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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System, in
denen hier auch als Zuteilungszeiträume bezeichnete Zeitschlitze
eines Rahmens entweder als Verkehrskanal oder als Steuerkanal eingerichtet
wird.
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Die
ersten zellulären öffentlichen
Mobilfunkfernsprechsysteme waren im allgemeinen analoge Systeme
zur Übertragung
von Sprache oder anderer Analoginformation. Die Systeme wiesen eine
Anzahl von Funkkanälen
zum Übertragen
analoger Informationen durch Übertragen
analog modulierter Funksignale zwischen Basisstationen und mobilen
Stationen auf. Im allgemeinen wiesen die ersten zellulären Mobilfunksysteme
vergleichsweise große
Wirkungsbereichszellen auf. In letzter Zeit sind digitale zelluläre Mobilfunksysteme
für den öffentlichen
Gebrauch entworfen worden.
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Digitale
zelluläre
Mobilfunksysteme weisen digitale Kanäle zum Übertragen digitaler oder digitalisierter
Analoginformationen durch Übertragen
digital modulierter Funksignale zwischen Basisstationen und mobilen
Stationen auf.
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Digitale
zelluläre
Mobilfunksysteme bieten gegenüber
analogen zellulären
Mobilfunksystemen wesentliche Vorteile.
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Ein
digitales Mobilfunksystem, dessen Einsatz als gemeinsames System
für zahlreiche
europäische
Staaten beabsichtigt ist, ist das GSM-System. In europäischen Staaten,
in denen bereits ein analoges zelluläres Mobilsystem eingeführt ist,
ist beabsichtigt, das neue digitale GSM-System als ein neues System
einzuführen,
das von allen bestehenden analogen Systemen unabhängig ist.
Die Basisstationen und Mobilstationen des GSM-Systems sind nicht konstruiert
worden, um kompatibel mit bestehenden Systemen zu sein; sie sind
jedoch entworfen worden, um in vielerlei Hinsicht optimale Betriebsleistungen des
Systems zu erbringen. Demgemäß hat es
beim Entwurf des GSM-Systems eine vergleichsweise große Auswahlfreiheit
in technischen Angelegenheiten gegeben.
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Anstatt
ein neues, unabhängiges
digitales zelluläres
Mobilfunksystem wie das GSM-System in ein Gebiet mit einem bestehenden
analogen zellulären
System einzuführen,
ist es vorgeschlagen worden, lieber ein digitales zelluläres Mobilfunksystem einzuführen, das
für ein
Zusammenwirken mit dem bestehenden analogen zellulären mobilen
Funksystem konstruiert ist. Um digitale Kanäle in dem dem zellulären Mobilfunksystem
zugewiesenen Frequenzband zu gewinnen, hat es Vorschläge gegeben,
eine Anzahl der den gegenwärtigen
analogen Mobilfunksystemen zugewiesenen Funkkanäle zurückzuziehen und für das di gitale
zelluläre
Mobilfunksystem zu verwenden. Infolge des vorgeschlagenen Aufbaus
des digitalen Mobilfunksystems können
drei oder möglicherweise
sechs digitale Kanäle
das gleiche Frequenzband eines der früheren analogen Frequenzkanäle durch
Nutzen des Zeitmultiplex-Betriebs belegen. Demgemäß kann das
Austauschen einiger Analogkanäle
durch Zeitmultiplex-Digitalkanäle
die Gesamtanzahl von Kanälen
erhöhen.
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Das
beabsichtigte Ergebnis ist, allmählich bzw.
stufenweise das digitale System einzuführen und die Anzahl der digitalen
Verkehrskanäle
zu erhöhen,
während
die Anzahl der analogen Verkehrskanäle in dem koexistierenden zellulären System
vermindert wird. Bereits im Einsatz befindliche analoge Mobilstationen
werden dann in der Lage sein, die verbleibenden analogen Verkehrskanäle weiterhin
zu nutzen. Mittlerweile werden neue digitale Mobilstationen zum
Gebrauch der neuen digitalen Verkehrskanäle verfügbar sein. Zwei-Modi-Mobilstationen werden
in der Lage sein, sowohl die verbleibenden analogen als auch die
neuen digitalen Verkehrskanäle
zu nutzen.
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Durch
das Hinzufügen
der neuen digitalen Verkehrskanäle
entsteht ein entsprechender Bedarf nach neuen digitalen Steuerkanälen. Die
herkömmlichen
Zwei-Modi-Systeme verwenden zum größten Teil bestehende Analogkanäle, wie
etwa dedizierte Frequenzen, als Steuerkanal.
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Die
DE 35 27 330 A1 zeigt
ein Verfahren und ein System zum Nutzbarmachen einer Mehrzahl von Zeitschlitzen
eines Rahmens als Kommunikationskanäle, wobei jeder Zeitschlitz
zum Senden von Nachrichtensignalen zwischen einer Mobilstation und
einer Basisstation in einem zellularen Fernsprechnetz tauglich ist.
Eine Nachrichtensignal-Erzeugungseinheit dient zum Erzeugen von
zu sendenden Nachrichtensignalen in Form von Bit-Folgen in den einzelnen
Zeitschlitzen. Eine Synchronisationswort-Erzeugungseinrichtung dient
zum Erzeugen von Synchronisationsworten und von Kanalkennzeichen-Informationen.
Die Kanalkennzeichen-Informationen sind jeweils einem Rahmen zugeordnet
und nehmen einen verbindungsbegleitenden Organisationskanal ein, der "als zentraler und
allen Zeitkanälen" des Rahmens gemeinsamer
Organisationskanal ausgeführt ist.
Damit liegt für
die jeweiligen Empfänger
von vornherein fest, in welchem Kanal innerhalb eines jeweiligen
Rahmens die verbindungsbegleitende Information aufzufinden ist.
Durch dieses starre Schema ist allerdings kein flexibler Gebrauch
einzelner Kanäle
für Steuerinformation
möglich.
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Aus
der
US 4,642,806 ist
ein Kommunikationssystem für
die Nachrichtenübertragung
zwischen einem zentralen Knoten und mehreren Außenstationen bekannt. Die Nachrichtenübertragung
erfolgt rahmenweise, wobei jeder Rahmen mehrere Verkehrskanäle und mehrere
unbenutzte Kanäle
aufweist. Wenn eine Außenstation
eine Nachricht an eine andere Station oder zu dem Knoten übertragen will,
wird ein spezieller "Calling
Slot" eingerichtet,
der das Belegen eines bis dahin ungenutzten Kanals durch einen Teilnehmer
ermöglicht.
Außen
diesem "Calling
Slot" gibt es noch
einen Steuer-Zeitschlitz und einen Verkehrs-Zeitschlitz, in welchem
aktuelle Nachrichten übertragen
werqden. In jedem Verkehrszeitschlitz gibt es ein der Synchronisation
dienendes "Marker-Signal", welches nach Art
eines Verlaufsignals eine bit-weise und eine byte-weise Synchronisation
gestattet (Ansprüche
1 und 2 der US' 806).
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Aus
der
EP 0 286 614 A1 ist
ein Verfahren zum Synchronisieren und Übertragen von Informationen
in einem zellularen Fernmeldenetz beschrieben, in welchem die einzelnen
Basisstationen jeweils durch einen ankommenden Ruf und Steuersignale synchronisiert
werden, die über
den Funk-Steuerkanal von anderen Basisstationen während der
rahmenweisen Übertragung
gesendet werden. Auch dieses System hat nur geringe Flexibilität insoweit, als
die Steuerinformation über
eigene Funk-Steuerkanäle übertragen
wird.
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Aus
H. Ochsner, das zukünftige
paneuropäische
digitale Mobilfunksystem, Bulletin SEV VSE 79 (1988, Seiten 603–608, 937–947, 1318–1324) sind allgemeine
Normen für
das GSM-System zu entnehmen. Was den hier interessierenden Aufbau
von Datenpaketen und Zeitrahmen angeht, so erfolgt eine Übertragung
in sogenannten Bursts (Pakete) mit festgelegter Struktur. Ähnlich,
wie es oben in Verbindung mit der US '806 erläutert wurde, gibt es bei jedem
Verkehrs-Zeitschlitz einen als Präambel bezeichneten Burst, dessen
Zusammensetzung jedem Empfänger
bekannt ist und ihm eine Synchronisation mit dem Empfangssignal
gestattet. In einem Multiplexrahmen befinden sich mehrere Kanäle, wobei
einzelne Kanäle
für Spezialdaten
(Steuerdaten) festgelegt sind (11 auf
Seite 941 der Druckschrift).
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Die
Verwendung von Verkehrskanälen
und von Steuerkanälen
ist also im Stand der Technik auf dem Gebiet zellularer Fernsprechnetze
bekannt, und zwar in Form von fest eingerichteten Kanälen. Es
ist außerdem
bekannt, in einzelnen Verkehrskanälen Steuerinformation (als
Präambel
bezeichnet) zu übertragen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein System und ein Verfahren
zum Nutzbarmachen von Zeitschlitzen eines Rahmens eines zellulären Mobilfunksystems
anzugeben und dabei einen flexibleren Gebrauch der bestehenden Verkehrskanäle und die
Einführung
neuer Steuerkanäle
zur Steuer nachrichtenübermittlung
zu ermöglichen.
