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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur gleichzeitigen Übertragung
von Sprach- und Datensignalen zwischen einer Basisstation und einem
Mobiltelefon nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein
Mobiltelefon nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9, das für den Einsatz dieses
Verfahrens verwendet werden kann. Ein solches Verfahren und ein
solches Mobiltelefon sind aus der WO 00/74274 A1 bekannt.
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Ziel
der Erfindung ist es, eine umfassendere Verwendung eines Mobiltelefons
zu ermöglichen, auch
wenn dieses Mobiltelefon einer unteren Klasse angehört und von
vornherein nicht in der Lage ist, gewisse Funktionen auszuführen. Ganz
allgemein soll die Erfindung die Kosten der Mobiltelefone senken, indem
sie es elementaren Mobiltelefonen mit geringen Kosten ermöglicht,
ebenso gut wie Mobiltelefone zu funktionieren, die besser ausgestattet
sind.
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Genauer
soll die Erfindung auch die gleichzeitige Verwendung eines Mobiltelefons
im Schaltungs- und im Paketmodus ermöglichen.
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Typischerweise
entspricht die Verwendung von Mobiltelefonen im Schaltungsmodus
der Herstellung einer Schaltung zwischen zwei Gesprächspartnern,
eventuell zwischen zwei Datenübertragungsvorrichtungen.
In diesem Zusammenhang wird das erfindungsgemäße Mobiltelefon nicht nur bei
einer telefonischen Verwendung eingesetzt, sondern kann insbesondere
mit Hilfe einer fest angebrachten Steckverbindung als Modem für eine solche
Datenübertragung
dienen. Zu diesem Zweck wird hier weiterhin diese Terminologie verwendet,
obwohl sie nicht unbedingt für
eine Telefonverbindung angewandt wird. Eine Funktion im Schaltungsmodus
führt dazu,
daß während der
gesamten Dauer einer Kommunikation ein Kommunikationskanal für die Kommunikation
reserviert wird. Folglich bezahlt der Benutzer für die Miete dieses Kanals im
Verhältnis
dieser Kommunikationsdauer, unabhängig von der Entsendung und
dem Erhalt der Daten.
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Eine
weitere bekannte Übertragungsart
ist der Paketübertragungsmodus.
In einem solchen Fall werden Pakete entsandt, und jedes Paket umfasst eine
Bezeichnung seines Empfängers.
Die Mobiltelefone, die nicht Empfänger der Information sind,
bewahren in ihrem Speicher den Inhalt der Pakete, die nicht für sie bestimmt
sind, nicht auf. Überdies,
um zu vermeiden, daß diese
Mobiltelefone die Decodierungen aller erhaltenen Pakete durchführen, auch
jener, die nicht für
sie bestimmt sind, enthalten von dem Sender entsandte Anzeigesignale
zeitliche Angaben für
die Empfänger,
damit diese nur die Signale decodieren können, die für sie bestimmt sind. In der
anderen Richtung, bei den Übertragungen
von Signalen vom Mobiltelefon zu einer Basisstation, ermöglicht es ein
System zur Zuteilung einer Übertragungszeit, welches
statisch oder dynamisch ist oder wechselt, zu vermeiden, daß verschiedene
Mobiltelefone, die auf einem selben Kanal auf Empfang stehen, Sendekollisionen
von zu entsendenden Datensignalen hervorrufen. Die wichtigste Folge
des Paketübertragungsmodus
ist natürlich,
daß der
Benutzer für
den Kanal nur im Verhältnis
der Paketmenge, die ihm gesandt wurde oder die er entsendet, bezahlt.
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In
der Praxis steht ein solches Mobiltelefon, das im Paketmodus funktioniert,
ständig
auf dem Paketübertragungskanal
auf Empfang. Es wird ein aktiver Benutzer, der diesen Kanal nach
einem Verfahren zur Herstellung einer Verbindung für Signalübertragungen
auf diesem zweiten Kanal verwendet. Diese hergestellte Verbindung
ist ein TBF-Anschluß – Temporary
Block Flow – temporärer Blockfluß. Diese
Verbindung hat eine begrenzte Dauer, die vorher bekannt ist. Die
Länge dieser
Zeitdauer ist in den vorherigen Anzeigesignalen vorgesehen, insbesondere
in Abhängigkeit
von der zu übertragenden
Datenmenge. Wenn die zu übertragende
Datenmenge zu groß ist,
wird eine Basis-TBF-Dauer eingerichtet, und diese Dauer wird an
ihr Ende geführt,
bis die gesamte zu übertragende
Informationsmenge übertragen
ist. Schließlich
bezahlt der Benutzer für
eine Anzahl von TBF-Zeiten, die er tatsächlich in Anspruch genommen
hat.
