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Die Erfindung betrifft die elektrische Telekommunikation und spezieller drahtlose Kommunikationssysteme, wie Zellen- und Satellitenfunksysteme für verschiedene Betriebsmodi (analog, digital, dual-mode, etc.) und Zugriffstechniken, wie den Vielfachzugriff mit Frequenzteilung (FDMA; Frequency Division Multiple Access), den Vielfachzugriff mit Zeitteilung (TDMA; Time Divisional Multiple Access), den Vielfachzugriff mit Codeteilung (CDMA; Code Divisional Multiple Access) und hybride FDMA/TDMA/CDMA-Techniken. Spezieller betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erhöhen der Übertragungskapazität einer mobilen Station, die mehrere aufeinanderfolgende Signalfolgen zu einer Basisstation in einem Kommunikationssystem überträgt.
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In Nordamerika werden digitale Übertragungs- und Vielfachzugriffstechniken, wie TDMA, momentan von einem digitalen zellularen Funktelefonsystem vorgesehen, das Digital Advanced Mobile Phone Service (D-AMPS) genannt wird, wobei einige der Eigenschaften dieses Dienstes in der Interimsnorm TIA/EIA/IS-54-B ”Dual-Mode Mobile Station-Base Station Compatibility Standard” spezifiziert sind, die von der Telecommunikation Industry Association und der Electronical Industry Association (TIA/EIA) veröffentlicht wurde. Aufgrund der großen vorhandenen Grundmenge an Verbrauchergeräten, die nur im analogen Bereich mit dem Vielfachzugriff mit Frequenzteilung (FDMA) arbeiten, ist TIA/EIA/IS-54-B eine Dual-Mode-Norm (analog und digital), die die analoge Kompatibilität ebenso wie die Fähigkeit zur digitalen Übertragung vorsieht. Die TIA/EIA/IS-54-B-Norm sieht z. B. sowohl analoge FDMA-Sprachkanäle (AVC; Analog Voice Channel) als auch digitale TDMA-Verkehrskanäle (DTC; Digital Traffic Channel) vor. Die AVCs und die DTCs werden durch Frequenzmodulation von Funkträgersignalen realisiert, die Frequenzen in der Nähe von 800 Megahertz (MHz) haben, so daß jeder Funkkanal eine spektrale Breite von 30 Kilohertz (kHz) hat.
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Bei einem zellularen TDMA-Funktelefonsystem wird jeder Funkkanal in eine Reihe von Zeitschlitzen oder Zeitkanälen aufgeteilt, von denen jeder einen Informationsburst (Informations-Signalbündel) von einer Datenquelle enthält, z. B. einen digital codierten Teil eines Gesprächs. Die Zeitschlitze werden in aufeinanderfolgenden TDMA-Blöcken mit einer vorgegebenen Dauer zusammengefaßt. Die Anzahl der Zeitschlitze in jedem TDMA-Block ist auf die Anzahl der verschiedenen Benutzer bezogen, welche gleichzeitig den Funkkanal benutzen können. Wenn jeder Schlitz in einem TDMA-Block einem anderen Benutzer zugewiesen wird, ist die Dauer eines TDMA-Blocks gleich der minimalen Zeitspanne zwischen aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen, die demselben Benutzer zugewiesen sind.
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Die demselben Benutzer zugewiesenen aufeinanderfolgenden Zeitschlitze, die auf dem Funkfrequenzträger normalerweise nicht aufeinanderfolgende Zeitschlitze sind, bilden den digitalen Verkehrskanal des Benutzers, der als ein dem Benutzer zugewiesener logischer Kanal betrachtet werden kann. Wie unten mit weiteren Einzelheiten beschrieben ist, können auch digitale Steuerkanäle (DCCH; Digitaled Control Channel) zur Übertragung von Steuersignalen vorgesehen werden, und ein solcher DCCH ist ein logischer Kanal, der von einer Folge von üblicherweise nicht aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen auf dem Funkträger gebildet wird.
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Bei nur einer von vielen möglichen Ausführungsformen eines TDMA-Systems gemäß der obigen Beschreibung sieht die TIA/EIA/IS-54-B-Norm vor, daß jeder TDMA-Block aus sechs aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen besteht und eine Dauer von 40 Millisekunden (ms) hat. Jeder Funkkanal kann somit drei bis sechs DTCs (z. B. 3 bis 6 Telefongespräche) abhängig von den Ursprungsgeschwindigkeiten der Sprachcodierer/Decodierer (Codec), die zum digitalen Codieren des Gesprächs verwendet werden, übertragen. Solche Sprach-Codecs können entweder mit voller oder mit halber Rate (Geschwindigkeit) arbeiten. Ein DTC benötigt für die volle Rate zweimal so viele Zeitschlitze während einer gegebenen Zeitspanne wie ein DTC, der mit der halben Rate arbeitet, und bei der TIA/EIA/IS-54-B-Norm verwendet jeder Vollraten-DTC, zwei Schlitze jedes TDMA-Blocks, d. h. den ersten und den vierten, den zweiten und den fünften oder den dritten und den sechsten der sechs Schlitze eines TDMA-Blocks. Jeder Halbraten-DTC verwendet nur einen Zeitschlitz jedes TDMA-Blocks. Während jedes DTC-Zeitschlitzes werden 324 Bit übertragen, von denen der Hauptteil, 260 Bit, auf die Sprachausgabe des Codec zurückgeht, einschließlich Bits, die aus einer Fehlerkorrekturcodierung der Sprachausgabe stammen, und die verbleibenden Bits werden für Sicherheitszeiten und Verwaltungssignale für solche Zwecke wie die Synchronisierung verwendet.
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Man wird sehen, daß das zellulare TDMA-System in einem Puffer-und-Burstmodus oder einem diskontinuierlichen Übertragungsmodus arbeitet: Jede mobile Station sendet (und empfängt) nur während ihrer zugewiesenen Zeitschlitze. Bei der vollen Geschwindigkeit oder Rate kann eine mobile Station z. B. während des Schlitzes 1 senden, während Schlitz 2 empfangen, während Schlitz 3 leerlaufen, während Schlitz 4 senden, während Schlitz 5 empfangen und während Schlitz 6 leerlaufen und dann während der nachfolgenden TDMA-Blöcke diesen Zyklus wiederholen. Die mobile Station, die batteriebetrieben sein kann, kann daher während der Zeitschlitze, in denen sie weder sendet noch empfängt, abgeschaltet oder ”schlafen”, um Energie zu sparen.
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Zusätzlich zu Sprach- oder Verkehrskanälen sehen zellulare Funkübertragungssysteme auch Ruf(Paging)/Zugriffs- oder Steuerkanäle vor, um Nachrichten zum Aufbauen eines Anrufs zwischen Basisstationen und mobilen Stationen zu übertragen. Bei der TIA/EIA/IS-54-B-Norm gibt es z. B. 21 reservierte analoge Steuerkanäle (ACC; Analog Control Channel), welche vorgegebene feste Frequenzen für das Senden und den Empfang haben, die in der Nähe von 800 MHz liegen. Da man diese ACCs immer bei denselben Frequenzen findet, können sie von den mobilen Stationen leicht lokalisiert und überwacht werden.