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Die
vorliegende Erfindung löst
diese Aufgabe durch ein System, mit den Merkmalen des Anspruchs
1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Dabei können die
Steuerkanäle
einer zugeordneten Basisstation unmittelbar bestimmten Zeitschlitzen,
d.h. Zeitschlitzen, eines Nachrichtenrahmens entsprechen, welcher
ebenfalls als Verkehrskanäle
benutzte Zuteilungszeitschlitze umfasst. Die als Steuerkanäle benutzten
Zeitschlitze werden auf einfache Weise detektiert, weil diese Zeitschlitze mit
Steuerkanal-Indikatoren gekennzeichnet sind, die so definiert sind,
dass sie nur ein einziges Mal vorkommen, d.h. einzig oder eindeutig
sind.
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Die
Unteransprüche
geben Ausführungsarten
der Erfindungen. In einer Ausführungsform
können
die Steuerkanal-Indikatoren eindeutig definierte Synchronisationsworte
sein. In einer anderen Ausführungsform
können
sie eindeutig definierte Steuerkanal-Identifikationsworte sein.
Die Mobilstation erkennt die eindeutig definierten Steuerkanal-Indikatoren
und identifiziert jene besonderen Zeitschlitze als Steuerkanäle, womit
sie jene Zeitschlitze, die nicht als Steuerkanäle verwendet werden, unterscheidet. Diese
Operation ermöglicht,
dass die Kanäle,
die nicht Steuerkanäle
sind, schneller übersprungen werden
können,
und dass daher der Vorgang des Durcharbeitens einer Rangliste der
stärksten
als Steuerkanäle
zu verwendenden Signale schneller ausgeführt wird.
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Jeder
der einem bestimmten Zeitschlitz zugeordneten eindeutigen Steuerkanal-Indikatoren
ist von entsprechenden Bits unterscheidbar, die benachbarten Zeitschlitzen
zugeordnet sind.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im
einzelnen zeigt:
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1 ein
Blockschaltbild einer Mobilstation, die für ein erfindungsgemäßes System
und Verfahren verwendbar ist;
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2 ein
Blockschaltbild einer Basisstation, die für ein erfindungsgemäßes System
und Verfahren verwendbar ist;
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3A eine
Rahmenstruktur eines Funkkanals;
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3B ein
Format eines digitalen Steuerkanal-Zeitschlitzes für Übermittlungen
von einer Mobilstation zu einer Basis- oder Landfunkstelle in einer Ausführungsform
eines Systems und eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
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3C ein
Format für
einen digitalen Steuerkanal-Zeitschlitz für Übertragungen von einer Basis-
oder Landfunkstelle zu einer Mobilstation in einer Ausführungsform
eines Systems und eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
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3D ein
Form für
einen digitalen Steuerkanal-Zeitschlitz für Übertragungen von einer Mobilstation
an eine Basis- oder Landfunkstelle in einer anderen Ausführungsform
eines Systems und eines Verfahrens gemäß der Erfindung;
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3E ein
Format für
einen digitalen Steuerkanal-Zeitschlitz für Übertragungen von einer Basis- oder
Landfunkstelle an eine Mobilstation in einer anderen Ausführungsform
eines Systems und eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
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4 ein
Beispiel eines Funkkanal-Gerüstes
mit sechs Zeitschlitzen, in dem Steuerkanäle und Verkehrskanäle gemischt
sind;
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5A und 5B Beispiele
eines Nachrichten-Rahmens, der Steuerkanäle und Verkehrskanäle aufweist,
die die eindeutigen Synchronisationsworte ("SYNC"-Worte)
benutzen; und
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5C und 5D Beispiele
eines Nachrichten-Rahmens, welcher Steuerkanäle und Verkehrskanäle aufweist,
die eindeutige Steuerkanal-Idenfikationsworte im Zusammenwirken
mit den Zeitschlitz-Synchronisationsworten verwenden, um eindeutige
erweiterte Synchronisationsworte zu bilden;
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6 ein
Teil eines zellulären
Mobilfunksystems mit Zellen, mit einer Mobil-Vermittlungsstelle, mit
Basisstationen und mit Mobilstationen;
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Für jede der
Zellen C1 bis C10 gibt es je eine Basisstation B1 bis B10, die die
gleiche Numerierung wie die entsprechende Zelle aufweist. 6 veranschaulicht
Basisstationen, die in der Nähe
des Zentrums der Zelle gelegen sind und die Antennen ohne Richtcharakteristik
(omni-directional antennas) aufweisen. Die Basisstationen benachbarter
Zellen können
jedoch in der Nähe
der Zellengrenzen aufgestellt werden und Richtantennen aufweisen,
wie es dem einschlägigen
Fachmann bekannt ist.
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6 veranschaulicht
ebenfalls zehn Mobilstationen M1 bis M10, die innerhalb einer Zelle
und von einer Zelle in eine andere Zelle beweglich sind. In der
tatsächlichen
Praxis sind das Verfahren und die Einrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung in einem zellulären
Mobilfunksystem implementiert, das wesentlich mehr als zehn Mobilstationen
umfasst. Insbesondere gibt es gewöhnlich wesentlich mehr Mobilstationen
als Basisstationen. Für
Zwecke der Erläuterung
der vorliegenden Erfindung wird jedoch der Einsatz von zehn Mobilstationen
als ausreichend erachtet. Das in 6 dargestellte
System weist außerdem
eine Mobilvermittlungsstelle MSC auf. Die MSC ist mit allen zehn
veranschaulichten Basisstationen über Kabel verbunden und ist
ebenfalls über Kabel
an ein ortsfestes öffentliches
Fernsprech-Koppelfeld oder an ein ähnli ches ortsfestes Koppelfeld mit
ISDN-Einrichtungen angeschlossen. Die Kabel von der MSC zu den Basisstationen
und zu dem ortsfesten Koppelfeld sind nicht dargestellt.
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Zusätzlich zu
der dargestellten MSC kann es auch andere Mobilvermittlungsstellen
(MSC) geben, die über
Kabel an andere als die in 6 gezeigten Basisstationen
angeschlossen sind. Anstelle von Kabeln können andere Einrichtungen für die Kommunikation
zwischen MSC und Basisstation eingesetzt werden, beispielsweise
Richtfunkstrecken.
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Das
in 6 veranschaulichte Mobilfunksystem umfasst eine
Anzahl von Kommunikations-Funkkanälen. Das System ist sowohl
für analoge
Information, beispielsweise Sprache, digitale analoge Information
oder digitalisierte Sprache, und rein digitale Information aufgebaut.
Systemgemäß wird der
Begriff "Verbindung" für einen
zwischen einer Mobilstation und (a) einer anderen Mobilstation in
demselben System oder in einem anderen System oder (b) einem ortsfesten
Fernsprechapparat oder Endgerät
in einem mit dem zellulären
Mobilfunksystem verbundenen ortsfesten Koppelfeld aufgebauten Kommunikations-Kanal
verwendet. Daher kann eine Verbindung als ein Anruf definiert werden,
wobei zwei Personen in der Lage sind, miteinander zu sprechen; sie kann
sich aber auch auf einen Daten-Kommunikationskanal beziehen, über den
Rechner Daten austauschen.
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In 1 ist
eine Ausführungsform
einer Mobilstation veranschaulicht, die in einem zellulären Fernsprechsystem
eingesetzt werden kann, das gemäß der Erfindung
arbeitet. Ein Sprach-codierer 101 wandelt das von einem
Mikrophon erzeugte analoge Signal in einen Strom von Datenbits um.
Der Strom von Datenbits wird dann gemäß dem TDMA-Prinzip in Datenpakete
aufgeteilt. Ein Generator für
einen zugeordneten schnellen Steuerkanal (fast associated control
channel generator) (FACCH-Generator) 102 erzeugt Steuer-
und Überwachungsübermittlungs-Meldungen
zwischem dem System und der Mobilstation und Meldungen zwischen
der Mobilstation und dem System. Die FACCH-Meldung ersetzt einen
Nutzdatenrahmen (user frame; Sprache/Daten), wann immer sie zu übermitteln
ist. Ein Generator für einen
zugeordneten langsamen Steuerkanal (slow associated control channel
generator) (SACCH-Generator) 103 stellt
einen kontinuierlichen Kanal für den
Austausch von Übermittlungs-Meldungen
zwischen der Basisstation und der Mobilstation und umgekehrt dar.