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Ein
Mobiltelefon für
den Einsatz dieser Kommunikationsarten, Schaltungs- oder Paketmodus, kann
von dreierlei Klassen sein. Die Klasse C, die den am wenigsten leistungsfähigen Mobiltelefonen entspricht,
besitzt eine Steuerung, die von dem Benutzer insbesondere über eine
Tastatur betätigt
wird, um das Mobiltelefon ausschließlich im Schaltungs- oder Paketmodus
zu betreiben. Je nach seiner Vorauswahl entsendet das Mobiltelefon
zum Zeitpunkt seiner Inbetriebnahme und seines Erkennens durch das
Mobiltelefonnetz ein Signal vom Typ Cc, um seine mögliche Verwendung
im Schaltungsmodus anzuzeigen, oder ein Signal vom Typ Cg (g – GPRS,
Global Packet Radio System – globales
Funkpaketübertragungssystem),
um seine Verfügbarkeit
als Paketempfänger
anzuzeigen. In der nachfolgenden Beschreibung wird vorzugsweise
vom Paketmodus nach der GPRS-Norm gesprochen. Allerdings wäre es möglich, im
Rahmen der Erfindung eine Paketübertragung
vorzusehen, die nicht der GPRS-Norm sondern einer anderen Norm entspricht.
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Im
Unterschied zu diesen Geräten
der Klasse C, die ausschließlich
je nach Betätigung
des Benutzers in dem einen oder dem anderen Modus funktionieren,
sind die Geräte
der Klasse B zu betrachten, bei denen die Umschaltung von einem
Schaltungsmodus in einen Paketmodus automatisch erfolgt. Die Kosten
der Geräte
der Klasse B unterscheiden sich etwas von den Kosten der Geräte der Klasse
C. Es ist mit einem Gerät
der Klasse B möglich,
eine Funktion des Typs suspend – resume,
Aufgabe – Wiederaufnahme,
einzusetzen, während
der eine Kommunikation in einem Modus eingefroren, eine andere in
einem anderen Modus aufgenommen und sodann wieder in den ersten
zurückgekehrt
werden kann, ohne die verteilten Informationen verloren zu haben.
Auf diese Weise kann insbesondere im GPRS-Modus eine Internet-Seite
konsultiert werden und während der
Kommunikation mit der Basisstation in den Sprachmodus umgeschwenkt
werden. Es ist, wie mit einem Gerät der Klasse C, nicht notwendig,
die Verbindung mit der Basisstation zu unterbrechen und diese neu
zu starten, wenn ein anderer Verwendungsmodus eingesetzt wird.
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Um
die Erklärungen
zu vereinfachen, wird hier angenommen, daß das Austauschprotokoll im Schaltungsmodus
sowie im Paketmodus im Mobiltelefonwesen von demselben Typ sind,
insbesondere vom Typ GSM (Global System for Mobiles – globales Mobiltelefonsystem).
Für jeden
von ihnen werden in der Umgebung einer gegebenen Basisstation Gesetze
für die
Frequenzen, die Sendeniveaus, die Sendeantizipationsdauern und die
Zuteilungen von Sende- und Empfangszeitfenstern definiert. Ebenso
können Markierungswege
unterschieden werden. In der Praxis führt der Verwaltungsmodus für die Mobilität Schaltungen
mit unterschiedlichen Funktionsweisen im Schaltungsmodus ein, welcher
besonders dazu bestimmt ist, diese Mobilität zu gewährleisten, für jene des
GPRS-Modus, des
Paketmodus, wofür
die Mobilität
ein zusätzliches
Accessoire darstellt. Ein Mobiltelefon der Klasse B ist in der Praxis
mit einem doppelten Kontrollsystem ausgestattet, um herkömmliche
Anrufe und GPRS-Dienstanforderungen zu erfassen. Dieses doppelte
Kontrollsystem kann auf rasche Anforderung (ohne Neuinitialisierung,
allerdings dennoch nicht automatisch) in dem einen oder anderen
Modus funktionieren.
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Für den Benutzer
sind diese Funktionsweisen unterschiedlich. Sie erfordern in der
Praxis feste Einrichtungen von völlig
unterschiedlicher Natur.
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Um
eine gleichzeitige Funktion in dem einen oder anderen Modus zu erhalten,
sind Mobiltelefone der Klasse A vorgesehen. In der Praxis müssen diese Mobiltelefone
der Klasse A mit einem doppelten Sender-Empfänger ausgestattet sein, um
gleichzeitig in dem einen sowie in dem anderen Modus entsenden und
empfangen zu können.
Natürlich
sind die Kosten für
diese Geräte
der Klasse A viel höher
als jene der Geräte
der Klasse B und natürlich
als jene der Geräte der
Klasse C.
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Die
wertvollen Hinweise für
die Benutzung des GPRS-Übertragungsmodus
befinden sich übrigens
in dem Buch „Reseaux
GSM – DCS„ von Xavier Lagrange,
Philippe Godlevski und Sami Tabbane, Ausgabe Hermes, Frankreich,
dritte Ausgabe, September 597, Seite 326 und folgende.
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Die
WO 00/74274 A1 beschreibt ein Verfahren zur gleichzeitigen Übertragung
von Sprachsignalen und von Datensignalen zwischen Mobiltelefonen und
einer Basisstation eines Mobiltelefonnetzes. Dabei werden Datensignale
und elektrische Sprachsignale jeweils in separaten Zeitfenstern
gesendet.
