Sachgebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Kommunikationsvorrichtung und ein
Verfahren, die, gemäß einem Aspekt, eine adaptive Burstübertragungszeit
und, gemäß anderen Aspekten, Rückführburstsignalisierungs- und -entlee
rungsmerkmale besitzt.
Hintergrund der Erfindung
Es besteht eine Anzahl von Kommunikationssystemen, bei denen Informationen
als Serien von Bursts unter regelmäßigen Zeitintervallen (z. B. ein Zeit
multiplexzugriffs-TDMA-System) über eine Übertragungsverbindung gesendet
und empfangen werden. Solche Systeme umfassen zellulare GSM-Funk-,
CT2- und DECT-Standards für ein schnurloses Telefon und den TETRA-Standard
für ein mobiles Fernsprechfunkgerät.
In solchen Systemen sind strikte Spezifikationen zum Vermeiden einer In
terferenz bzw. Störung zwischen einem Signal oder Signalen auf einer Tra
gerfrequenz und einem Signal oder Signalen auf einer benachbarten Träger
frequenz aufgestellt worden. Dies wird häufig als Nachbar-Kanal-Inter
ferenz bzw. -Störung bezeichnet. Ein wichtiger Aspekt einer Reduzierung
einer Nachbar-Kanal-Interferenz ist derjenige, eine hoch akkurate Sende
frequenz zu haben, und zwar unter Verwendung eines akkuraten Signals von
einer Basisstation als einer Referenzfrequenz. Typischerweise kann eine
Basisstation eine Frequenztoleranz von 0,2 ppm haben, während eine mobile
Einheit eine Frequenztoleranz von 2 ppm haben kann.
In Zellulartyp-Funk- und Fernsprech-Mobilfunkgeräten ist gewöhnlich die
Vorsehung für mehr als einen Benutzer auf einem einzelnen Frequenzträger
gegeben, und zwar in einer Art und Weise eines TDMA. Eine Interferenz
zwischen Signalen auf demselben Träger wird häufig als Co-Kanalinterferenz
bezeichnet. Eine prinzipielle Maßnahme zur Vermeidung einer Co-Kanalinter
ferenz ist eine Synchronisation der Zeitabstimmung durch mobile Einheiten
zu Synchronisationsworten, die von der Basisstation übertragen werden.
Es kann Bezug zum Beispiel auf Mobile Radio Communications von Ray Steele,
Pentech Press, 1992 für die Grundprinzipien einer Toleranz bei gegensei
tigen Beeinflussungen durch Zeitmultiplexverfahren genommen werden.
Das TETRA-Standard für einen Fernsprechfunk besitzt die Vorsehung für
eine Direkt-Mode-Kommunikation, das bedeutet, eine Mobil-Mobil-Kommunika
tion ohne das Erfordernis für irgendeine Basisstation. Das Nichtvorhanden
sein irgendeiner Basisstation für eine Frequenz- und eine Zeitabstimmungs
referenz gibt Anlaß zu Problemen in einer benachbarten Kanal- und Co-Ka
nal-Interferenz. Die Erhöhung der Toleranzfrequenz des Mobil-Oszillators
würde eine Erhöhung dessen Kosten verursachen. Tatsächlich besteht hier
ein Erfordernis, die Frequenzgenauigkeit einer mobilen Ausrüstung zu redu
zieren, um dessen Kosten zu reduzieren.
Bestehende Schemata zur Reduzierung eines Interferenzrufs sind eine Ände
rung der Übertragungsfrequenz, um die gegenseitige Beeinflussung bzw.
Störung zu vermeiden, was teuer hinsichtlich einer Kanalnutzung ist, oder
eine Erhöhung der Kanalbeabstandung relativ zu der Informationsübertra
gungsrate, um Ungenauigkeiten in den Frequenzreferenzen zu beseitigen, was
nur das Problem in dem benachbarten Kanal verschlechtert. Eine andere Art
und Weise der Reduzierung des Effekts einer benachbarten Kanalinterferenz
ist diejenige, die Datenrate für eine gegebene Kanalbandbreite zu redu
zieren, was unerwünscht aus Gründen eines Durchsatzes und aus Gründen
einer Komplexität ist.
Die UK-Patentanmeldung Nr. 9400879.4 von Motorola Ltd. beschreibt unter
anderen Merkmalen eine Technik, die den Effekt einer Interferenz durch
zufällige Änderung der Frequenz und der Zeit der Burst-Übertragung redu
ziert, um demzufolge den Effekt der gegenseitigen Interferenz bzw. Störung
über die Zeit zu mitteln. Ein Zeit- und Frequenzspringen ist effektiv,
wenn eine große Anzahl verfügbarer Kanäle (und demzufolge gegenseitiger
Störungen) vorhanden sind, und zwar aufgrund einer Frequenzmittelung.
Dort, wo eine kleinere Anzahl von gegenseitigen Interferenzen bzw. Stö
rungen vorhanden ist, reduziert dies nicht notwendigerweise total oder
gemittelt eine Interferenz.
Es besteht ein Erfordernis, eine Interferenz in einem TDMA-Kommunikations
system zu reduzieren.
