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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft Frequenzsprung-(FH = Frequency Hopping)-Funksysteme.
Insbesondere betrifft sie FH-Funksysteme,
die bei einer Mehrfachzellen- oder Zellularanwendung mit festen
Basisstationen und sich bewegenden tragbaren Geräten angewendet werden, die
sich, während
sie sich bewegen, von einer Basisstation zu der anderen verbinden.
Die Erfindung ermöglicht,
dass Gesprächsübergaben zwischen
FH-Basisstationen selbst dann stattfinden, wenn die Basisstationen
völlig
unkoordiniert sind.
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Seit
dem weit verbreiteten Einsatz der Mobilfunktelefonie sind Zellularsysteme
wohlbekannt und haben ein hohes Maß an Reife erreicht. Zellularsysteme
weisen typischerweise ein Mobilfunknetzwerk mit einer Anzahl von
Basisstationen auf, die bei strategischen Stellen angeordnet sind,
wobei jede Basisstation einen beschränkten Bereich versorgt, der
Zelle genannt wird. Weil sich benachbarte Zellen teilweise überlagern
kann sich eine tragbare Vorrichtung von einer Zelle zur anderen
bewegen, ohne einen Kontakt zu dem Mobilfunknetzwerk zu verlieren. Wenn
sich das tragbare Gerät
während
eines Anrufs bewegt, wird die Verbindung in Abgängigkeit von der relativen
Lokalisierung bzw. Stelle des tragbaren Geräts in Bezug auf die Basisstationen
von einer Basisstation zu einer anderen übergeben.
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Zum
Unterstützen
des Zugriffs auf das Netzwerk und der Übergabefunktion sendet die
Basisstation typischerweise ein vordefiniertes (bekanntes) Funksignal,
nämlich
das sogenannte Steuersignal oder die sogenannte Bake. Der Steuerkanal
offenbart das Vorhandensein der Basisstation zu dem tragbaren Gerät. Basierend
auf der Signalstärke
des im tragbaren Gerät
empfangenen Steuerkanals kann vor oder während eines Anrufs eine Entscheidung
in Bezug darauf getroffen werden, mit welcher Basisstation sich
das tragbare Gerät
verbinden sollte.
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Steuerkanäle sind
feste Kanäle,
die durch die tragbaren Geräte
auf einfache Weise gefunden werden können. Sie verwenden entweder
eine bestimmte Frequenz und/oder einen bestimmten Zeitschlitz in
Frequenzvielfachzugriffs-(FDMA)/Zeitvielfachzugriffs-(TDMA)-basierenden
Systemen oder einen festen Spreizcode in Direktsequenz-Codevielfachzugriffs-(CDMA)-basierenden
Systemen. In allen Fällen
ist die Trägerfrequenz,
bei welcher der Steuerkanal angeordnet ist, fest, obwohl sie sich
für eine Basisstation
unterscheiden kann. Alles was das tragbare Gerät tun muss, besteht im Abstimmen
auf die richtige Trägerfrequenz
und im Abtasten der Signale, bis ein decodierbares Signal gefunden
wird.
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In
Systemen, die auf einem Frequenzsprung-CDMA basieren, ist die Situation
völlig
anders. In diesen Systemen ändert
sich die Trägerfrequenz
gemäß einer
Pseudozufalls-Sprungsequenz periodisch. Daher ist es schwierig,
Zellularsysteme mit einem FH-System aufzubauen, weil FH-Steuerkanäle für das tragbare
Gerät schwierig
zu finden sind, und zwar insbesondere dann, wenn das tragbare Gerät keine
Kenntnis über
die Sprungzeitgabe und die Sprungsequenz hat. In der Vergangenheit
ist FH in digitalen Zellularsystemen, wie GSM, angewendet worden,
um die Kapazität
durch eine Interferenzdiversity bzw. einen Interferenzmehrfachempfang
zu erhöhen;
jedoch sind es in diesen Systemen nur die Verkehrskanäle, die
springen, und niemals die Steuerkanäle.
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Der
Suchaufwand eines tragbaren Geräts
in einem FH-Zellularsystem
kann beachtlich reduziert werden, wenn das Springen zwischen den
Basisstationen koordiniert wird. In diesem Fall ist dann, wenn das
tragbare Gerät
sich einmal auf eine Basisstation synchronisiert hat, wenig Aufwand
erforderlich, um auf andere Basisstationen in der Nähe zu verriegeln, vorausgesetzt,
dass ihre FH-Sendungen mit der aktuellen Basisstation koordiniert
sind. Somit wird bei koordinierten Systemen der Suchaufwand nur
für das erste
Mal aufgewendet, wenn das tragbare Gerät in das Mobilfunknetzwerk
eintritt, wie beispielsweise beim Versorgen mit Energie, wenn das
tragbare Gerät
eingeschaltet wird.
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Jedoch
dann, wenn die Funkschnittstelle bestimmte Frequenzbänder, Regelungen
bzw. Vorschriften und Regeln, die durch Regulierungsbehörden, wie
die Federal Communications Commission (FCC) in den Vereinigten Staaten
oder das Europäische
Telekommunikationsstandardinstitut (ETSI = European Telecommunications
Standard Institute) in Europa, festgelegt sind, verbietet sich die
Koordination von Basisstationen. Ein Beispiel ist das nicht lizenzierte
industrielle/medizinische/wissenschaftliche (ISM = Industrial/Medical/Scientific)
Band bei 2,4 GHz. Um dieses Band zu verwenden, muss das Funksystem
seine Signale entweder durch ein Direktsequenz-(DS = Direct-Sequence)-Spreizen
oder durch ein Frequenzsprung-Spreizen spreizen. Wie es oben beschrieben
wurde, sind Zellularsysteme, die auf einem DS-Spreizen basieren, zum Einsatz attraktiv,
weil feste Trägerfrequenzen
zum Unterstützen
der Steuerkanäle
verwendet werden können.
Jedoch ist ein FH-Spreizen in Umgebungen mit unbekannten Störsendern
robuster und resultiert in billigeren Transceiverimplementierungen.
Unglücklicherweise
lässt die
Gruppe von Regeln, die das ISM-Band beherrschen, die Koordination
von FH-Basisstationen nicht zu. Dies behindert in diesem Band den
Einsatz von Mehrfachzellen- und Zellular- FH-Systemen, die beispielsweise Gesprächsübergaben
unterstützen.
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Selbst
wenn ein Funkband verwendet wird, in welchem Regulierungen eine
Koordination von Basisstationen zulassen, ist eine Koordination
für billige Lösungen unerwünscht. Basisstationen,
die als Zugriffsstellen für
einen drahtlosen Zugriff auf ein existierendes verdrahtetes Netzwerk
verwendet werden, wie PSTM, Ethernet, oder irgendein anderes herkömmliches
LAN, können
auf Koordinations- und Synchronisationssignale auf der Drahtleitung
nicht antworten. In einem solchen Fall wäre ein bestimmtes Netzwerk
erforderlich, um die Mobilitätsfunktionen
zu behandeln, die für
die Zugriffstellen erforderlich sind. Dies ist keine attraktive
Lösung.
Im bevorzugten Fall kann eine Zugriffsstelle in eine herkömmliche
verdrahtete Haupttrasse eingestöpselt
werden, ohne Koordinations- und Synchronisationssignale zu erfordern.
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Es
ist daher wünschenswert,
ein System und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, die ein Frequenzspringen
in einem Kommunikationssystem anwenden, das Gesprächsübergaben
zwischen unkoordinierten Basisstationen durchführt.
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EP-A-0793396
offenbart ein Beispiel eines Systems gemäß dem Stand der Technik auf
diesem Gebiet.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein unkoordiniertes Frequenzsprung-Zellularsystem, eine
Mobilfunkeinheit zur Verwendung in einem unkoordinierten Frequenzsprung-Zellularsystem, eine Basisstation
zur Verwendung in einem unkoordinierten Frequenzsprung-Zellularsystem
und Verfahren zum Betreiben der Mobilfunkeinheit, der Basisstation und
des Systems zur Verfügung
zu stellen.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung bestimmt die Mobilfunkeinheit Information,
die zu einer Gruppe von Basisstationen gehört, die innerhalb eines geographischen
Gebiets bzw. Bereichs sind, das bzw. der durch eine Lokalisierung
bzw. Stelle der Mobilfunkeinheit definiert ist. Die Mobilfunkeinheit
führt dann
zu wenigstens einer der Basisstationen in der Gruppe die Information
zu, die zu wenigstens einer anderen Basisstationen in der Gruppe
gehört.