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Ziel
der Erfindung ist die Vereinfachung des Aufbaus der Mobiltelefone
und insbesondere in dem oben definierten Rahmen die Bereitstellung
der Möglichkeit
für Mobiltelefone
der Klasse B bzw. Klasse C, wie die Mobiltelefone der Klasse A zu
funktionieren. Der Unterschied zwischen den Mobiltelefonen der Klassen
B oder C und den Mobiltelefonen der Klasse A liegt im wesentlichen
darin, daß die
Mobiltelefone der Klassen B und C nur eine einzige Sende- und Empfangsvorrichtung
umfassen.
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Um
nun bei der Erfindung die gleichzeitige Verwendung im Schaltungsmodus
und im Paketmodus, GPRS, oder genauer die gleichzeitige Übertragung
von Sprach- und Datensignalen zu ermöglichen, ist vorgesehen, eine
Möglichkeit
der Mobiltelefone, bei der Sprachübertragung mit halber Signalrate
zu funktionieren, zu verwenden. In diesem Fall wird ein CODEC, ein
Sprachcodierer-Decoder, verwendet, der in der Lage ist, bei halber
Signalrate zu funktionieren, und es werden Datensignale mit Sprachsignalen
verkettet, um Signale darzustellen, die bei voller Signalrate auf
einem gemeinsamen Übertragungskanal
geliefert werden. Nun werden beim Empfang in dem Mobiltelefon oder
der Basisstation diese übertragenen
Signale nach einem Protokoll für
die volle Durchgangsrate decodiert. Auf Basis der entnommenen Signale
werden die jeweiligen Beiträge
getrennt. Die Sprachsignale werden als solche bearbeitet. Sie werden
in fine in einen CODEC für
die halbe Signalrate eingeleitet. Die Datensignale werden nach ihrem
eigenen Modus bearbeitet.
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Ohne
sofort den Begriff der Frequenzagilität einzuführen, kann ein Kanal als eine
Zuteilung eines Zeitfensters in einem Raster (im allgemeinen Raster mit
acht Zeitfenstern – TDMA,
Time Division Multiple Access – Mehrfachzugriff
mit zeitlicher Aufteilung) und einer Sendeträgerfrequenz (oder Empfangsträgerfrequenz)
definiert werden. Als Variante kann bei einem Übertragungsmodus vom Typ CDMA
(Coded Division Multiple Access – Mehrfachzugriff mit Aufteilung
durch Codierung) ein Kanal durch eine Zuteilung einer besonderen
Codierfolge definiert werden. In jedem Fall entspricht ein Raster
einer quantifizierten Zeitdauer, während der eine gegebene Informationsmenge übertragen
wird. Um eine Überlagerung
von Signalen zu vermeiden und zahlreiche Kommunikationen mit Telefonen
zu ermöglichen,
ist vorgesehen, daß während derselben
Zeitfenster unterschiedliche Mobiltelefone unterschiedliche Trägerfrequenzen verwenden
oder für
dieselben Trägerfrequenzen
unterschiedliche Zeitfenster verwenden. In der Praxis ist nun der
Kanal unterschiedlich. Dasselbe gilt im CDMA-Modus, in dem die Codierfolge
unterschiedlich ist.
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Bei
der Erfindung wird zum Zeitpunkt der Herstellung eines Paketkommunikationskanals
eine Verfügbarkeit
bei halber Signalrate für
ein gegebenes Frequenzgesetz gemessen (welches tatsächlich dem für das Mobiltelefon
geltenden Frequenzgesetz entspricht). Falls erforderlich, wird eine
Verringerung der Signalrate vorgenommen, um zu dieser halben Signalrate
zu gelangen. Sodann wird eine Paketübertragungsanforderung entsendet.
Es werden nun Zeitfenster verwendet, die mit den vom Mobiltelefon
für das
Telefonieren verwendeten gemein sind, allerdings für die Übertragung
der Daten vorzugsweise im Paketmodus. Auf diese Weise wird eine Überlagerung
der Sprachsignale, die im Schaltungsmodus entsandt wurden, und der
Datensignale, die im Paketmodus entsandt wurden, vermieden.
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In
diesem Fall werden während
der zugeteilten Zeitfenster an das Mobiltelefon Daten (vorzugsweise
im Paketmodus) und Sprachsignale auf demselben Kanal übertragen.
Dasselbe würde
für den CDMA-Modus
gelten, bei dem eine selbe Codierfrequenz verwendet würde, um
Daten und Sprachsignale zu übertragen.
Schließlich
wird mit der Erfindung zwischen dem CODEC und den Sende- und Empfangsschaltungen
des Mobiltelefons eine Verkettungs- und Entkettungsschaltung angeordnet,
um die Datensignale und die Sprachsignale darin einzugliedern oder
daraus zu entnehmen. Die Sende- und Empfangsschaltungen ihrerseits
umfassen Schaltungen zur Formatierung der zu übertragenden Daten, um ein
gegebenes Protokoll einzuhalten (TDMA, CDMA, usw.).
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Auf
diese Weise, insbesondere durch Einhaltung eines selben Frequenzgesetzes,
wird gewährleistet,
daß sich
während
eines Rasters während
der Sende- und Empfangszeiten das Mobiltelefon insbesondere im TDMA-Modus
nicht um Frequenzsprünge kümmern muß. Es ist
somit sofort verfügbar.