In einem Direkt-Mode-TETRA ist eine einzelne Simplex-Kommunikationsverbin
dung pro Träger vorhanden, die während einem Viertel der verfügbaren Zeit
in Übertragungs-Bursts bei einer festgelegten (Vollraten-)Leistung wäh
rend periodischer Zeit-"Schlitze" sendet bzw. überträgt. Aufgrund des
Nichtvorhandenseins einer Basisstation für eine Zeitsynchronisation passen
Einheiten in einer Zweiwege-Kommunikation oder in einer Gruppe eine ad hoc
Zeitsynchronisation an, und zwar unter Empfangen von einer Übertragungs
einheit unter Synchronisieren zu der Einheit und unter Fortführung der
selben Schlitzsequenz. Die verbleibenden drei Viertel der Zeit auf dem
Kanal bleiben ungenutzt mit der Ausnahme, daß eine duale Überwachungsmaß
nahme vorgesehen ist, wobei eine Einheit den 18. Rahmen eines TETRA-Steu
erkanals (der ungefähr einmal jede Sekunde übertragen wird) von einer
möglichen Fernsprechbasisstation überwacht, um irgendein ankommendes
Signalisieren zu überwachen (wobei irgendeine Direkt-Mode-Übertra
gung- oder ein -Empfang beendet wird). Eine solche Anordnung ist un
flexibel hinsichtlich eines Interferenz-Managements entweder allgemein
oder in Notfallsituationen.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren in einem Kom
munikationssystem geschaffen, das Einheiten besitzt, die in periodischen
Bursts über einen zeitgeteilten (Zeitmultiplex-)Kanal kommunizieren,
wobei das Intervall zwischen benachbarten Bursts von einer vorgegebenen
Einheit die Dauer eines Bursts übersteigt. Das Verfahren weist die Schrit
te auf: Überwachen der Aktivität eines Kanals; Identifizieren eines perio
dischen Zeitfensters, Wiederholen zwischen Peaks einer Aktivität auf dem
Kanal, die eine Dauer von mindestens gleich der Dauer eines Übertra
gungs-Bursts besitzt; Auswählen des Zeitfensters als ein sich wiederholen
der Zeitschlitz zur Übertragung und Übertragung während des sich wieder
holenden Zeltschlitzes.
Vorzugsweise wird das Zeitfenster, das sich über eine Periode einer mini
malen Aktivität auf dem Kanal erstreckt, als das periodische Zeitfenster
Identifiziert.
Eine sich wiederholende Rahmenstruktur kann auf eine Aktivität angewandt
werden, die auf einem Kanal überwacht wird, so daß sich regulär wiederho
lende Peaks einer Aktivität dahingehend berücksichtigt werden, daß sie in
aufeinanderfolgende Rahmen fallen. Aktivitätspegel können über eine Anzahl
von Rahmen bei unterschiedlichen Zeiten in einem Rahmen gemittelt werden,
um so ein periodisches Zeitfenster einer geringen Aktivität in einem Rah
men zu identifizieren.
Die Erfinder haben festgestellt, daß zusätzlich zu den Quellen einer In
terferenz bzw. einer gegenseitigen Beeinflussung die Verbindung einer
Interferenz unterworfen wird, die periodisch bei denselben oder ganzzah
ligen Teilungen der Burstrate vorhanden sind, die auf der Verbindung ver
wendet wird, d. h. TDM-TDM-Interferenz, wobei der Sender die Master
zeit-Referenz ist). Die Erfindung liefert eine systematische Art und Wei
se, um den Effekt einer Interferenz auf die Qualität der Verbindung zu
reduzieren.
Die Sendeempfänger (Transreceiver), die in die Kommunikation eingebunden
werden, besitzen vorzugsweise die Fähigkeit, die Zeit, zu der sie senden
und empfangen, zu verschieben. Die Anordnung wird in erster Linie dann
angewandt, wenn die Zeitabstimmreferenz durch den Sender unabhängig einer
Master-Referenz eingerichtet wird (d. h. die Kommunikation ist im wesent
lichen frei von einer Infrastruktur). Die Zeitreferenz, die für eine
Zeit-Burst-Übertragung erforderlich ist, wird zwischen den zwei kommuni
zierenden Einrichtungen eingestellt. Allerdings kann die Anordnung auch
innerhalb der Beschränkungen eines Systems angeordnet werden, falls das
System ermöglicht, daß die Zeit einer Übertragung verändert wird, entweder
unabhängig des Systems oder aufgrund einer Anforderung von diesem.
Die Erfindung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine kleine Anzahl
von gegenseitigen Interferenz- bzw. Störquellen vorhanden ist.
Die Aktivität auf dem Kanal kann aufgrund einer Co-Kanal-Aktivität oder
einer benachbarten Kanalaktivität, die in den Kanal, der in Rede steht,
überlaufen. Die erste Einheit kann oder kann nicht dafür Sorge tragen, ob
die überwachte Aktivität eine Co-Kanal- oder eine Nachbar-Kanal-Aktivität
ist.
In dem Fall eines TETRA-Systems besitzt die Erfindung den Vorteil einer
Reduzierung einer benachbarten Kanalinterferenz, da eine benachbarte Ka
nal-Aktivität einer anderen TETRA-Einheit, die in den erwünschten Kanal
herüberläuft, mit derselben Periodizität auf dem erwünschten Kanal auf
tritt wie die beabsichtigten Übertragungen von der ersten Einheit. Die
Erfindung ermöglicht die Auswahl von Perioden einer minimalen, benachbar
ten Kanalinterferenz.
Gemäß diesem Aspekt der Erfindung wird eine Kommunikationsvorrichtung
vorgesehen, die aufweist: einen Empfänger zum Empfang von Signal-Bursts
von einem Kommunikationskanal, wobei der Empfänger einen Kanalüberwa
chungsausgang zur Überwachung der Aktivität auf dem Kanal besitzt; einen
Sender zum Senden in Bursts einer vorbestimmten Dauer auf dem Kanal und
eine Berechnungsvorrichtung zum Analysieren von Signalen aus dem Kanal
überwachungsausgang, und zwar zum Identifizieren von sich wiederholenden
Peaks einer Aktivität auf dem Kanal und zum Identifizieren eines perio
dischen Zeitfensters, das sich zwischen Peaks einer Aktivität auf dem
Kanal wiederholt, das eine Dauer von mindestens gleich der vorbestimmten
Dauer besitzt. Der Sender spricht auf die Berechnungsvorrichtung zum se
lektiven Übertragen von Bursts während der identifizierten, periodischen
Fenster an.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren eines Betriebs
einer ersten Einheit für eine Kommunikation mit einer zweiten Einheit über
einen in der Zeit geteilten (Zeitmultiplexer-)Kommunikationskanal ge
schaffen. Das Verfahren weist die Schritte auf: Empfangen von Bursts einer
Übertragung von der zweiten Einheit, einschließlich eines Verkehrs (und
Ausgeben des Verkehrs an einem Ausgang), und Übertragung einer Signali
sierung zu der zweiten Einheit in Bursts, die zwischen den empfangenen
Bursts auf demselben Kanal eingestreut sind, wobei die erste Einheit die
Bursts, die gemäß den Bursts, die empfangen sind, übertragen werden, in
der Zeit abstimmt.
