-
I. Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Drahtloskommunikationssystem
und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verringerung
einer Frame- bzw. Rahmenfehlerrate FER (Frame Error Rate) in einem
Drahtloskommunikationssystem.
-
II. Verwandte Technik
-
Wenn
Daten über
eine drahtlose Verbindung geliefert werden, die eine relativ schlechte
FER hat (beispielsweise mehr als 1%), existieren viele Verfahren
zur erneuten Übertragung
von Daten, um eine so niedrige FER zu erreichen, wie der Datendienst
fordert. Beispielsweise kann eine zyklische Redundanzüberprüfung (CRC
= cyclic redundancy check) an einem Empfangsende einer Verbindung
ausgeführt werden,
um die Integrität
eines Datenblocks zu überprüfen. Die
CRC ist ein wohl bekanntes Verfahren, um einzurichten bzw. zu bestimmen,
dass Daten korrekt in Datenkommunikationen empfangen wurden. Ein
CRC-Zeichen wird bei einer sendenden Vorrichtung erzeugt und wird
an einen Datenblock angehängt.
Das Empfangsende führt
eine ähnliche
Berechnung aus und vergleicht seine Ergebnisse mit dem hinzugefügten CRC-Zeichen.
Wenn es einen Unterschied gibt, fordert das Empfangsende die erneute Übertragung
des Datenblockes an.
-
Beispielsweise
kann die Anwendung von Protokollen, wie beispielsweise der automatischen Neuübertragungsanfrage
(ARQ = Automatic Retransmission reQuest) zur erneuten Übertragung
von Datenblöcken
verwendet werden. Bei der ARQ codiert die sendende Vorrichtung ein
Fehlerdetektionsfeld (beispielsweise ein CRC-Feld) basierend auf den Inhalten eines
Datenblockes. Das Empfangsende berechnet erneut das Überprüfungsfeld
und vergleicht es mit dem, was empfangen wurde. Wenn sie übereinstimmen,
wird eine Bestätigung
(ACK = acknowledgement) zurück
zur sendenden Vorrichtung übertragen.
Wenn sie nicht zusammenpassen, wird eine negative Bestätigung (NAK
= negative acknowledgement) zurück
gesendet, und die sendende Vorrichtung überträgt erneut die Nachricht.
-
Das
oben besprochene Verfahren ist zufrieden stellend zur Übertragung
von vielen Arten von Daten. Jedoch bewirken diese Verfahren, um
eine niedrige FER zu erreichen, eine vergrößerte Latenz aufgrund der erneuten Übertragung
von Datenblöcken.
Solche gesteigerte Latenz ist nicht akzeptabel, wenn gewisse Arten
von Daten übertragen
werden, wie beispielsweise in Echtzeit digitalisierte Sprache, oder
irgendeine andere Art von latenzempfindlichen Daten. Insbesondere
bewirkt die erneute Übertragung
von Datenblöcken
Zeitverzögerungen,
die sowohl im Durchschnitt höher
sind, als auch eine größere Varianz
haben als die Anforderungen für
viele für
Latenz empfindliche Systeme.
-
WO 96/37972 offenbart eine
tragbare Funkvorrichtung mit einem verbesserten Leistungssteuerschema
(open loop), bei dem eine Senderleistungssteuervorrichtung die Signalstärke und
die Signalqualität
des Down-Link- bzw. Herunterverbindungssignals abschätzt, indem
sie einen Schwelleneinstellparameter für das empfangene Signal bestimmt,
was eine falsche Leistungseinstellung eliminiert, die durch die
interferrierenden Signale verursacht wird, wenn RSSI (RSSI = Received
Signal Strength Level = empfangener Signalstärkepegel) als Mittel zur Abschätzung des
Senderleistungspegels verwendet wird. Der Schwelleneinstellparameter
ist ein Einstellparameter, der bei der Herstellung eines verschlechterten
Signals mit einer vorbestimmten Signalqualität verwendet wird, und wird
durch inkrementelles Einstellen des empfangenen Signals bestimmt,
bis bestimmt wird, dass das verschlechterte Signal die vorbestimmte
Signalqualität
hat.