Es ist nun möglich, Übertragungen
im Schaltungsmodus und Übertragungen
im Paketmodus in einem selben Zeitfenster durchzuführen. Die
erforderlichen Ausrüstungen
des Mobiltelefons sind nun nur sein einziger Sender-Empfänger und
eine ergänzende
Betriebssoftware, um ein gemeinsames Übertragungsprotokoll einzuhalten
und die verschiedenen Signale zusammenzufassen oder zu trennen.
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Ferner
bleibt auf diese Weise, sofern die übertragenen Signale von einer
selben BTS, Base Transceiver Station – Sende-Empfangs-Einrichtung der
Basisstation, stammen, die Kanalcodierung dieselbe. So daß die Anpassung
eines Kanalfilters des Decoders des Mobiltelefons sofort erfolgt.
Das Mobiltelefon muß höchstens
einen Bearbeitungsmodus der während
jedem der Zeitfenster erhaltenen Informationen umschalten. Die im
Schaltungsmodus erhaltenen Informationen müssen einer Bearbeitung unterzogen
werden, die der Verwendung im Schaltungsmodus entspricht. Die im
Paketmodus erhaltenen Informationen müssen einer Bearbeitung unterzogen
werden, die dem Paketmodus entspricht.
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In
der Praxis ist der Schaltungsmodus meistens ein Telefonmodus, er
könnte
auch ein Datenübertragungsmodus
sein. Im Gegensatz dazu ist der Paketübertragungsmodus meistens für Datenübertragungen
vorgesehen, wie jene, die Zugriffen auf Internet-Seiten entsprechen.
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Die
Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur gleichzeitigen Übertragung
von Sprach- und Datensignalen zwischen Mobiltelefonen und einer
Basisstation eines Mobiltelefonnetzes, bei dem
- – erste
akustische Sprachsignale in erste elektrische Sprachsignale umgeformt
werden,
- – nach
einem ersten Protokoll die elektrischen Sprachsignale auf einem Übertragungskanal übertragen
werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
- – das
erste Protokoll ein Protokoll bei halber Durchgangsmenge ist,
- – elektrische
Datensignale gleichzeitig mit den elektrischen Sprachsignalen auf
demselben Übertragungskanal übertragen
werden, indem die Durchgangsmenge des Protokolls bei halber Durchgangsmenge
durch diese elektrischen Datensignale ergänzt wird.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Mobiltelefon, welches in einem Speicher
ein erstes Programm für den
Einsatz einer Sprachsignalübertragung
und ein zweites Programm für
den Einsatz einer Datensignalübertragung
umfasst, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Schaltung aufweist,
um elektrische Sprachsignale mit elektrischen Datensignalen zu verketten oder
zu entnehmen.
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Die
Erfindung wird durch die Studie der nachfolgenden Beschreibung und
der zugehörigen Figuren
besser verständlich.
Diese haben nur hinweisenden Charakter und sind für die Erfindung
keinesfalls einschränkend.
Die Figuren zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung eines Kommunikationssystems zwischen
einer Basisstation und Mobiltelefonen, die für den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens
verwendet werden können;
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2 und 3:
Diagramme, die ein bevorzugte Art der Verknüpfung und Entknüpfung der
Daten- und Sprachsignale gemäß der Erfindung
darstellen;
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4:
eine Darstellung einer Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens
bei der Anforderung einer Datenübertragung
in Paketen oder nicht.
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1 zeigt
ein System, das für
den Einsatz des erfindungsgemäßen Kommunikationsverfahrens verwendet
werden kann. Dieses System umfasst Mobiltelefone 1, 2 und 3,
die in der Lage sind, mit einer Basisstation 4 in Verbindung
zu treten, um erste Sprachsignale und zweite Datensignale auszutauschen.
Um die Erklärung
zu vereinfachen, wird in der Folge angenommen, allerdings ist auch
die umgekehrte Annahme durchaus möglich, daß die ersten Signale im Schaltungsmodus
geliefert werden und daß sie
Sprachsignale darstellen. Es wird auch angenommen, daß die zweiten
Signale im Paketmodus geliefert werden und daß sie Datensignale darstellen. Sie
stammen beispielsweise aus der Konsultation einer Internet-Seite.
Im Rahmen der Konsultation einer solchen Internet-Seite führt die
sporadische Signalübertragung
nämlich
dazu, daß eine
große
Informationsmenge während
einer kurzen Dauer übertragen werden
kann, gefolgt von einer relativ langen Zeitdauer, während der
der Benutzer auf einem Bildschirm seines Mobiltelefons Bilder prüft, die
von der Konsultation stammen. Während
dieser relativ langen Zeitdauer wird kein Austausch vorgenommen. Jedoch
die Signale könnten
ebenso gut auch beide im Schaltungsmodus geliefert werden.
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Die
Funktion des Telefons 1 ist folgende. Eine Sende-Empfangsschaltung 5 des
Telefons 1 ist über
einen Bus 6 an einen Mikroprozessor 7 angeschlossen,
der ein allgemeines Verwaltungsprogramm 8 für das Telefon 1 einsetzt.