Eine festgelegte Anzahl von Bits, beispielsweise zwölf, ist
dem FACCH für
jeden Zeitschlitz der Kette von Meldungen zugeteilt. Kanalcodierer 104 sind
entsprechend mit dem Sprachcodierer 101, mit dem FACCH-Generator 102 und
mit dem SACCH-Generator 103 zum Manipulieren der hereinkommenden
Daten verbunden, um eine Fehlererkennung und -korrektur auszuführen. Die
von den Kanalcodierern 104 verwendeten Techniken sind "convolutionelles
Codieren", das wichtige
Datenbits in dem Sprachcode schützt,
und zyklische Redundanzprüfung
(CRC), wobei die für
die Wahrnehmung sig nifikanten Bits in dem Sprach-codierer-Gerüst, beispielsweise
12 Bit, zum Berechnen einer 7-Bit-Prüfsumme verwendet werden.
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Eine
Auswähleinheit 105 ist
jeweils mit den dem Sprachcodierer 101 bzw. dem FACCH-Generator 102 zugeordneten
Kanalcodierern 104 verbunden. Die Auswähleinheit 105 wird
durch die Mikroprozessor-Steuereinheit 130 derart gesteuert,
dass zu geeigneten Zeiten Nutzinformationen auf einem bestimmten
Sprachkanal durch System-Überwachungsmeldungen über den
FACCH ersetzt werden. Eine 2-Burst-Interleave-Einrichtung bzw. 2-Impulsbündel-Verschachtelungseinrichtung 106 ist
mit dem Ausgang der Auswähleinheit 105 gekoppelt.
Ein durch die Mobilstation zu übertragender
Datenwert wird über
zwei unterschiedliche Zeitschlitze verschachtelt (interleaved).
Die 260 Datenbit, die ein Übertragungswort
bilden, werden in zwei gleiche Teile aufgeteilt und zwei aufeinanderfolgenden
Zeitschlitzen, d.h. Zeitschlitzen zugewiesen. Die Wirkungen des
RAYLEIGH-Schwundes (fading) werden auf diese Weise vermindert. Der
Ausgang der 2-Burst-Interleave-Einrichtung 106 wird dem
Eingang eines modulo-2-Addierers 107 zugeführt, so
dass der übertragene
Datenwert Bit für
Bit durch logische modulo-2-Addition eines Pseudozufalls-Bitstromes verschlüsselt wird.
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Der
Ausgang des dem SACCH-Generator 103 zugeordneten Kanalcodierers 104 ist
mit einer 22-Burst-Interleave-Einrichtung 108 verbunden.
Die 22-Burstlnterleave-Einrichtung 108 schichtet über den
SACCH übertragene
Daten über
22 Zeitschlitze, von denen jeder aus zwölf Informatiionsbits besteht, ein.
Die 22-Burst-Interleave-Einrichtung 108 nutzt das Diagonal-Prinzip,
so dass, wenn zwei SACCH-Meldungen parallel übertragen werden, die zweite
Meldung elf Impulsfolgen (bursts) gegenüber der anderen Meldung verschoben
wird.
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Die
mobile Station weist ferner einen Synchronisationswort-DVCC-Generator
(DVCC = digital verification color code = digitaler Verifikationsfarbcode) 109 zum
Liefern des geeigneten Synchronisationswortes (sync word), und des
DVCC, die einer bestimmten Verbindung zuzuordnen sind, auf. Das Synchronisationswort
ist ein für
die Synchronisation und die Idenfikation des Zeitschlitzes benutztes 28-Bit-Wort.
Der DVCC ist ein 8-Bit-Code, der durch die Basisstation an die Mobilstation
gesendet wird und umgekehrt, um sicherzustellen, dass der richtige Kanal
decodiert wird.
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Ein
Impulsbündelgenerator
(burst generator) 110 erzeugt Meldungsimpulsbündel zur Übertragung durch
die Mobilstation. Der Impulsbündelgenerator 110 ist
mit den Ausgängen
des modulo-2-Addierers 107, mit der 22-Burst-Interleave-Einrichtung 108,
mit dem Synchronisationswort-DVCC-Generator 109, mit einem
Entzerrer 114 und mit einem Steuerkanal-Meldungsgenerator 132,
der kanalcodierte Steuermeldungen erzeugt, verbunden. Ein Meldungs-Impulsbündel (message
burst), das die Daten (260 Bit), SACCH (12 Bit), Synchronisationswort
(28 Bit), den codierten DVCC (12 Bit) und zwölf Begren zungsbit, zu insgesamt
324 Bit zusammengefügt,
umfasst, wird gemäß des in
der Norm EIA-TIA IS-54 spezifizierten Zeitschlitz-Formates integriert.
Unter der Steuerung des Mikroprozessors 130 werden durch den
Impulsbündel-Generator 110 zwei
verschiedene Typen von Meldungsimpulsbündeln generiert: Steuerkanal-meldungsimpulsbündel aus
dem Steuerkanal-Meldungsgenerator 132 und aus dem Stimme/Verkehrs-Meldungs-impulsfolgen-Generator.
Die Steuerkanalmeldung wird gemäß den Anweisungen des
Mikroprozessors 130 erzeugt und auf einem digitalen Steuerkanal
mit denselben Impulsbündelformaten
wie bei Verkehrskanälen
gesendet, wobei jedoch der SACCH wie auch die normalerweise in einem Sprache/Verkehrs-Impulsbündel erzeugten
Sprachdaten durch Steuerinformation ersetzt sind.
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Die Übertragung
eines einem Zeitschlitz gleichwertigen Impulsbündels wird mit der Übertragung
der anderen beiden Zeitschlitze synchronisiert und gemäß der durch
den Entzerrer 144 gelieferten Zeitsteuerung einreguliert.
Infolge Zeitstreuung (time dispersion) ist ein adaptives Entzerrungsverfahren vorgesehen,
um die Signalqualität
zu verbessern. Hinsichtlich weiterer Information betreffend adaptive Entzerrungstechniken
wird auf die US-Patentanmeldung 315 561 vom 27. Februar 1989 Bezug
genommen. Eine Korrelationseinrichtung stellt sich auf die Zeitsteuerung
des empfangenen Bitstromes ein. Die Basisstation ist der "Master" und die Mobilstation
ist der "Slave" bezüglich der
Rahmen-Zeitsteuerung (frame timing). Der Entzerrer 114 detektiert
die hereinkommende Zeitsteuerung und synchronisiert den Impulsbündel-Generator 110.
Der Ent zerrer 114 prüft ebenfalls
entweder das Synchronisationswort und den DVCC oder ein Steuerkanal-Identifikationswort für Identifikationszwecke,
wie es weiter unten im einzelnen erläutert wird.
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Ein
20 ms-Rahmenzähler 111 ist,
wie auch der Entzerrer 114, mit dem Impulsbündel-Generator 110 gekoppelt.
Der Gerüstzähler 111 aktualisiert
einen durch die Mobilstation alle 20 ms je einmal für jeden
Volltaktrahmen (full rate frame) genutzten Verschlüsselungscode.
Es ist einsehbar, dass bei diesem besonderen Beispiel drei Zeitschlitze
einen Rahmen bilden. Eine Verschlüsselungseinheit 112 ist zum
Erzeugen des durch die Mobilstation genutzten Verschlüsselungscodes
vorgesehen. Vorzugsweise wird ein Pseudozufallszahlen-Algorithmus
genutzt. Die Verschlüsselungseinheit 112 wird
durch einen Schlüssel 113 gesteuert,
der für
jeden Teilnehmer eindeutig ist. Die Verschlüsselungseinheit 112 besteht
aus einem Reihenfolgenerzeuger, der den Verschlüsselungscode aktualisiert.
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Das
durch den Impulsbündel-Generator 110 erzeugte
Impulsbündel,
welches zu übertragen
ist, wird an einen HF-Modulator 122 weitergeleitet. Der HF-Modulator 122 kann
zum Modulieren einer Trägerfrequenz
gemäß dem π/4DQPSK-Verfahren
(π/4 shifted,
differentially encoded quadrature phase shift keying) betreibbar.
Der Einsatz dieser Technik impliziert, dass die Information differentiell
codiert wird, d.h. bei vier möglichen
Phasenänderungen
werden 2-Bit-Symbole übertragen; ± π/4 und ± 3 π/4. Die dem
HF-Modulator 122 ge lieferte Sendeträgerfrequenz wird durch einen
Sendefrequenz-Synthesizer 124 gemäß dem ausgewählten Übertragungskanal erzeugt.
Bevor der modulierte Träger über eine
Antenne gesendet wird, wird der Träger durch einen Leistungsverstärker 123 verstärkt. Der
HF-Leistungsabstrahlungspegel der Trägerfrequenz wird auf Anweisung
einer Mikroprozessor-Steuereinrichtung 130 ausgewählt. Das
verstärkte
Signal wird durch einen Zeitschalter bzw. eine Zeitblende 134 hindurchgeleitet,
bevor es die Antenne erreicht. Der Zeitschalter 134 wird
durch die Mikroprozessor-Steuereinrichtung 130 mit der Übertragungs-Reihenfolge
synchronisiert.
