DE69228366T2

DE69228366T2 - Halbduplex-Modem für GSM-Mobilfunknetz

Info

Publication number: DE69228366T2
Application number: DE69228366T
Authority: DE
Inventors: Philippe Charbonnier; Jean-Bernard Pintaux
Original assignee: Sagem SA
Current assignee: Sagem SA
Priority date: 1991-11-29
Filing date: 1992-11-26
Publication date: 1999-09-09
Anticipated expiration: 2012-11-27
Also published as: EP0545783B1; DE69228366D1; FR2684507A1; EP0545783A1; ES2129440T3; FR2684507B1; ATE176564T1

Description

Das GSM-Netz (Groupe Special Mobile) ermöglicht die Verbindung von mobilen Funktelefonen untereinander sowie zwischen einem Funktelefon und einem normalen Telefon über das RTC-Netz (Durchschaltfernsprechnetz).
Bei einem GSM-Funktelefon liefert der Apparat analoge Vokaldaten, die von einem Codierer/Decodierer (Codec) in einen digitalen Strom mit 14 kbit/s zur Übertragung auf dem Funkwege umgeformt werden. Dieser Rhythmus wird im terrestrischen Teil des GSM-Netzes wird für das Wechselsprechen mit dem RTC-Netz in 64 kbit/s umgewandelt. Das RTC-Netz transportiert in seiner wesentlichen Infrastruktur das Fernsprechsignal von 300 bis 3 400 Hz in digitaler Form durch Abtastung mit einer Frequenz von 8 kHz im Verhältnis von 8 bit pro Abtastwert, was also einem Datenstrom im Rhythmus von 64 kbit/s entspricht.
Der GSM-Codierer/Decodierer wurde zur Sprachübertragung entwickelt und eignet sich schlecht für die Übertragung von Daten von Modems (Modulatoren-Demodulatoren).
Nun dient das RTC-Netz gewöhnlich zur Übertragung von Sprache und darüber hinaus der Modemsignale zur Übertragung von Daten, die das gleiche Band von 300-3400 Hz besetzen. Damit der gleiche Dienst auf dem GSM-Netz angeboten werden kann, wurde vorgesehen, daß die Datenübertragungen auf GSM direkt digital durchgeführt werden, was im übrigen zu einer besseren Besetzung des Spektrums und zu einer robusteren Übertragung führt.
Ein GSM-Handy zur Datenübertragung sendet also digital mit bestimmten Durchsätzen, die von den GSM-Normen bestimmt sind, wie z. B. 9600 oder 4800 bit/s. Bei der Verbindung mit dem RTC-Netz mittels IWF-Interfunktionseinheiten (interworking functions), die Gruppen von Modems nach den CCITT-Normen aufweisen, werden die digitalen Daten in analoge Signale umgeformt.
Eine solche digitale Umformung reicht für die Verbindung von zwei mobilen Funktelefonen untereinander aus, sie weist aber Nachteile auf.
Zunächst muß man zur Kommunikation mit Terminals zur Übertragung von Daten auf dem RTC-Netz darauf warten, daß Interaktionsfunktionen in dem GSM-Netz verfügbar sind. Ferner ist die Übertragung auf die Verwendung standardisierter Modems beschränkt, die darüber hinaus nicht eine vollständige Übertragungsvertraulichkeit gewährleisten. Nun können zwei Teilnehmer das Modulationssystem vollständig meistern wollen und spezielle Protokolle verwenden wollen, die sowohl an die globale Fehlerrate sowie an die Anwendung angepaßt sind. So verhält es sich bei der Übertragung von kleinen Nachrichten innerhalb einer Fahrzeugflotte und allgemein der Übertragung von geringen Informationsmengen oder -durchsätzen.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, diese Nachteile zu vermeiden, d. h. möglicherweise auf die IWF-Interfunktionseinheiten des GSM-Netzes zu verzichten.
Zu diesem Zweck betrifft die vorliegende Erfindung ein Semiduplexmodem nach Anspruch 1.
Es ist zu bemerken, daß das Dokument US-A-4 015 204 ein Modem lehrt, bei dem drei amplitudenmodulierte Trägerfrequenzen überlagert sind, um den globalen Durchsatz einer Übertragung von Binärdaten für einen bestimmten Durchlaßbereich der Übertra gungsleitung zu erhöhen. Es handelt sich also um eine Wahl des Modulationstyps, womit der erforderliche Durchlaßbereich auf denjenigen der Leitung begrenzt wird.
Was das Dokument IEEE GLOBAL TELECOMMUNICATIONS CONFERENCE & EXHIBITION GLOBECOM '89, Dallas, Texas, 27.-30. November 1989, Vol. 2, S. 1075-1079, IEEE, New York, USA; A. COLEMAN et al. angeht, so behandelt es lediglich einen Voraussage-Codierer/Decodierer für den Sprechfunk und lehrt nur die einfache Feststellung, daß dieser spezielle Voraussage-Codierer/Decodierer die Daten eines handelsüblichen Modems mit 300 b/s, aber nicht mit 1200 b/s übertragen kann.
Keines dieser Dokumente lehrt, wie digitale Daten an Sprache anzugleichen sind.
Die von dem Modem der Erfindung übertragenen Daten gleichen Sprachdaten, ohne solche zu sein, wodurch es für die Teilnehmer möglich wird, auf die Sprachschaltungen des GSM-Netzes zuzugreifen und demnach die Nachteile der IWF-Einheiten zu vermeiden.