-
Was
nötig ist,
sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Liefern von Daten mit
niedriger FER, ohne eine gesteigerte Latenz aufzuweisen. Anders gesagt,
es gibt eine Notwendigkeit für
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verringerung der FER, welches
sich nicht auf der erneuten Übertragung
von Datenblöcken
verlässt.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Steuerung einer Signalsendeleistung gerichtet. Das Verfahren
der vorliegenden Erfindung weist die Schritte auf, ein empfangenes
Signal zu demodulieren, um ein de moduliertes Signal zu erzeugen,
und das demodulierte Signal zu verzerren, um ein verzerrtes demoduliertes
Signal zu erzeugen. Das demodulierte Signal kann beispielsweise
durch das Hinzufügen
von Rauschen verzerrt werden. Eine Signalqualitätsmessung, wie beispielsweise
ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis
(SNR), wird dann basierend auf dem verzerrten demodulierten Signal
anstatt basierend auf dem demodulierten Signal bestimmt. Eine Einstellung
der Sendeleistung wird dann basierend auf der Signalqualitätsmessung des
verzerrten demodulierten Signals angefordert.
-
In
einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird die bestimmte Signalqualitätsmessung
mit einer Schwelle verglichen, und es wird dann eine Einstellung
der Sendeleistung basierend auf den Ergebnissen des Vergleichs angefordert.
Die Schwelle stellt einen erwünschten
minimalen Signalqualitätspegel
dar, bei dem Signale empfangen werden sollten. Gewisse Qualitätsmessungsfunktionen, wie
beispielsweise SNR, haben Werte, die proportional zur Signalqualität sind.
Das heißt,
sie nehmen mit gesteigerter Qualität zu und nehmen mit abnehmender
Qualität
ab. Daher wird eine Steigerung der Sendeleistung angefordert, wenn
diese Signalqualitätsmessungen
unter die Schwelle fallen, und eine Verringerung der Leistung kann
angefordert werden, wenn die Signalqualitätsmessungen die Schwelle überschreiten.
Andere Funktionen, basierend auf Fehlerereignissen, haben Werte,
die umgekehrt proportional zur Signalqualität sind, und nehmen bei gesteigerter
Signalqualität
an Wert ab, und umgekehrt. In dieser Situation wird eine Verringerung
der Sendeleistung angefordert, wenn die Messung unter die Schwelle
fällt,
und eine Steigerung der Leistung wird angefordert, wenn die Messung
die Schwelle überschreitet.
-
In
einem Ausführungsbeispiel
weist das Verfahren der vorliegenden Erfindung weiter die Schritte auf,
das demodulierte Signal zu dekodieren, um Entscheidungsdaten zu
erzeugen, und das verzerrte demodulierte Signal zu dekodieren, um
verzerrte Entscheidungsdaten zu erzeugen. Eine zweite Signalqualitätsmessung,
oder eine Messung von "Fehlerereignissen" wird dann basierend
auf den verzerrten Entscheidungsdaten (und nicht basierend auf den Entscheidungsdaten)
bestimmt. Die Schwelle, die bei der Bestimmung verwendet wird, ob
die Sende leistung zu vergrößern oder
zu verringern ist, wird basierend auf der zweiten Signalqualitätsmessung
eingestellt.
-
In
einem Ausführungsbeispiel,
wo das Signal durch eine Basisstation gesendet wird und von einem Benutzerterminal
empfangen wird, werden die Schritte der vorliegenden Erfindung durch
das Benutzerterminal ausgeführt
und die Sendeleistung an der Basisstation wird gesteuert.