In jeder Basisstation kann diese Information empfangen und akkumuliert
bzw. angesammelt werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung kann die Information Adresseninformation
entsprechend der Gruppe von Basisstationen enthalten.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung kann die Information Takt-Offsetinformation
enthalten, die eine Differenz zwischen einem Taktwert, der zu der
wenigstens einen der Basisstationen gehört, und einem Taktwert, der
zu wenigstens einer der anderen Basisstationen in der Gruppe gehört, darstellt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung empfängt eine Mobilfunkeinheit zusätzliche
Information von der wenigstens einen der Basisstationen, wobei die
zusätzliche
Information Information enthält,
die zu wenigstens einer Basisstation gehört, die nicht in der Gruppe
von Basisstationen ist. Beispielsweise kann die Zusatzinformation
Synchronisationsinformation enthalten, die zu der wenigstens einen
Basisstation gehört,
die nicht in der Gruppe von Basisstationen ist. Diese zusätzliche
Information kann dann zum Aufbauen einer Kommunikation mit der wenigstens
einen Basisstation verwendet werden, die nicht in der Gruppe von
Basisstationen ist.
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Die
Basisstationen können
gelegentlich aktualisierte Information von einem kürzlicheren
Kontakt mit Mobilfunkeinheiten empfangen. Somit können die
Basisstationen gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung eine Rate einer Taktdrift bzw. einer Taktabweichung
zwischen einem eigenen Takt, der innerhalb der Basisstation angeordnet
ist, und einem anderen Takt, der innerhalb einer anderen Basisstation
im System angeordnet ist, schätzen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung können
die Basisstationen die geschätzte
Rate einer Taktverschiebung zum Korrigieren eines gespeicherten
Takt-Offsetwerts verwenden, der eine Differenz zwischen einem Taktwert,
der zu dem eigenen Takt gehört,
und einem Taktwert, der zu dem anderen Takt gehört, der innerhalb der anderen
Basisstation im System angeordnet ist, darstellt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung kommuniziert eine Mobilfunkeinheit
zur Verwendung in einem unkoordinierten Frequenzsprung-Zellularsystem
mit einer ersten Basisstation im unkoordinierten Frequenzsprung-Zellularsystem; und
empfängt
Information von der Basisstation, wobei die Information Adressen
und Takt-Offsetwerte von benachbarten Basisstationen im unkoordinierten Frequenzsprung-Zellularsystem enthält.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung stellt jeder der Takt-Offsetwerte
eine Differenz zwischen einem Taktwert, der zu der ersten Basisstation
gehört,
und einem Taktwert, der zu einer entsprechenden der benachbarten
Basisstationen gehört, dar.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung verwendet die Mobilfunkeinheit die
Information von der ersten Basisstation zum Aufbauen einer Kommunikation
mit wenigstens einer der benachbarten Basisstationen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung führt
die Mobilfunkeinheit zusätzliche
Information zu der ersten Basisstation zu, wobei die zusätzliche
Information Adressen- und
Takt-Offsetinformation enthält,
die zu einer anderen Basisstation im unkoordinierten Frequenzsprung-Zellularsystem
gehört.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung führt
die Mobilfunkeinheit eine Abfrageprozedur durch, die die zusätzliche
Information ergibt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden durch Lesen der folgenden
detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen verstanden
werden, wobei:
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1 eine
Funkrufprozedur bzw. Paging-Prozedur zwischen zwei Einheiten in
einem Frequenzsprung-Kommunikationssystem
zeigt;
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2 eine
Abfrageprozedur gemäß einem Aspekt
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 ein
herkömmliches
Einzelzellensystem zeigt, bei welchem eine feste Zelle durch den
Bereich eines Steuerkanals einer Basisstation bestimmt wird;
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4 ein
herkömmliches
Mehrfachzellensystem zeigt, wobei feste Zellen durch den Bereich eines
jeweiligen Steuerkanals einer Basisstation bestimmt werden;
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5 ein
Einzelzellensystem gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt, wobei eine schwebende Zelle durch den Bereich
des Abfragesignals eines tragbaren Geräts bestimmt wird;
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6 ein
Mehrfachzellensystem gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt, wobei eine schwebende Zelle durch den Bereich
des Abfragesignals einer tragbaren Einheit bestimmt wird;
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7 eine
beispielhafte Abfrage-Ergebnisliste einer tragbaren Einheit in einer
Mehrfachzellenumgebung gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8 ein
Diagramm ist, das ein Beispiel der Zeitgabe und der Richtung von
Signalen über
die Luftschnittstelle während
einer Gesprächsübergabe gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt;
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9 ein
Diagramm ist, das fünf
Basisstationen in einem unkoordinierten Frequenzsprungsystem und
einen Pfad eines ersten Mobilfunk-Endgeräts in diesem System zeigt;
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10a bis 10e resultierende
Basisstationslisten zeigen, die aus der Aktivität von ersten Mobilfunk-Endgeräten im System
gemäß der Erfindung
resultieren;
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11 ein
Diagramm ist, das die fünf
Basisstationen im beispielhaften unkoordinierten Frequenzsprungsystem
und einen Pfad eines zweiten Mobilfunk-Endgeräts in diesem System zeigt;
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12a bis 12e resultierende
Basisstationslisten zeigen, die aus der Aktivität von zweiten Mobilfunk-Endgeräten im System
gemäß der Erfindung
resultieren;
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13a bis 13e eine
beispielhafte Gruppe von vollständig
gefüllten
Basisstationslisten gemäß der Erfindung
zeigen; und
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14 ein
Diagramm ist, das die fünf
Basisstationen im beispielhaften unkoordinierten Frequenzsprungsystem
und einen Pfad eines dritten Mobilfunk-Endgeräts in diesem System zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
verschiedenen Merkmale der Erfindung werden nun in Bezug auf die
Figuren beschrieben werden, wobei gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen
identifiziert sind.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des hierin beschriebenen Systems verwendet die FH-Funkluftschnittstelle,
wie sie in der US-Patentanmeldung Nr. 08/685,069 ("Short-Range Radio
Communiations System and Method of Use" von P.W. Dent und J.C. Haartsen), eingereicht
am 23. Juli 1996 beschrieben ist, und das Verfahren eines Kanalzugriffs,
das in der US-Patentanmeldung
Nr. 08/771,692 ("Access
Technique of Channel Hopping Communications System" von J.C. Haartsen
und P.W. Dent), eingereicht am 23. Dezember 1996 beschrieben ist.
Die US-Patentanmeldungen 08/685,069 und 08/771,692 sind hierdurch
hierin durch Bezugnahme enthalten. Die betrachtete Luftschnittstelle
beschreibt eine sogenannte physikalische Zeitduplex-Schnittstelle,
bei welcher der Transceiver abwechselnd sendet und empfängt, um
eine Duplexverbindung zu unterstützen.
Zusätzlich
wird jeder Zeitschlitz gemäß einem
pseudozufälligen Sprungmuster
bei einer anderen Sprungfrequenz gesendet. Das Sprungmuster wird
durch die Identität von
einer der Einheiten bestimmt, die bei der Verbindung teilnimmt.
Die Phase im Sprungmuster wird durch den ursprünglichen bzw. eigenen Systemtakt von
dieser selben Einheit bestimmt. Während eines Verbindungsaufbaus
werden die Identität
und Taktinformation von einer Einheit zur anderen Einheit transferiert,
so dass beide dasselbe Sprungmuster und dieselbe Phase verwenden
können
und somit synchron bleiben.