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Während eines Ruhezustands (d. h. eingeschaltet, jedoch nicht während des Sendens oder des Empfangs eines Anrufs) stellt sich eine mobile Station in einem TIA/EIA/IS-54-B-System z. B. auf den stärksten Steuerkanal ein und überwacht diesen dann regelmäßig (im allgemeinen der Steuerkanal der Zelle, in welcher die mobile Station sich zur Zeit befindet), und sie kann einen Anruf über die entsprechende Basisstation empfangen oder tätigen. Wenn sich die mobile Station im Ruhezustand von einer Zelle zur nächsten bewegt, wird sie schließlich die Funkverbindung auf dem Steuerkanal der ”alten” Zelle ”verlieren” und sich auf den Steuerkanal der ”neuen” Zelle einstellen. Die anfängliche Einstellung und die nachfolgende Neueinstellung auf Steuerkanäle werden beide automatisch durch Abtasten der verfügbaren Steuerkanäle bei ihren bekannten Frequenzen durchgeführt, um den ”besten” Steuerkanal zu finden. Wenn ein Steuerkanal mit guter Empfangsqualität gefunden wurde, bleibt die mobile Station auf diesen Kanal eingestellt, bis sich die Qualität wieder verschlechtert. Auf diese Weise bleiben die mobilen Stationen mit dem System ”in Berührung”.
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Während des Ruhezustands muß eine mobile Station den Steuerkanal auf Rufnachrichten überwachen, die an sie gerichtet sind.
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Wenn z. B. ein normaler (festverdrahteter) Telefonbenutzer einen mobilen Benutzer anruft, wird der Anruf von dem öffentlichen Vermittlungs-Telefonnetz (PSTN; Public Switch Telefon Network) zu einem mobilen Schaltzentrum (MSC; Mobile Switching Center) geleitet, das die gewählte Nummer analysiert. Wenn die gewählte Nummer für gültig erklärt wird, fordert das MSC alle oder einen Teil der Nummern von Funkbasisstationen an, um die angerufenen mobile Station zu rufen, indem sie über ihre jeweiligen Steuerkanäle Rufnachrichten sendet, welche die mobile Identifikationszahl (MIN; Mobile Identification Number) der angerufenen mobilen Station enthalten. Jede bereitstehende mobile Station, die eine Rufnachricht empfängt, vergleicht die empfangene MIN mit ihrer eigenen gespeicherten MIN. Die mobile Station mit der passenden gespeicherten MIN sendet eine Rufantwort über den speziellen Steuerkanal zur Basisstation, welche die Rufantwort an das MSC weitergibt.
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Bei Empfang der Rufantwort wählt das MSC einen AVC oder einen DTC aus, welche der Basisstation, die die Rufantwort empfangen hat, zur Verfügung stehen, schaltet einen entsprechenden Funk-Sender/Empfänger (Transceiver) in dieser Basisstation ein und veranlaßt die Basisstation, über den Steuerkanal eine Nachricht zu der angerufenen mobilen Station zu senden, welche die angerufene mobile Station anweist, sich auf den ausgewählten Sprach- oder Verkehrskanal einzustellen. Wenn sich die mobile Station einmal auf den ausgewählten AVC oder DTC eingestellt hat, wird ein Durchschalten für den Anruf hergestellt.
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Die Leistungsfähigkeit von Systemen mit ACCs, die in der TIA/EIA/IS-54-B-Norm spezifiziert ist, wurde in einem System mit digitalen Steuerkanälen (DCCH) verbessert, das in der TIA/EIA/IS-136-Norm spezifiziert ist. Ein Beispiel für ein derartiges System mit DCCs mit neuen Formaten und Verarbeitungen ist in der
US 5404355 A beschrieben. Mit DCCHs kann jeder TIA/EIA/IS-54-B-Funkkanal nur DTCs, nur DCCHs oder eine Mischung aus DTCs und DCCHs führen. Innerhalb des TIA/EIA/IS-136-B-Rahmens kann jede Funkträgerfrequenz bis zu drei DTC/DCCH, die mit voller Rate arbeiten, oder sechs DTC/DCCH, die mit halber Rate arbeiten, oder jede Kombination daraus, z. B. einen Vollraten- und vier Halbraten-DTC/DCCH, haben.
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Im allgemeinen muß die Übertragungsrate des DCCHs jedoch nicht gleich der halben Rate oder der vollen Rate sein, die in der TIA/EIA/IS-54-B-Norm spezifiziert ist, und die Länge der DCCH-Schlitze muß nicht gleichmäßig und nicht gleich der Länge der DTC-Schlitze sein. Der DCCH kann auf einem TIA/EIA/IS-54-B-Funkkanal definiert sein, und er kann z. B. aus jedem n-ten Schlitz in dem Strom aus aufeinanderfolgenden TDMA-Schlitzen bestehen. In diesem Fall kann die Länge jedes DCCHs gleich oder ungleich 6,67 ms sein, was der Länge eines DTC-Schlitzes gemäß der TIA/EIA/IS-54-B-Norm entspricht. Alternativ (und ohne Beschränkung auf andere Möglichkeiten) können diese DCCH-Schlitze auf andere dem Fachmann bekannte Weise definiert werden.
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Bei den zellularen Telefonsystemen ist ein Luftverbindungsprotokoll notwendig, damit eine mobile Station mit den Basisstationen und dem MSC kommunizieren kann. Das Verbindungsprotokoll wird dazu verwendet, zellulare Telefonanrufe zu starten und zu empfangen. Wie es in der
US 5610917 A beschrieben ist, wird das Übertragungs-Verbindungsprotokoll in der Datenübertragungsindustrie allgemein als Schicht 2-Protokoll bezeichnet, und seine Funktion umfaßt die Eingrenzung oder Einrahmung von Blöcken der Schicht 3-Nachrichten. Diese Schicht 3-Nachrichten können zwischen miteinander kommunizierenden, mit dem gleichen Schicht 3-Protokoll arbeitenden Einheiten, die in den mobilen Stationen und den zellularen Schaltsystemen liegen, hin- und hergeschickt werden. Die physische Schicht (Schicht 1) definiert die Parameter des physischen Übertragungskanals, z. B. Funkfrequenzabstände, Modulationseigenschaften und dergleichen. Die Schicht 2 definiert die Techniken, die für die richtige Übertragung von Information innerhalb der Beschränkungen des physischen Kanals notwendig sind, z. B. Fehlerkorrektur und -erfassung und dergleichen. Die Schicht 3 definiert die Prozeduren für den Empfang und die Verarbeitung der Information, die über den physischen Kanal übertragen wird.
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Die Kommunikation zwischen den mobilen Stationen und dem zellularen Schaltsystem (den Basisstationen und dem MSC) kann grundsätzlich mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben werden. 1 zeigt schematisch mehrere Schicht 3-Nachrichten 11, Schicht 2-Blöcke 13 und Schicht 1-Kanalbursts oder Zeitschlitze 15. In 1 kann jede Gruppe aus Kanalbursts, die jeder Schicht 3-Nachricht entspricht, einen logischen Kanal bilden, und wie oben beschrieben würden die Kanalbursts für eine gegebene Schicht 3-Nachricht üblicherweise nicht auf aufeinanderfolgenden Schlitzen in einem TIA/EIA/136-Träger liegen. Andererseits könnten die Kanalbursts auch aufeinanderfolgen; sobald ein Zeitschlitz endet, könnte der nächste Zeitschlitz beginnen.
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Jeder Schicht 1-Kanalburst 15 enthält einen vollständigen Schicht 2-Block sowie weitere Informationen, wie Fehlerkorrekturinformation und andere Verwaltungsinformation, die für den Betrieb der Schicht 1 benutzt wird. Jeder Schicht 2-Block enthält wenigstens einen Teil einer Schicht 3-Nachricht sowie Verwaltungsinformation, die für den Betrieb der Schicht 2 benutzt wird. Obwohl dies in 1 nicht gezeigt ist, enthält jede Schicht 3-Nachricht verschiedene Informationselemente, die als der Hauptgehalt der Nachricht betrachtet werden können, einen Kopfabschnitt zum Identifizieren des jeweiligen Nachrichtentyps und möglicherweise Füllelemente.