Diese Anordnung liefert eine viel größere Flexibilität in der Kommunika
tionsverbindung, die eingerichtet ist.
Der Schritt einer Übertragung kann eine Übertragung einer zeitabstimmenden
Signalisierung aufweisen, um die erste Einheit zu Instruieren, die Zeitab
stimmung ihrer Übertragungs-Bursts vorzuverlegen oder zu verzögern.
Eine Aktivität kann auf dem Kanal überwacht werden, wobei das Vorhanden
sein einer Interferenzquelle, die Anlaß zu einer periodischen Interferenz
gibt, die dieselbe Periode wie die Bursts von der zweiten Einheit besitzt,
identifiziert wird, und eine Periode einer Überlappung an der ersten Ein
heit zwischen einem Burst von der zweiten Einheit und die Interferenz von
der Interferenzquelle können auch identifiziert werden. Ein Signal kann
von der ersten Einheit zu der zweiten Einheit übertragen werden, um die
Übertragungszeitabstimmung einzustellen, um die Periode einer Überlappung
zu reduzieren.
In dem Fall, wo die überwachte Aktivität eine Aktivität auf dem Kanal ist,
kann die Erfindung eine erhöhte Kanalausnutzung ermöglichen, oder sie kann
eine minimale Interferenz während einer Vor-Entleerung durch eine Priori
tätseinheit ermöglichen.
Eine Vor-Entleerung ist ein Erfordernis der TETRA-Spezifikation. Eine
Direkt-Mode-Einheit, die einen Notruf aus einem Überdeckungsbereich des
Systems einleitet, muß einen Direkt-Mode-Kanal benutzen, und, falls es
notwendig ist, irgendeine Kommunikation, die diesen Kanal verwendet, vor
dem Entleeren bzw. Löschen. Es muß die Vorsehung für eine Direkt-Mode-Kom
munikation vorgesehen sein, daß sie vor-entleert wird, um den Notrufser
vice zu leiten.
Als ein optionales Merkmal wird die Aktivität auf dem Kanal an der ersten
Einheit überwacht, das Vorhandensein einer Prioritätseinheit wird identi
fiziert und der Schritt einer Übertragung weist eine Übertragung zu der
zweiten Einheit eines Signals auf, um die Übertragung auf dem Kanal zu
beenden.
Auf diese Weise kann eine Vor-Entleerung an einer ersten Einheit durch
eine Notrufeinheit zu einer zweiten Einheit weitergeschaltet werden, die
zu der ersten Einheit senden kann, sich allerdings außerhalb des Bereichs
der zweiten Einheit befindet und sich deshalb nicht selbst vor-entleert.
Der Schritt einer Übertragung kann eine Übertragung einer Leistungssteuer
signalisierung aufweisen, um die erste Einheit zu instruieren, die Lei
stung ihrer Übertragungs-Bursts einzustellen.
Der Schritt einer Übertragung weist vorzugsweise eine Übertragung zwischen
weniger als einem in zwei Intervallen zwischen empfangenen Bursts auf. Zum
Beispiel kann ein einzelnes Rückführ-Burst jeden Vielfachrahmen übertragen
(in dem Fall eines TETRA bedeutet dies einmal alle 18 empfangene Rahmen
oder Bursts).
Gemäß diesem Aspekt dieser Erfindung wird auch eine Kommunikationsvorrich
tung geschaffen, die aufweist: einen Empfänger zum Empfangen von
Signal-Bursts von einem Kommunikationskanal und zum Extrahieren daraus von
Verkehrsinformationen; einen Zeitabstimmschaltkreis zum Synchronisieren zu
den empfangenen Signal-Bursts und zum Schaffen von Übertragungszeitab
stimmungs-Steuersignalen; und einen Sender, der auf die gesendeten Zeitab
stimmsteuersignale anspricht, um eine Signalisierung in Bursts zu übertra
gen, die zwischen den empfangenen Signal-Bursts eingestreut sind.
Beide der vorstehenden Aspekte der Erfindung werden in einem Verfahren
einer Kommunikation zwischen einer ersten Einheit und einer zweiten Ein
heit über einen zeitgeteilten (Zeitmultiplex-) Kommunikationskanal kom
biniert, das folgende Schritte aufweist: Übertragung in periodischen
Bursts von der zweiten Einheit zu der ersten Einheit, und, an der ersten
Einheit, Überwachung einer Aktivität auf dem Kanal, Identifizierung des
Vorhandenseins einer Interferenzquelle, die Anlaß zu einer periodischen
Interferenz gibt, die dieselbe Periode wie die Bursts von der zweiten
Einheit besitzt, und Identifizierung einer Periode einer Überlappung an
der ersten Einheit zwischen einem Burst von der zweiten Einheit und der
Interferenz von der Störquelle, Übertragung von der ersten Einheit zu der
zweiten Einheit eines Signals, um die Übertragungszeit einzustellen, um
die Periode einer Überlappung zu reduzieren, und Einstellung einer Über
tragungszeit an der zweiten Einheit in Abhängigkeit vom dem Signal von der
ersten Einheit.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Kommuni
kation zwischen einer ersten Einheit und einer zweiten Einheit über einen
Kommunikationskanal geschaffen, das folgende Schritte aufweist: Übertra
gung von der zweiten Einheit zu der ersten Einheit; Überwachung einer
Aktivität auf dem Kanal an der ersten Einheit und Identifizierung des
Vorhandenseins einer Prioritätseinheit; Übertragung von der ersten Einheit
zu der zweiten Einheit eines Signals, um ein Übertragen zu stoppen, und
Stoppen der Übertragung an der zweiten Einheit in Abhängigkeit von dem
Signal von der ersten Einheit.
Dieser Aspekt der Erfindung hat den Vorteil einer Weiterschaltung eines
Vor-Entleerungs-Erfordernisses von einer empfangenden Einheit, die in dem
Bereich der vor-entleerten Einheit sein kann, zu einer übertragenden Ein
heit, die nicht in dem Bereich der vor-entleerenden Einheit sein kann.