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Eine
Einheit im Standby-Zustand wacht in regelmäßigen Intervallen auf, um auf
Funkrufnachrichten abzutasten. Die Sprungfrequenz, bei welcher die Einheit
aufwacht, ist für
jedes neue Aufwachintervall unterschiedlich, ist aber für die Dauer
des Aufwachintervalls konstant. Eine Einheit, die wünscht, mit
der Einheit im Standby-Zustand zu verbinden, sendet die Funkrufnachricht
sequentiell auf einer großen
Anzahl von unterschiedlichen Sprungfrequenzen. Sie wird zuerst auf
den Frequenzen versuchen, die nahe der Frequenz sind, für die sie
voraussetzt, dass die Einheit im Standby-Zustand zum Aufwachen bei dieser ist.
Wenn keine Antwort erfahren wird, wird sie Frequenzen prüfen, die
weiter weg von der vorausgesetzten Frequenz sind. Die vorausgesetzte
Frequenz wird aus einer vorherigen Verbindung oder einem vorherigen
Abfrageprozess erhalten. Wenn die zwei Einheiten verbunden sind,
haben sie dann eine genaue Kenntnis, über Systemtakte der jeweils
anderen. Die Takt-Offsets werden vor einer Trennung gespeichert,
so dass sie für
einen späteren
Funkrufversuch verwendet werden können. Insbesondere kann der
Taktwert der anderen Einheit durch Addieren des Offsets zu dem eigenen
Systemtakt abgeleitet werden. Zusammen mit der Identität, die die
Sprungsequenz bestimmt, können
sich die zwei Einheiten dann schnell verbinden. Nach einer Trennung
hängt die
Genauigkeit der Taktschätzung
von Taktabweichungen ab. Je größer die
Taktabweichung bzw. Taktdrift ist, umso größer ist die Unsicherheit und umso
länger
wird es für
eine Einheit dauern, sich mit einer anderen Einheit zu verbinden.
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Nimmt
man nun Bezug auf die beispielhafte Signalgabe, die in 1 gezeigt
ist, bringt dann, wenn einmal ein Funkruf bei dem Empfänger ankommt
(Schritt 101), der Empfänger
eine Bestätigung zurück (Schritt 103).
Auf einen Empfang dieser Bestätigung
hin sendet die Funkrufeinheit eine Nachricht, die die Identität und den
Systemtakt der Funkrufeinheit enthält (Schritt 105).
Auf einen Empfang dieser Information hin verwendet der Empfänger die Identität und die
Taktwerte zum Synchronisieren auf die Funkrufeinheit und fährt mit
der Verbindung fort. Eine detailliertere Beschreibung des Zugriffsverfahrens
ist in der US-Patentanmeldung 08/771,692 beschrieben, auf die oben
Bezug genommen ist.
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Basierend
auf der Zugriffsprozedur, wie sie in der US-Patentanmeldung 08/771,692 beschrieben ist,
auf die oben Bezug genommen ist, wird nun eine Abfrageprozedur unter
Bezugnahme auf 2 beschrieben werden. In gewisser
Hinsicht ist die Abruf- bzw. Abfrageprozedur gleich der Funkrufprozedur, obwohl
es auch wichtige Unterschiede gibt. Die Abfrageeinheit X1 sendet
eine Abrufanforderungsnachricht sequentiell auf allen Sprungfrequenzen
(Schritt 201). Wenn die Nachricht einen Empfänger erreicht (z.B.
eine der Nachrichten 203, 205 die jeweiligen Einheiten
Y1 oder Y2 erreicht), wird der Empfänger (Y1, Y2) eine Prozedur
zum Antworten mit einer Nachricht beginnen, die die Identität und den
Takt des Empfängers
enthält.
Dies ist das Gegenteil von dem, was in der Funkrufprozedur passiert,
in welcher es der Empfänger
ist, der eine Nachricht empfängt, die
die Identität
und Taktwerte des Funkrufers enthält. Während der Abrufprozedur empfängt der
Abrufende X1 viele Antworten, und zwar im Prinzip von allen Einheiten
in einem Bereich. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ist eine Prozedur
enthalten, um zu verhindern, dass zwei Empfänger gleichzeitig senden und
somit bei dem Empfänger
des Abrufenden X1 kollidieren. Auf einen Empfang der ersten Abrufanforderungsnachricht
hin (z.B. Schritte 203, 205) wartet der Empfänger ein
zufälliges
Zeitintervall, bevor er wieder auf Abrufanforderungsnachrichten
hört. Wenn
der Empfänger
(z.B. Y1 und/oder Y2) nach der zufälligen Warteperiode wieder
hört und
die Abrufanforderungsnachricht zum zweiten Mal empfängt (dieses
Mal auf einer nächsten
Frequenz in der jeweiligen Sprungsequenz) (Schritte 206, 208),
antwortet er direkt auf den Abrufenden X1 mit einer Nachricht, die seine
Identität
und Taktwerte enthält
(Schritte 207 und/oder 209). Weil die Wartezeit
zufällig
ist, sind die Rückkehrnachrichten
zufällig,
was die Wahrscheinlichkeit reduziert, dass Rückkehrnachrichten von unterschiedlichen
Empfängern
kollidieren werden.
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Das
Konzept eines Funkrufens und eines Abrufs, wie es oben und in den
Dokumenten, auf die oben Bezug genommen ist, beschrieben ist, wird
nun zum Aufbauen eines drahtlosen Einzelzellen- und Mehrfachzellensystems
verwendet werden. Ein herkömmliches
drahtloses Einzelzellensystem ist in 3 gezeigt.
Es besteht aus einer Basisstation BS1 bei einer festen Stelle. Die
Basisstation ist mit einem verdrahteten Netzwerk verbunden, wie
beispielsweise einem PSTN oder einem ISDN-Netzwerk (nicht gezeigt).
Um ihr Vorhandensein sich bewegenden Endgeräten zu offenbaren, sendet die
Basisstation eine Bake oder einen Steuerkanal. Ein Endgerät (z.B. eine
der mobilen Stationen MS1 oder MS2), das innerhalb des Versorgungsbereichs
der Basisstation BS1 Gastteilnehmer ist, tastet periodisch auf die Bake
ab. Wenn es einmal im Bereich der Basisstation ist, verriegelt es
auf die Bake und "ist
in Wartestellung" bei
der Zelle.
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4 zeigt
die Situation in einer Mehrfachzellenumgebung. Grundsätzlich werden
dieselben Prozeduren verwendet. Mehrere Basisstationen (BS1, BS2,
BS3, BS4, BS5) versorgen einen Bereich, wobei jede Basisstation
ihre eigene Zelle definiert, wie es durch die gestrichelten Linien
in 4 gezeigt ist.
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Ein
Endgerät,
das Gastteilnehmer innerhalb des versorgten Bereichs ist, tastet
auf die Bake oder Steuerkanäle
ab, die durch die Basisstationen gesendet werden, und ist typischerweise
in der Zelle in Wartestellung, deren Basisstationssignal am stärksten empfangen
wird. Beispielsweise könnte
das mobile Endgerät
MS2 bei BS1 in Wartestellung sein. Ein weiteres mobiles Endgerät MS1 ist
in dem Dienstbereich von zwei Basisstationen, nämlich BS1 und BS2, und kann
daher auswählen,
entweder bei BS1 oder bei BS2 in Wartestellung zu sein. Unter der
Annahme, dass das Signal von BS1 stärker als das Signal von BS2
empfangen wird, wird das mobile Endgerät MS1 auswählen, bei BS1 in Wartestellung
zu sein. Wenn das Endgerät
in Verbindung mit einer Basisstation ist, sich aber in die Zelle
einer angrenzenden Basisstation bewegt (z.B. das Endgerät MS1 kann
sich von dem Versorgungsbereich von BS1 zu dem Versorgungsbereich
von BS2 bewegen), kann die aktuelle Basisstation BS1 die Verbindung
zu der neuen Basisstation (BS2) übergeben.
Normalerweise ist eine Interaktion des Endgeräts erforderlich, um einen Kontakt
zur neuen Basisstation zu initiieren. Vor dieser hat es sich bereits
auf den Steuerkanal der neuen Basisstation verriegelt. Somit ist
das Endgerät
während
einer Übergabe
für eine
kurze Zeit auf beide Basisstationen verriegelt.