Dieses allgemeine Programm ist in einem Speicher 9 enthalten,
der ebenfalls an den Bus 6 angeschlossen ist. Der Bus 6 ist
auch an eine akustische Sende-Empfangsschaltung 10 angeschlossen,
welche mit einem Mikrofon 11 und einem Lautsprecher 12 sowie
einer Tastatur 13 und einem Bildschirm 14 verbunden
ist. Die Schaltung 10 ist eine Schaltung vom Typ CODEC,
Sprachcodierer und -decoder. Sie erzeugt elektrische Sprachsignale
aus akustischen Sprachsignalen und umgekehrt. Bei der Erfindung
ist die Schaltung 10 in der Lage, elektrische Sprachsignale
bei halber Signalrate zu bearbeiten. Vorzugsweise ist sie in der
Lage, Signale bei halber und bei voller Signalrate zu bearbeiten.
In diesem Fall ist sie durch Steuerung des Mikroprozessors 7 umschaltbar.
Im Bedarfsfalle wird sie halbiert. Die Tastatur 13 und
der Bildschirm 14 können
dazu dienen, Datensignale anzuzeigen oder zu. bearbeiten, während das
Mikrofon 11 und der Lautsprecher 12 dazu dienen,
akustische Sprachsignale zu bearbeiten. Ein an den Bus 6 angeschlossener
Speicher 15 umfaßt
einen Parameterteil. In diesem Parameterteil sind insbesondere Informationen über das
Frequenzgesetz gespeichert, welches die Frequenzagilität ermöglicht,
sowie typische signifikante Bitfolgen, die als Lernfolge oder als
Codierfolge im CDMA-Modus verwendet werden können. Mit der Tastatur 13 kann
der Benutzer Datenmeldungen zusammenstellen.
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1 zeigt,
daß die
Basisstation 4 mit Schaltungen 16 BSC Base Station
Controler – Basisstationkontroller
verbunden ist, die in der Praxis die Verwaltung der Ressourcen sowie
die anzuwendende Anzeige gewährleisten,
damit die Mobiltelefone 1 bis 3 im Schaltungsmodus
die Signale, die sie betreffen, aus den Signalen, die die anderen
Mobiltelefone betreffen, entnehmen können. Die Schaltungen BSC befördern gleichzeitig
Signale, die von einem Telefonnetz des Typs RTC, RNIS oder einem
anderen Netz stammen.
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Neben
den für
die Übertragung
im Schaltungsmodus erforderlichen Ausrüstungen bestehen Ausrüstungen,
die für
die Übertragung
im Paketmodus erforderlich sind. Bei einer allgemeinen Ausrüstung werden
sogenannte PCU-Schaltungen 17, Packet Control Unit – Paketkontrolleinheit,
verwendet, um die Datenpakete zu übertragen, die insbesondere vom
Internet stammen oder für
dieses bestimmt sind. Die PCU-Schaltungen
spielen global gesehen dieselbe Rolle wie die BSC-Schaltungen. Im
Prinzip sind die BSC-Schaltungen von den PCU-Schaltungen unabhängig. Insbesondere
die Mobiltelefone werden veranlasst, unterschiedliche Kanäle zu verwenden,
je nachdem, ob sie Sprach- oder Datensignale austauschen sollen.
Bei der Erfindung wird die Tatsache genutzt, daß das Mobiltelefon 1 bereits
auf einem Kanal eingerichtet ist, um vorzugsweise Datenpakete auf diesem
selben Kanal zu senden: insbesondere auf derselben Frequenz und
insbesondere während
derselben Zeitfenster wie jene, die für die Sprachübertragung
dienen.
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Zu
diesem Zweck kann vorgesehen werden, daß die PCU-Schaltungen 17 mit
Hilfe einer Synchronisationsverbindung 18 vorher die BSC-Schaltungen befragen,
um zu erfahren, welchen Kanal letztgenannte vorgegeben haben. Sodann organisieren
die PCU-Schaltungen 17 ihre Verteilung in Abhängigkeit von
den Verfügbarkeiten
in dem Raster dieses Kanals. Die PCU-Schaltungen 17 brauchen
nicht mit den BSC-Schaltungen 16 synchronisiert
zu werden. Ihre Zeitfenster der Ordnung Null brauchen somit nicht
gleichzeitig zu funktionieren. Falls keine Synchronisation vorhanden
ist, ist es allerdings erforderlich, die Zeitfenster in einem Modus
zu erfassen, um ihnen einen entsprechenden Rang in dem anderen Modus
zu geben. Die Verbindung 18 stellt symbolisch die von den
PCU-Schaltungen 17 eingesetzten Tätigkeiten dar, um dieses Ergebnis
zu erzielen. Im weiteren ist zu sehen, wie diese Synchronisation
bei dem Mobiltelefon einfach mit Hilfe eines Pufferspeichers erfolgen
kann und wie die Verwendung eines solchen Pufferspeichers, der von
einer einzigen der Ausrüstungen,
typischerweise den Schaltungen 16, verwaltet wird, diese
Probleme löst.
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Die 2 und 3 ermöglichen
zu verstehen, wie Sprachsignale bei voller Leistung und im Vergleich
dazu bei halber Signalrate übertragen
werden. Sie ermöglichen
auch zu zeigen, wie die Verfügbarkeiten
verwendet werden, die durch die Verwendung bei halber Signalrate
für die
Obertragung der Daten übriggelassen
werden. 2 zeigt die Bildung von Datenblöcken durch
einen Codierer-Decoder 10 in einem Modus bei voller Leistung.