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Eine
Empfänger-Trägerfrequenz
wird gemäß dem ausgewählten Empfangskanal
durch einen Empfangsfrequenz-Synthesizer 125 erzeugt. Hereinkommende
Funkfrequenzsignale werden durch einen Empfänger 126 empfangen,
wobei deren Stärke durch
ein Signalpegel-Meßgerät 129 gemessen
wird. Die Stärke
des empfangenen Signals wird dann der Mikroprozessor-Steuereinrichtung 130 übermittelt. Ein
HF-Demodulator 127, der die Empfänger-Trägerfrequenz von dem Empfangsfrequenz-Synthesizer 125 und
das Funkfrequenzsignal von dem Empfänger 126 empfängt, demoduliert
das Funkfrequenz-Trägersignal
und erzeugt dadurch eine Zwischenfrequenz. Das Zwischenfrequenzsignal
wird dann durch einen ZF-Demodulator 128 demoduliert, der
die ursprüngliche π/4-DQPSK-modulierte
Digitalinformation wiederherstellt.
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Die
durch den ZF-Demodulator 128 gelieferte wiederhergestellte
Information wird dem Entzerrer 114 zugespeist. Ein Symboldetektor 115 wandelt
das 2-Bit-Symbolformat
der Digital-Daten aus dem Entzerrer 114 in einen einzelnen
Bit-Datenstrom. Der Symboldetektor 115 erzeugt im Gegenzug
drei unterschiedliche Ausgänge.
Steuerkanal-Meldungen werden zu einem Steuermeldungs-Detektor 133 gesendet,
der der Mikroprozessor-Steuereinrichtung 130 kanaldecodierte
und -detektierte Steuerkanal-Informationen zuspeist. Alle Sprachdaten
bzw. FACCH-Daten werden einem modulo-2-Addierer 107 und
einer 2-Burst-Deinterleave-Einrichtung 116 zugeführt. Die
Sprachdaten bzw. FACCH-Daten werden durch diese Komponenten durch
Zusammenfügen
und Rearrangieren von Informationen aus zwei aufeinanderfolgenden
Rahmen der empfangenen Daten rekonstruiert. Der Symboldetektor 115 speist einer
22-Burst-Deinterleave-Einrichtung 117 SACCH-Daten
zu. Die 22-Burst-Deinterleave-Einrichtung 117 reassembliert
und rearrangiert die SACCH-Daten, die über 22 aufeinanderfolgende Rahmen
verstreut sind. Der convolutionell codierte Datenwert wird durch
Nutzen der Umkehrung des obenerwähnten
Codierungs-Prinzips decodiert. Die empfangenen Bits der zyklischen
Redundanz-Prüfsumme
(CRC-Bits) werden geprüft,
um festzustellen, ob irgendein Fehler aufgetreten ist. Der FACCH-Kanaldecoder
detektiert darüber
hinaus den Unterschied zwischen dem Sprachkanal und irgendeiner FACCH-Information
und weist die Decoder entsprechend an. Ein Sprachdecoder 119 verarbeitet
die empfangenen Sprachdaten aus dem Kanaldecoder 118 gemäß einem
Sprachdeco der -Algorithmus (VSELP) und erzeugt das empfangende Sprachsignal.
Das analoge Signal wird schließlich
durch eine Filtertechnik verbessert. Meldungen auf dem zugeordneten
schnellen Steuerkanal werden durch den FACCH-Detektor 120 detektiert,
und die Information wird zu der Mikroprozessor-Steuereinrichtung 130 übertragen.
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Der
Ausgang der 22-Burst-Deinterleave-Einrichtung 117 wird
an einen separaten Kanaldecoder 118 geliefert. Meldungen
auf dem zugeordneten langsamen Steuerkanal werden durch einen SACCH-Detektor 121 detektiert,
und die Information wird an die Mikroprozessor-Steuereinrichtung 130 übertragen.
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Die
Mikroprozessor-Steuereinrichtung 130 steuert die Aktivität der Mobilstation
und ihre Kommunikation mit der Basisstation und behandelt auch Eingaben über eine
Terminal-Tastatur und Ausgabe über die
Anzeige-Ausgabe 131. Entscheidungen werden von der Mikroprozessor-Steuereinrichtung 130 gemäß empfangenen
Meldungen und Messungen durchgeführt.
Die Tastatur- und
Anzeige-Einheit 131 ermöglicht
einen Informationsaustausch zwischen dem Benutzer und der Basisstation.
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2 veranschaulicht
eine Ausführungsform
einer Basisstation, die in einem zellulären Fernsprechsystem eingesetzt
werden kann, das gemäß der vorliegenden
Erfindung arbeitet. Die Basisstation beinhaltet zahlreiche Baugruppen,
die im wesentlichen hinsichtlich Konstruktion und Funktion mit den Baugruppen
der in 1 veranschaulichten und in Verbindung mit ihr
beschrie benen Mobilstation identisch sind. Derartige identische
Baugruppen sind in 2 mit den gleichen Bezugszeichen
bezeichnet, die bereits obenstehend in der Beschreibung der Mobilstation
verwendet sind, sind jedoch mit einem Strich (prime) versehen.
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Es
gibt jedoch kleinere Unterschiede zwischen den Mobilstationen und
den Basisstationen. Beispielsweise weist die Basisstation zwei Empfangsantennen
auf. Jeder dieser Empfangsantennen ist ein Empfänger 1261, ein HF-Demodulator 1271 und
ein ZF-Demodulator 1281 zugeordnet. Darüber hinaus weist die Basisstation
keine Benutzertastatur- und Anzeige-Einheit 131 auf, wie
sie in der Mobilstation eingesetzt ist. Ein weiterer Unterschied
ist, dass eine Basisstation, wie in 2 als Kanalsteuereinrichtungen
1, 2 und 3 dargestellt, von denen jede einen von drei Zeitschlitzen
einer Frequenz behandelt, die Kommunikation zahlreicher mobiler
Stationen behandelt.
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Wenn
die Mobilstation eingeschaltet wird, führt die Mikroprozessor-Steuereinrichtung 130 eine Initialisierungsprozedur
aus. Am Anfang werden die Dienstparameter des Systems wiedererlangt,
was bedeutet, dass das bevorzugte System, beispielsweise drahtgebunden
(B) oder nicht drahtgebunden (A), ausgewählt wird. Abhängig von
der getroffenen Auswahl beginnt das Abtasten der zu dem bevorzugten System
gehörenden
dedizierten Steuerkanäle.
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Der
Empfangsfrequenz-Synthesizer 125 wird durch die Mikroprozessor-Steuereinrichtung 130 veranlasst,
die Frequenz zu erzeugen, die dem ersten dedizierten Steuerkanal
entspricht. Wenn die Frequenz stabil ist, mißt das Signalpegel-Meßgerät 129 die
Signalstärke,
und danach speichert die Mikroprozessor-Steuereinrichtung 130 den
Wert der Signalstärke
ab. Die gleiche Prozedur wird für
die den verbleibenden dedizierten Steuerkanälen entsprechenden Frequenzen
ausgeführt,
und eine auf der Signalstärke
jeder Frequenz basierende Rangfolgebildung wird durch die Mikroprozessor-Steuereinrichtung 130 durchgeführt. Der
Empfangsfrequenz-Synthesizer 125 wird dann angewiesen,
sich auf die Frequenz mit dem größten Pegel
der Signalstärke
abzustimmen, so dass die Mobilstation in der Lage ist, Versuche
zu unternehmen, sich mit dem Kanal zu synchronisieren.
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Das
Funksignal wird durch den Empfänger 126 empfangen
und gemäß der ausgewählten Trägerfrequenz
durch einen HF-Demodulator 127 demoduliert und dann durch
einen ZF-Demodulator 128 demoduliert. Die Synchronisation
und Primäranalyse der
digitalen Information in dem Funksignal wird in dem Entzerrer 114 durchgeführt. Wenn
der Entzerrer 114 bewerkstelligen kann, ein Synchronisationswort oder
ein mit dem Synchronisationswort identisches Steuerkanal-Identifikationswort
oder ein mit dem in einem Synchronisationswort-Generator 109 gespeicherten
oder Steuerkanal-Identifikationswort identischen Steuerkanalidentifikationswort
entsprechend zu detektieren, wird der Entzerrer 114 auf
den dem Synchronisationswort bzw. dem Steuerkanali denfikationswort
zugeordneten Zeitschlitz einrasten. Die Mobilstation wartet auf
die durch den Steuerkanalmeldungsdetektor 133 decodierte
und zu der Mikroprozessor-Steuereinrichtung übertragene Systemparameter-Overhead-Meldung. Diese Meldung
enthält
Informationen über
die Identifikation des Systems, die Protokollfähigkeiten, die Anzahl der verfügbaren Paging-Kanäle (PC)
und ihre spezifische Frequenzzuweisung.