So könnte das Modem der Erfindung beispielsweise das Mikrophon und den Lautsprecher eines GSM-Funktelefons ersetzen und als Schnitstelle zwischen einem solchen Funktelephon und einem Telematikendgerät mit Bildschirm und Tastatur dienen, die ebenfalls handelsüblich sind. Die digitalen Daten des Terminals eines Teilnehmers werden in dem Modem in analoge Pseudosprachdaten umgeformt, durchqueren durch den Codierer/Decodierer des Funktelephons und treten im Rhythmus von 14 kbit/s aus, der in dem GSM-Netz ohne Durchlauf der IWF-Einheiten auf 64 kbit/s umgesetzt wird, durchqueren das RTC und gelangen schließlich zu dem Telematikterminal eines anderen Teilnehmers, wobei eine vollständig transparente Kommunikation zwischen den beiden Teilnehmern vorliegt.
Schließlich ist zu unterstreichen, daß die Erfindung der technischen Entwicklung entgegenläuft, die man bis jetzt erlebt hat.
Bei der bevorzugten Ausführungsform des Modems der Erfindung sind Mittel zur Amplituden- und Frequenzmodulation mit einem niedrigen Rhythmus, vorteilhaft von 300 Baud vorgesehen. Das resultierende Signal ist also mit Eigenschaften versehen, die denjenigen der menschlichen Stimme gegenüber dem GSM-Codierer/Decodierer nahekommen. Umgekehrt durchqueren ein hoher Rhythmus und die Phasenmodulation, die bei leistungsfähigen Modems vorgesehen sind, schlecht den GSM-Codierer/Decodierer.
Das Modem der Erfindung weist ferner vorteilhaft Mittel zum Erzeugen von Signalen mit einer aus mehreren, vorteilhaft vier Frequenzen und einer aus mehreren, vorteilhaft zwei Amplituden ausgewählten Amplitude auf, wobei das Modem digitale Eingangsdaten in aus acht (23) gewählte Ausgangssignale umformt, also auf drei Bit und acht Zustände pro Baud mit einem Gesamtdurchsatz von 900 bit/s im Falle eines Modulationsrhythmus von 300 Baud.
Die Erfindung ist leichter mit Hilfe der folgenden Beschreibung zweier Ausführungsformen des Modems der Erfindung unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung zu verstehen; darin zeigen:
- Fig. 1 eine blockweise, schematische Darstellung des Modulators der ersten Ausführungsform des Modems der Erfindung;
- Fig. 2 eine schematische Darstellung des Demodulators der ersten Ausführungsform des Modems der Erfindung;
- Fig. 3 eine schematische Darstellung des Modulators der zweiten Ausführungsform des Modems der Erfindung;
- Fig. 4 eine schematische Darstellung des Demodulators der zweiten Ausführungsform des Modems der Erfindung;
Der Modulator 1 des Semiduplexmodems von Fig. 1 weist einen Taktgeber 2, ein Schieberegister 4, eine Schaltung aus Logikgliedern 5, eine Gruppe von vier Frequenzgeneratoren 6-9, einen Multiplexer 10 und einen Verstärker 11 mit variablem Verstärkungsfaktor auf.
Bei dem betrachteten Beispiel kann der Modulator acht Zustände liefern, die vier Frequenzen und zwei Amplituden entsprechen. Die beiden Amplituden entsprechen zwei verschiedenen Verstärkungsfaktoren A&sub1;, A&sub2; des Verstärkers 11, hier 1 und 2. Die vier Frequenzen der vier Generatoren 6-9 betragen hier f1 = 900 Hz, f2 = 1100 Hz, f3 = 1300 Hz und f4 = 1500 Hz, obwohl sie auch unterschiedlich sein könnten, womit ein Spektrum erzeugt wird, das mit dem Durchlaßbereich des gewöhnlichen RTC-Durchschaltfernsprechnetzes, der von 300 bis 3400 Hz reicht, sowie mit dem reinen Frequenzgang des GSM-Codierers/Decodierers (der bekanntlich 2000 Hz überschreiten kann) perfekt kompatibel ist, womit es möglich wird, über die GSM- und RTC-Netze zwei Telematikterminals eines anrufenden Teilnehmers und eines angerufenen Teilnehmers in Beziehung zu setzen, die an das eine oder andere der beiden Netze angeschlossen sind.
Der Taktgeber 2 liefert hier 900 Bits pro Sekunde. Die Bits des digitalen Eingangssignals 12 werden mittels eines Registers 4 in Paketen von drei oder Tribits gruppiert, das die Bits in Reihe mit 900 bit/s empfängt und parallel mit einem Rhythmus von 300 Hz in ein Register 4' kopiert, der von dem Teiler 3 geliefert wird. Die beiden letzten Bits führen die Frequenzauswahl durch, die in der Schaltung 5 mit den Gliedern ausgeführt wird, die mit dem Register 4' verbunden ist, und zwar nach der folgenden Tabelle:
00 f1
01 f2
10 f3
11 f4
um den Betrieb der Generatoren 6-9 zu steuern.
Das erste Bit führt die Auswahl der Amplitude durch und steuert den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 11.
So ist das erste Fach des Registers 4 mit der Verstärkungsfaktorsteuerung für den Verstärker 11 verbunden, und die beiden letzten Fächer sind mit der Gliederschaltung 5 verbunden.