-
In
einem weiteren Ausführungsbeispiel,
wo das Signal durch ein Gateway bzw. eine Schaltstelle gesendet
wird und von einem Benutzerterminal unter Verwendung eines Satelliten
empfangen wird, werden die Schritte der vorliegenden Erfindung durch das
Benutzerterminal ausgeführt
und die Sendeleistung des Gateways wird gesteuert.
-
In
noch einem weiteren Ausführungsbeispiel, wo
das Signal von einem Benutzerterminal gesendet wird und von einer
Basisstation empfangen wird, ist es die Sendeleistung am Benutzerterminal,
die gesteuert wird.
-
In
einem weiteren Ausführungsbeispiel,
wobei das Signal von einem Benutzerterminal gesendet wird und von
einem Gateway bzw. einer Schaltstelle über einen Satelliten empfangen
wird, werden die Schritte der vorliegenden Erfindung durch das Gateway
ausgeführt,
und die Sendeleistung des Benutzerterminals wird gesteuert.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Die
Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus
der unten dargelegten detaillierten Beschreibung offensichtlicher
werden, wenn diese in Verbindung mit den Zeichnungen gesehen wird,
in denen gleiche Bezugszeichen überall die
gleichen oder ähnliche
Elemente bezeichnen, und wobei die Figuren Folgendes darstellen:
-
1 ein
typisches Kommunikationssystem, bei dem die vorliegende Erfindung
nützlich
ist;
-
2 eine
beispielhafte Transceiver-Vorrichtung zur Anwendung in einem Benutzerterminal;
-
3 eine
beispielhafte Sende- und Empfangsvorrichtung zur Anwendung in einem
Gateway;
-
4A ein
Blockdiagramm eines Leistungssteuerschemas;
-
4B ein
Blockdiagramm eines Leistungssteuerschemas gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
-
5 ein
Flussdiagramm, welches den Betrieb einer inneren Leistungssteuerschleife
abbildet, die von einem Leistungssteuerbestimmungselement in einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
-
6 ein
Flussdiagramm, welches den Betrieb einer äußeren Leistungssteuerschleife
abbildet, die von einem Leistungssteuerbestimmungselement in einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
-
7 ein
Flussdiagramm, welches einen High-Level-Betrieb eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung abbildet;
-
8A die
SNR-Schwelle über
die Zeit für ein
Benutzerterminal, welches das Leistungssteuerschema der 4A verwendet;
und
-
8B die SNR-Schwelle über die Zeit für ein Benutzerterminal,
welches das Leistungssteuerschema der 4B verwendet.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
-
Das
bevorzugte Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird im Detail unten besprochen. Während spezielle Schritte, Konfigurationen
und Anordnungen besprochen werden, sei bemerkt, dass dies nur zu Veranschaulichungszwecken
getan wird. Ein Fachmann wird erkennen, dass andere Schritte, Konfigurationen
und Anordnungen verwendet werden können, ohne vom Kern und Umfang
der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
-
I. Beispielhafte Umgebung
-
Bevor
die Erfindung genau beschrieben wird, ist es nützlich, eine beispielhafte
Umgebung zu beschreiben, in der die Erfindung eingerichtet werden kann.
Die vorliegende Erfindung kann in vielen Drahtloskommunikationssystemen
eingerichtet werden, insbesondere in einem, welches die Größe der zur Übertragung
eines Signals verwendeten Leistung steuern soll. Solche Umgebungen
weisen, ohne Einschränkung,
satellitengestützte,
zellulare und terrestrische zellulare Telefonsysteme auf. Eine bevorzugte
Anwendung ist in drahtlosen Codemultiplexvielfachzugriff-(CDMA)-Spreizspektrum-Kommunikationssystemem
(CDMA = Code Division Multiple Access) für mobilen oder tragbaren Telefondienst.
-
Die
vorliegende Erfindung ist insbesondere zur Anwendung in Kommunikationssystemen
geeignet, die Satelliten in der niedrigen Erdumlaufbahn einsetzen.