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Wie
es im Hintergrund-Abschnitt beschrieben wurde, entstehen Probleme,
wenn der Steuerkanal oder die Bake im Frequenzbereich springt. In
diesem Fall gibt es einen gewissen Aufwand für das Endgerät, die Bake
zu finden. Dieses Problem kann durch Verwenden der Funkruf- und
Abruftechniken gelöst
werden, wie sie oben beschrieben sind. Bei alternativen Ausführungsbeispielen
der Erfindung sendet die Basisstation entweder nichts oder sendet
sie sonst eine Bake mit einem sehr niedrigen Tastgrad (diese Bake
kann zum Verriegeln oder "Haken" von Vorrichtungen
mit niedriger Energie verwendet werden, siehe auch die vorläufige US-Anmeldung Nr. 60/071,262,
eingereicht am 13. Januar 1998 und mit dem Titel "Central Multiple
Access Control for FH Radio Network" von J. C. Haartsen und J. Elg, welche hierdurch
hierin durch Bezugnahme enthalten ist). In jedem Fall findet das
Endgerät
die Basisstation durch Senden einer Abrufanforderung. Auf einen
Empfang der Abrufantwortnachricht von der Basisstation hat das Endgerät eine vollständige Kenntnis über die Identität und die
Zeitgabe der Basisstation (z.B. einen Taktwert) und kann auf die
Basisstation über
einen Funkruf vom Endgerät
zur Basisstation schnell zugreifen. Wenn ein Kontakt hergestellt
ist, kann die Basisstation das Endgerät über den FH-Bakenkanal mit niedrigem
Tastgrad informieren, der durch die Basisstation unterstützt wird,
wenn es einen gibt. Wenn keine Verbindung erwünscht ist, kann das Endgerät gelöst bzw.
freigegeben werden, und es kann zugelassen werden, dass es zu dem
Leerlaufmode zurückkehrt.
Wenn die Basisstation einen Bakenkanal unterstützt, hat das Endgerät nun die
gesamte Kenntnis, die zum Verriegeln auf diese Bake nötig ist,
während
es im Leerlaufmode ist.
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Ein
beispielhaftes Einzelzellensystem gemäß der Erfindung ist in 5 gezeigt.
Der Bereich der Abrufnachricht von den Endgeräten MS1 und MS2 bestimmt die "schwebenden" Zellen um die Endgeräte. Somit
ist es in diesem Fall nicht die Basisstation, die die Zelle definiert,
sondern das Endgerät. Weil
es bei diesem Beispiel zwei solche schwebenden Zellen gibt, ist
es besser, von einem Einzelbasissystem zu sprechen, als von einem
Einzelzellensystem. Wenn eine Basisstation innerhalb der Zelle des Endgeräts ist (z.B.
die BS1, die jeweils in jeder der schwebenden Zellen angeordnet
ist, die durch die Endgeräte
MS1 und MS2 definiert sind), wird sie auf eine Abruf- bzw. Abfragenachricht
antworten. Das Endgerät
(MS1, MS2) erhält
dann die Identität
und den Takt der Basisstation (BS1). Mit dieser Information kann
das Endgerät
(MS1, MS2) schnell auf die Basisstation (BS1) zugreifen. Wenn die
Basisstation BS1 eine Bake mit niedrigem Tastgrad sendet, kann das
Endgerät
(MS1, MS2) dieser Bake auch folgen und dadurch auf diese Basisstation "verriegeln bzw. einloggen", wie bei herkömmlichen
Systemen. Ein Gastteilnehmerendgerät gemäß diesem Konzept sendet periodisch
eine Abfragenachricht aus.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung kann das Endgerät dann, wenn einmal eine Antwort
von einer geeigneten Basisstation zurückgebracht wird, die Basisidentität und den
Takt-Offset für eine
spätere
Verwendung speichern, und wenn die Basisstation eine Bake mit niedrigem
Tastgrad sendet, auf die Bake verriegeln. Wenn keine Bake geliefert
wird, muss das Endgerät
Abfragenachrichten periodisch neu senden, um zu sehen, ob die Basisstation
noch im Bereich ist.
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In
einer Mehrfachbasenumgebung, wie beispielsweise beim beispielhaften
System, das in 6 gezeigt ist, sind mehr als
eine Basisstation im Bereich des Endgeräts. Beispielsweise hat das
Endgerät
MS1 drei Basisstationen (BS1, BS2, BS3) innerhalb des Versorgungsbereichs
seiner schwebenden Zelle. Folglich werden nach einem Senden einer Abrufnachricht
mehrere Basisstationen (in der Tat alle Basisstationen in der schwebenden
Zelle des Endgeräts)
antworten. Das Endgerät
speichert alle Identitäten
und alle Takt-Offsets der antwortenden Basisstationen. Es ist zu
beachten, dass die Basisstationen nicht in Bezug aufeinander koordiniert
oder synchronisiert sein müssen:
solange die Basisstationen und die Endgeräte nominal dieselbe Taktrate
haben, liefern die Offsets zusammen mit einem ursprünglichen
bzw. eigenen Takt (z.B. dem Takt des Endgeräts) ausreichende Information
im Endgerät, um
auf alle Basisstationen im Bereich zugreifen zu können.
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7 zeigt
ein Beispiel der Liste von Basisstationsinformation, die im beispielhaften
Endgerät MS1
der 6 gespeichert ist. Basisstationen BS1, BS2 und
BS3 sind im Bereich, und ihre Identität, ihr Takt-Offset und ihre
RSSI sind gegeben. Basisstationen BS4 und BS5 sind nicht im Bereich,
aber zum Zwecke dieses Beispiels antworteten sie in einer vorherigen
Abrufprozedur, so dass das Endgerät MS1 sich ihrer Existenz bewusst
ist, und demgemäß ihre Identitäten und
ihre Takt-Offsetwerte gesichert hat. Die gegenwärtigen RSSI-Werte für diese Basisstationen BS4
und BS5 sind zu niedrig, um wichtig zu sein: die Basisstationen
BS4 und BS5 sind außerhalb
des Bereichs des Endgeräts.
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Das
Endgerät
muss die Abrufprozedur periodisch wiederholen, um herauszufinden,
ob Basisstationen aufgrund eines Endgeräteversatzes in die Endgerätezelle
eingetreten sind oder diese verlassen haben. Bei Ausführungsbeispielen,
bei welchen die Basisstationen keine Bake senden, muss das Endgerät vor einem
Anrufaufbau einen Abruf ausgeben, um basierend auf einer Anzeige
einer empfangenen Signalstärke
(RSSI = Received Signal Strength Indication) zu bestimmen, welche
Basisstation am nächsten ist.
Jedoch dann, wenn die Basisstationen eine FH-Bake bei niedrigem
Tastgrad senden, und zwar vorzugsweise unkoordiniert, wie es beispielsweise
im 2,4-GHz-ISM-Band erforderlich ist, kann das Endgerät jede Basisstation
durch ein Abstimmen auf sie für einen
kurzen Moment überwachen,
wenn die Bake gesendet wird. Das Endgerät kann dann den Offset (zum
Korrigieren der Taktdrift) einstellen und die RSSI überwachen.
Bei einem Anrufaufbau kann das Endgerät dann die Basisstation auswählen, die
die größte RSSI
gehabt hat.
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Dieselben
Prozeduren können
während
einer bestehenden Verbindung ausgeführt werden, wenn eine Übergabe
von einer Basisstation zu einer anderen Basisstation erforderlich
ist. Wenn sich die aktuelle Verbindung verschlechtert, gibt das
Endgerät
einen Abruf aus, um neue und bessere Basisstationen in seiner Zelle
zu finden. Wenn Baken verfügbar
sind, kann die Überwachung
von Baken während des
Anrufs fortgeführt werden
und kann ein Indiz dafür
geben, ob es nun besser ist, mit einer anderen Basisstation zu verbinden.
Jedoch bleibt das Senden von Abrufnachrichten wichtig, um neue Basisstationen
zu entdecken.