Dieser Aspekt der Erfindung ist unabhängig von der Art des Kanals oder dem
Multiplexbetrieb des Kanals. Der "Kanal" könnte eine Anzahl von Typen von
Kommunikationsressourcen sein.
Andere Aspekte der Erfindung sind in den Ansprüchen angegeben.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun beispielhaft unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt eine allgemeine Darstellung von zwei Benutzern in einer
TDM-Kommunikation mit einer Interferenz- bzw. Störquelle.
Fig. 2 stellt die periodische Struktur von Bursts zwischen Einheiten in
Fig. 1 und der periodischen Natur der Interferenz in Fig. 2 dar.
Fig. 3 stellt die Bauelemente einer der Einheiten der Fig. 1 dar.
Fig. 4 zeigt ein Zeitabstimmungsdiagramm, das die Betriebsweise der Ein
heit der Fig. 3 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dar
stellt.
Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm, das einen Algorithmus zur Steuerung der
Einheit der Fig. 3 darstellt.
Fig. 6 zeigt ein Zeitabstimmungsdiagramm zur Darstellung bestimmter Aspek
te der Erfindung, die sich auf eine Vor-Entleerung beziehen, und
Fig. 7 zeigt ein Zeitabstimmungsdiagramm zur Erläuterung bestimmter As
pekte der Erfindung, die sich auf ein Signalisieren beziehen.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Unter Berücksichtigung des Übertragungssystems, das in Fig. 1 dargestellt
ist, sind zwei Sendeempfänger 10 und 11 (die nachfolgend als Einheit A und
Einheit B bezeichnet werden) TETRA-Funksendeempfänger, die für einen Be
trieb in einem Direkt-Modus geeignet sind. Die Empfänger könnten natürlich
andere Typen von Sendeempfängern sein.
Den Einheiten A und B ist ein Übertragungskanal für eine Kommunikation
zugeordnet. Dieser Kanal ist z. B. ein Funkkanal bei einer vorgegebenen
Frequenz und mit einer vorgegebenen Bandbreite. A und B müssen nicht not
wendigerweise den Kanal zu jeder Zeit besetzen. Wenn sich A und B in Kom
munikation befinden, werden Informationen unter regelmäßigen Zeiten als
Bursts einer festgelegten Dauer übertragen. Der Übertragungskanal ist
Gegenstand einer Interferenz bzw. Störung einer Quelle C.
Fig. 2 stellt ein Beispiel dar, wo Informationen für einen Bruchteil der
verfügbaren Zeit auf dem Kanal übertragen werden. In dem Beispiel beträgt
dieser Bruchteil ein Viertel der verfügbaren Zeit (der Bruchteil sollte
höchstens eine Hälfte für die vorliegenden Zwecke sein). In dem Beispiel
verbleibt die Totzeit, während der eine Übertragung nicht vorgenommen
wird, ungenutzt und nicht irgendeinem anderen Benutzer, wie in dem Fall in
einem TETRA-System, zugeordnet. Die Zeitabstimmstruktur (d. h. die Schlitz
zeitabstimmung) kann durch A und B eingerichtet werden, wenn die Transak
tion eingeleitet wird.
Die Interferenz von der Quelle C befindet sich unter derselben Wiederho
lungsrate wie der Kanal zwischen A und B (oder ein gewisser ganzzahliger
Teiler dieser Rate). Die Zeitphasenabstimmung der Interferenz ist asyn
chron zu derjenigen des Kanals zwischen A und B und kann zu der Zeit auf
treten, zu der A und B miteinander kommunizieren (wie in Fig. 2 darge
stellt ist). In dem Beispiel eines Funksystems kann die Interferenz ein
Co-Kanal sein oder kann eine Kanalstörung von einem benachbarten Kanal
sein. Die Kanalstörung von dem benachbarten Kanal kann entstehen, da A und
B und der Störer unabhängig von einer stabilen Frequenzreferenz arbeiten
und deren eigene Referenzen nicht akkurat genug sind, um ein Leistungsüber
laufen über deren zugeordnete Bänder hinaus zu verhindern.
Die Interferenz kann nun die Qualität der Verbindung zwischen A und B
stark verschlechtern. In dem Beispiel, wo der Störer sehr nahe zu A ist
(allerdings in einem benachbarten Kanal sendet), kann der Effekt einer
Kanalstörung in den Kanal von A und B vollständig die Kommunikation un
deutlich gestalten.
Ein zweites, hierzu in Bezug stehendes Szenario kann bestehen. In Fig. 1
muß C nicht ein Störer sein, sondern kann eine TETRA-Einheit 12 sein, die
es wünscht, zu der Einheit A und/oder B zu signalisieren. Zum Beispiel
kann C wünschen, die Konversation zwischen A und B vorzuentleeren und den
Kanal für eine Übertragung einer höheren Priorität zu verwenden. In diesem
fall besteht dort ein Risiko, daß C übertragen bzw. senden kann, während
sich A und B in Kommunikation miteinander befinden, und das Vor-Entlee
rungssignal kann aufgrund einer Interferenz von A und B verloren gehen.
Um dieses Problem zu mildern, kann eine adaptive Einstellung einer
Burst-Übertragungszeit verwendet werden.
Zur Erläuterung ist ein Diagramm für die notwendigen Bauelemente einer
Einheit C in Fig. 3 angegeben. Das Diagramm ist auf die Einheiten 10, 11
und 12 anwendbar.