Wie es dem Fachmann offensichtlich sein wird, kann jedoch das Konzept
der vorliegenden Erfindung auch auf andere Arten von satellitengestützten und
terrestrischen Kommunikationssystemen angewandt werden.
-
Typische
satellitenbasierte Kommunikationssysteme verwenden Gateways und
einen oder mehrere Satelliten, um Kommunikationssignale zwischen den
Gateways und einem oder mehreren Benutzerterminals weiterzuleiten.
Gateways sehen Kommunikationsverbindungen von jedem Benutzerterminal
zu anderen Benutzerterminals oder Benutzern von anderen angeschlossenen
Kommunikationssystemen vor, wie beispielsweise von einem öffentlichen
Telefonnetzwerk. Typische terrestrische Systeme verwenden Basisstationen,
um ein Signal zu senden, und um ein Signal von einem Benutzerterminal
zu empfangen. Die Benutzerterminals können fest oder mobil sein,
wie beispielsweise ein Mobiltelefon.
-
Einige
satellitengestützte
und terrestrische Kommunikationssysteme setzen Codemultiplexvielfachzugriff-(CDMA)-Spreizspektrum-Signale
ein, wie im
US-Patent Nr. 4,901,307 offenbart,
das am 13. Februar 1990 erteilt wurde, mit dem Titel "Spread Spectrum Multiple
Access Communication System Using Satellite or Ter restrial Repeaters", und im
US-Patent Nr. 5,691,974 ,
welches am 25. November 1997 erteilt wurde, mit dem Titel "Method and Apparatus
for Using Full Spectrum Transmitted Power in a Spread Spectrum Communication
System for Tracking Individual Recipient Phase Time and Energy", die beide dem Rechteinhaber
der vorliegenden Erfindung zueigen sind.
-
In
einem typischen Spreizspektrumkommunikationssystem werden ein oder
mehrere vorgewählte
Pseudorausch-(PN)-Codesequenzen (PN = Pseudonoise) verwendet, um
Informationssignale über
ein vorbestimmtes Spektralband zu modulieren oder "zu spreizen", und zwar vor der
Modulation auf ein Trägersignal
zur Übertragung
als Kommunikationssignale. Das PN-Codespreizen, ein Verfahren der Spreizspektrumübertragung,
welches in der Technik wohlbekannt ist, erzeugt ein Signal zur Übertragung, welches
eine viel größere Bandbreite
als jene des Datensignals hat. In einer Basisstation oder einer Gateway-Benutzer-Kommunikationsverbindung, werden
PN-Spreizcodes oder binäre
Sequenzen verwendet, um zwischen Signalen zu unterscheiden, die durch
unterschiedliche Basisstationen oder Gateways gesendet werden, oder über unterschiedliche Strahlen,
genauso wie zwischen Multipfadsignalen.
-
In
einem typischen CDMA-Spreizspektrumsystem werden Kanalisierungscodes
verwendet, um zwischen Signalen zu unterscheiden, die für unterschiedliche
Benutzer in einer Zelle vorgesehen sind, oder zwischen Benutzersignalen,
die in einem Satellitenunterstrahl oder in einer Vorwärtsverbindung
gesendet werden (d. h. der Signalpfad von der Basisstation oder
dem Gateway zum Benutzerterminal-Transceiver).
Jeder Benutzer-Transceiver (Sender/Empfänger) hat seinen eigenen orthogonalen Kanal,
der auf der Vorwärtsverbindung
vorgesehen wird, und zwar durch Verwendung eines einzigartigen "kanalisierenden" Orthogonalcodes.
Signale, die auf diesen Kanälen übertragen
werden, werden im Allgemeinen als "Traffic-Signale" bzw. "Verkehrssignale" bezeichnet. Zusätzliche Kanäle sind für "Paging-" bzw. "Funkruf-", "Synchronisations-" und andere Signale
vorgesehen, die an Systembenutzer gesendet werden. Walsh-Funktionen
werden im Allgemeinen verwendet, um die kanalisierenden Codes einzurichten,
die auch als Walsh-Codes bekannt sind.