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Jeder Schicht 1-Burst und jeder Schicht 2-Block wird in mehrere verschiedene Felder aufgeteilt. Im speziellen enthält jedes längenbegrenzte DATEN-Feld (DATA) in jedem Schicht 2-Block die Schicht 3-Nachricht 11. Da Schicht 3-Nachrichten abhängig von der Menge der in der Schicht 3-Nachricht enthaltenen Information verschiedene Längen haben, können mehrere Schicht 2-Blöcke für die Übertragung einer einzigen Schicht 3-Nachricht notwendig sein. Als ein Resultat können auch mehrere Schicht 1-Kanalbursts notwendig sein, um die gesamte Schicht 3-Nachricht zu übertragen, weil zwischen den Kanalbursts und den Schicht 2-Blöcken eine 1:1-Entsprechung besteht.
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Wenn mehr als ein Kanalburst zum Senden einer Schicht 3-Nachricht notwendig ist, sind die mehreren Bursts oder Signalbündel, wie oben erwähnt, üblicherweise keine aufeinanderfolgenden Bursts auf dem Funkkanal. Darüberhinaus sind die mehreren Bursts nicht einmal normalerweise aufeinanderfolgende Bursts, die für den speziellen logischen Kanal reserviert sind, der zum Übertragen der Schicht 3-Nachricht verwendet wird. Da zum Empfangen, Verarbeiten und Reagieren auf jeden empfangenen Burst Zeit notwendig ist, werden die für die Übertragung einer Schicht 3-Nachricht notwendigen Bursts üblicherweise in einem gestaffelten Format gesendet, daß schematisch in 2(a) gezeigt ist und oben in Verbindung mit der TIA/EIA/IS-136-Norm beschrieben wurde.
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2(a) zeigt ein allgemeines Beispiel eines Vorwärts-(oder Abwärtsverbindungs)-DCCH (Downlink-DDCH), der als eine Folge von Zeitschlitzen 1, 2, ..., N, ... konfiguriert ist, die in den aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen 1, 2, ... enthalten sind, die auf einer Trägerfrequenz gesendet werden. Diese DCCH-Schlitze können als ein Funkkanal definiert werden, wie der gemäß TIA/EIA/IS-136 definierte, und sie können, wie in 2(a) gezeigt, z. B. aus jedem n-ten Schlitz einer Reihe von aufeinanderfolgenden Schlitzen bestehen. Jeder DCCH-Schlitz hat eine Dauer, die gleich 6,67 ms sein kann oder nicht, was der Länge eines DTC-Schlitzes gemäß der TIA/EIA/IS-136-Norm entspricht.
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Wie in 2(a) gezeigt, können die DCCH-Schlitze in Superblöcken (SF; Super Frames) organisiert sein, und jeder Superblock umfaßt mehrere logische Kanäle, die unterschiedliche Arten von Information tragen. Einer oder mehrere DCCH-Schlitze können jedem logischen Kanal in dem Superblock zugeordnet werden. Das Beispiel des Abwärtsverbindungs-Superblocks in 2(a) umfaßt drei logische Kanäle: einen Sende-Steuer-Kanal (BCCH; Broadcast Control Channel) mit zwei aufeinanderfolgenden Schlitzen für Verwaltungsnachrichten; einen Rufkanal (PCH; Paging Channel) mit einem Schlitz für Rufnachrichten; und einen Zugriffs-Reaktionskanal (ARCH; Access Response Channel) mit einem Schlitz für Kanalzuweisungen und andere Nachrichten. Die verbleibenden Zeitschlitze können bei dem Beispiel des Superblocks der 2(a) für andere logische Kanäle reserviert werden, wie zusätzliche Rufkanäle PCH oder andere Kanäle. Da die Anzahl der mobilen Stationen normalerweise wesentlich größer ist als die Anzahl der Schlitze in dem Superblock, wird jeder Rufschlitz zum Rufen mehrerer mobiler Stationen verwendet, die eine eindeutige Eigenschaft gemeinsam haben, z. B. die letzte Ziffer der MIN.
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2(b) zeigt ein bevorzugtes Informationsformat für die Schlitze eines Vorwärts-DCCH. 2(b) gibt die Anzahl der Bits in jedem Feld über diesem Feld an. Die in der SYNC-Information gesendeten Bits werden auf herkömmliche Weise dazu verwendet, den korrekten Empfang der codierten Superblockphase (CSFP; Coded Superframe Phase) und der DATEN-Felder (DATA) sicherzustellen. Die SYNC-Information umfaßt ein vorgegebenes Bitmuster, das von den Basisstationen dazu verwendet wird, den Anfang des Schlitzes zu finden. Die gemeinsam genutzte Kanalrückführung(SCF; Shared Channel Feedback)-Information wird zum Steuern eines Direktzugriffskanals (RACH; Random Access Channel) verwendet, der von den mobilen Stationen für die Anforderung des Zugangs zu dem System verwendet wird. Die CSFP-Information führt einen codierten Superblock-Phasenwert mit, der es den mobilen Stationen ermöglicht, den Anfang jedes Superblocks zu finden. Dies ist nur ein Beispiel für das Informationsformat bei den Schlitzen des Vorwärts-DCCH.
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Um einen effizienten Betrieb im Schlafmodus und eine schnelle Auswahl der Zellen zu ermöglichen, kann der BCCH in mehrere Unterkanäle aufgeteilt werden. Die
US 5404355 A offenbart eine BCCH-Struktur, welche es der mobilen Station ermöglicht, eine minimale Informationsmenge zu lesen, wenn sie eingeschaltet wird (oder wenn sie sich auf einen DCCH aufschaltet (lock-on)), bevor sie auf das System zugreifen kann (einen Anruf senden oder empfangen kann). Nach dem Einschalten muß eine mobile Station im Ruhezustand regelmäßig nur ihre zugewiesenen PCH-Schlitze überwachen (üblicherweise einen in jedem Superblock); die mobile Station kann während der anderen Schlitze ”schlafen”. Das Verhältnis der Zeit, welche die mobile Station mit dem Lesen von Rufnachrichten verbringt, zu der Zeit, die sie im Schlafmodus ist, ist steuerbar und stellt einen Kompromiß zwischen der Verzögerung beim Aufbau eines Anrufs und dem Energieverbrauch dar.
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Da jeder TDMA-Zeitschlitz eine bestimmte feste Informationskapazität hat, trägt jeder Burst oder jedes Signalbündel üblicherweise nur einen Teil einer Schicht 3-Nachricht, wie oben erklärt wurde. In der Aufwärts-Verbindungsrichtung versuchen mehrere mobile Stationen mit dem System im Konkurrenzbetrieb zu kommunizieren, während mehrere mobile Stationen auf Schicht 3-Nachrichten warten, die von dem System in der Abwärts-Verbindungsrichtung gesendet werden. Bei bekannten Systemen muß jede gegebene Schicht 3-Nachricht mit so vielen TDMA-Kanalbursts übertragen werden, wie zum Senden der gesamten Schicht 3-Nachricht notwendig sind.
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Digitale Steuer- und Verkehrskanäle sind aus diesen und weiteren in der
US 5603081 A beschriebenen Gründen wünschenswert. Zum Beispiel unterstützen sie längere Schlafperioden für die mobilen Einheiten, die zu einer längeren Lebensdauer der Batterien führen.