Die Einheit 10 weist einen Empfänger 21 und einen Sender 22 auf, die beide
mit einer Antenne 23 (falls notwendig über eine Duplexeinrichtung) verbun
den sind, wobei der Empfänger 21 einen Verkehrsausgang zu einem Lautspre
cher 24 oder zu einer anderen Ausgabe (z. B. zu einem Datenfacsimilegerät,
usw.) liefert. In dem Fall einer Sprache erfordert der Ausgangsverkehr
bzw. Kanal allgemein eine Decodierung in einem Vocoder (nicht darge
stellt). Ein Mikrofon oder ein anderer Eingang 25 ist mit einem Sender 22
zum Liefern eines Eingangsverkehrs zum Übertragen verbunden (wiederum über
einen Vocoder, falls notwendig). Verbunden mit dem Sender 22 und dem Em
pfänger 21 ist ein Synthesizer 30 für eine Frequenzsteuerung. Ein Mikro
prozessor 31 ist für die Gesamtsteuerung der Einheit vorgesehen. Der Mi
kroprozessor besitzt einen Zeitabstimmschaltkreis 32 und einen Spei
cher 33. Eine Sprechtaste (push-to-talk - PTT) oder ein anderer Eingang 34
ist mit dem Mikroprozessor 31 verbunden. Zwischen dem Mikroprozessor 31
und dem Sender 22 verbunden sind eine signalisierende Datenleitung oder
ein -bus 40 und eine Steuerleitung 41. Von dem Empfänger 21 zu dem Mikro
prozessor 31 verbunden ist eine Leitung 42 für den empfangenen Signal
stärkeindikator (received signal strength Indicator - RSSI) und eine si
gnalisierende Leitung oder einen Bus 43. Ein Frequenzsteuerbus 44 ist
zwischen dem Mikroprozessor 31 und dem Synthesizer 30 verbunden.
Zunächst wird ein Fall betrachtet, wo die Einheit wünscht, auf einem frei
en Kanal zu senden. Der Mikroprozessor 31 wählt eine geeignete Frequenz
über einen Frequenzsteuerbus 44 aus und der Empfänger 21 empfängt Signale
von dem Kanal und gibt eine Anzeige auf die RSSI-Leitung 42, wie für die
Aktivität auf dem Kanal. Unter der Annahme eines Falls, wo der Kanal leer
ist, kann der Benutzer die PTT-Taste 34 niederdrücken und der Mikroprozes
sor 31 steuert den Sender 22 über die Steuerleitung 41, um einen Verkehr
von dem Mikrofon 25 in einer zeitgeteilten Art und Weise (Zeitmultiplex
betrieb) über ein Viertel des Kanals zu übertragen. Die Zeitabstimmung,
die durch den Zeitgeber 32 gesteuert wird, ist von einer vorbestimmten
Periodizität, d. h. einer festgelegten Rahmenlänge, die gemäß der System
konfiguration vorbestimmt ist. Aufgrund von Übertragungs-Bursts auf dem
Kanal besitzt die Einheit 10 effektiv definierte Zeitschlitze zur Übertra
gung und Fenster für eine Inaktivität zwischen diesen Zeitschlitzen.
Wenn es die Einheit 11 wünscht zu antworten, überwacht sie auf ihrer
RSSI-Leitung 42 die Aktivität von der Einheit 10 und synchronisiert ihre
Rahmenzeitabstimmung mit dem empfangenen "Schlitz". Die Einheit 11 hält
dieselbe Zeitabstimmung aufrecht, und wenn die Einheit 10 eine Übertragung
beendet hat und die Einheit 11 beginnt, fährt sie fort, Bursts in dersel
ben periodischen Sequenz zu übertragen, d. h. In dieselben "Schlitze". Für
einen externen Beobachter muß kein wesentlicher Unterschied in der Zeitab
stimmung der Schlitzsequenz zwischen einer Einheit, die überträgt, und der
anderen Einheit, die überträgt, vorhanden sein. Ein wesentliches, neues
Merkmal eines Aspekts der Erfindung ist die Vorsehung eines zurück signa
lisierenden Kanals von einer Einheit, die einen Verkehr empfängt, zu einer
Einheit, die einen Verkehr überträgt.
Unter Betrachtung des Falls, wo die Einheit 10 empfängt, werden Bursts
eines Verkehrs in dem Empfänger 21 empfangen und am Lautsprecher 24 (oder
einer anderen Ausgabe) ausgegeben. Das RSSI-Signal 42 zeigt das Ansteigen
oder Abfallen der ankommenden Bursts dem Mikroprozessor 31 an. Der Mikro
prozessor 31 definiert einen zurück signalisierenden Übertragungsschlitz,
der zwischen das Ende eines empfangenen Bursts und dem Beginn des näch
sten, empfangenen Bursts fällt. Zum Beispiel besitzt der signalisierende
Rückführübertragungsschlitz dieselbe Dauer wie ein empfangener Verkehrs
schlitz (d. h. ein Viertel eines Rahmens) und ist zentral zwischen dem Ende
eines empfangenen Verkehrsschlitzes und dem Beginn des nächsten, erwarte
ten, empfangenen Zeitschlitzes positioniert. Der Mikroprozessor 31 be
wirkt, daß sich der Sender 22 bereit macht und eine signalisierende Infor
mation über die signalisierende Leitung oder über den Bus 40 überträgt.
Der übertragene, signalisierende Schlitz muß nicht bei jedem Rahmen auf
treten. Er kann in alternierenden Rahmen auftreten oder tatsächlich kann
er sehr infrequent sein. Zum Beispiel kann er bei jedem Vielfachrahmen
auftreten, gleichgesetzt mit ungefähr einem zurück signalisierenden
Schlitz pro Sekunde. In einem TETRA weist ein Vielfachrahmen siebzehn
Rahmen pro Verkehr und einen Rahmen einer Signalisierung (in derselben
Richtung) auf.
Wie nachfolgend beschrieben wird, kann dieser zurück signalisierende
Schlitz für eine Zeitsteuerung oder für eine Vor-Freimachungssteuerung
bzw. -Entleerungssteuerung verwendet werden. Tatsächlich kann dieser zu
rück signalisierende Schlitz auch für eine Leistungssteuerung verwendet
werden.
Ein Algorithmus ist in dem Speicher 33 der Einheiten A und B vorgesehen,
der eine Einstellung der Zeit einsetzt, bei der eine Übertragung vorgenom
men wird, um Interferenzen der Art, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, zu
vermeiden.
Der Algorithmus setzt drei Basisschritte ein: (1) Überwachung der Lei
stung, die in dem Kanal, der von Interesse ist, empfangen wird, und Be
stimmen der Periode einer minimalen Interferenz innerhalb der Wiederho
lungsrate der Übertragung, (2) wenn übertragen wird, Einstellen der Zeit,
bei der eine Übertragung auftritt, so, daß die Übertragung innerhalb der
Zeit einer minimalen Interferenz liegt, und (3) ein Signal zu dem anderen
Teilnehmer bei der Übertragung, um seine Zeitabstimmung zu dem ersten
Teilnehmer auszurichten.