-
CDMA-Spreizspektrumkommunikationssysteme,
wie sie in den obigen Patentschriften offenbart werden, ziehen die
Anwendung einer kohärenten Modulation
und Demodulation für
Vorwärtsverbindungsbenutzerterminalkommunikationen
in Betracht. In Kommunikationssystemen, die diesen Ansatz verwenden,
wird ein "Pilot-" bzw. "Vorträgersignal", welches auch als "Pilotsignal" bezeichnet wird,
als eine kohärente
Phasenreferenz für
die Vorwärtsverbindungssignale
verwendet. Das heißt,
ein Signal, welches keine Datenmodulation enthält, wird durch ein Gateway
oder eine Basisstation über
eine Abdeckungsregion hinweg als Referenz übertragen.
-
Pilotsignale
werden von den Benutzerterminals verwendet, um eine anfängliche
Systemsynchronisation zu erhalten, und um Zeit-, Frequenz- und Phasenverfolgung
von anderen Signalen vorzusehen, die von dem Gateway oder der Basisstation gesendet
werden. Phaseninformationen, die aus der Verfolgung eines Pilotsignals
erhalten wurden, werden als eine Trägerphasenreferenz für eine kohärente Demodulation
von anderen Systemsignalen oder Verkehrs(daten)signalen verwendet.
Diese Technik gestattet, dass viele Verkehrssignale ein gemeinsames
Pilotsignal als Phasenreferenz verwenden, was einen kostengünstigeren
und effizienteren Verfolgungsmechanismus vorsieht. Ein einziges
Pilotsignal wird typischerweise durch jedes Gateway oder jede Basisstation
für jede
verwendete Frequenz gesendet, die auch als CDMA-Kanal oder Unterstrahl
bezeichnet wird, und gemeinsam von allen Benutzerterminals verwendet
wird, die Signale von diesem Gateway oder der Basisstation auf dieser
Frequenz erhalten.
-
Gateways
und Basisstationen können
Informationen zu Benutzerterminals unter Verwendung von einem oder
mehreren Signalen liefern, die als Paging- bzw. Funkrufsignale bekannt
sind, die auf Paging-Kanälen übertragen
werden. Wenn beispielsweise ein Anruf an ein spezielles Mobiltelefon
gerichtet worden ist, alarmiert das Gateway das Mobiltelefon durch
ein Paging-Signal. Die Paging-Signale werden verwendet, um das Vorhandensein
eines Anrufes zu bezeichnen, weiter, welcher Verkehrskanal zu verwenden
ist, und auch um zusätzliche
System-Overhead-Informationen
zusammen mit für
das Benutzerterminal spezifischen Nachrichten zu verteilen. Ein
Kommunikationssystem kann mehrere Paging-Kanäle
haben. Synchronisationssignale können auch
verwendet werden, um Systeminformationen zu senden, die nützlich sind,
um eine Zeitsynchronisation zu ermöglichen. Alle diese Signale
wirken als gemeinsam verwendete Ressourcen in ähnlicher Weise wie die Pilotsignale.
Benutzerterminals können
auf eine Paging-Signalnachricht
durch das Senden eines Zugriffssignals über eine Rückwärtsverbindung antworten, (d.
h. den Signalpfad vom Benutzerterminal zur Basisstation oder dem
Gateway-Empfänger).
Zugriffssignale werden auch durch die Benutzerterminals verwendet,
wenn sie der Ursprung von Anrufen sind.