Pro Periode von 20 Millisekunden wird das Signal bemustert, auf
genormte Weise bei 13 KHz, und jedes Muster wird auf 13 Bit quantifiziert.
Die daraus resultierende Signalrate, die ungefähr 64 Kilobit pro Sekunde beträgt, ist zu
groß,
um durch die Mobiltelefonkanäle übertragen zu
werden. Diese Schaltungen des Typs 10 sollen nun diese
Signalrate auf eine Signalrate von 13 Kilobit pro Sekunde verringern,
um für
jede Periode von 20 Millisekunden 260 Nutzbit zu erzeugen. In der Praxis
stellen diese Bits Filterkoeffizienten eines Filters dar, der in
der Lage ist, die Stimme des Sprechers sowie die zu übertragenden
Informationen selbst zu modellieren.
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Die
auf diese Weise von den Schaltungen CODEC 10 codierten
Signale werden einer Kanalcodierung unterzogen, die eine Redundanz
bringt, die in der Lage ist, den Störungen des Übertragungskanals zu widerstehen.
Die Durchgangsleistung beträgt nun
456 Bit pro Periode von 20 Millisekunden. Diese Durchgangsleistung
ist tatsächlich
eine Globalleistung. Für
ihre Übertragung
wird sie auf Zeitdauern von vier kompletten Rastern aufgeteilt,
zu denen Anzeigedauern hinzukommen. Die Blöcke von 456 Bit, wobei jedes
Bit von b0 bis b455 gekennzeichnet wird, werden in einem Arbeitsspeicher 19 des
Mikroprozessors 7 eingeordnet. Die Bits der Blöcke werden durch
einen Schreibzeiger 20 in Zeilen geschrieben, die jeweils
8 Bit umfassen. Für
die Verwendung zum Zeitpunkt der Übertragung werden sie aus dem
Speicher 19 durch einen Spaltenlesezeiger 21 entnommen.
Auf diese Weise wird einerseits eine Neuanordnung der von dem Codierer 10 erzeugten
Bits und andererseits eine Aufspaltung eines Blocks von 456 Bit
in acht Worte zu 57 Bit vorgenommen. Nach einer bevorzugten Variante
werden diese acht Worte zu 57 Bit, die mit M0 bis M7 für einen
Block M von 456 Bit, mit N0 bis N7 für einen folgenden Block N mit
456 Bit und so weiter für
Blöcke
P, Q usw. gekennzeichnet sind, in einer sogenannten diagonalen Verknüpfung miteinander
auf folgende Weise übertragen.
Jedes der Worte M0 bis M7 wird während
eines Rasters einer Gruppe von acht aufeinanderfolgenden Rastern übertragen. 3 zeigt,
wie auf diese Weise die Raster 22 bis 29 beansprucht
werden.
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Unten
in 3 ist in einem Zeitfenster 30 des Rasters 26,
welches dem Mobiltelefon 1 zugeteilt ist, die Verkettung
des Wortes M4 mit 57 Bit des Blocks M mit dem Wort N0 mit 57 Bis
des Blocks N zu sehen, welcher zeitlich auf den Block M im Zuge ihrer
Ausgabe durch den Codierer 10 folgt. Es sind mindestens
zwei Möglichkeiten
der Verkettung des Wortes M4 und des Wortes N0 möglich. Eine bevorzugte Lösung umfasst
die Zuteilung der signifikanten Bits geraden Ranges des Zeitfensters 30,
um die 57 Bit des Wortes M4 zu beför dern, und die Zuteilung der
signifikanten Bits ungeraden Ranges des Zeitfensters 30,
um die 57 Bit des Wortes N0 zu entsenden. In dem Raster 26 umfasst
das auf diese Weise gebildete digitale Signal ferner eine Lernfolge 31 zu 26
Bit, die in Zwischenposition angeordnet sind. Die 29 Bit geraden
Ranges 0 bis 56 des ersten Halbfensters 32 vor der Folge 31 in
dem Fenster 30 werden dem Wort M4 zugeteilt, und die 28
Bit ungeraden Ranges 1 bis 55 werden dem Wort N0 zugeteilt. Die anderen 28 und 29 signifikanten
Bit der Wörter
M4 und M0 nehmen jeweils die geraden Positionen 58 bis 112 und die
ungeraden Positionen 57 bis 113 in dem zweiten Halbfenster 33 ein,
das auf die Folge 31 folgt.
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Anstatt
auf diese Weise vorzugehen, hätten einfach
die 57 Bit des Wortes M4 während
der Zeitdauer 32 und die 57 Bit des Wortes N0 während der Zeitdauer 33 gesandt
werden können.
Dies wird im unteren Teil der 3 gezeigt. Überdies
hätten,
falls keine diagonale Verknüpfung
vorgesehen wurde, das Wort M4 und das Wort M5 gemeinsam während der Dauer
des Zeitfensters 30 gesandt werden können.
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Erfindungsgemäß ist der
Codierer 10 ein zu einer halben Durchgangsleistung fähiger Codierer.