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Bei
der auf FH und Zeitschlitzen basierenden Luftschnittstelle kann
das Endgerät
eine Verbindung mit einer aktuellen Basisstation aufrechterhalten, während es
ein Abrufen durchführt
und mit einer anderen Basisstation verbindet. Dies ist in 8 dargestellt.
In diesem Fall ist eine Duplexverkehrsverbindung durch Auswechseln
eines Weiterleitungs- und Rückkehrpakets
alle 6 Schlitze präsentiert.
Die Verkehrspakete sind durch die schattierten Rechtecke angezeigt.
In den Schlitzen, die für
einen Verkehr nicht verwendet werden, kann das Endgerät MS1, das
bei diesem Beispiel aktuell mit BS1 verbunden ist, (z.B. siehe den
Verkehr, der bei den Schritten 801, 803, 805 und 807 kommuniziert
wird), andere Basisstationen abrufen oder überwachen. In diesem Fall hat
MS1 BS2 überwacht;
genau nach der von BS2 empfangenen Bake (Schritt 809) sendet
MS1 eine Zugriffsanforderung zu BS2 (Schritt 811) (Steuerpakete
sind durch schwarze Rechtecke angezeigt). Wenn MS1 bereit ist, wird
die Verkehrsverbindung von BS1 zu BS2 übergeben. In diesem Fall wartet BS2,
bis MS1 bereit zum Durchführen
der Übergabe ist
(z.B. Schritt 813). Nach einer Übergabe werden dann Verkehrspakete
zwischen MS1 und BS2 ausgetauscht (z.B. Schritte 815, 817, 819, 821).
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung können
die Entdeckung von Basisstationen in der schwebenden Zelle des Endgeräts und die Übergabeprozeduren
beschleunigt werden, wenn eine Basisstation, mit welcher das Endgerät verbindet, nicht
nur Information in Bezug auf ihren eigenen Zustand bzw. Status offenbart,
sondern ebenso denjenigen von umgebenden Basisstationen. Beispielsweise
soll die in 6 gezeigte Situation betrachtet
werden. Wenn BS2 nach einem Aufbauen einer Verbindung mit MS1 diese
MS1 nicht nur mit Information versorgt, die ihre eigenen Merkmale
beschreibt, sondern auch mit Information, die die Adressen und Takt-Offsets
von BS1, BS3, BS4 und BS5 beschreibt, dann kann, wenn MS1 mit einer
Basisstation verbinden muss, die eine andere als BS2 ist, versuchen,
einen Funkruf direkt zu BS1, BS3, BS4 oder BS5 zu richten, während die
Adressen- und Taktinformation verwendet wird, die durch BS2 geliefert
ist. Somit ist es für
jede Basisstation von Vorteil, eine Liste zu haben, die Information über die
umgebenden Basisstationen enthält,
einschließlich
ihrer Adressen und möglicherweise
ihrer Takt-Offsets
(in Bezug auf den Takt der Basisstation, die die Liste hält).
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Eine
solche Liste kann mittels Nachrichten aufgebaut sein, die über das
verdrahtete Haupttrassennetzwerk ausgetauscht werden, das an die
Basisstationen anschließt.
Jedoch dann, wenn dieses ein herkömmliches verdrahtetes Netzwerk
ist, wird es diese Funktionen nicht unterstützen, weil die Basisstationen
beispielsweise nicht wissen können,
dass sie benachbart sind. Natürlich
können
die Basisstationen Information über
die Funkschnittstelle austauschen. Das bedeutet, dass die Basisstationen
selbst Abrufprozeduren ausführen
können
und somit die anderen Basisstationen finden können. Jedoch erfordert diese
Strategie, dass der Bereich einer Funkkommunikation von jeder einzelnen
der Basisstationen weit genug ist, um sich zu den anderen Basisstationen
zu erstrecken. Dies wird normalerweise nicht der Fall für ein zellulares
Netzwerk sein, welches versucht, die Versorgung mit der geringsten
Anzahl von Basisstationen zu optimieren.
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Ein
alternatives Ausführungsbeispiel
zum Versehen der Basisstationen mit der Informationsliste, die andere
Basisstationen beschreibt, besteht darin, die mobilen Endgeräte die Information
zuführen zu
lassen, die zum Bilden der Listen nötig ist. Eines oder mehrere
Endgeräte
können
die Basisstationen für
den Zweck eines Ableitens ihrer Adressen und ihrer wechselseitigen
Takt-Offsets überwachen.
Diese Information kann dann von dem Endgerät (den Endgeräten) zu
der Basisstation (den Basisstationen) gesendet werden, die dann
ihre Listen bilden und aktualisieren kann (können). Wenn ein neues Endgerät bei einer
Basisstation ankommt, werden dem Endgerät die aktualisierten Listen
gegeben werden. Dieses neu angekommene Endgerät kann dann auf die Basisstationen
in der Liste verriegeln und aktualisierte Taktinformation zu den
Basisstationen zurückbringen,
wenn es nötig
ist. Auf diese Weise ergibt sich ein selbstlernendes System.
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Wenn
die Basisstationen installiert werden, hat keine von ihnen irgendwelche
Informationslisten. Das erste Endgerät, das in das Gebiet eintritt,
muss jede Basisstation separat durch die Abrufprozedur finden. Nach
einem Abrufen und einem Empfangen von Antworten kann das Endgerät diese
Basisstationen über
diese Antworten informieren, welche in Folge die Basisstationslisten
erzeugen können.
Wenn mehr und mehr Endgeräte,
die unterschiedliche Stellen besucht haben, in das Gebiet eintreten,
wird die Basisstationsliste für
dieses Gebiet aktualisiert, bis sie nahezu vollständig wird,
das heißt
bis (nahezu) alle der Adressen der umgebenden Basisstationen bekannt
sind. Die Takt-Offsetwerte, die zu den Basisstationen gehören, sind
nur von temporärem
Nutzen, wenn die Basisstationen nicht zeitsynchronisiert sind. Aufgrund
einer Drift werden die Offsetwerte ungenau. Die Offsetinformation
kann jedoch ebenso durch die Endgeräte aktualisiert werden. Das
bedeutet, dass ein sich bewegendes Endgerät eine Spur von Basisstationen
hinterlässt,
deren Listen mit der letzten Offsetinformation, die durch das Endgerät geliefert
ist, aktualisiert sind.
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Nun
wird ein Beispiel präsentiert
werden, um die Konzepte von Basisstationslisten und von dem Lernen,
das stattfindet, darzustellen. 9 zeigt
fünf Basisstationen,
die als BS1 bis BS5 bezeichnet sind. Wenn diese Basisstationen installiert
werden, werden sie lediglich in die verdrahtete Haupttrasse (nicht gezeigt)
eingesteckt, und keine Basisstationslisten (BSL) sind verfügbar. Wir
nehmen an, dass die Basisstationen einen FH-Bakenkanal niedrigen
Taktgrads unterstützen
können.
Zusätzlich
haben alle Basisstationen freilaufende Takte, die in Bezug zueinander nicht
synchronisiert sind, die aber dieselbe nominale Rate haben. Ein
erstes Endgerät
MS1 tritt in das Gebiet ein und bewegt sich entlang dem Weg, der
in 9 durch die gestrichelte Linie angezeigt ist.
Das erste Endgerät
MS1 sendet periodisch Abrufanforderungen zum Lernen über seine
Umgebung. Es soll angenommen sein, dass es bei der Stelle A1 eine Antwort
von BS3 empfängt.
Es kann dann mit BS3 verbinden und auf die Bake niedrigen Taktgrads
von BS3 verriegeln. Da dies der erste Eintritt des Endgeräts MS1 in
das System ist, hat es noch keinerlei Information zu BS3 zu geben.
Als nächstes
kommt das Endgerät
bei BS1 an. Es soll hier angenommen sein, dass das Endgerät MS1 in
Antwort auf ein Abrufsignal Antworten von BS1 und BS3 empfängt. Es
kann dann auf die Bakensignale von sowohl BS1 als auch BS3 verriegeln.