-
Wie
bei jeglichem Kommunikationssystem werden die Kommunikationssignale
von dem Benutzerterminal empfangen und auf einer Basisbandfrequenz
zur weiteren Verarbeitung heruntergewandelt. Sobald sie heruntergewandelt
sind, werden die Signale digital verarbeitet, um das spezielle Pilotsignal oder
die Pilotsignale zu detektieren, die empfangen werden, und um assoziierte
Paging-, Synchronisations- und Verkehrssignale zu demodulieren.
Während der
Demodulation werden die PN-Spreizcodes angewandt, um die Signale
zu entspreizen, und die Kanalisierungscodes werden mit den Signalen
korreliert, um Daten zu liefern.
-
Ein
beispielhaftes Drahtloskommunikationssystem, bei dem die vorliegende
Erfindung nützlich ist,
ist in 1 veranschaulicht. Es wird in Betracht gezogen,
dass dieses Kommunikationssystem Kommunikationssignale des CDMA-Typs
verwendet, dies ist jedoch für
die vorliegende Erfindung nicht erforderlich. In einem Teil eines
in 1 veranschaulichten Kommunikationssystems 100 sind
eine Basisstation 112, zwei Satelliten 116 und 118 und
zwei assoziierte Gateways oder Verteiler (Hubs) 120 und 122 gezeigt,
um Kommunikationsvorgänge
mit zwei entfernten Benutzerterminals 124 und 126 zu
bewirken. Typischerweise sind die Basisstationen und Satelliten/Gateways
Komponenten von getrennten Kommunikationssystemen, auf die als terrestrisch
und Satelliten basiert Bezug genommen wird, obwohl dies nicht notwendig
ist. Die Gesamtzahl der Basisstationen, Gateways und Satelliten
in solchen Systemen hängt
von der erwünschten
Systemkapazität und
anderen in der Technik wohl bekannten Faktoren ab.
-
Die
Benutzerterminals 124 und 126 haben jeweils eine
Drahtloskommunikationsvorrichtung oder weisen diese auf, wie beispielsweise
ein Zellenfunk- bzw. Mobiltelefon, ein Daten-Transceiver (Sender/Empfänger) oder
einen Paging- bzw. Funkruf- oder Positionsbestimmungsempfänger, ohne
jedoch darauf eingeschränkt
zu sein, und kann in der Hand zu halten oder an einem Fahrzeug montiert
sein, falls erwünscht.
In 1 ist das Benutzerterminal 124 als eine
an einem Fahrzeug montierte Vorrichtung veranschaulicht, und das
Benutzerterminal 126 ist als ein in der Hand gehaltenes
Mobiltelefon veranschaulicht. Es sei jedoch auch bemerkt, dass die
Lehren der Erfindung auch auf feste Einheiten anwendbar sind, wo
ein Ferndrahtlosdienst erwünscht
ist. Benutzerterminals werden manchmal auch als Subscriber- bzw.
Teilnehmereinheiten, Mobilstationen, Mobileinheiten oder einfach
als "Benutzer" oder "Teilnehmer" in einigen Kommunikationssystemen
bezeichnet, und zwar abhängig
von den Vorlieben.
-
Im
Allgemeinen decken Strahlen von Satelliten 116 und 118 unterschiedliche
geographische Bereiche in vordefinierten Mustern ab. Strahlen mit
unterschiedlichen Frequenzen, die auch als CDMA-Kanäle oder "Unterstrahle" bezeichnet werden,
können so
geleitet werden, dass sie die gleiche Region überlappen. Es ist auch dem
Fachmann wohl bekannt, dass eine Strahlabdeckung oder Dienstbereiche
für mehrere
Satelliten oder Antennenmuster für
mehrere Basisstationen ausgelegt sein könnten, um vollständig oder
teilweise in einer gegebenen Region zu überlappen, und zwar abhängig von
der Kommunikationssystemauslegung und der Art des angebotenen Dienstes,
und ob eine Raumdiversität
erreicht wird.