In der Praxis erzeugt er nur 260 Bit alle 40 Millisekunden. Mit
der vorherigen Kanalcodierung wird eine Signalrate von 456 Bit für 40 Millisekunden
erzielt. All dies geschieht, als ob nach 40 Millisekunden Wartezeit
(was für
das menschliche Ohr nicht spürbar
ist) die Wörter
M0 und M7 vorhanden wären
und es erforderlich wäre,
wieder 40 Millisekunden zu warten, um über die Wörter P0 bis P7 zu verfügen, wobei
die Wörter
N0 bis N7 nicht erzeugt wurden. Beim Empfang ist der Decoder 10 derart
ausgeführt,
daß er
(etwas weniger getreu als ein Codierer mit voller Leistung) den
Ton der Stimme des Sprechers nachvollzieht.
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Bei
der Erfindung wird bei einer einfachen Lösung nun der nicht erzeugte
Block N durch einen Datenblock ersetzt, der einen anderen Ursprung
hat oder für
einen anderen Zubehörteil
des Mobiltelefons bestimmt ist. Beispielsweise kann der Datenblock durch
die Schaltungen 17 übertragen
worden sein, um auf dem Bildschirm 14 angezeigt zu werden,
oder auch von der Tastatur 13 (oder jedem anderen Mittel) erzeugt
worden sein, um an die Schaltung 17 übertragen zu werden.
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Vorzugsweise
werden die zu übertragenden Daten
in einem mit der Formatierung der Sprachsignale kompatiblen Protokoll
formatiert. Beispielsweise können
die zu übertragenden
Daten die Form von Datenblöcken
D und E und so weiter zu je 456 Bit annehmen, die selbst von einem
Speicher des Typs wie der Speicher 19 bearbeitet werden,
um Datenwörter zu
57 Bit D0 bis D7, E0 bis E7 und so weiter zu erzeugen.
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In
einem Pufferspeicher 34, 1, werden nun
alternativ der Sprachblock M (die Wörter M0 bis M7), der Datenblock
D (die Wörter
D0 bis D7), der Sprachblock P (die Wörter P0 bis P7), der folgende Datenblock
E (die Wörter
E0 bis E7) und so weiter angeordnet. Für die Übertragung aller Bits reicht
es nun aus, sich der auf diese Weise gebildeten Verkettung zu bedienen,
um die Zeitfenster 30 der Raster 26 mit einer
ausreichenden Bitanzahl zu füllen.
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Bei
der Entsendung führt
schließlich
an Stelle dessen, daß der
Codierer 10 Blöcke
zu 260 Bit erzeugt, die der Mikroprozessor 7 bearbeitet,
um ihnen eine Kanalredundanz (456 Bit) zu verleihen, und organisiert,
um sie in aufeinanderfolgenden Wörtern
zu 57 Bit anzuordnen, der Mikroprozessor 7 alternativ diese
Arbeit an den Blöcken
zu 260 Bit, die von dem Codierer 10 kommen, und an den
Blöcken
zu 260 Bit, die von einer Datenbearbeitungsschaltung (die in der Praxis
von dem Prozessor 7 selbst verwaltet wird) kommen, durch.
Der Prozessor 7 erzeugt somit alternativ Sprachwörter M0
bis M7 und Datenwörter
D0 bis D7. In der Praxis stellt die Zeile 35 der 3 diese
alternative Erzeugung der Wörter Mi
und Di dar, während
die folgende Zeile 36 die Verkettung dieser Wörter unterschiedlicher
Typen in gemeinsamen Zeitfenstern 30 eines gemeinsamen
Rasters 26 darstellt. All dies geschieht, als ob die Blöcke N durch
die Blöcke
D ersetzt worden wären.
Das Telefon 1 ist nun dadurch gekennzeichnet, daß es ein
Programm umfasst, um funkelektrisch bei voller Signalrate zu entsenden
und zu empfangen, während
sein Sprachcodierer bei halber Leistung funktioniert.
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Natürlich kann
die Übertragung
der Datenblöcke
im Paketmodus erfolgen. In diesem Fall warnen sich das Mobiltelefon 1 oder
die Basisstation 4 durch eine Voranzeige gegenseitig und
richten zwischen sich Zeitdauern TBF ein, die der zu sendenden Menge
an digitalen Datensignalen entspricht. In diesem Fall wird dem Benutzer
einerseits eine Benutzung bei halber Leistung im Schaltungsmodus
für die Sprachblöcke M oder
P und so weiter und andererseits eine Übertragung von Halbpaketen
(beispielsweise mit geteilten Kosten) für die Entsendung der Halbpakete
D und E und so weiter verrechnet.
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In
dem Speicher 34 ist es möglich, die Blöcke M, D,
P, E auf unterschiedliche Weise zu schreiben, je nachdem, ob es
sich um Sprach- oder Datenblöcke handelt.
Wenn es sich um Sprachblöcke
handelt, können
diese nur im Zuge des von dem Sprecher getätigten Gesprächs hineingeschrieben
werden. Die Datenblöcke
hingegen können
zu einem gegebenen Zeitpunkt massiv vorhanden sein. In diesem Fall
werden sie in dem Speicher 34 in Blöcke zu 260 Bit aufgespaltet
(sodann mit einer Kanalcodierung codiert, um Wörter zu 456 Bit zu erhalten)
und in dem Speicher 34 aufgezeichnet, wobei jeder zweite
aufgezeichnet wird, um regelmäßig im Bedarfsfalle
darüber
verfügen
zu können.