Die Einstellung einer Übertragungszeit ist systematisch, so daß die Inter
ferenz vollständig vermieden wird. Eine systematische Einstellung einer
Übertragungszeit ist allgemein bei Situationen anwendbar, wenn die Anzahl
potentieller Störer klein ist.
Um den Algorithmus zu erläutern, wird wiederum das Beispiel angenommen,
das in der Fig. 1 angegeben ist. A und B sind Funkeinheiten, die einen
Kanal für eine direkte Mobil-Mobil-Kommunikation zugeordnet besitzen. Das
beispielhafte System, unter dem die Funkgeräte arbeiten, verwendet eine
4 : 1 geschlitzte, zeitgeschlitzte Struktur, die in Fig. 2 dargestellt ist.
C ist ein Funkgerät, das einen ähnlichen Kanal benachbart zu demjenigen
von A und B verwendet. A, B und C arbeiten unabhängig von irgendeiner
Systeminfrastruktur, und die Ungenauigkeiten in den Frequenzreferenzen
Innerhalb der Funkgeräte sind groß genug, um eine wesentliche, benachbarte
Kanalinterferenz zu verursachen.
Verschiedene Fälle werden unter Bezugnahme auf die Fig. 4 betrachtet,
wobei ein Signal Q eine gemessene Aktivität (Interferenz) auf einem Kanal,
der in Rede steht, ist, das Signal R, eine Übertragung mit einer Zeitab
stimmung ist, die auf ruhige Punkte auf dem Kanal eingestellt ist, und das
Signal S eine Übertragung ist, die so eingestellt ist, um den Durchsatz
auf dem Kanal zu maximieren.
Ein erster Fall wird betrachtet, der auf eine Interferenz bzw. Störung
gerichtet ist, die vor einer Rufeinleitung ermittelt wird.
A und B überwachen, wenn sie leer laufen, ihren eigenen Kanal hinsichtlich
einer periodischen Interferenz. Falls C sendet, stellt ein Signal Q die
Signalleistung dar, die durch A und/oder B in deren eigenem Band gemessen
wird. Die Perioden einer erhöhten, gemessenen Leistung erfolgen aufgrund
dessen, daß C in das Band von A und B hinein stört. Falls nun A wünscht,
zu B zu übertragen, wählt A aus, in den Perioden einer geringsten Inter
ferenz zwischen den Übertragungen (Signal R) von C zu übertragen. B wird
das Signal von A ermitteln und wird seine Zeitabstimmung einstellen, um
während derselben Zeitschlitze zu übertragen. Keine zusätzliche Signali
sierung ist erforderlich, um die anfängliche Zeitabstimmung von B einzu
stellen.
Das neuartige Signalisierungsschema, das vorstehend unter Bezugnahme auf
die Fig. 3 beschrieben ist, wird für eine Empfangseinheit verwendet, um
eine Steuersignalisierung zurück zu einer Übertragungseinheit zu liefern.
Falls die relative Zeitabstimmung zwischen dem Störer und der Übertragung
von A und B driftet, dann werden A oder B signalisierende Nachrichten
unter periodischen Intervallen senden, um deren Zeitabstimmung einzustel
len, um so die optimale Zeit zu spuren, um zu übertragen (oder eine ruhige
Stelle).
Falls das Funkgerät, das den Ruf einleitet, außerhalb des Bereichs des
Störers liegt, so daß das angerufene Funkgerät dasjenige ist, das damit
überlagert wird, kann das angerufene Funkgerät dem einleitenden Funkgerät
signalisieren, seine Zeitabstimmung weg von dem Störer einzustellen.
Alternativ stellt das Signal S der Fig. 4 ein Schema dar, wo A und B deren
Zeitabstimmung so einstellen, um einen "Schlitz" zu besetzen, der am näch
sten zu demjenigen liegt, der die Interferenz erhält. Dies stellt sicher,
daß die ungenutzte Zeit in der Rahmenstruktur (d. h. ohne daß A oder B
überträgt oder ohne eine Interferenz), was in diesem Fall zwei Schlitze
bedeutet, benachbart ist. Dieses große Fenster kann für eine Vor-Frei
machung bzw. -Entleerung oder eine Signalisierung von einer zugeordneten
Infrastruktur oder sogar für eine andere Konversation verwendet werden.
Ein zweiter Fall wird betrachtet, wo eine Interferenz ermittelt wird,
nachdem ein Ruf eingerichtet ist.
Falls A und B schon kommunizieren, wenn eine Interferenz bzw. Störung
auftritt, dann wird der zurück signalisierende Kanal, der dazu verwendet
werden kann (wie dies vorstehend beschrieben ist), um die ruhige Stelle zu
spuren, verwendet, um einen Schlitz von dem Störer weg zu bewegen. Es ist
interessant anzumerken, daß dann, falls diese Technik über ein Funksystem
eingesetzt wird, dieses Szenario nur an der Kante der Bänder auftreten
wird. Falls C Teil desselben Systems wie A und B ist, wird es den Zeit
schlitz von A und B vermeiden, falls es seinen Ruf nach A und B einrichtet.
Ein drittes Szenario ist der Fall, wo es ein dritter Teilnehmer wünscht,
in eine Übertragung hineinzusprechen, wie in dem Fall einer Vor-Entlee
rung. Der dritte Teilnehmer kann sich zu der Übertragung vor einem Senden
einer Vor-Entleerungsnachricht synchronisieren. Dies ist trickreich bei
der Vermeidung einer Interferenz dahingehend unterschiedlich, daß eine
direkte Zeit- und Frequenzsynchronisation vor einer Übertragung stattfin
det. Beim Vermeiden einer Interferenz sucht A oder B nach der Periode
einer letzten Interferenz. A oder B synchronisieren nicht aktiv zu einer
anderen Übertragung.