-
Eine
Vielzahl von Kommunikationssystemen mit mehreren Satelliten ist
vorgeschlagen worden, wobei ein beispielhaftes System in der Größenordnung
von 48 oder mehr Satelliten einsetzt, die in acht unterschiedlichen
Umlaufebenen in einer niedrigen Erdumlaufbahn (LEO = Low Earth Orbit)
laufen, um eine große
Anzahl von Benutzerterminals mit Dienst zu versorgen. Jedoch wird
dem Fachmann leicht verständlich
sein, wie die Lehren der vorliegenden Erfindung auf eine Vielzahl
von Satellitensystem- und Gateway-Konfigurationen anwendbar sind,
was andere Umlaufdistanzen und Konstellationen mit einschließt. Zur
gleichen Zeit ist die Erfin dung gleichfalls auf terrestrisch basierte
Systeme von verschiedenen Basisstationskonfigurationen anwendbar.
-
In 1 sind
einige mögliche
Signalpfade für Kommunikationen
veranschaulicht, die zwischen Benutzerterminals 124 und 126 und
der Basisstation 112 oder durch Satelliten 116 und 118 mit
Gateways 120 und 122 eingerichtet sind. Die Basisstation-Benutzerterminal-Kommunikationsverbindungen
sind durch Linien 130 und 132 veranschaulicht.
Die Satelliten-Benutzerterminal-Kommunikationsverbindungen zwischen
den Satelliten 116 und 118 und den Benutzerterminals 124 und 126 sind
durch Linien 140, 142 und 144 veranschaulicht.
Die Gateway-Satelliten-Kommunikationsverbindungen
zwischen den Gateways 120 und 122 und den Satelliten 116 und 118 sind
durch Linien 146, 148, 150 und 152 veranschaulicht.
Diese Kommunikationsverbindungen können auch als Kommunikationskanäle bezeichnet werden.
Die Gateways 120 und 122 und die Basisstation 112 können als
Teil von Ein- oder Zwei-Wege-Kommunikationssystemen verwendet werden, oder
einfach zum Senden von Nachrichten oder Daten zu den Benutzerterminals 124 und 126.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
werden die Gateways 120 und 122 und die Basisstation 112 als
ein Teil eines Zwei-Wege- Kommunikationssystems verwendet.
-
Ein
beispielhafter Transceiver bzw. Sender/Empfänger 200 zur Verwendung
in einem Benutzerterminal 124, 126 ist in 2 veranschaulicht.
Der Transceiver 200 verwendet zumindest eine Antenne 210 zum
Empfang von Kommunikationssignalen, die zu einem Analogempfänger 214 gesendet
werden, wo sie herunterkonvertiert, verstärkt und digitalisiert werden.
Ein Duplexelement 212 kann verwendet werden, um zu gestatten,
dass die gleiche Antenne sowohl für Sende- als auch für Empfangsfunktionen dient.
Jedoch setzen einige Systeme getrennte Antennen für den Betrieb
bei unterschiedlichen Sende- und Empfangsfrequenzen ein.
-
Die
digitalen Kommunikationssignale, die vom Analogempfänger 214 ausgeben
werden, werden zu mindestens einem Digitaldatenempfänger 216A und
zu mindestens einem Sucherempfänger 218 gesendet.
Zusätzliche
Digitaldatenempfän ger 216B-216N können verwendet
werden, um erwünschte
Niveaus der Signaldiversität
zu erreichen, und zwar abhängig
von dem akzeptablen Niveau der Komplexität des Benutzerterminals, wie
es dem Fachmann für
die fragliche Technik offensichtlich wäre. Die Digitaldatenempfänger 216A-216N werden zum
Entspreizen und Korrelieren der empfangenen Signale verwendet, die
an das Benutzerterminal adressiert sind.
-
Mindestens
ein Benutzerterminalsteuerprozessor 220 ist mit den Digitaldatenempfängern 216A-216N und
dem Sucherempfänger 218 gekoppelt.