In diesem Fall kann der Speicher 34 auch durch einen ausreichend
raschen Prozessor 7 ersetzt werden, der in der Lage ist,
alle Bearbeitungen zügig
und alternativ durchzuführen.
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Beim
Senden und Empfangen ist das von dem Mikroprozessor 7 verwendete
Programm ein Programm bei halber Signalrate, GSM ½ genannt, wenn
es darum geht, nur Sprachsignale zu übertragen, und ein Programm
bei voller Signalrate, GSM genannt, wenn die Fenster 30 durch
die zusätzliche Übertragung
der Daten gefüllt
wurden. Beim Empfang hat der Mikroprozessor 7 die Aufgabe,
die Datensignale von den Sprachsignalen zu trennen (ein von zwei
signifikanten Bits im Falle der Diagonalverknüpfung).
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4 zeigt
eine besondere Funktion der Erfindung. Es ist möglich, daß der Benutzer seinen Codierer 10 meistens
bei voller Leistung verwendet. Wenn er somit gleichzeitig eine Sprachübertragung und
eine Datenübertragung
verwenden möchte,
umfasst das Programm 8 des Speichers 9 ein Unterprogramm 37 zur
Verkettung oder Trennung. Dieses Unterprogramm 37 umfaßt nach
Anzeigeetappen, die die Möglichkeit
der gleichzeitigen Bearbeitung der Datensignale und der Sprachsignale
bieten, eine Etappe 38 zur Messung des Bedarfs an einer
Entsendung von Datensignalen. Wenn ein solcher Bedarf festgestellt
wird, veranlasst das Programm 37, daß der Mikroprozessor 7 einen
Test 39 durchführt,
um zu erfahren, ob letztgenanntes den Codierer 10 bei verringerter
oder bei voller Leistung laufen lässt. Wenn der Codierer 10 bei
voller Leistung funktioniert, gibt der Mikroprozessor eine Anweisung 40 heraus,
um den Codierer 10 dazu zu veranlassen, bei verringerter
Signalrate zu funktionieren. Diese Signalratenänderung kann vorzugsweise mit
einer vorherigen Verhandlung mit der Infrastruktur vor ihrer Durchführung verbunden
sein. Auf diese Weise kann der entfernte Gesprächspartner von der Änderung
der Codierung gewarnt werden. Nach dieser Anweisung 40 führt der Mikroprozessor 7 eine
Verkettung 41 von Sprach- und Datenbits durch, wie schematisch
in Zeile 35 dargestellt. In diesem Fall wird vorübergehend
eine Herabsetzung der Übertragung
von einer vollen Signalrate auf eine halbe Signalrate der Sprachsignale
herbeigeführt.
Falls hingegen der Modus bei voller Signalrate erforderlich ist,
kann vorgesehen werden, die Anweisung zu verhindern, und in diesem
Fall werden die Daten momentan nicht übertragen.
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Wenn
die Datenübertragung
im Paketmodus erfolgt, hören
mehrere Benutzer bei den übertragenen
Paketen mit. Diese Benutzer stehen alle auf einem Kanal auf Empfang,
der übrigens
ein Kanal ist, der für
eine andere halbe Durchgangsleistung einem einzigen Benutzer zugeteilt
wurde. Beispielsweise könnte
der Benutzer des Mobiltelefons 2 ebenfalls mit dem Internet
in Datenverbindung stehen. Um es nun dem Telefon 1 zu ermöglichen
zu erfahren, wer der Empfänger
der übertragenen
Datenpakete ist, und aufgrund des unvorhergesehenen Charakters der
Entsendung dieser letztgenannten (sie werden während Kommunikationspausen
entsandt, deren Verteilung von vornherein zufällig ist) können zwei Lösungen vorgesehen werden. Nach
einer ersten Lösung
kann mit einer Voranzeige ein Empfänger bezeichnet werden. Als
Variante können
in den Lernfolgen, die beim Datenübertragungsmodus möglich sind,
Lernfolgen unterschieden werden, die von dem Telefon 1 verwendet
werden können,
um Daten zusätzlich
zu den Telefonsignalen zu erhalten, und Lernfolgen, die von dem
Mobiltelefon 2 verwendet werden können, um Daten zusätzlich zu
den Telefonsignalen zu erhalten. Bei der Decodierung verwendet nur
jenes, das seine Lernfolge für
den Datenempfang erkennt, die Informationen.
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Aus
dieser Organisation ergibt sich, daß ein erfindungsgemäßes Mobiltelefon
nur eine einzige Übertragungskette
(beim Senden und Empfangen) besitzt, um gleichzeitig den Paketmodus
für die
Daten und den Schaltungsmodus für
die Sprache in einem selben Protokoll auszuwerten. Natürlich steht eine
solche einzige Übertragungskette
für diese
beiden Modi nicht im Widerspruch dazu, daß das Mobiltelefon eine andere
Kette nach einem anderen Protokoll (insbesondere UMTS) besitzt,
da die diesem anderen Protokoll eigene Technologie eine andere Kette
erfordert.