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Für den Fall,
dass der Entzerrer 114 nicht in der Lage ist, das Synchronisationswort
oder das Steuerkanalidentifikationswort innerhalb einer spezifizierten
Zeitperiode zu erkennen, wird der Empfangsfrequenz-Synthesizer 125 durch
die Mikroprozessor-Steuereinrichtung 130 angewiesen, sich
auf den Kanal mit dem nächststärkeren Signal
abzustimmen. Falls die Mobilstation nicht in der Lage ist, sich mit
dieser zweiten Wahl zu synchronisieren, weist die Mikroprozessor-Steuereinrichtung 130 einen
Wechsel des bevorzugten Systems an, beispielsweise von A nach B
oder umgekehrt. Danach beginnt das Abtasten der dedizierten Steuerkanäle des neuen
bevorzugten Systems.
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Wenn
die Mobilstation die Systemparameter-Overhead-Meldung empfangen
hat, werden die Paging-Kanäle
in der gleichen Weise wie die dedizierten Steuerkanäle abgetastet,
d.h. durch Messen der Signalstärke
und durch Auswählen
der Frequenz mit dem stärksten
Signal. Die Synchronisation auf die Paging-Kanäle wird dann dementsprechend
durchgeführt.
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Bei
erfolgreicher Synchronisation auf einen Paging-Kanal verläßt die Mobilstation
die Initialisierungs-Prozedur und es beginnt ein Untätigkeitsmodus
(idle mode). Der Untätigkeitsmodus
ist durch vier Zustände
charakterisiert, die durch die Mikroprozessor-Steuereinrichtung 130 gesteuert
werden, und durch die nacheinander in einer Schleife hindurchgegangen
wird, solange kein Zugriff auf das System initiiert wird. Es ist
festzuhalten, dass das Abtasten der Paging-Kanäle
ausgeführt
wird, wann immer die Bitfehlerrate auf dem gegenwärtigen Paging-Kanal über einen
bestimmten Pegel hinauswächst,
um sicherzustellen, dass die Mobilstation dem Paging-Kanal mit der
stärksten
Signalstärke
lauscht.
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Der
erste dem Untätigkeitsmodus
zugeordnete Zustand ist ein fortwährendes Aktualisieren des Zustandes
der Mobilstation, beispielsweise der Anzahl und der Stelle bestehender
Zugriffskanäle
(access channels (AC). Diese Information wird der Mobilstation in
der Systemparameter-Overhead-Meldung auf dem Paging-Kanal zugetragen,
oft als ein "digitaler
Vorwärts-Steuerkanal" (digital forward
control channel, DFOCC) bezeichnet. Diese Meldung wird in dem Steuerkanalmeldungsdetektor 133 decodiert
und der Mikroprozessor-Steuereinrichtung 130 übermittelt.
Bestimmte von der Basisstation in der Systemparameter-Overhead-Meldung übertragene Meldungen
fordern Antwortaktionen von der Mobilstation; beispielsweise weist
eine Wiederabtastungs-Meldung
(rescan message) die Mikroprozessor-Steuereinrichtung 130 an,
die Initialisierungs-Prozedur erneut zu beginnen. Ein weiteres Beispiel
ist, dass eine Registrierungs-Identitäts-Meldung (registration identity
message) von der Basisstation die Mobilstation zwingt, einen Systemzugriff auszuführen, um
sich gemäß dem untenstehend
beschriebenen System-Zugriffsmodus anzumelden.
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Der
zweite dem Untätigkeitsmodus
zugeordnete Zustand bezieht sich auf die Situation, bei der die
Mobilstation versucht, durch die Basisstation übermittelte Seiten-Meldungen
(page messages) zur Deckung zu bringen. Diese Steuermeldungen der Mobilstation,
die über
den DFOCC gesendet werden, werden in dem Steuerkanalmeldungsdetektor 133 decodiert
und durch die Mikroprozessor-Steuereinrichtung 130 analysiert.
Wenn die decodierte Zahl auf die Identifikationsnummer der Mobilstation
passt, wird im Systemzugriffsmodus eine Verbindung zu der Basisstation
vorbereitet.
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Der
dritte Zustand des Untätigkeitsmodus beinhaltet
das Hören
auf durch die Basisstation über den
DFOCC gesendeten Befehle. Decodierte Befehle, wie etwa ein abgekürzter Alarm,
werden demgemäß durch
die Mobilstation verarbeitet.
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Der
vierte Zustand in dem Untätigkeitsmodus
beinhaltet die Überwachung
der Tastatur 133 auf Eingabe aufgrund von Benutzeraktivität, beispielsweise
zum Initiieren eines Anrufes, durch die Mikroprozessor-Steuereinrichtung 130.
Das Hervorbringen eines Anrufes führt dazu, dass die Mobilstation
den Untätigkeitsmodus
verläßt und in
den Systemzugriffsmodus eintritt.
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Eine
der primären
Arbeiten in dem Systemzugriffsmodus der Mobilstation ist das Erzeugen
einer Zugriffsmeldung durch die Mobilstation. Die der Mobilstation
verfügbaren
Zugriffskanäle
(AC), die während
des Untätigkeitsmodus
aktualisiert worden sind, werden nun in einer Art und Weise ähnlich dem Messen
der dedizierten Steuerkanäle
wie vorstehend beschrieben untersucht. Eine Rangfolgebildung nach der
jeweiligen Signalstärke
wird durchgeführt,
und der Kanal, dem das stärkste
Signal zugeordnet ist, wird ausgewählt. Der Sendefrequenz-Synthesizer 124 und
der Empfangsfrequenz-Synthesizer 125 werden dementsprechend
abgestimmt und eine Dienstanforderungsmeldung wird über den
ausgewählten
Kanal gesendet, um die Basisstation über den Typ des gewünschten
Zugriffes zu informieren, beispielsweise Anrufentstehung, Page-Antwort, Anmeldungsanforderung
oder Auftragsbestätigung. Nach
der Vervollständigung
dieser Meldung wird der Verstärker 123 der
Mobilstation abgeschaltet und die Mobilstation wartet auf weitere
Steuermeldungen auf dem DFOCC. In Abhängkeit von dem Zugriffstyp errhält die Mobilstation
dann eine adäquate
Meldung von der Basisstation.
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Wenn
der Zugriffstyp "Anrufentstehung" oder "Paging" ist, wird der Mobilstation
durch die Basisstation ein freier Verkehrskanal zugeteilt, und die
Mobilstation verläßt den Systemzugriffsmodus,
um den Verkehrskanal zu belegen. Die Mobilstation stimmt dann den
Sendefrequenz-Synthesizer 124 und den Empfangsfrequenz-Synthesizer 125 auf
die dem gewählten
Verkehrskanal zuge ordneten Frequenzen ab. Danach beginnt der Entzerrer 115 die
Synchronisation. Eine Zeitschlitz-Abgleichprozedur wird durch die
Basisstation gesteuert und gründet
sich auf Zeitverzögerungsmessungen,
die bei der Basisstation an dem empfangenen Signal ausgeführt werden.
Von diesem Augenblick an werden zwischen der Basisstation und der
Mobilstation ausgetauschte Steuermitteilungen über den zugeordneten schnellen
Steuerkanal (FACCH) und über
den zugeordneten langsamen Steuerkanal (SACCH) übermittelt.
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Meldungen
von der Mikroprozessor-Steuereinrichtung 130 werden durch
den SACCH-Generator 102 oder durch den FACCH-Generator 103 erzeugt,
und die Daten werden in dem Kanal-Codierer 105 mit Fehlerschutzprüfsummen
codiert. Die FACCH-Daten werden mit Sprachdaten in dem Multiplexer 105 im
Zeitmultiplex-Verfahren zusammengefügt und durch die 2-Burst-Interleave-Einrichtung 106 über zwei
Impulsbündel
eingeschichtet. Dann werden die Daten in dem modulo-2-Addierer 107 verschlüsselt, der
durch den durch die Verschlüsselungseinheit 112 erzeugten
Verschlüsselungs-Algorithmus
gesteuert wird. Die SACCH-Daten werden durch die 22-Burst-Interleave-Einrichtung 108 über 22 Impulsbündel eingeschoben
und dann dem Impulsbündelgenerator 110 zugespeist,
wo die SACCH-Daten mit Sprachdaten, FACCH-Daten, dem Synchronisationswort und
dem DVCC aus dem DVCC-Generator 109 gemischt werden. Der
HF-Modulator 122 moduliert das Bitmuster gemäß dem π/4 DQPSK-Prinzip.
Der Leistungsverstärker 123 wird aktiviert
und der Leistungspegel wird durch die Mikroprozessor-Steuereinrichtung 130 während der
Zeit des übertragenen
Zuweisungszeitraumes gesteuert.
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Steuermeldungen
von der Basisstation werden ebenfalls über den FACCH und den SACCH
an die Mikroprozessor-Steuereinrichtung 130 der Mobilstation übermittelt.
Der Symboldetektor 115 wandelt die empfangenen vier Symbolmuster
in einen Strom von Bitdaten um, der an den Sprachdecodierer 119, den
FACCH-Detektor 120 oder den SACCH-Detektor 121 gerichtet
wird, abhängig
von dem verwendeten Datentyp. Sprachdaten und FACCH-Daten werden durch
den modulo-2-Addierer 107 und durch die 2-Burst-Deinterleave-Einrichtung 116 entschlüsselt. Die
Kanaldecoder 108 detektieren Bitfehler und informieren
die Mikroprozessor-Steuereinrichtung 130 demgemäß. Der SACCH
wird über
22 Impulsfolgen durch eine 22-Burst-Deinterleave-Einrichtung 117 herausgezogen,
bevor in dem Kanaldecoder 118 die Fehlerdetektion vorgenommen
wird.