Ein Beispiel eines Algorithmus, der im Speicher 33 zur Steuerung des Mi
kroprozessors 31 gespeichert ist, ist in Fig. 5 dargestellt. Unter Eingabe
eines PTT-Signals (Schritt 100) an einem PTT-Eingang 34 bestimmt der Mi
kroprozessor 31 in dem Schritt 101, ob eine Aktivität einer periodischen
Natur auf dem Kanal vorhanden ist. Dies wird durch Überwachung des
RSSI-Signals 42 vorgenommen. Der Mikroprozessor 31 wendet eine Rahmen
struktur auf das RSSI-Signal an, und zwar unter effektiver Unterteilung
von diesem in Rahmen (einer vorbestimmten Dauer gemäß dem System), und
nimmt an, daß die Peakaktivität, die an einem regelmäßigen Punkt in dem
Rahmen auftritt, eine Aktivität von einer anderen Einheit auf dem System
ist. Er mißt den Signalpegel an unterschiedlichen Punkten in dem Rahmen
(Abtastungen) und mittelt diese Abtastungen über verschiedene Rahmen.
Falls keine solche periodischen Aktivitäten vorhanden sind, kann die Ein
heit einfach den Kanal größenmäßig bestimmten (Schritt 102). Falls eine
periodische Aktivität vorhanden ist, nimmt der Schritt 103 den Fall einer
Notrufübertragung an. Falls die Übertragung eine Prioritätsübertragung
ist, wird ein Fenster einer letzten Aktivität in dem Schritt 104 identi
fiziert, und während diesem Fenster wird ein Signal übertragen, um effek
tiv den anderen Einheiten anzuzeigen, aus dem Kanal herauszugehen. Da
dieses Signal unter der Periode einer letzten Aktivität auf dem Kanal
übertragen wird, besitzt es die größte Wahrscheinlichkeit, daß es an an
deren Einheiten empfangen wird.
Es ist anzumerken, daß alle Einheiten ein neues Merkmal einer Überwachung
für eine solche Signalisierung entweder über die Ruheperiode auf dem Kanal
oder an dem Mittelpunkt zwischen Verkehrs-Bursts auf dem Kanal besitzen.
Nach verschiedenen Rahmen einer Übertragung von diesem Signal im
Schritt 105 greift die Prioritätseinheit einfach auf das Fenster der letz
ten Aktivität als ein "Zeitschlitz" zu und führt eine Übertragung in die
sem Zeitschlitz fort. Es ist die Ansprechfähigkeit anderer Einheiten,
deren Übertragung unter Empfang des Vor-Entleerungs- bzw. Freimachungs
signals zu beenden.
Dort, wo die Übertragung nicht eine Prioritätsübertragung ist, identifi
ziert der Schritt 110 das Fenster einer letzten Aktivität (identisch zu
Schritt 104). Der Rauschuntergrund während diesem Fenster wird gemessen,
und falls, im Schritt 111, der Rauschuntergrund unterhalb eines vorbe
stimmten Schwellwerts fällt, wird er dahingehend bestimmt, daß der Rausch
untergrund niedrig genug ist, um eine Übertragung zu ermöglichen, und der
identifizierte "Zeitschlitz", d. h. das Fenster der letzten Aktivität, wird
für eine Übertragung im Schritt 108 verwendet. Falls im Schritt 111 der
Rauschuntergrund zu hoch für eine Übertragung ist, kann die Einheit einen
unterschiedlichen Kanal im Schritt 112 versuchen (unter der Annahme, daß
sie mehr als eine Kanalfähigkeit besitzt).
Es sollte angemerkt werden, daß der Schritt 111 der Einheit ermöglicht,
auf den Kanal basierend nur auf dem minimalen Geräuschpegel auf dem Kanal
zuzugreifen. Dieser Geräuschpegel kann niedrig sein, gerade in dem Fall
eines Bestehens einer Aktivität auf dem Kanal (z. B. ein Benutzer, der sich
auf dem Kanal befindet, und zwar in einem bestimmten Abstand). Dieses
Merkmal ermöglicht eine größere Kanalausnutzung. Andere Kriterien können
aufgestellt werden. Zum Beispiel kann, falls der Pegel einer Peakaktivität
zu hoch ist, er so eingerichtet werden, daß die Einheit die Kanäle alle
zusammen vermeidet. Dies kann notwendig sein, um bestehenden Benutzern auf
dem Kanal eine exklusive Benutzung der Ruhezeit, z. B. zum Signalisieren,
zu ermöglichen.
Falls A und B schon kommunizieren und C es wünscht, den Ruf vorzuentlee
ren, wird sie sich auf die Übertragung von A und B synchronisieren und
wird ihre Vor-Entleerungsnachricht in dem Schlitz auf der Mitte zwischen
den zwei senden. Damit die Vor-Entleerung durchgeführt wird, hören A und B
auf den Schlitz in der Mitte zwischen deren eigenen Schlitzen, entweder
jeder Rahmen oder jeder N-te Rahmen. Demzufolge muß das Funkgerät in der
Lage sein, zwischen einem Übertragen und einem Empfangen innerhalb eines
Schlitzes in einem System mit vier Schlitzen umzuschalten. Dies ist in
Fig. 6 dargestellt.
Fig. 6 stellt oben eine Rahmenstruktur, die durch Einheiten A und B einge
richtet ist, und darunter die Rahmenstruktur, die übertragene "Schlitze"
zeigt, dar. In dem unteren Teil der Figur sind "Schlitze" dargestellt, die
Gelegenheiten für C zeigen und eine Vor-Entleerung der andauernden Konver
sation zwischen A und B darstellen, nach einer Synchronisierung auf die
Rahmenstruktur von A/B. Wie dargestellt ist, wird das Vor-Entleerungs
signal von C in der Mitte zwischen übertragenen Schlitzen von A oder B
plaziert, wodurch den Einheiten A und B die maximal mögliche Zeit gegeben
wird, um von einem Übertragen auf ein Empfangen umzuschalten, um das
Vor-Entleerungssignal zu empfangen.