Es ist zu bemerken, daß die Gruppierung der Eingangsbits in Tribits ohne Phasenreferenz durchgeführt wird, und dies ist ohne Bedeutung. Ebenso ist unwesentlich, ob ein Bit 0 oder 1 einen Verstärkungsfaktor 1 oder 2 des Verstärkers 11 steuert. Das Taktsignal 13 des Taktgebers 2 wird nämlich von dem Demodulator des Modems des angerufenen Teilnehmers wiedergewonnen, und die Demodulation geschieht in genau den entgegengesetzten Schritten wie die Modulation.
Das von einem der Generatoren 6-9 gelieferte Signal, das den Multiplexer 10 durchquert, wird nach dem einen oder anderen der beiden Verstärkungsfaktoren von dem Verstärker 11 verstärkt, der das Ausgngssignal 14 liefert.
Der Demodulator 15 der ersten Ausführungsform des Semiduplexmodems von Fig. 2 weist eine erste Schaltung 16 zur automatischen Kontrolle des Verstärkungsfaktors auf, die mit einem Amplitudendetektor 17 und einer Kappschaltung 18 verbunden ist und das Eingangssignal 21 empfängt. Der mit einem Taktextrahierer 20 verbundene Detektor 17 liefert das erste Amplitudenbit, das in dem ersten Fach eines Schieberegisters 19 gespeichert wird. Die Kappschaltung 18 ist mit dem Eingang eines Frequenzdemodulators 22 verbunden, dessen Ausgang mit einer Schwellenwertschaltung 23 verbunden ist, die an zwei mit dem Extrahierer 20 verbunden Anschlüssen die beiden Frequenzbits liefert, die jeweils in den beiden letzten Fächern des Registers 19 gespeichert werden. Der an sich bekannte Extrahierer 20 führt die Extraktion des Taktsignals 24 mit 900 Hz durch, hier durch Phasenverriegelung. Ein Taktsignal 24' mit 300 Hz bewirkt die parallele Kopie des Registers 19 in einem Register 19', das in Reihe im Rhythmus des Taktgebers mit 900 Hz geleert wird, um das digitale Ausgangssignal 25 zu bilden.
Der Modulator 26 der zweiten Ausführungsform des Semiduplexmodems von Fig. 3 weist einen Taktgeber 30, einen Taktteiler 31, ein Schieberegister 32, ein handelsübliches Modem V21 mit Frequenzmodulation und bestimmter Verzögerung, das in der Zeichnung mit 33 bezeichnet ist, einen Verstärker 34 mit variablem Verstärkungsfaktor, sowie eine Verzögerungsleitung 35 zwischen dem Register 32 und dem Verstärker 34 auf, um die gleiche Verzögerung wie bei dem Modem 33 zu erzeugen.
Bei diesem zweiten Beispiel ist der Modulator 26 um einen handelsüblichen Modulator aufgebaut und liefert nur vier mögliche Zustände, die zwei möglichen Frequenzen und Amplituden entsprechen. Das Modem 33, beispielsweise das Modem EF7910 der Firma Thomson, kann ein mit 980 Hz und 1180 Hz moduliertes Signal liefern. Der Taktgeber 30 liefert hier 600 Bits pro Sekunde. Die Bits des digitalen Eingangssignals 27 werden mittels des Registers 32 paarweise gruppiert, das sie in Reihe mit 600 bit/s empfängt und parallel mit einem von dem Teiler 31 gelieferten Rhythmus von 300 Hz kopiert, der durch 2 teilt. Das letzte Bit nimmt die Frequenzauswahl in dem Modem 33 vor, und das erste Bit nimmt die Amplitudenauswahl vor und steuert den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 34, der das analoge Pseudosprachsignal 28 liefert.
Der Modulator 26 funktioniert wie der Modulator 1 und unterscheidet sich davon nur darin, daß die Gliederschaltung 5, die Gruppe von Generatoren 6-9 und der Multiplexer 10 durch das handelsübliche Modem 33 ersetzt sind.
Der Demodulator 36 der zweiten Ausführungsform des Semiduplexmodems von Fig. 4 ist dem Demodulator 15 von Fig. 2 sehr ähnlich, also mit einer Schaltung 37 zur automatischen Kontrolle des Verstärkungsfaktors, einem Amplitudendetektor 38, einer Kappschaltung 39, einem Taktextrahierer 42 und zwei Registern 41 und 41', hier mit zwei Fächern. Der Demodulator 36, der genauso wie der Demodulator 15 funktioniert, unterscheidet sich strukturell von diesem dadurch, daß einerseits der Frequenzdemodulator 22 und die Schwellenwertschaltung 23 durch das gleiche Modem V21 wie bei dem Modulator 26 ersetzt sind, das in der Zeichnung mit 40 bezeichnet ist, und daß eine Verzögerungsleitung 43 zwischen den Detektor 38 und den Extrahierer 42 geschaltet ist.
Eben wurden zwei Modems beschrieben, die digitale Eingangsdaten in Ausgangssignale umsetzen, die aus mehreren möglichen Zuständen ausgewählt sind, die verschiedenen Modulationsfrequenzen (4 oder 2) und Modulationsamplituden (2) entsprechen. Selbstverständlich können diese Frequenz- und Amplitudenparameter unterschiedlich gewichtet werden, und die Amplitudenmodulation kann beispielsweise ganz weggelassen werden.