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Von
der Basisstation an die Mobilstation übertragene Meldungen schließen typischerweise Alarm-Anweisungen,
Anweisungen zum Ausführen von
Messungen der Kanalqualität,
Anruf-Freigabe-Anweisungen und "Hände-weg-Anweisungen" ein. In die entgegengesetzte
Richtung übermittelte Meldungen
sind solche, die durch den Benutzer der Mobilstation initiiert werden,
beispielsweise die Freigabeanweisung. Die letzte Anweisung impliziert, dass
der Benutzer den Anruf beendet hat, und die Mobilstation die Steuerung
des Verkehrskanals verlassen und in den Initialisierungs-Modus zurückkehren
wird.
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Die 3A–3E veranschaulichen
die Struktur der digitalen Kanäle
gemäß der vorliegenden
Erfindung in Kompatibilität
mit den digitalen Verkehrskanälen
gemäß den EIA/TIA-Normen
IS-54. 3A veranschaulicht die Rahmen-Struktur eines Funkkanals.
Gemäß diesem
Beispiel besteht ein Funkkanal-Rahmen
typischerweise aus sechs Zeitschlitzen, die insgesamt 1.944 Bit
oder 972 Symbole einschließen.
Die Länge
des Rahmens beträgt
40 ms bei einer Datenübertragungsrate
von 25 Rahmen pro Sekunde. Jeder der Zeitschlitze ist typischerweise von
1–6 nummeriert,
wobei jeder entsprechend Synchronisationsworte aus 28 Bit, wie oben
definiert, enthält.
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Die 3B und 3C veranschaulichen ein
Zeitschlitz-Format für Übertragungen
von der Mobilstation an die Landfunkstelle bzw. von der Landfunkstelle
an die Mobilstation für
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Zeitschlitz-Formate schließen gemeinsam
260 zur Datenübertragung
reservierte Bits, 12 Bit für
einen digitalen Verifikationsfarbcode (DVCC), 12 Bit für einen
zugeordneten langsamen Steuerkanal (SACCH) und 28 Bit für Synchronisations-
und Übungsdaten
(SYNC) ein. Das Zuteilungsformat von der Mobilstation zur Landfunkstelle
weist zwei 6 Bit-Blöcke
für Schutzzeit
(guard time) (G) und Ausstiegszeit (ramp time) (R) Informationen
auf. Das Zuteilungsformat von der Landfunkstelle zu der Mobilstation
weist einen 12 Bit-Block auf, der für den zukünftigen Gebrauch reserviert
ist.
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Bei
einer Halbgerüst-Alternative
(half rate alternative) benutzt jeder Sprach-/Verkehrskanal einen Zeitschlitz
eines jeden Rahmens. Dies impliziert, dass ein Gerüst sechs
Halbgerüst-Verkehrskanäle umfasst,
wobei die Zuteilungsräume
sequentiell als 1, 2, 3, 4, 5, 6 numeriert sind. Gemäß der Vollgerüst-Alternative
benutzt jeder Vollgerüst-Verkehrskanal
zwei gleich beabstandete Zeitschlitze des Rahmens, beispielsweise
1 und 4, 2 und 5, oder 3 und 6. Bei dieser Alternative werden die
Zeitschlitze als 1, 2, 3 numeriert, und die Konfiguration eines
Gerüstes
ist daher 1, 2, 3, 1, 2, 3. Es ist einsehbar, dass für Erläuterungszwecke
angenommen werden kann, dass die vorliegende Erfindung bei den folgenden
Beispielen die Gesamtraten-Alternative benutzt.
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Die 3D und 3E veranschaulichen eine
Zeitschlitz-Formatstruktur der digitalen Steuerkanäle gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 3E verbildlicht
die Rahmenstruktur des digitalen Vorwärts-Steuerkanals (DFOCC), der von der Basisstation
zu der Mobilstation herunterführt
(downlink), und 3D verbildlicht die Struktur
des digitalen Rückwärts-Steuerkanals (DRECC),
der von der Mobilstation zu der Basisstation hinaufführt (uplink).
Beim Vergleichen der Steuerkanal-Formate der Aufwärtsverbindung
und der Abwärtsverbindung
in 3D und 3E mit
den entsprechenden Ver kehrskanalformaten in den 3B und 3C wird
erkannt, dass die Formate mit Ausnahme der SACCH- und CDVCC-Felder
gleich sind.
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Die
vorliegende Erfindung richtet sich auf die Probleme, die auftreten,
wenn die Steuerkanäle
einer zugeordneten Basisstation Zeitschlitze in Funkkanal-Rahmen
nutzen, die auch Zeitschlitze umfassen, die für Verkehrskanäle genutzt
werden. Gemäß des Betriebes
der Mobilstation der vorliegenden Erfindung gibt es vier unterschiedliche
Gelegenheiten, anläßlich derer
es erforderlich ist, dass die Mobilstation die Steuerkanäle abtastet.
Die erste Gelegenheit besteht während
der Initialisierungs-Prozedur, wenn die dedizierten Steuerkanäle abgetastet
werden. Die zweite Gelegenheit besteht während der Initialisierungs-Prozedur
und in dem Untätigkeitsmodus,
wenn die Paging-Kanäle
abgetastet werden. Die dritte Gelegenheit besteht während des
Systemzugriffs-Modus, wenn die Zugriffskanäle abgetastet werden. Schließlich werden
die Paging-Kanäle
auch nach einer Anrufbeendigung abgetastet.
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Es
wird nunmehr angenommen, dass die Mobilstation während dieser Paging-Vorkommnisse davon
Kenntnis besitzt, welche Funkkanal-Frequenzen abzutasten sind, und
dass die Abtastprozedur wie oben beschrieben ausgeführt wird.
Eine Rangfolgebildung der Signalstärke jeder Funkkanal-Frequenz
wird wie vorstehend beschrieben durchgeführt, und bevorzugterweise sollten
mehr als zwei Frequenzen in der Rangfolgeliste gespeichert sein. Der
nächste
Verarbeitungsschritt besteht darin, die Mobilstation auf eine der
gespeicherten Fre quenzen zu synchronisieren. In diesem Beispiel
tritt jedoch dadurch ein Problem auf, dass die gesuchten Steuerkanäle, wie
in 4 veranschaulicht, mit den Verkehrskanälen gemischt
sind. 4 veranschaulicht ein standardisiertes Gerüst, das
sowohl Steuerkanäle als
auch Verkehrskanäle
umfasst. Bei diesem Beispiel werden die Zeitschlitze 1 und 4 als
Steuerkanäle
und die Zeitschlitze 2, 3, 5 und 6 als Verkehrskanäle genutzt.
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Ein
herkömmlicher
Ansatz an dieses Problem des Unterscheidens, welcher Zeitschlitz
ein Steuerkanal und welcher Zeitschlitz ein Verkehrskanal ist, besteht
im Programmieren der Mikroprozessor-Steuereinrichtung 130,
um diese Unterscheidung zu detektieren. Bedauerlicherweise erfordert
dieser Ansatz eine erhebliche Signalverarbeitung des empfangenden
Signals einschließlich
Kanaldecodierung und CRC-Berechnungen, bevor ein Steuerkanal von einem
Verkehrskanal unterschieden werden kann. Zusätzlich würde die Kanalunterscheidung
durch die benötigte
Entschlüsselung
des empfangenden Signalsverzögert
werden, wenn die übertragenen
Daten verschlüsselt
sind.
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Die
vorliegende Erfindung bietet alternative Lösungen für dieses Problem an. In einer
ersten bevorzugten Ausführungsform
kann der als Steuerkanal verwendete Zeitschlitz schneller detektiert
werden, wenn diese Zeitschlitze mit eindeutig definierten, durch
den Synchronisationswort-Generator 1091 der Basisstation
erzeugten Synchronisationsworte markiert werden. In dieser Situation
erkennt der Entzerrer 114 der Mobilstation die eindeutig
definierten Synchro nisationsworte und identifiziert jene besonderen
Zeitschlitze als Steuerkanäle
und unterscheidet somit die Zeitschlitze, die nicht als Verkehrskanäle benutzt
werden. Diese Operation ermöglicht
es jenen Kanälen,
die nicht Steuerkanäle
sind, schnell entfernt zu werden, so dass der Prozeß der Rangfolgebildung
der stärksten
Steuerkanal-Signale mit einer wesentlich schnelleren Rate ausgeführt werden kann.