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Die Funktionalität der digitalen Verkehrskanäle und der digitalen Steuerkanäle wurde erweitert, um die Kapazität des Systems zu optimieren und um hierarchische Zellenstrukturen zu unterstützen, d. h. Strukturen von Makrozellen, Mikrozellen, Pikozellen etc. Der Begriff ”Makrozelle” bezeichnet im allgemeinen eine Zelle mit einer Größe, die vergleichbar den Größen der Zellen in einem üblichen zellularen Telefonsystem sind (z. B. mit einem Radius von wenigstens ungefähr einem Kilometer), und die Begriffe ”Mikrozelle” und ”Pikozelle” bezeichnen algemein zunehmend kleinere Zellen. Eine Mikrozelle kann z. B. einen öffentlichen Innen- oder Außenbereich abdecken, z. B. ein Kongreßzentrum oder eine belebte Straße, und eine Pikozelle kann den Flurbereich eines Büros oder ein Geschoß eines Hochhauses abdecken. Aus Sicht der Funkabdeckung können sich Makrozellen, Mikrozellen und Pikozellen voneinander unterscheiden oder einander überlappen, um unterschiedliche Verkehrsmuster und Funkumgebungen zu handhaben.
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3 ist ein Beispiel für ein hierarchisches oder mehrschichtiges zellulares System. Eine Schirm-Makrozelle 10, die durch eine hexagonale Form dargestellt ist, bildet eine zellulare Deckstruktur. Jede Schirmzelle kann eine darunterliegende Mikrozellenstruktur enthalten. Die Schirmzelle 10 umfaßt die Mikrozelle 20, welche durch den innerhalb der gepunkteten Linie eingeschlossenen Bereich dargestellt ist, und die Mikrozelle 30, welche durch den innerhalb der getrichelten Linie eingeschlossenen Bereich dargestellt ist, und die beide Bereichen entsprechen, die sich an städtischen Straßen entlang erstrecken, und sie umfaßt die Pikozellen 40, 50 und 60, die einzelne Geschosse eines Gebäudes abdecken. Der Schnittpunkt der zwei Straßen, der von den Mikrozellen 20 und 30 abgedeckt wird, kann ein Bereich mit hoher Verkehrskonzentration sein und somit einen ”heißen” Punkt darstellen.
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4 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels eines zellularen mobilen Funktelephonsystems mit dem Beispiel einer Basisstation
110 und einer mobilen Station
120. Die Basisstation umfaßt eine Steuer- und Verarbeitungseinheit
130, die mit dem MSC
140 verbunden ist, der seinerseits mit dem PSTN (nicht gezeigt) verbunden ist. Die grundsätzlichen Aspekte solcher zellularer Funktelephonsysteme sind im Stand der Technik bekannt und in den oben zitierten US-Patentanmeldungen und in der
US 5175867 A und in der
US 5745523 A beschrieben.
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Die Basisstation 110 verarbeitet mehrere Sprachkanäle über einen Sprachkanal-Transceiver (Sender-Empfänger) 150, der von der Steuer- und Verarbeitungseinheit 130 gesteuert wird. Jede Basisstation umfaßt auch einen Steuerkanal-Transceiver 160, der mehr als einen Steuerkanal verarbeiten kann. Der Steuerkanal-Transceiver 160 wird von der Steuer- und Verarbeitungseinheit 130 gesteuert. Der Steuerkanal-Transceiver 160 sendet Steuerinformation über den Steuerkanal der Basisstation oder Zelle zu mobilen Stationen, die auf diesen Steuerkanal geschaltet (locked) sind. Man wird verstehen, daß die Transceiver 150 und 160 als eine einzige Einrichtung, wie der Sprach- und Steuer-Transceiver 170, realisiert und zusammen mit den DCCHs und DTCs eingesetzt werden können, welche dieselbe Funkträgerfrequenz verwenden.
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Die mobile Station
120 empfängt die Information, die auf einem Steuerkanal gesendet wurde, bei ihrem Sprach- und Steuerkanal-Transceiver
170. Dann bewertet die Verarbeitungseinheit
180 die empfangene Steuerkanalinformation, welche die Eigenschaften der Zellen umfaßt, die Kandidaten für das Aufschalten der mobilen Station sind, und sie ermittelt, auf welche Zelle die mobile Station geschaltet werden soll. Vorzugsweise umfaßt die empfangene Steuerkanalinformation nicht nur absolute Information in Bezug auf die Zelle, zu der sie gehört, sondern auch relative Information in Bezug auf andere Zellen in der Nähe der Zelle, zu welcher der Steuerkanal gehört, wie in der
US 5353332 A beschrieben ist.
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Um die ”Sprechzeit” des Benutzers zu erhöhen, d. h. die Lebensdauer der Batterie der mobilen Station, offenbart
US 5404355 A einen digitalen Vorwärtssteuerkanal (Basisstation zu mobiler Station), der Nachrichtentypen übertragen kann, welche für die heutigen analogen Vorwärtssteuerkanäle (FOCC; Forward Control Channel) spezifiziert sind, jedoch in einem Format, das es einer mobilen Station im Ruhezustand erlaubt, Verwaltungsnachrichten zu lesen, wenn sie sich auf den FOCC schaltet, und danach nur, wenn die Information sich geändert hat; zu allen anderen Zeiten schläft die mobile Station. In einem solchen System werden einige Nachrichtentypen von den Basisstationen häufiger gesendet als andere, und die mobilen Stationen müßten nicht jede gesendete Nachricht lesen.
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Die durch die TIA/EIA/IS-54-B- und TIA/EIA/IS-136-Normen spezifizierten Systeme gehören zur Durchschalte-Vermittlungstechnologie, die eine Art der ”verbindungsorientierten” Datenübertragung ist, die eine physische Rufverbindung einrichtet und diese Verbindung solange aufrechterhält, wie die kommunizierenden Endsysteme auszutauschende Daten haben. Die direkte Verbindung eines Schaltkreisschalters dient als offene Leitung (Pipeline) die es den Endsystemen erlaubt, den Schaltkreis für jeden geeigneten Zweck zu verwenden. Während die durchgeschaltete Datenübertragung für Anwendungen mit konstanter Bandbreite gut geeignet sein mag, ist sie bei Anwendungen mit niedriger Bandbreite und Bildung von Signalbündeln (Bursts) relativ ineffizient.
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Die Paketvermittlungstechnologie, die verbindungsorientiert (z. B. X.25) oder ”verbindungslos” (z. B. das Internetprotokoll ”IP”) sein kann, erfordert keinen Aufbau und Abbau einer physischen Verbindung und steht somit in deutlichem Gegensatz zur Durchschalte-Vermittlungstechnologie. Dadurch verringert sich die Datenwartezeit, und die Effizienz eines Kanals bei der Verarbeitung relativ kurzer, burst-artiger oder interaktiver Transaktionen erhöht sich. Ein verbindungsloses Paketvermittlungsnetzwerk verteilt die Leitwegfunktionen auf mehrere Leitwegeinrichtungen und verhindert so mögliche Verkehrsengpässe, die auftreten könnten, wenn eine zentrale Schaltstelle verwendet wird. Die Daten werden mit einer geeigneten Adressierung der Endsysteme ”paketiert” und dann in unabhängigen Einheiten über den Datenpfad gesendet. Zwischensysteme, die manchmal als ”Router” bezeichnet werden und zwischen den kommunizierenden Endsystemen liegen, treffen Entscheidungen über die beste zu wählende Route für jedes Paket einzeln. Leitwegentscheidungen werden auf zahlreiche Merkmale gestützt, einschließlich der folgenden: kostengünstigste Route oder Kostenmaß; Kapazität der Verbindung; Anzahl der auf eine Übertragung wartenden Pakete; Sicherheitsanforderungen für die Verbindung; Betriebszustand eines Zwischensystems (Knotens).