Claims

1. Semiduplexmodem, dadurch gekennzeichnet, daß es Mittel (4, 4'; 32, 32') zum Empfang von digitalen Daten mit Modulationsmitteln (5-11; 33-35) aufweist, die ein Signal liefern, das einen Zustand unter einer Vielzahl von Zuständen besetzt, und so die digitalen Daten in analoge Daten vom Typ von Sprachdaten und solcher umformen, die von einem GSM-Codierer/Decodierer (15; 36) verarbeitet werden können oder umgekehrt.

2. Modem nach Anspruch 1, bei dem Mittel (4, 4', 11; 32, 32', 34) zur Amplitudenmodulation vorgesehen sind.

3. Modem nach Anspruch 2, bei dem ein Modulator (1; 26) zur Erzeugung von Signalen mit einer Amplitude vorgesehen ist, die aus mehreren ausgewählt ist.

4. Modem nach Anspruch 3, bei dem der Modulator (1; 26) einen Verstärker (11; 34) mit zwei Verstärkungsfaktoren aufweist.

5. Modem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem Mittel (4- 10; 32, 32'; 33) zur Frequenzmodulation vorgesehen sind.

6. Modem nach Anspruch 5, bei dem ein Modulator (1; 26) zur Erzeugung von Signalen mit einer Amplitude vorgesehen ist, die aus mehreren ausgewählt ist.

7. Modem nach Anspruch 6, bei dem der Modulator (1) eine Schaltung aus Logikgliedern (5), eine Gruppe von Frequenzgeneratoren (6-9) und einen Multiplexer (10) aufweist.

8. Modem nach Anspruch 6, bei dem der Modulator (26) ein handelsübliches Modem (33) mit Frequenzmodulation aufweist.

9. Modem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die digitalen Daten (12; 27) in einem Schieberegister (4; 32) empfangen werden.

10. Modem nach Anspruch 7, bei dem ein Demodulator (15) mit einem Frequenzdemodulator (22) und einer Schwellenwertschaltung (23) vorgesehen ist.

11. Modem nach Anspruch 8, bei dem ein Demodulator (36) mit einem handelsüblichen Modem (40) mit Frequenzmodulation vorgesehen ist.

12. Modem nach einem der Ansprüche 10 und 11, bei dem der Modulator (1; 26) einen Taktgeber (2; 30) aufweist und der Demodulator (15; 36) zwei Schieberegister (19, 19'; 41; 41') aufweist, die von einem Taktextrahierer (20; 42) mit Extraktion durch Phasenverriegelungsschleife aufweist.