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Die 5A und 5B veranschaulichen Beispiele
der Implementation der eindeutigen Synchronisationsworte (ESW),
die den Zeitschlitz als einen Steuerkanal ausweisen. Da die den
sechs Zeitschlitze in dem Rahmen gemäß der Norm IS-54 zugeordneten
Synchronisationsworte als Synchronisationsworte 1, 2, 3, 4, 5, 6
bezeichnet werden, wird vorgeschlagen, dass die eindeutigen Steuerkanal-Synchronisationsworte
für Erklärungszwecke
als Synchronisationsworte 7, 8 und 9 bezeichnet werden. Im allgemeinen
bezieht sich das Synchronisationswort 7 ausschließlich auf
die Zeitschlitze 1 und 4, das Synchronisationswort 8 betrifft ausschließlich die Zeitschlitze
2 und 5 und das Synchronisationswort 9 betrifft ausschließlich die
Zeitschlitze 3 und 6.
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5A veranschaulicht
ein Gerüst,
das einen Steuerkanal und zwei Verkehrskanäle umfasst. Die Zeitschlitze
1 und 4 werden als Steuerkanäle
genutzt, und deshalb ist ihnen das einzigartige Synchronisationwort-DVCC-Generatorsynchronisationswort 7
zugeordnet.
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Die
Zeitschlitze 2, 3, 5 und 6 werden als Verkehrskanäle benutzt,
und daher sind ihnen die herkömmlichen
Synchronisationwort-DVCC-Generatorsynchronisationsworte 2 und 3
zugeordnet. 5B veranschaulicht ein Gerüst, das
zwei Steuerkanäle und
einen Verkehrskanal umfasst. Die Zeitschlitze 1, 2, 4 und 5 werden
als zwei getrennte Steuerkanäle verwendet
und haben daher jeweils die einzigartigen Synchronisationwort-DVCC-Generatorsynchronisationsworte
7 bzw. 8 zugeordnet. Die Zeitschlitze 3 und 6 werden als ein Verkehrskanal
genutzt, weswegen ihnen das herkömmliche
Synchronisationwort-DVCC-Generatorsynchronisationswort 3 zugeordnet
ist.
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Die
Anzahl der zur Impulsfolgenimplementation der vorliegenden Erfindung
erforderlichen einzigartigen Synchronisationwort-DVCC-Generatorsynchronisationsworte
variiert abhängig
von der Anzahl der Zeitschlitze und der maximalen Anzahl von zum Gebrauch
als separate Verkehrskanäle
oder als separate Steuerkanäle
verfügbaren
Zeitschlitze. Die folgenden Beispiele demonstrieren diesen Punkt.
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In
einer beschriebenen bevorzugten Ausführungsform mit einem Funkkanal-Gerüst mit sechs Zeitschlitzen
(six-slot radio channel frame), die Volltaktoder Halbtakt-Verkehrskanäle und Volltakt-Steuerkanäle benutzt,
werden neun einzigartige Synchronisationsworte benötigt, wenn
jeder Zeitschlitz entweder als ein Verkehrskanal oder als ein Steuerkanal genutzt
werden kann. Wenn jedoch nur vier von sechs Zeitschlitzen als zwei
Volltakt-Steuerkanäle genutzt werden
können
und alle sechs Zeitschlitze entweder als Volltakt- oder Halbtakt-Verkehrskanäle benutzt
werden können,
werden nur acht einzigartige Synchronisationsworte benötigt. In
einem Halbtakt-Verkehrskanal einschließlich zwei Funkkanal-Gerüsten, von
denen jeder sechs Zeitschlitze aufweist, werden zwölf einzigartige
Synchronisationsworte benötigt,
falls jeder Zeitschlitz entweder als ein Volltakt- oder Halbtakt-Verkehrs-
oder Steuerkanal zu benutzen ist.
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Wenn
das Funkkanal-Gerüst
nur vier Zeitschlitze aufweist und jeder Zeitschlitz entweder als ein
Volltakt- oder als ein Halbtakt-Verkehrs- oder Steuerkanal benutzt
werden kann, werden acht einzigartige Synchronisationsworte benötigt. In
einer Situation, in der das Funkkanal-Gerüst lediglich vier Zeitschlitze
umfasst und in der nur zwei von vier Zeitschlitzent entweder als
Volltakt- oder Halbtakt-Verkehrs- oder Steuerkanäle genutzt werden können, werden
nur sechs einzigartige Synchronisationsworte benötigt. In einer ähnlichen
Weise werden sechs einzigartige Synchronisationsworte benötigt, wenn das
Funkkanalgerüst
nur drei Zeitschlitze umfasst und jeder Zeitschlitz entweder als
ein getrennter Volltakt-Verkehrskanal oder als ein separater Volltakt-Steuerkanal
verwendet werden kann. Wenn das Funkkanal-Gerüst mehr als sechs Zeitschlitze
umfasst, beispielsweise acht Zeitschlitze, können abhängig von der Anzahl von Zeitschlitzen
pro Kanal und von der Anzahl von Zeitschlitzen, die entweder als
Verkehrsoder Steuerkanäle
benutzt werden können,
mehr als zwölf
einzigartige Synchronisationsworte benötigt werden. Somit können beispielsweise 16
einzigartige Synchronisationsworte benötigt werden.
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Die
Menge einzigartiger Synchronisationsworte erfüllt eine zweifache Funktion
der Synchronisationswort-DVCC-Generatorsynchronisation und der Kanalidentifikation.
Im allgemeinen sollte jedes Synchronisationswort gute Korrelationseigenschaften
aufweisen, was bedeutet, dass jedes Synchronisationswort mit jedem
anderen Snchronisationswort ohne Rücksicht darauf, ob sie gleichphasig
oder nicht gleichphasig zueinander sind, eine geringe Korrelation
aufweisen sollte. Darüber
hinaus sollte jedes Synchronisationswort ebenfalls eine geringe
Korrelation mit sich selbst aufweisen, wenn es außer Phase
ist. Daher ist es erforderlich, dass Synchronisationsworte in dem
Kontext einer Menge von Synchronisationsworten bestimmt werden.
Da längere
Synchronisationsworte bessere Korrelationseigenschaften liefern, müssen die
Synchronisationsworte umso länger sein,
desto größer die
Anzahl der benötigten
einzigartigen Synchronisationsworte ist, um auf die erforderlichen
Korrelationsbedingungen zu passen. Bedauerlicherweise erfordern
längere
Synchronisationsworte mehr Raum in einer Impulsfolge und vermindern
den Raum für
Verkehrsinformationen wie etwa Sprache oder Daten. Daher ist die
Bestimmung einer Menge von Synchronisationsworten oftmals ein Kompromiß zwischen
Korrelationseigenschaften und Länge.
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Während es
verschiedene Verfahren zum Korrelieren von Synchronisationsworten
gibt, ist ein Verfahren zum Korrelieren binärer Synchronisationsworte wie
folgt. Wenn jedes binäre
Synchronisationswort in digits (binäre Stellen) aufweist, gibt
es 2n mögliche
Synchronisationswort-Kombinationen. Eine Gesamtmenge von m-Synchronisationsworten
mit guten Korrelationseigenschaften kann dann aus den 2n möglichen
Synchronisationsworten ausgewählt
werden. Ein Computer kann programmiert werden, um alle möglichen
Synchronisationswort-Kombinationen zu testen, vorausgesetzt, dass
n relativ klein ist, verglichen mit der Anzahl von arithmetischen
Operationen, die der Computer pro Zeiteinheit ausführen kann.
Ein derartiges Testen wird effektiv durchgeführt, indem zuerst Synchronisationsworte
ausgeschlossen werden, die eine hohe Korrelation mit sich selbst
aufweisen, wenn sie außer
Phase sind, bevor Korrelationen verschiedener Worte getestet werden.
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Selbstverständlich besteht
ein anderes Verfahren zum Bestimmen einer Menge von Synchronisationsworten
darin, bereits bekannte und in der Literatur zum Stand der Technik
offenbarte Synchronisationsworte zu verwenden. Beispielsweise können, falls
sechs oder weniger 28-Bit-einzigartige Synchronisationsworte benötigt werden,
in zellulären
Systemen in den Vereinigten Staaten die in der Norm TIA IS-54 offenbarten
Synchronisationsworte verwendet werden. Falls acht oder weniger
28-Bit-Synchronisationsworte benötigt
werden, können
die Synchronisationsworte des paneuropäischen digitalen zellulären Systems,
abgekürzt
GSM, verwendet werden.
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Bei
einer gegebenen Menge von bekannten Synchronisationsworten können vielerlei
Anpassungen an dieser Menge ausgeführt werden. Beispielsweise
kann eine große
Anzahl von Synchronisationsworten durch einzigartiges Kombinieren
der kürzeren Synchronisationsworte
gewonnen werden, wenn eine große
Anzahl von Synchronisationsworten benötigt wird und lange Synchronisationsworte
akzeptabel sind, jedoch nur eine kleine Gruppe kürzerer Synchronisationsworte
zur Verfügung
stehen. Aus P-kürzeren
einzigartigen Synchronisationsworten kann eine maximale Anzahl von
P(P + 1)/2-einzigartigen Synchronisationsworten gewonnen werden,
die doppelt so lang sind wie die kurzen Synchronisationsworte. Daher
können
aus den kurzen Synchronisationsworten A, B, C und D lange Synchronisationsworte
AA, AB, AC, AD, BB, BC, BD, CC, CD und DD gewonnen werden.