Es ist eine Anzahl wichtiger Vorteile einer adaptiven Einstellung der
Burst-Übertragungszeit vorhanden. Dies sind: reduzierte Interferenz, was
zu zuverlässigeren und qualitätsmäßig besseren Verbindungen führt; eine
reduzierte Frequenzstabilität und eine benachbarte Kanalspezifikation für
eine Kommunikationsausrüstung; und eine erhöhte spektrale Effektivität und
die Möglichkeit, Kanäle in der Zeit innerhalb eines Infrastrukturlosen
Systems zu teilen. Der erste dieser Vorteile erfolgt aufgrund eines Über
tragens und Empfangens, wenn die Interferenz nicht vorhanden ist. Der
zweite Vorteil folgt daraus, daß eine adaptive Burst-Übertragungszeit den
Empfänger von der Interferenz in der Zeit im Gegensatz zu der Frequenz
isoliert. Dies ist bevorzugt (oder zusätzlich), um sehr enge Spezifika
tionen für die zulässige Drift der Sender vorzunehmen (durch Spezifi
zierung einer hoch akkuraten Referenz in den Funkgeräten) und engen Spezi
fikationen für eine Nachbarkanalstörung, die von einem Band in ein anderes
zugelassen wird (was eng spezifizierte Filter und sehr lineare Sende-Ver
stärker erfordert). Durch Isolierung in der Zeit können diese Spezifika
tionen gelockert werden, was die Funkgeräte billiger gestaltet.
Ein anderer Vorteil ist derjenige, daß es den Mechanismus zum Einstellen
einer Schlitz-Zeitabstimmung über den zurück signalisierenden Kanal
schafft. Dieser Mechanismus kann auch für andere Funktionen des Funkgeräts
nützlich sein. Zum Beispiel stellt Fig. 7 die Übertragungen zwischen zwei
Funkgeräten dar, die in einer Konversation unabhängig einer Infrastruktur,
zu denen sie gehören (direkter Mode in einem Fernverbindungssystem), ein
gebunden sein können. Ein Funkgerät kann in dem Abdeckungsbereich des
Systems liegen, das andere nicht. Es kann ein Erfordernis sein, daß das
verbundene System die Konversation zwischen den Funkgeräten unterbrechen
kann. Um die Unterbrechung durch das System durchzuführen, muß das Funk
gerät in dem Überdeckungsbereich auf die Infrastruktur eines anderen Ka
nals hören. Allerdings wird die Zeitabstimmung der Schlitze in dem System
nicht zu der Zeitabstimmungsstruktur des Direkt-Mode-Rufs sein. Die In
frastruktur kann das Funkgerät innerhalb seines Überdeckungsbereichs ru
fen, während sie auf seine Direkt-Mode-Konversation hört. Um ein zeit
liches Kollidieren mit dem Direkt-Mode-Ruf zu vermeiden, kann das Funkge
rät in dem Abdeckungsbereich die Zeitabstimmung des Direkt-Mode-Rufs so
einstellen, daß es ein Fenster einer Gelegenheit zwischen Direkt-
Mode-Schlitzen besitzt, um auf die Infrastruktur zu dem richtigen Zeit
punkt zu hören. Dies ist ähnlich zu einer Vor-Entleerung, allerdings
stellt in diesem Fall der Ruf, der gerade anliegt, seine Zeitabstimmung so
ein, um sich zu dem potentiellen Unterbrecher auszurichten (das verbundene
Fernverbindungssystem), Im Gegensatz dazu, daß der Unterbrecher seine
Zeitabstimmung zu dem Ruf, der gerade stattfindet, synchronisiert. Der
zurück signalisierende Kanal ist wichtig beim Erreichen dieser Wiederaus
richtung der Schlitz-Zeitabstimmung.
Es ist anzumerken, daß in diesem Fall der zurück signalisierende Kanal
jeden 12-ten Schlitz auf der eingerichteten Verkehrsschlitzsequenz zwi
schen den Einheiten A und B belegt (anstelle des Mittelpunkts zwischen
diesen Schlitzen, wie dies vorstehend beschrieben ist). Dies ist nicht
wesentlich, da dies lediglich als eine alternative Anordnung dargestellt
ist.
Als eine Alternative, um festgelegte Burst-Dauern und eine Einstellzeit
eines Beginns und eines Endes von Übertragungen zu haben, kann die
Burst-Dauer adaptiv geändert werden, um die ruhigen Stellen zu füllen und
die Übertragungsrate zu maximieren.
Diese Erfindung ist bei irgendeiner Situation anwendbar, wenn ein Ruf
zwischen zwei Teilnehmern eine geschlitzte Zeitstruktur verwendet, um zu
kommunizieren, und potentielle Interferenz- bzw. Störquellen dieselbe
Wiederholungsrate verwenden. Ein Beispiel ist ein TETRA-Direkt-Mode. Der
Vorschlag für einen TETRA-Direkt-Mode ist derjenige, eine 4 : 1 Schlitz
struktur zu verwenden, wobei ein Schlitz pro Träger verwendet wird, so daß
ein direkter Mode mit dem mit dem TETRA verbundenen Standard kompatibel
verbleibt. Allerdings bewirkt dann, wenn man frei von dem Fernverbindungs
system ist, eine Ungenauigkelt der Referenzfrequenzen des Funkgeräts eine
wesentliche, benachbarte Kanalinterferenz. Auch muß ein Direkt-Mode in
einem TETRA eine Kanal-Vorentleerung (derzeit undefiniert) stützen und die
Fähigkeit für die Infrastruktur, in einen Ruf auf einem unterschiedlichen
Kanal (Dual-Beobachtung) einzubrechen, stützen.
Diese Technik, die beschrieben und beansprucht ist, bezieht sich insbeson
dere auf Situationen, wo eine begrenzte Anzahl von Störern, eine geringe
Anzahl von verfügbaren Kanälen vorhanden ist und die Kommunikation im
wesentlichen infrastrukturlos ist. Das Verfahren liefert ein systema
tisches Vermeiden einer Interferenz in der Zeitdomäne ohne das Erfordernis
für ein System mit einer breiteren Zeitreferenz, und es ermöglicht eine
Verbesserung in der spektralen Effektivität für Infrastrukturlose Systeme,
und zwar ohne Auferlegung einer strengen Spezifikation auf die lokale
Frequenzreferenz.