
werden, die in 6 gezeigt sind. Außerdem muss
das logische Und-Gatter AND durch ein logisches Und-Gatter AND' ersetzt werden,
das mit einem zusätzlichen Eingang
CV versehen ist, der Zählergültigkeitseingang
genannt wird. Der zweite Ausgang o2 und dritte Ausgang o3 des Demultiplexers
DEMUX in 5 sind in 6 ebenfalls
durch o2 und o3 dargestellt.
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Der
zweite Ausgang o2 von Demultiplexer DEMUX und ein Ausgang des zyklischen
lokalen Gewährungszählers LGC' aus 6 sind
mit einem ersten Eingang CI1 bzw. zweiten Eingang CI2 der Komparatormittel
C gekoppelt. Zusätzlich
ist der zweite Ausgang o2 auch mit einem Eingang des zyklischen lokalen
Gewährungszähler LGC' gekoppelt. Ein Komparatormittel-Ausgang
ist mit einem Eingang der Zustandsmaschine SM gekoppelt, die einen
ersten Ausgang, der mit einem Steuereingang des zyklischen lokalen
Gewährungszähler LGC' verbunden ist, und
einen zweiten Ausgang aufweist, der mit dem Zählergültigkeitseingang CV des logischen
Und-Gatters AND' verbunden
ist. Ähnlich
wie in 5 sind Ausgänge
des zyklischen lokalen Gewährungszähler LGC' und eines Zugangsgewährungspuffers
B2', der dieselbe
Funktion wie B2 in 5 aufweist, mit einem Nulldurchgangs-Eingang
ZC' und mit einem
Zugangsgewährungs-Eingang
AG' ähnlich ZC
bzw. AG in 5 des logischen Und-Gatters
AND' verbunden. Obgleich
in 6 nicht gezeigt, ist ein Ausgang des logischen
Und-Gatters AND' wiederum mit einem Steuereingang
eines Upstreammodulators gekoppelt, der auch in der Teilnehmerstation
enthalten ist.
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Die
Komparatormittel vergleichen die Zeitreferenzinformationen TRI', die eine Kopie
des Master-Gewährungszählerwerts
sind, mit dem lokalen Gewährungszählerwert
und legen ein Signal an die Zustandsmaschine SM an, falls beide
sich unterscheiden. Die Zustandsmaschine SM muss entscheiden, ob
zwischen dem zyklischen lokalen Gewährungszähler und dem zyklischen Master-Gewährungszähler Synchronisation
weiterhin besteht oder verloren gegangen ist. Wenn die Synchronität verloren
gegangen ist, aktiviert die Zustandsmaschine SM den zyklischen lokalen
Gewährungszähler LGC', um dessen lokalen
Gewährungszählerwert
mit den Zeitreferenzinformationen TRI' zu überschreiben,
die an diesen über
den Multiplexer-Ausgang o2 angelegt werden. Anderenfalls legt die
Zustandsmaschine SM an den Zählergültigkeitseingang
CV des logischen Und-Gatters AND' eine
Zähler-gültig-Meldung
an. Die Entscheidung bezüglich
der Synchronisation erfolgt durch die Zustandsmaschine SM gemäß einem vordefinierten
Algorithmus. Die Zustandsmaschine SM wartet beispielsweise, bis
5 aufeinander folgende lokale Gewährungszählerwerte sich von den empfangenen
Zeitreferenzinformationen TRI' unterscheiden, und
legt dann das Aktivierungssignal an den zyklischen lokalen Gewährungszähler LGC' an. Eine gelegentliche
Differenz zwischen lokalem Gewährungszählerwert
und Zeitreferenzinformationen TRI' wird dann als beschädigter Empfang der Zeitreferenzinformationen
TRI' angesehen.
Das in 6 gezeichnete logische Und-Gatter AND' aktiviert somit
nur bei Nulldurchgängen
des zyklischen lokalen Gewährungszähler LGC' den Upstreammodulator,
woraufhin der Teilnehmerstation ein Upstream-Zeitschlitz zugeteilt
wird und woraufhin zwischen zyklischem lokalem und Master-Gewährungszähler weiterhin
Synchronisation besteht.
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Die
Arbeitsweise der Ausführungsform
des vorliegenden Netzwerks, die in 5 und 6 gezeigt
ist, erfolgt nur über
eine Funktionsbeschreibung der darin gezeigten Blöcke. Basierend
auf der obigen Beschreibung ist die Implementierung der Funktionsblöcke MUX,
DEMUX, DM, DD, MGC, LGC, ... für
einen Fachmann jedoch offensichtlich und wird daher nicht eingehender
beschrieben.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass das TDMA-Verfahren (Time Division
Multiple Access, Zeitmultiplex mit Vielfachzugriff) gemäß der vorliegenden Erfindung
in Funkkommunikationssysteme und Satellitenkommunikationssysteme
sowie in elektrische oder optische Kabelnetze implementiert werden kann.
Obgleich die Zentralstation CS in 5 mit den mehreren
Teilnehmerstationen T1 ... Ti ... Tn mittels der Kaskadenschaltung
einer gemeinsamen Verbindung und einer individuellen Verbindung
gekoppelt ist, ist das vorliegende Verfahren nicht auf Netzwerke beschränkt, die
derartige physikalische Verbindungen aufweisen.
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Außerdem wird
darauf hingewiesen, dass das vorliegende Verfahren mit Frequenzmultiplexen (Frequency
Division Multiplexing, FDM) kombiniert werden kann. Beispielsweise
kann das vorliegende Verfahren für
Untergruppen mehrerer Teilnehmerstationen implementiert werden,
wobei diese Untergruppen durch Frequenzmultiplexen (FDM) weiter
voneinander getrennt werden.
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Während die
Prinzipien der Erfindung oben in Verbindung mit bestimmten Vorrichtungen
beschrieben worden sind, wird man klar verstehen, dass diese Beschreibung
lediglich anhand eines Beispiels und nicht als Einschränkung des
Umfangs der Erfindung erfolgt ist.