Zusätzlich
kann es eine kurze Verbindung mit BS1 herstellen, um diese Basisstation
darüber
zu informieren, dass das Endgerät
MS1 auch BS3 hört,
und kann BS1 die Adresse von BS3 sowie den Takt-Offset von BS3 in
Bezug auf den Takt in BS1 geben. Das Endgerät MS1 kann gleiche Zustandsinformation
bzw. Statusinformation zu BS3 geben, aber nun in Bezug auf die Existenz,
die Adresse und den Takt-Offset von BS1. Da das Endgerät eine Kenntnis von
beiden Takten in BS1 und in BS3 hat, kann es Offsets ableiten und
diese zu den Basisstationen zurückbringen.
BS1 speichert die Adresse von BS3 und den Takt-Offset von BS3 (in
Bezug auf ihren eigenen Takt) in der BSL1. Die Basisstation BS3
speichert eine gleiche Liste in Bezug auf BS1. Fährt man mit dem Beispiel fort,
soll angenommen sein, dass beim Ankommen bei einer Position C1 BS2
ebenso in einem Bereich von dem Endgerät MS1 gelangt. Das Endgerät kann dann
BS2 die Information geben, zu sowohl BS1 als auch zu BS3 gehört (die
Takt-Offsets können
nun in Bezug auf den Takt BS2 bestimmt werden). Die neue Statusinformation,
die durch das Endgerät
von BS2 empfangen wird (wie beispielsweise ihre Adresse und ihren
Takt), kann nun zu BS1 und BS3 gesendet werden. Mit dieser zusätzlichen
Information erweitern BS1 und BS3 ihre jeweiligen BSLs. Fährt man
wiederum mit dem Beispiel fort, soll dann, wenn das Endgerät MS1 bei
D1 ankommt, angenommen sein, dass es einen Kontakt mit BS1 und BS3 verliert.
Folglich ist es nun nur auf BS2 verriegelt. Wenn das Endgerät MS1 Abrufanforderungen
sendet, antwortet nur BS2. Jedoch ist beim Ankommen bei einer Stelle
E1 nun BS5 im Bereich. Das Endgerät MS1 verriegelt folglich auf
sowohl BS2 als auch BS5. Das Endgerät MS1 kann dann einiges oder
alles von seiner gespeicherten Statusinformation zu BS5 zuführen. Bei
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung versorgt MS1 BS5 mit der Statusinformation, die nur
zu BS2 gehört,
gemäß einer
Strategie, bei welcher die einzige Statusinformation, die weitergeleitet
wird, diejenige ist, die sich auf Basisstationen bezieht, die das
Endgerät
MS1 noch "sehen" kann, oder auf welche
es über
den Bakenkanal verriegelt werden kann. Gemäß dieser Strategie gibt das
Endgerät
MS1 keinerlei Statusinformation in Bezug auf BS1 und BS3 zu BS5,
weil diese Basisstationen BS1 und BS3 keine Nachbarn von BS5 sind.
Gegenteilig dazu kann das Endgerät
BS2 den Status von BS5 geben. Fährt
man wiederum mit dem Beispiel fort, soll angenommen sein, dass das
Endgerät
bei einer Position F1 das Gebiet nahezu verlässt, so dass es nun nur BS5
hören kann.
Keine neue Information kann gegeben werden. Die resultierenden BSLs
in den unterschiedlichen Basisstationen von diesem Beispiel sind
in den 10a bis 10e gezeigt.
BSLx ist in BSx gespeichert, wobei x von 1 bis 5 reicht. Die Takt-Offsetwerte
sind beispielhaft und sind der Einfachheit halber von den Offsetwerten
abgeleitet, wie sie in 7 angegeben sind. In 7 sind
alle Offsetwerte in Bezug auf den Takt spezifiziert, der im Endgerät MS1 angeordnet
ist. Zum Ableiten der Offsetinformation zur Verwendung in den BSLs
muss die Differenz zwischen den in 7 aufgelisteten
Offsets bestimmt werden. Beispielsweise ist es in der BS1 erwünscht, Offsetwerte
relativ zu dem eigenen bzw. ursprünglichen Takt innerhalb von
BS1 zu spezifizieren. Folglich ist die Größe der Differenz zwischen den Takten
von BS1 und BS2 +10 – (–2030) =
2040 Takteinheiten, wobei der Offset von BS1 in Bezug auf BS2 –2040 ist
und der Offset von BS2 in Bezug auf BS1 +2040 ist. Es ist zu beachten,
dass die Liste von BS4 leer ist, weil diese Basisstation noch kein
Endgerät
durchlaufen hat. Aus demselben Grund ist BS4 noch nicht in der Liste
von BS3, trotz der Tatsache, dass sie benachbart zu BS3 ist.
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Das
obige Beispiel, das in Bezug auf die 9 und 10a bis 10e beschrieben
ist, zeigt, wie jede Basisstation eine Anfangsliste von Information
erhalten kann, die sie über
andere Basisstationen im System informiert. Um zu sehen, wie diese
Anfangslisten revidiert und/oder expandiert werden können, soll
nun angenommen werden, dass ein zweites Endgerät MS2 in das Gebiet eintritt, nachdem
die Basisstationslisten erzeugt worden sind. Bei diesem Beispiel
bewegt sich das zweite Endgerät
MS2 entlang dem Pfad, der in 11 durch die
gestrichelte Linie angezeigt ist. Bei einer Position A2 gelangt
das Endgerät
MS2 in den Bereich von BS5 und verriegelt nach einem Empfangen einer
Abrufantwort auf die Bake von BS5. Weil das zweite Endgerät MS2 gerade
in das Gebiet eingetreten ist, das durch das System bedient wird,
hat es keine Statusinformation zu BS5 zu geben. Es soll angenommen
sein, dass dann, wenn das Endgerät
MS2 bei einer Position B2 ankommt, es sowohl BS4 als auch BS5 hört und auch
beide von ihnen verriegeln kann. Dadurch, dass man das Endgerät MS2 Information zu
diesen zwei Basisstationen zuführen
lässt,
kann die BSL5 in BS5 mit der Statusinformation erweitert werden,
die zu BS4 gehört.
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Gleichermaßen kann
BS4 die Statusinformation erhalten, die zu BS5 gehört, und
ihre Liste entsprechend erweitern. Fährt man mit dem Beispiel fort,
soll angenommen sein, dass das Endgerät MS2 bei einer Position C2
auf BS5, BS4 und BS2 verriegelt. Das Endgerät führt dann jeder dieser drei
Basisstationen Statusinformation zu, die zu den anderen zwei gehört. Bei
einer Position D2 wird das Endgerät auf BS2 und BS1 verriegelt,
und folglich führt
es jeder dieser Basisstationen aktualisierte Information zu. Es ist
in diesem Fall zu beachten, dass gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung das Endgerät MS2
BS1 die Statusinformation gibt, die nur zu BS2 gehört, und
BS2 nur diejenige Statusinformation gibt, die zu BS1 gehört. Es wird
jedoch verstanden werden, dass dies kein wesentliches Merkmal der
Erfindung ist und dass bei anderen Ausführungsbeispielen MS2 beispielsweise
jeder Basisstation die Statusinformation zuführen könnte, die zu allen Basisstationen
gehört, über welche
es sich bewusst ist.
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Fährt man
wiederum mit dem Beispiel fort, soll angenommen sein, dass das Endgerät MS2 beim Ankommen
bei einer Position E2 nur auf BS1 verriegelt wird. Bei einem Ausführungsbeispiel,
bei welchem ein mobiles Endgerät
Information in Bezug auf nur diejenigen Basisstationen weiterleitet,
auf welche es gegenwärtig
verriegelt ist, hat das Endgerät
MS2 an dieser Stelle keine neue Statusinformation, die ausgetauscht
werden kann. Die BSLs, die damit begannen, wie diejenigen auszuschauen,
die in den 10a bis 10e gezeigt
sind, wenn das Endgerät
MS2 zum ersten Mal in das Gebiet eintrat, haben sich nun zu den
Listen geändert,
die in den 12a bis 12e gezeigt
sind, wenn MS2 das Gebiet verlässt.