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Die Datenübertragung entlang einer Route, welche Wegmaße berücksichtigt, im Gegensatz zu einem Aufbau mit einem einzelnen Schaltkreis, ermöglicht Flexibilität bei der Anwendung und Übertragung. Dies entspricht auch der Art und Weise, wie die meisten üblichen lokalen Netze (LAN; Local Area Network) und Fernnetze (WAN; Wide Area Network) sich in der Unternehmenswelt entwickelt haben. Die Paketvermittlung eignet sich für die Datenübertragung, weil viele der verwendeten Anwendungen und Geräte, wie Tastaturterminals, interaktiv sind und Daten in Signalbündeln übertragen. Anstatt das ein Kanal leerläuft, während ein Benutzer mehr Daten in das Terminal eingibt oder eine Pause macht, um über ein Problem nachzudenken, verzahnt die Paketvermittlung mehrerer Sendungen von verschiedenen Terminals auf dem Kanal.
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Die Paketdaten führen zu einer größeren Robustheit des Netzes, weil sie unabhängig von dem Weg sind und der Router alternative Wege wählen kann, wenn ein Netzknoten ausfällt. Die Paketvermittlung ermöglicht daher eine bessere Ausnutzung der Netzleitungen. Die Pakettechnologie bietet die Möglichkeit, dem Endverbraucher die Kosten auf der Grundlage der übertragenen Datenmenge anstelle der Verbindungszeit zu berechnen. Wenn die Anwendung des Endverbrauchers so konzipiert ist, daß sie die Luftverbindung gut ausnutzt, wird die Anzahl der übertragenen Pakete minimal. Wenn der Verkehr jedes einzelnen Benutzers auf einem Minimum gehalten wird, kann der Bereitsteller des Dienstes (Serviceprovider) die Kapazität des Netzes nachhaltig erhöhen.
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Paketnetze werden üblicherweise aufgrund der in der Industrie üblichen Datennormen konzipiert und auf diese gestützt, wie das Modell der systemfreien Schnittstelle (OSI; Open Systen Interface) oder das TCP/IP-Protokoll. Diese Normen wurden während vieler Jahre, ob offiziell oder de facto, entwickelt, und die Anwendungen, die mit diesen Protokollen arbeiten, stehen überall zur Verfügung. Das Hauptziel der Netze, die sich auf diese Normen stützen, ist es, eine Verbindung mit anderen Netzen möglich zu machen. Das Internet ist heute das offensichtlichste Beispiel für die Verfolgung dieses Ziels der normgebundenen Netze.
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Paketnetze, wie das Internet oder ein Unternehmens-LAN, sind integrale Bestandteile der heutigen Geschäfts- und Kommunikationsumgebung. Mit der Zunahme von mobilen Rechnern in diesen Umgebungen sind die drahtlosen Serviceprovider, wie die, welche die TIA/EIA/IS-136-Norm verwenden, in der besten Position, um den Zugang zu diesen Netzen vorzusehen. Gleichwohl stützen sich die Datendienste, welche für zellulare System vorgesehen oder vorgeschlagen wurden, im allgemeinen auf den Durchschaltevermittlungs-Betriebsmodus, bei dem ein eigener Funkkanal für jeden aktiven mobilen Benutzer verwendet wird.
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5 zeigt eine zum Übertragen über eine Luftverbindung verwendete repräsentative Architektur, die die Protokolle umfaßt, die eine Anschlußmöglichkeit zwischen einem Mobilfunkendsystem (Mobile End System; M-ES), einer Mobilfunkdatenbasisstation (Mobile Data Base System; MDBS) und einem Mobildatenzwischensystem (Mobile Data Intermediate System; MD-IS) liefert. Es folgt eine beispielhafte Beschreibung der Elemente in 5 und eine empfohlene Lösung für jedes Element bei der Erwägung von alternativen RF-Technologien.
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Das Internetprotokoll/verbindungsloses Netzprotokoll (Internet Protocol IP/Connectionless Network Protocol CLNP) sind Netzprotokolle, die verbindungslos und in weitem Maße durch die traditionelle Datennetzgemeinschaft gestützt werden. Diese Protokolle sind von der physischen Schicht unabhängig und werden vorzugsweise nicht modifiziert, wenn sich die RF-Technologien ändern.
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Das Sicherheitsmanagementprotokoll (Security Management Protocol; SMP) liefert Sicherheitsdienste über die Luftverbindungsschnittstelle. Die bereitgestellten Dienste schließen Datenübertragungsvertraulichkeit, M-ES-Berechtigungsvergabe, Paßwortverwaltung, Zugriffssteuerung und Algorithmuserweiterungs/Austauschmöglichkeit ein. Das SMP sollte bei Implementierung alternativer RF-Technologien unverändert bleiben.
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Das Funkbetriebsmittelverwaltungsprotokoll (Radio Resource Management Protocol; RRMP) stellt eine Verwaltung und Steuerung über die Verwendung der RF-Betriebsmittel der mobilen Einheit bereit. Das RRMP und seine zugehörigen Prozeduren sind für die AMPS-RF-Infrastruktur spezifisch und erfordern eine auf der implementierten RF-Technologie basierende Änderung.
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Das Mobilnetzregistrierungsprotokoll (Mobile Network Registration Protocol; MNRP) wird zusammen mit einem Mobilnetzstandortprotokoll (Mobil Network Location Protocol; MNLP) für eine richtige Registrierung und Berechtigungsvergabe des mobilen Endsystemes verwendet. Das MNRP sollte bei Verwendung von alternativen RR-Technologien unverändert bleiben.
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Das Mobilfunkdatenübertragungsprotokoll (Mobile Data Link Protocol; MDLP) liefert einen effizienten Datentransfer zwischen dem MD-IS und dem M-ES. Das MDLP unterstützt eine effiziente Mobilsystembewegung, Mobilsystemenergiesparen, RF-Kanal-Betriebsmittelteilen und effiziente Fehlerkorrektur. Das MDLP sollte bei Verwendung von alternativen RF-Technologien unverändert bleiben.
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Das Mittelzugriffssteuer(Medium Access Control; MAC)-Protokoll und zugehörige Prozeduren steuern die Verwendung der Methologie M-ES zum Verwalten eines geteilten Zugriffs auf den RF-Kanal. Dieses Protokoll und seine Leistungsfähigkeit müssen von alternativen RF-Technologien unterstützt werden.
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An der physischen Schicht werden Modulations- und Kodierschemata verwendet. Dieses Schemata sind für die verwendete RF-Technologie spezifisch und sollten somit durch für die alternative RF-Technologie geeignete Schemata ersetzt werden. Die Anpassung der alternativen RF-Technologien kann mit einer minimalen Änderung an der CDPD-System-Architektur implementiert werden. Die erforderlichen Änderungen sind auf das Funkbetriebsmittelverwaltunsprotokoll, die AMC, und physischen Schichten begrenzt; alle anderen Netzdienste und Unterstützungsdienste bleiben unverändert.
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Einige wenige Ausnahmen zu den Datendiensten für zellulare Systeme, die auf der Grundlage des Durchschaltevermittlungs-Betriebsmodus arbeiten, sind in den folgenden Dokumenten beschrieben, die die Paketdaten-Konzepte betreffen.