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Es
kann in einigen Situationen wünschenswert
oder erforderlich sein, keine zusätzlichen Synchronisationsworte
hinzuzufügen,
um jene Zeitschlitze zu kennzeichnen, die Steuerkanäle sind.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bietet einen wirksamen Ansatz zum Befriedigen
eines derartigen Bedürfnisses
als auch zum Lösen
der Probleme mit dem oben beschriebenen herkömmlichen Ansatz an. Ein als
ein Steuerkanal benutzter Zeitschlitz kann einfach und schnell detektiert
werden, wenn jene Steuerkanal-Zeitschlitze
mit einem unverschlüsselten
einzigartig definierten Steuerkanal-Identifikationswort oder -worten (CCIW) identifiziert
werden, wie in den 3D und 3E veranschaulicht.
Der SACCH und der CDVCC werden auf dem Steuerkanal nicht benötigt und
ihre zugeordneten Felder werden in dieser Ausführungsform in der vorliegenden
Erfindung benutzt, um einen Zeitschlitz als einen Steuerkanal zu
identifizieren. Obwohl nicht illustriert, kann jede beliebige Anzahl von
der Steuerung zugeordneten Bits (control related bits), einschließlich der
SACCH- und/oder CDVCC-Bits zum Zweck des Identifizierens von als
Steuerkanälen
im Gegensatz zu Verkehrskanälen
benutzten Zeitschlitzen verwendet werden. Ein Vorteil dieser Ausführungsform
ist, dass Steuerfelder niemals verschlüsselt werden, so dass jegliche
Entschlüsselung
unnötig
ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass keine weiteren Synchronisationsworte
definiert zu werden brauchen.
-
Beispielsweise
kann ein Steuerkanal-Identifikationswort dadurch generiert werden,
indem einfach die zwölf
Bits des CDVCC-Feldes benutzt werden. Aus der Gesamt-Anzahl von
möglichen
CDVCC-Codes, die in dem CDVCC-Feld generiert werden können, sind
ein oder mehrere Codes für
den Gebrauch als Steuerkanal-Identifikationswort(e) reserviert. Selbstverständlich ist
für Zwecke
des Impulsfolgenimlementierens der vorliegenden Erfindung nur ein CCIW
zum Auszeichnen eines Zeitschlitzs als einen Steuerkanal erforderlich.
Jedoch sollte, wenn mehr als ein CCIW verwendet wird, die Anzahl
der verschiedenen Steuerkanal-Identifkationsworte nicht zu groß sein,
da andernfalls die Anzahl von CDVCC-Codes zu sehr beschränkt wird.
Um Bitmuster zu vermieden, die typischerweise durch die SACCH- und/oder
CDVCC-Codes erzeugt werden, und um niedrige Korrelationen zwischen
dem CCIW's und den
SACCH's und/oder
CDVCCI's zu erzielen,
werden nur zwei unterschiedliche CCIW's aus den 24 Bits des SACCH und des
CDVCC erzeugt. Demgemäß wird das
24-Bit-Steuerkanal-Identifikationswort (CCIW)
benutzt, um anzuzeigen, dass ein Zeitschlitz ein Steuerkanal ist.
Das 24-Bit-Synchronisationswort wird nur als ein Synchronisationswort-DVCC-Generatorsynchronisationsmuster
benutzt, um die spezielle Nummer des Zeitschlitzs anzuzeigen (Zeitschlitz
1 – Zeitschlitz
6).
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Wenn
zwei oder mehrere unterschiedliche 24-Bit-Steuerkanal-Identifikationsworte
bezeichnet sind, zeigt jeder CCIW nicht nur an, dass ein Kanal ein
Steuerkanal ist, sondern überträgt auch
Informationen von der mobilen Station zu der Basisstation oder umgekehrt.
Mit anderen Worten, beispielsweise können ein erstes und ein zweites
CCIW unterschiedlich sein. Dieser Unterschied ist einem Bit-Information äquivalent,
der benutzt werden kann, eine beliebige Anzahl nützlicher Meldungen zwischen
der mobilen Station und der Basisstation auszutauschen, beispielsweise
wenn mehrere Steuerkanäle
einschließlich
Zugriffs-Authentifikations- und Verschlüsselungsfunktionen mehr als
einen Zeitschlitz benötigen.
Die zwei Muster zu je 24 Bit müssen
so ausgewählt
sein, dass sie gute Korrelationseigenschaften aufweisen, was bedeutet,
dass jedes CCIW eine niedrige Korrelation mit den anderen CCIW aufweisen
sollte, ohne Berücksichtigung,
ob sie zueinander gleichphasig oder ungleichphasig sind.
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Darüber hinaus
sollte jedes CCIW ebenfalls eine geringe Korrelation mit sich selbst
aufweisen, wenn es außer
Phase ist.
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Das
Steuerkanal-Identifikationwort oder die Steuerkanal-Identifikationsworte
werden durch den Synchronisationswort-DVCC-Generatorsynchronisations-Generator 1091 der
Basisstation in der absteigenden Richtung (downlink direction) von
der Basisstation zur mobilen Station erzeugt, um der mobilen Station
zu ermöglichen,
die Steuerkanäle
rasch abzutasten. Wie vorstehend beschrieben, ermöglichen die
CCIW's, dass jene
Kanäle,
die nicht Steuerkanäle sind,
rasch eliminiert werden, um die Geschwindigkeit des Auswählens des
stärksten
Steuerkanal-Signals zu erhöhen.
Darüber
hinaus werden keine zusätzlichen
Synchronisationsworte benötigt,
um zu identifizieren, welche Zeitschlitze Steuerkanäle sind.
-
Die 5C und 5D veranschaulichen Beispiele
der Impulsfolgengenerator-Implementation der
Steuerkanal-Identifikationsworte, die einen Zeitschlitz als einen
Steuerkanal bestimmen. Während die
sechs Zeitschlitze in dem Rahmen gemäß der Norm IS-54 im allgemeinen
als Synchronisationswort-DVCC-Generatorsynchronisationworte
1, 2, 3, 4, 5, 6 bezeichnet werden, werden die einzigartigen Steuerkanal-Indikatoren
auf den Steuerkanälen
für Zwecke
des Beschreibens der 5C und 5D in einer
der 5A und 6B ähnlichen
Weise als erweiterte Synchronisationsworte (ESW) X1, X2 und X3 bezeichnet.
Spezifischerweise enthalten die erweiterten Synchronisationsworte
(ESW) nicht nur die Standard-Synchronisationsworte 1–6, sondern
ebenfalls die Steuerkanal-Identifikationsworte in den SACCH- und
CDVCC-Feldern.
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5C veranschaulicht
ein Gerüst,
das einen Steuerkanal und zwei Verkehrskanäle enthält. Die Zeitschlitze 1 und
4 werden als Steuerkanäle
benutzt und ihnen ist daher das einzigartige erweiterte Synchronisationswort
(ESW) X1 zugeordnet. Die Zeitschlitze 2, 3, 5 und 6 werden als Verkehrskanäle benutzt
und ihnen sind daher die Synchronisationsworte 2 und 3 zugeordnet. 5D veranschaulicht ein
Gerüst,
das zwei Steuerkanäle
und einen Verkehrskanal umfasst. Die Zeitschlitze 1, 2, 4 und 5 werden
als zwei getrennte Steuerkanäle
benutzt und ihnen sind die einzigartigen erweiterten Synchronisationsworte
(ESW) X1 bzw. X2 zugeordnet. Die Zeitschlitze 3 und 6 werden als
ein Verkehrskanal benutzt und ihnen ist daher das herkömmliche
Synchronisationswort 3 zugeordnet.
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Demgemäß bietet
die vorliegende Erfindung ein Verfahren und ein System, das einen
flexibleren Einsatz der bestehenden Funkkanäle und die Einführung neuer
Steuerkanäle
für die
Steuernachrichtenübermittlung
bietet. Das Verfahren und das System schließen den Gebrauch von Steuerkanälen einer zugeordneten
Basisstation ein, die direkt bestimmten Zeitschlitzen eines Funkkanal-Gerüsts entsprechen, der
auch als Verkehrskanäle
verwendete Zeitschlitze umfasst. Die als Steuerkanäle zu nutzenden
Zeitschlitze werden mit einem einzigartig definierten Steuerkanal-Indikator
entweder in der Form eines einzigartigen Syn chronisationswort-DVCC-Generatorsynchronationswortes
oder in Form eines einzigartigen Steuerkanal-Identifikationswortes
markiert. Eine mobile Station ist in der Lage, den einzigartig definierten
Steuerkanal-Indikator zu erkennen und die einzelnen Zeitschlitze
als Steuerkanäle
zu identifizieren, wodurch Zeitschlitze, die nicht als Steuerkanäle benutzt
werden, unterschieden werden.