Es ist zu beachten, dass sich BSL1 und BSL3 nicht geändert haben.
BSL1 blieb unverändert,
weil MS2 nicht auf irgendwelche anderen Basisstationen verriegelt
war, wenn es innerhalb des Bereichs von BS1 war. BS3 blieb unverändert, weil
BS3 niemals innerhalb des Bereichs MS2 war. Folglich hat BS3 noch
keine Information in Bezug auf BS4, weil dies erfordern würde, dass
ein Endgerät
durch eine Position läuft,
bei welcher sowohl BS4 als auch BS3 im Bereich sind. Die existierenden
Offsets, die bereits in den 10a bis 10e vorhanden sind, haben sich in den 12a bis 12e nicht
geändert,
weil es bei dem obigen Beispiel angenommen wurde, dass die Offsets
noch ausreichend genau waren. Wenn die Offsetwerte sich aufgrund
einer Drift geändert hätten, würde dann
MS2 die Offsetwerte aktualisiert haben, so dass die BSLs die letzten
Offsetwerte haben würden.
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Wenn
mehrere Endgeräte
das Gebiet durchqueren, werden die BSLs gefüllt und kontinuierlich aktualisiert.
Das System ist diesbezüglich
selbstlernend, dass es die BSLs selbst mit der Hilfe der Endgeräte füllt. Unter
der Annahme, dass andere Endgeräte
andere Pfade durch das Gebiet nehmen und auf gleiche Weise die Aktualisierung
von Statusinformation durchführen,
wie es oben beschrieben ist, ist es für die BSLs möglich, vollständig gefüllt zu werden. Eine
beispielhafte Gruppe von vollständig
gefüllten BSLs
ist in den 13a bis 13e gezeigt.
An dieser Stelle kann keine neue Adresseninformation durch die Endgeräte geliefert
werden; nur Aktualisierungen von Takt-Offsetwerten können ausgeführt werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung kann eine Prozedur zum Begrenzen der
Lebensdauer von jedem Element in der Liste zur Verfügung gestellt
werden. Das bedeutet, dass die Basisstationen (und ihre zugehörige Information)
aus der Liste entfernt werden können.
Wenn Basisstationen physikalisch vom System entfernt werden, verschwinden
sie ebenso aus den Listen. Dies kann wie folgt erreicht werden:
jedes Mal dann, wenn eines oder mehrere Elemente in einer Liste
aktualisiert werden, wird die Lebensspanne eines Elements, das nicht
aktualisiert wird, dekrementiert. Wenn die Lebensspanne bzw. Lebensdauer
abläuft,
das heißt dann, wenn
viele Aktualisierungen durchgeführt
worden sind, ohne dass das betrachtete Element jemals beeinflusst
worden ist, dann wird das Element von der Liste entfernt. Die Implementierung
kann einfach mit einem Lebenszeitzähler durchgeführt werden, der
für jedes
Element vorgesehen ist. Wenn ein Element aktualisiert wird, wird
sein Zähler
auf einen großen
Wert N rückgesetzt
(der seine Lebensdauer darstellt). Wenn die Liste aktualisiert wird,
ohne dass dieses bestimmte Element aktualisiert wird, dann wird
der entsprechende Zähler
um 1 erniedrigt. Wenn der Zähler
Null erreicht, wird das Element (d.h. die Information, die zu dieser
Basisstation gehört)
aus der Liste entfernt.
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Nun
wird ein Beispiel präsentiert
werden, um die Vorteile darzustellen, die mittels der Basisstationslisten
erreichbar sind. Für
dieses Beispiel soll angenommen sein, dass die BSLs der vorherigen
Beispiele aufgefüllt
sind, wie es in den 13a bis 13e gezeigt
ist. Es soll weiterhin angenommen sein, dass ein neues Endgerät MS3 in
das Gebiet eintritt und dem Weg folgt, wie er durch die gestrichelte
Linie in 14 dargestellt ist. Zuerst kommt
das Endgerät
MS3 bei einer Stelle A3 an und bildet eine Echtzeitverbindung zwischen
sich selbst und BS3. MS3 kann eine Abrufprozedur durchführen, wie
sie früher
beschrieben ist, und seine Information mit BS3 und irgendwelchen
anderen Basisstationen, die antworteten, gemeinsam nutzen. Es wird
aus den früheren
Beispielen jedoch offensichtlich sein, dass die Abrufprozedur von
MS3 Information über
nur diejenigen Basisstationen ergeben wird, die innerhalb des Bereichs
der Abrufsignale sind.
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Jedoch
versorgt gemäß diesem
Aspekt der Erfindung auf ein Aufbauen der Verbindung hin die BS3
MS3 mit ihrer Liste BSL3. Diese Liste, die Information über Basisstationen
enthält,
die nicht innerhalb des Bereichs von MS3 sind, ist noch nicht von
irgendeinem Nutzen für
das Endgerät
MS3. Selbst wenn das Endgerät
MS3 durch die Position B3 läuft, kann
es noch mit der Basisstation BS3 verbunden bleiben. Jedoch dann,
wenn MS3 später
bei einer Position C3 ankommt, beginnen die Signale von BS3 sich
aufgrund der Entfernung zu verschlechtern. Als Folge davon muss
das Endgerät
MS3 mit einer neuen Basisstation verbinden, um die Verbindung aufrechtzuerhalten.
Wenn die Verbindung Echtzeitinformation trägt, ist ein ruhiger Übergang
von einer Basisstation zu einer anderen Basisstation erforderlich. Das
Endgerät
kann natürlich
Abrufprozeduren ausführen,
um über
seine Umgebung zu lernen. Jedoch ist dieses Lernen nicht wirklich
nötig,
da das Endgerät
BSL3 empfangen hat. Daher weiß es,
welche Basisstationen in der Umgebung sind. Es kann versuchen, einen
Funkruf zu jeder der Basisstationen in der Liste direkt abzusetzen.
Da die Adressen und die Takt-Offsets bekannt sind, wird ein schneller
Rufbau erhalten, wenn die Basisstation im Bereich ist. Bei dem in 14 gezeigten
Beispiel ist die Basisstation, mit der von der Position C3 aus am
besten zu verbinden ist, die Basisstation BS2. Es ist bevorzugt,
dass das Endgerät
mit dieser Basisstation BS2 vor einem Erreichen der Stelle verbindet,
bei welcher eine erzwungene Übergabe
erforderlich sein. Wenn das Endgerät auf die Bake von BS2 verriegeln
kann, während
die Verbindung zu BS3 noch akzeptabel ist, dann wird das Ausmaß an Anstrengung,
die zum Durchführen
der Übergabe
von BS3 zu BS2 erforderlich ist, wenn es wirklich erforderlich ist,
reduziert sein. Während
die Verbindung bei der Position C3 von BS3 zu BS2 übergeben
wird, sollte aber das Endgerät
MS3 auf die Bake von BS3 verriegelt bleiben. Der Grund dafür besteht
darin, es einfacher zu machen, die Verbindung in dem Fall zu BS3
zurückzugeben,
in welchem sich das Endgerät
in der Richtung von BS3 zurückbewegt.
Bei dem beispielhaften Ausführungsbeispiel
ist das Endgerät
auf den Bakenkanal von so vielen Basisstationen wie möglich verriegelt.