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Die
US 4887265 A und ”Packet Switching in Digital Cellular Systems”, Proceedings der 38. IEEE Vehicular Technology Conference, Seiten 414–418 (Juni 1988) beschreiben ein zellulares System, das mehrfach genutzte Paketdaten-Funkkanäle vorsieht, von denen jeder mehrere Datenanrufe aufnehmen kann. Eine mobile Station, welche den Paketdatendienst anfordert, wird einem bestimmten Paketdatenkanal zugewiesen, indem eine im wesentlichen regelmäßige zellulare Signalgebung verwendet wird. Das System kann Paketzugangspunkte (PAP; Packet Access Point) für die Bildung von Schnittstellen zu Paketdatennetzen aufweisen. Jeder Paketdaten-Funkkanal ist mit einem bestimmten PAP verbunden und kann somit zu diesem PAP gehörende Datenanrufe im Multiplexbetrieb vermitteln. Übergaben werden von dem System auf ähnliche Weise ausgelöst wie Übergaben, die in demselben System für Sprachanrufe verwendet werden. Eine neue Art der Übergabe wird für solche Fälle vorgesehen, daß die Kapazität eines Datenkanals nicht ausreichend ist.
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Diese Dokumente sind datenanruf-orientiert und stützen sich auf die Verwendung von Übergaben, die von dem System ausgelöst werden, ähnlich wie bei normalen Sprachanrufen. Die Anwendung dieser Grundsätze auf den Aufbau eines Allzweck-Paketdatendienstes in einem zellularen TDMA-System würde zu Nachteilen bei der Spektrumseffizienz und der Leistung führen.
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Die
US 4916691 A beschreibt eine neue zellulare Funksystemarchitektur mit Paketmodus und ein neues Verfahren zum Leiten von (Sprach- und/oder Daten)-Paketen zu einer mobilen Station. Basisstationen, öffentliche Schaltstellen, die über Verbindungsschnittstelleneinheiten laufen, und zellulare Steuereinheiten sind über ein WAN miteinander verbunden. Die Leitwegprozedur stützt sich auf von den mobilen Stationen ausgelöste Übergaben und die Hinzufügung eines Identifikationselementes der Basisstation, durch die das Paket geht, zu dem Kopfteil jedes Paketes, das (während eines Anrufs) von einer mobilen Station gesendet wird. Im Falle einer längeren Zeitspanne zwischen aufeinanderfolgenden Benutzerinformationspaketen von einer mobilen Station, kann die mobile Station zusätzliche Steuerpakete senden, um Zellenstandortinformation mitzuteilen.
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Die zellulare Steuereinheit ist hauptsächlich mit dem Einrichten des Anrufs befaßt, wenn sie dem Anruf eine Rufsteuernummer zuweist. Sie informiert dann die mobile Station über die Rufsteuernummer und die Vermittlungsschnittstelleneinheit über die Rufsteuernummer und das Identifikationselement der Anfangs-Basisstation. Während eines Anrufs werden dann Pakete direkt zwischen der Vermittlungs-Schnittstelleneinheit und der momentan zuständigen Basisstation weitergeleitet.
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Das in der
US 4916691 A beschriebene System betrifft nicht direkt die spezifischen Probleme beim Vorsehen von Paketdatendiensten in zellularen TDMA-Systemen.
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”Packet Radio in GSM”, European Telecommunications Standards Institute (ETSI) T Doc SMG 4 58/93 (12. Februar 1993) und ”A General Packet Radio Service Proposed for GSM”, vorgestellt während eines Seminars mit dem Titel ”GSM in a Future Competitive Environment”, Helsinki, Finnland (13. Oktober 1993) umreißt ein mögliches Paketzugriffsprotokoll für Sprache und Daten im GSM. Diese Dokumente betreffen direkt zellulare TDMA-Systeme, d. h. GSM, und obwohl sie eine mögliche Organisation eines optimierten mehrfach genutzten Paketdatenkanals umreißen, befassen sie sich nicht mit den Aspekten der Integration von Paketdatenkanälen in einer Systemgesamtlösung.
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”Packet Data over GSM network”, T Doc SMG 1 238/93, ETSI (28. September 1993) beschreibt ein Konzept für Paketdatendienste im GSM gestützt auf zunächst die Verwendung einer üblichen GSM-Signalgebung und Berechtigungsvergabe, um einen virtuellen Kanal zwischen einer mobilen Paketstation und einem ”Agenten” einzurichten, der den Zugriff auf die Paketdatendienste handhabt. Die normale Signalgebung wird für einen schnellen Kanalaufbau und eine schnelle Kanalfreigabe modifiziert, und die normalen Verkehrskanäle werden dann für die Übertragung von Paketen verwendet. Dieses Dokument betrifft direkt zellulare TDMA-Systeme, da sich das Konzept jedoch auf die Verwendung einer ”Schnellschalt”-Version der vorhandenen GSM-Verkehrskanäle stützt, hat es Nachteile in bezug auf die Spektrumseffizienz und die Paketübertragungsverzögerung (insbesondere für kurze Nachrichten), wenn man es mit einem Konzept vergleicht, das sich auf optimierte mehrfach benutzte Paketdatenkanäle stützt.
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Die Cellular Digital Packet Data (CDPD) Systemspezifikation, Version 1,0 (Juli 1993) beschreibt ein Konzept für Paketdatendienste, das verfügbare Funkkanäle in den derzeitigen Advanced Mobile Phone Service (AMPS) Systemen, d. h. dem nordamerikanischen analogen zellularen System, verwendet. CDPD ist eine umfassende, systemungebundene (offene) Spezifikation, die von einer Gruppe von Mobilfunkbetreibern in den USA unterzeichnet wurde. Die behandelten Punkte umfassen externe Schnittstellen, Luftverbindungs-Schnittstellen, Dienste, Netzarchitektur, Netzmanagement und Verwaltung.
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Das spezifizierte CDPD-System stützt sich in großem Umfang auf eine Infrastruktur, die unabhängig von der existierenden AMPS-Infrastruktur ist. Gemeinsamkeiten mit den AMPS-Systemen sind auf die Verwendung derselben Art von Funkfrequenzkanälen und derselben Basisstationsanlagen (die von CDPD verwendete Basisstation kann neu und CDPD-spezifische sein) und den Einsatz einer Signalgebungsschnittstelle für die Koordination der Kanalzuweisungen zwischen den beiden Systemen beschränkt.
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Der Leitweg eines Pakets einer mobilen Station wird zunächst auf die Vermittlung des Pakets zu einem Heimnetzknoten (Home Mobile Data Intermediate System, MD-IS) gestützt, der mit einem Heimatortregister (HLR; Home Location Register) ausgestattet ist, wobei hierzu die Adresse der mobilen Station verwendet wird; dann wird das Paket, wenn nötig, zu einem besuchten Dienst-MD-IS geleitet, und zwar gestützt auf die HLR-Information; und schließlich wird das Paket von dem Dienst-MD-IS über die momentane Basisstation übertragen, wenn die mobile Station ihre Dienst-MD-IS ihrem Zellenstandort mitteilt.
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Obwohl die CDPD-Systemspezifikation sich nicht direkt auf die spezifischen Probleme bezieht, die beim Vorsehen von Paketdatendiensten in zellularen TDMA-Systemen entstehen und mit denen sich diese Anmeldung befaßt, können die Aspekte und Konzepte des Netzes, welche in der CDPD-Systemspezifikation beschrieben sind, als eine Grundlage für die Netzwerkaspekte verwendet werden, die für das Luftverbindungs-Protokoll gemäß dieser Erfindung benötigt werden.
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Das CDPD-Netz ist als Erweiterung bestehender Datenübertragungsnetze und des zellularen AMPS-Netzes konzipiert. Existierende verbindungslose Netzprotokolle können für den Zugriff auf das CDPD-Netz verwendet werden. Da man davon ausgeht, daß sich das Netz immer weiter entwickelt, verwendet es ein offenes oder systemungebundenes Netzdesign, welches das Hinzufügen weiterer Netzschichtprotokolle erlaubt, wenn dies zweckmäßig ist. Die CDPD-Netzdienste und -protokolle sind auf die Netzwerkschicht des OSI-Modells und darunter beschränkt. Diese Maßnahme erlaubt es, daß die Protokolle und Anwendungen der höheren Schichten entwickelt werden können, ohne das darunterliegende CDPD-Netz zu verändern.
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Aus Sicht des Nutzers der mobilen Station ist das CDPD-Netz eine drahtlose mobile Vergrößerung der traditionellen Netze für sowohl Daten als auch Sprache. Durch Verwenden der Netzdienste eines CDPD-Serviceproviders kann der Benutzer nahtlos auf Datenanwendugen zugreifen, von denen viele in traditionellen Datennetzen liegen können. Das CDPD-System kann als zwei verbundene Dienstgruppen betrachtet werden: CDPD-Netzunterstützungsdienste und CDPD-Netzdienste.
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Die CDPD-Netzunterstützungsdienste führen Aufgaben durch, welche zum Warten und Verwalten des CDPD-Netzes notwendig sind. Diese Dienste umfassen: Buchhaltungsserver; Netzmanagementsysteme; Nachrichtenübertragungsserver; und Berechtigungsvergabeserver. Diese Dienste werden definiert, um die Interoperabilität zwischen den Serviceprovidern zu ermöglichen. Wenn sich das CDPD-Netz technisch über seine ursprünglich AMPS-Infrastruktur hinaus entwickelt, wird erwartet, daß die Netzunterstützungsdienste unverändert bleiben. Die Funktionen der Netzunterstützungsdienste sind für jedes mobile Netzwerk notwendig und unabhängig von Hochfrequenztechnologie (RF; Radio Frequency).
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CDPD-Netzdienste sind Datenübertragungsdienste, welche es den Benutzern ermöglichen, mit Datenanwendungen zu kommunizieren. Zusätzlich können eine oder beide Enden der Datenübertragungseinrichtungen mobil sein.
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Die
WO 95/12931 offenbart ein Verfahren zur Kommunikation zwischen einer Basisstation und einer mobilen Station, das die Schritte einer Gruppierung von Kommunikationsdaten in aufeinanderfolgende Zeitslots auf einem Trägersignal umfasst. Das Verfahren umfasst weiter das Gruppieren der Zeitslots in eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Superframes und ein Gruppieren dieser Superframes in eine Vielzahl aufeinanderfolgender Hyperframes, wobei sich in jedem Hyperframe wenigstens zwei aufeinanderfolgende Superframes befinden. Das Verfahren betrifft ferner das Zuordnen eines der Zeitslots in jedem Superframe zu der mobilen Station, wobei der zugeordnete Zeitslot dem Versenden einer Paging-Nachricht an die mobile Station dient und Daten, die in dem zugeordneten Zeitslot in einem Superframe gesendet werden, in dem zugewiesenen Zeitslot in allen Superframes in dem betreffenden Hyperframe wiederholt werden.
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Die
WO 95/16330 ist auf eine Vorrichtung gerichtet, die Paketdatenkommunikation von und zu mobilen Stationen in einem digitalen Zeitmultiplexsystem ermöglicht. Die Vorrichtung umfasst auch eine Vielzahl von Basisstationen, die reguläre Steuerkanäle bereitstellen, sowie einen oder mehrere mobile Schaltzentren, von denen jedes mit verschiedenen Arten von Standortregistern versehen ist, deren Inhalt jeweils an die mobilen Stationen angepasst wird. In einem ersten Kanal werden dabei ein oder mehrere Paketdatenkanäle zum Pakettransport von und zu mobilen Stationen bereitgestellt, der auch zum Initialisieren eines Pakettransports verwendet werden kann. Es ist ferner vorgesehen, dass die Schaltzentren ein Rauting von Paketen ermöglichen. Weitere Bestandteile der Vorrichtung dienen dem Durchführen einer Auswahl der jeweiligen Zelle einer mobilen Station, einem Aktualisieren des jeweiligen Standortes einer mobilen Station, und ein Beenden des Paketdatenmodus für eine mobile Station.
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Zusammengefaßt gibt es einen Bedarf an Systemen, welche Allzweck-Paketdatendienste in zellularen D-AMPS-Systemen vorsehen, die sich auf mehrfach benutzte Paketdatenkanäle stützen, welche für die Paketdaten optimiert sind. Diese Anwendung richtet sich auf Systeme und Verfahren, welche die Vorteile eines verbindungsorientierten Netzes, wie das durch die TIA/-EIA/IS-136-Norm definierte, und eines verbindungslosen Paketdatennetzes in sich vereinigen. Außerdem richtet sich die Erfindung auf den Zugriff auf das CDPD-Netzwerk z. B. durch vorhandene verbindungslose Netzprotokolle mit geringer Komplexität und hoher Durchsatzrate.
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Zusammenfassung
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Entsprechend einem Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Rufen (Paging) von mobilen Stationen in einem Kommunikationssystem mit einem Paketdatensteuerkanal offenbart, der in Hauptschlitze und Nebenschlitze unterteilt ist. Als erstes wird jeder mobilen Station ein Rufschlitz zugewiesen, wobei der Rufschlitz ein Hauptschlitz ist. Das System ruft dann eine der mobilen Stationen auf dem der mobilen Station zugewiesenen Rufschlitz.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlicher aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. In den Figuren zeigt:
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1 eine schematische Ansicht mehrerer Schicht 3-Nachrichten, Schicht 2-Blöcke und Schicht 1-Kanalbursts oder -Zeitschlitze;
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2(a) zeigt einen Vorwärts-DCC, der als eine Reihe von Zeitschlitzen konfiguriert ist, welche in den mit der Trägerfrequenz gesendeten aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen enthalten sind;
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2(b) zeigt ein Beispiel eines IS-136-DCCH-Feld-Schlitzformats;
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3 zeigt ein Beispiel eines hierarchischen oder mehrschichtigen zellularen Sytems;
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4 zeigt ein Blockdiagramm eines beispielhaften zellularen Funktelefonsystems mit einem Beispiel für eine Basisstation und eine mobile Station;
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5 zeigt eine Protokollarchitektur zum Übertragen über eine Luftverbindung;
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6 stellt einen PDCH-Auswahl- und Wiederwahl-Vorgang dar;
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7 stellt eine Superblock-Struktur dar;
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8 stellt gültige Sätze von Master- und Slave-PDCH-Zuweisungen dar;
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9 stellt Schlitz-Zuweisungen dar;
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10 stellt einen Superblock für Doppelraten-PDCH dar; und
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11 stellt einen Superblock für Dreifachraten-PDCH dar.
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Ausführliche Beschreibung
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Der digitale Steuerkanal (DCCH) von IS-136 wird zum Anzeigen des Paketdatenkanal(PDCH)-Betriebs verwendet. 6 stellt die Beziehung zwischen PDCH's, die zu einer Zelle (oder spezieller eine gemeinsame Mutter (DCCH) aufweisen) gehören, und DCCH's in verschiedenen Zellen (spezieller in der DCCH-Nachbarliste als Kanditaten für DCCH-Neuauswahl gekennzeichnet) dar. Eine mobile Station befindet sich bei einer anfänglichen Zellenauswahl immer zuerst auf einem DCCH in Wartestellung. Auf dem DCCH wird die Unterstützung für PDCH angezeigt. Wenn der DCCH die Unterstützung eines oder mehrerer reservierten/reservierter PDCH's anzeigt, wird die Trägerfrequenz eines PDCH (Kenn-PDCH) bereitgestellt. In einer Realisierung kann die mobile Station sich selbst auf dem Kenn-PDCH registrieren und kann ihr als Antwort auf die Basisstation-Funkvermittlungsstelle-Überleitung (BMI; Base station Mobile switching center Interworking) ein weiterer reservierter PDCH zugewiesen werden.