Weiterhin empfängt
gemäß der Erfindung beim
Verbinden mit BS2 das Endgerät
MS3 die Liste BSL2. In dieser Liste ist Information über BS5
und BS4 (sowie BS3) enthalten, welche Information bei einer Position
D3 vorteilhaft verwendet werden kann, wenn eine Übergabe von BS2 zu BS5 ausgeführt werden
muss.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist das System dadurch weiter verbessert,
dass man Taktdriftvorhersagen in jeder der Basisstationen durchführt, welche
vorhersagen, die Genauigkeit der Takt-Offsetwerte erhöhen können. Bei
den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
nimmt jede Basisstation die Offsetwerte, wie sie durch die Endgeräte geliefert
sind, und überschreibt
die älteren
Offsetwerte, die zuvor in ihrer BSL gespeichert sind. Diese gespeicherten
Offsetwerte werden nicht geändert, bis
eine neue Aktualisierung von einem Endgerät ankommt. Jedoch dann, wenn
eine neue Aktualisierung empfangen wird, zeigt die Änderung
bezüglich
der Offsetwerte und der Zeit, die zwischen den Aktualisierungen
verstrichen ist, die Drift zwischen den Takten an, auf welche sich
der Offset bezieht. Beispielsweise dann, wenn der Offsetwert zu
einer Zeit T1 X1 ist und der Offsetwert zu einer Zeit T2 X2 ist,
kann die Drift über
(X2 – X1)/(T2 – T1) berechnet
werden. Wenn wir als Näherung
erster Ordnung eine konstante Drift annehmen, kann die Basisstation
den Offsetwert X3, für
den erwartet wird, dass er zu einer Zeit T3 auftritt, ohne tatsächliches
Empfangen einer Aktualisierung zur Zeit T3 vorhersagen:
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Natürlich können alternative
Ausführungsbeispiele
Näherungen
höherer
Ordnung der Taktdrift anstelle der oben dargestellten Näherung erster
Ordnung einsetzen.
-
Daher
können
die Takt-Offsetwerte durch die Basisstation gemäß der obigen Gleichung kontinuierlich
aktualisiert werden. Jede durch ein Endgerät empfangene Aktualisierung
eines aktuellen Offsetwerts kann dazu verwendet werden, die Vorhersage und
die Driftratenschätzungen
einzustellen. Es ist zu beachten, dass die Drift getrennt für jeden
Offsetwert berechnet wird, da für
jeden Offsetwert zwei unterschiedliche Basisstationen beteiligt
sind. Weiterhin sollte die Driftratenschätzung für jede Basisstation zusammen
mit dem entsprechenden Takt-Offsetwert in der BSL der Basisstation
gespeichert werden.
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Zusammengefasst
verwendet dann das beschriebene System Basisstationen, die entweder überhaupt
keinen Baken- oder Steuerkanal senden oder alternativ dazu eine
FH-Bake mit einem sehr niedrigen Tastgrad senden. Die tragbare Einheit,
die sich in dem Gebiet bewegt, das durch die Basisstationen versorgt
wird (oder alternativ als diejenigen Basisstationen angesehen werden,
die in den Bereich der der tragbaren Einheit eigenen schwebenden
Zelle gelangen), ruft zu dem Zwecke eines Entdeckens, welche Basisstationen
im Bereich sind und welches ihr Status ist, wiederholt den Status
ihrer Umgebung ab. Während
des Abrufverfahrens erhält
die tragbare Einheit Information in Bezug auf das Sprungmuster und
die Phase in diesem Sprungmuster für jedes Basisstation im Bereich.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen
basiert das Sprungmuster auf der Identität der Basisstation und basiert
die Phase in der Sprungsequenz auf einem freilaufenden Takt in der Basisstation.
Wenn das tragbare Gerät
den Takt der Basisstation erhält
und ihn als Offset zu seinem eigenen Takt speichert, bleibt es synchron
zu dieser Basisstation, solange wie die Takte in dem tragbaren Gerät und in
der Basisstation synchron laufen. Um auf Taktabweichungen bzw. Taktdrifts
anzustellen, muss der Takt-Offset periodisch eingestellt werden. Durch
die Abrufprozedur kann das tragbare Gerät alle Adressen und Takt-Offsets
der Basisstationen im Bereich erhalten. Die Basisstationen selbst
müssen nicht
koordiniert sein; die einzige Anforderung besteht darin, dass alle
Einheiten (tragbare Geräte
und Basisstationen) dieselbe nominale Taktrate verwenden.
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Wenn
die Basisstationen eine FH-Bake senden, kann die tragbare Einheit
die Basisstationen unter Verwendung der Synchronisationsinformation überwachen,
die während
der Abrufprozedur erhalten wird. Sie kann dann den Takt-Offset konstant
einstellen, um auf eine Taktdrift zu korrigieren, und kann dem Signalpegel
folgen, bei welchem diese Basisstation empfangen wird. Wenn die
Basisstation überhaupt
keine Bake sendet, sollte das Abrufverfahren häufiger ausgeführt werden.
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In
einer gewissen Hinsicht kann das beschriebene Konzept als umgekehrte
Aktion zu derjenigen betrachtet werden, die in herkömmlichen
Zellularsystemen ausgeführt
wird. In Zellularsystemen bildet das Netzwerk Zellen; das Senden
der Basisstationen definiert die Zellen. Im System gemäß dieser Erfindung
werden die Zellen durch das tragbare Gerät bestimmt, das herausfindet,
welche Basisstationen im Bereich sind und in seiner eigenen "schwebenden" Zelle vorhanden
sind. Daher sendet das tragbare Gerät regelmäßig ein Signal zum Entdecken neuer
Basisstationen in seiner Zelle. Mittels des Abrufverfahrens erhält das tragbare
Gerät ein
Bild darüber,
wie viele Basisstationen in seiner schwebenden Zelle vorhanden sind,
und in welcher Entfernung diese Basisstationen angeordnet sind.
Wenn die Basisstation eine (FH-)Bake sendet, kann die tragbare Einheit
auch die Basisstationen zwischen Abrufprozeduren überwachen.
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Das
Abrufen und Überwachen
sollte während
einer Verbindung häufiger
ausgeführt
werden, um eine Übergabe
rechtzeitig bevor die aktuelle Basis die Zelle des tragbaren Geräts verlässt durchzuführen.
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Die
Vorteile bei diesem Konzept bestehen darin, dass 1) die Basisstationen
nicht koordiniert sein müssen,
und dass 2) wenig Kapazität
verschwendet wird und unnötige
Interferenz vermieden wird, weil die Basisstationen, die ein tragbares
Gerät nicht
unterstützen,
entweder nicht senden oder sonst bei einem sehr niedrigen Tastgrad
senden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung sammeln die Basisstationen Abrufinformation in
Bezug zu anderen Basisstationen in der Nähe. Diese Information kann
dann zu einem mobilen Endgerät in
einem Verbindungsmode transferiert werden, das mobile Endgerät kann dann
diese Information zum effektiven Suchen anderer Basisstationen und
zum Reduzieren einer Abtastzeit verwenden. Die auf diese Weise verteilte
Information kann zuerst durch ein beliebiges mobiles Endgerät gesammelt
werden und dann zu den Basisstationen transferiert werden, wenn
es in Kontakt mit ihnen gelangt. Diese Basisstationen, die die Information
speichern, können
später
die gespeicherte Information zu anderen mobilen Endgeräten zuführen, mit
welchen sie in Kontakt gelangen. Diese mobilen Endgeräte können dann
die Information, die durch bereits getroffene Basisstationen zugeführt ist,
wiederum zum einfacheren Aufbauen einer Kommunikation mit anderen
Basisstationen verwenden, mit welchen sie einen Kontakt neu herstellen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung verwendet eine Basisstation mehrere
Abtastungen von Takt-Offsets, die zu einer gegebenen der anderen
gehören,
und verwendet diese zusammen mit einem Wissen darüber, wie
viel Zeit zwischen diesen Abtastungen verstrichen ist, zum Bestimmen
von Drifts zwischen ihren jeweiligen Taktraten. Diese Driftwerte
können
dann zum Bestimmen genauerer Vorhersagen von zukünftigen Offsetwerten verwendet
werden.
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Die
Erfindung ist unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele
beschrieben worden. Jedoch wird es Fachleuten auf dem Gebiet ohne
weiteres klar werden, dass es möglich
ist, die Erfindung in spezifischen Formen auszuführen, die andere als diejenigen
der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele sind. Das bevorzugte
Ausführungsbeispiel
ist lediglich illustrativ und sollte auf keinerlei Weise als beschränkend angesehen
werden. Der Schutzumfang der Erfindung ist eher durch die beigefügten Ansprüche gegeben,
als durch die vorangehende Beschreibung, und alle Variationen und Äquivalente,
die in den Bereich der Ansprüche
fallen, sollen darin umfasst sein.