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Um einen Schlafmodus auf einem reservierten PDCH bereitzustellen, ist eine Superblock(SF; Superframe)-Strukur definiert und in
7 für eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Gesamtanzahl von Schlitzen pro Superblock beträgt 32. Die Superblockphase (SFP; Superframe Phase) nimmt mit jedem TDMA-Block zu. Die Superblockphase ist ausführlicher in der
US 5903552 A beschrieben.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Mehrfachraten-PDCH mit (z. B. doppelte oder dreifache Rate) in zwei Kategorien unterteilt werden: einen Master-PDCH und einen Slave-PDCH. Ein Master-PDCH ist ein Vollraten-Kanal und überträgt Paketsendesteuerkanal(PBCCH; Packet Broadcast Control Channel)-, Vorwärtspaketdatenkanal(FPDCH; Forward Paket Data channel)- und möglicherweise Vorratskanal-Informationen. Ein Slave-PDCH besteht aus allen Schlitzen auf einem PDCH, die nicht Teil des Master-PDCH sind, wodurch somit ein Slave-PDCH keine PBCCH- und FPDCCH Informationen einschließt. In 8 sind mögliche Zuweisungen von Master- und Slave-PDCH dargestellt. Jeder Superblock auf dem Master-PDCH besteht aus einer geordneten Abfolge von logischen Kanälen, wie es in 7 dargestellt ist. Die Anzahl von Schlitzen auf einem PDCH, die für jeden logischen Kanal unterstützt werden kann, ist in 9 dargestellt.
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Entsprechend einer Ausführungsform gibt es zwei Arten von PDCH, die für die Paketdatenübertragung reserviert sind: ein Kenn-PDCH und ein zugewiesener PDCH. Die Kanalanzahl des Kenn-PDCH kann auf dem DCCH vorgesehen sein. Wenn vor einer PDCH-Registrierung ein Dienst auf einem PDCH bemüht wird, stimmt die mobile Station auf den Kenn-PDCH ab. Die mobile Station kann einem weiteren PDCH in der Registrierungszugriffsnachricht zugewiesen werden. Wenn keine explizite Zuweisung bereitgestellt wird, kann der Kenn-PDCH der zugewiesene PDCH werden. Alle nachfolgenden PDCH-Vorgänge werden auf dem zugewiesenen PDCH mit demselben Mutter-DCCH durchgeführt. Eine ausführliche Beschreibung von Kennpaketdatenkanälen ist in der
US 5768267 A beschrieben. Man wird anerkennen, daß andere PDCH-Zuweisungs-Auswahl-Verfahren verwendet werden können.
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Jede einen PDCH übertragende Frequenz weist einen PBCCH auf. Um die Zeit zwischen einer Anzeige eines PCCH-Vorgangs und dem Eintritt eines aktiven Modus zu minimieren, kann die PBCCH-Information unter allen PDCH in einer Ausführungsform identisch sein, aber die Erfindung ist darauf nicht beschränkt. Wenn alle PDCH eine identische PBCCH-Information aufweisen, kann die mobile Station das Lesen des PBCCH unterlassen, wenn sie einem neuen PDCH neu zugewiesen wird.
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Mit Ausnahme der Zuweisung von PBCCH und Paketrufkanälen (PPCH ähnlich den Rufkanälen von IS-136) und Superblockphase(SFP; Superframe Phase)-Management, kann eine mobile Station den reservierten Doppelraten-PDCH und den reservierten Dreifachraten-PDCH als einen gemeinsamen Kanal in Bezug auf FPDCH (, der ein Paketrufkanal ähnlich zu IS-136 sein kann) und Paketkanalrückführungs(PCF; Paket channel feedback)-Empfang und Umkehrpaketdatenkanal(RPDCH; reverse packet data channel)-Übertragung ansehen. Somit kann z. B. eine mobile Station mit doppelter Rate auf einem Doppelraten-Kanal beim Lesen von Schicht 3-Nachrichten (anders als eine Seite) Schlitze in der Reihenfolge 1, 2, 4, 5, 1, 2, 4, 5, ... lesen, wobei die Zahlen sich auf die Schitznummern beziehen. Die mobile Station mit dreifacher Rate kann auf einem Dreifachraten-Kanal beim Übertragen einer Schicht 3-Nachricht versuchen, auf den Schlitzen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1, 2, .. zu übertragen. 10 und 11 stellen beispielhafte Superblöcke für jeweilige Doppelraten-PDCH und Dreifachraten-PDCH dar.
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Gemäß der Erfindung sind Rufschlitze nur einem Master-PDCH zugewiesen. Man wird anerkennnen, daß es typischerweise weniger mobile Stationen, die auf reservierten PDCH in Wartestellung sind, als ein DCCH gibt. Außerdem ist die erforderliche Rufkapazität für auf dem PDCH in Wartestellung befindliche mobile Stationen im Vergleich mit einem IS-136-Betrieb verrringert, wenn das Rufgebiet auf eine Zelle beschränkt ist. Zusätzlich sind die Schicht 2-Blöcke verglichen mit IS-136 aufgrund geringerer Kanalkodierung länger. Um die Fähigkeit des Gruppierens von mehreren Seiten in einem einzigen Schicht 2-Block zu fördern (um ein Streuen der Seiten über alle PDCA-Schlitze, z. B. auf einem Dreifachraten-PDCH zu vermeiden) sollte es im Verhältnis zu der Anzahl von auf einem PDCH in Wartestellung befindlichen mobilen Stationen nicht zu viele Rufschlitze geben.
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Dies führt dazu, daß das PBCCH-Lesen und der PPCH-Zuweisungsvorgang dieselben wie für die entsprechenden DCCH-Vorgänge für eine in einem Vollratenmodus arbeitende mobile Station sind. Gemäß der Erfindung kann jeder mobilen Station (z. B. auf ihrer mobilen Identifikationszahl (MIN) wie bei IS-136 basierend) ein spezieller PPCH-Unterkanal eines speziellen Master-PDCH in ihrem Rufblock zugewiesen werden. Ein gültiges Beispiel für einen FPDCH kann ein PPCH sein. Die verfügbaren PPCH-Unterkanäle und die Zeitschlitze des Master-PDCH können durch Parameterübertragung auf dem PBCCH identifiziert werden. Wie man anhand der 10 und 11 anerkennen wird, wird mit mehr als der vollen Rate übertragen, da PBCCH ein von vielen mobilen Einheiten geteilter gemeinsamer Kanal ist; anderenfalls könnte der PBCCH nicht von mobilen Einheiten gelesen werden, denen die Fähigkeit zu mehrfacher Rate fehlt. Der PPCH kann demselben Vollraten-Kanal wie der PBCCH (d. h. der Master-PDCH) zugewiesen werden. Somit muß eine ruhende mobile Station, die nur nach Ruf- oder Sendesteuerinformationen Ausschau hält, nicht außerhalb ihres eigenen Vollraten-Kanals schauen. D. h., wenn der PPCH sich auf demselben Kanal wie der PBCCH befindet, muß die mobile Station keine Phasenverschiebung zur Bestimmung von Ruf- oder Sendesteuerinformation durchführen, und die mobile Station muß nur Schlitze auf einem einzigen Vollraten-Kanal lesen.
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Es wird verständlich sein, daß die Erfindung nicht auf die speziellen Ausführungsformen beschränkt ist, die hierin beschrieben und dargestellt worden sind. Die Anmeldung ist auch auf irgendeine und alle Modifikationen gerichtet, die in die Idee und den Schutzumfang der Erfindung fallen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