Der Steuerprozessor 220 sieht neben weiteren Funktionen
eine Basissignalverarbeitung, eine Zeitsteuerung, Leistungs- und
Handoff- bzw. Übergabesteuerung
oder -koordination und die Auswahl einer Frequenz vor, die für Signalträger verwendet
wird. Eine weitere grundlegende Steuerfunktion, die oft vom Steuerprozessor 220 ausgeführt wird,
ist die Auswahl oder Manipulation von PN-Codesequenzen oder orthogonalen
Funktionen, die zur Verarbeitung von Kommunikationssignalwellenformen
zu verwenden sind. Die Signalverarbeitung durch den Steuerprozessor 220 kann
eine Bestimmung der relativen Signalstärke und eine Berechnung von
verschiedenen damit in Beziehung stehenden Signalparametern aufweisen.
Berechnungen von Signalparametern, wie beispielsweise Timing und
Frequenz, können
die Verwendung von zusätzlichen
oder getrennten extra dafür
vorgesehenen Schaltungen aufweisen, um einen gesteigerten Wirkungsgrad
oder eine gesteigerte Geschwindigkeit bei Messungen oder eine verbesserte
Zuordnung von Steuerverarbeitungsressourcen vorzusehen.
-
Die
Ausgänge
der Digitaldatenempfänger 216A-216N sind
mit einer Diversity-Kombinierer-
und Decoderschaltung 222 im Benutzerterminal gekoppelt.
Die Digitaldatenempfänger 216A-216N liefern demodulierte
Benutzerdaten, wie beispielsweise digitalisierte codierte Sprache,
zur Diversity-Kombinierer- und Decodiererschaltung 222.
Die Diversity-Kombinierer- und Decodiererschaltung 222 kombiniert
die unterschiedlichen Signale von den Digitaldatenempfängern 216A-216N,
um ein einziges Benutzerdatensignal zu liefern. Eine Benutzerdigitalbasisbandschaltung 224 führt auch
eine Decodierung und eine Fehlerkorrektur an den Benutzerdaten aus.
-
Das
Signal, das aus der Diversity-Kombinierer- und Decodiererschaltung 222 ausgegeben
wird, wird zur Digitalbasisbandschaltung 224 zur Schnittstellenübermittlung
an den Benutzer geliefert. Die Benutzerdigitalbasisbandschaltung 224 weist
Verarbeitungs- und Präsentationselemente
auf, die verwendet werden, um Informationen zu einem Benutzerterminal
und weg von diesem zu übertragen.
Das heißt,
Signal- oder Datenspeicherelemente, wie beispielsweise ein transienter
oder Langzeitdigitalspeicher; Eingabe- und Ausgabevorrichtungen,
wie beispielsweise Anzeigeschirme, Lautsprecher, Tastaturterminals
und Kopfhörer;
A/D-Elemente, Vocoder und andere Sprach- und Analogsignalverarbeitungselemente;
usw. bilden alle Teile der Benutzerterminalbasisbandschaltung 224 unter
Verwendung von in der Technik wohl bekannten Elementen. Einige dieser
Elemente können
auch unter der Steuerung des Steuerprozessors 220 oder
in Verbindung mit diesem arbeiten.
-
Wenn
Sprachdaten oder andere Daten als eine Ausgangsnachricht oder ein
ausgehendes Kommunikationssignal, das von dem Benutzerterminal ausgeht,
vorbereitet werden, wird die Benutzerdigitalbasisbandschaltung 224 verwendet,
um die erwünschten
Daten aufzunehmen, zu speichern, zu verarbeiten und in anderer Weise
für das
Senden vorzubereiten. Die Benutzerdigitalbasisbandschaltung 224 liefert
diese Daten an einen Sendemodulator 226, der unter der
Steuerung des Steuerprozessors 220 arbeitet. Die Ausgabe
des Sendemodulators 226 wird zu einer Leistungssteuervorrichtung 228 übertragen,
die eine Ausgangsleistungssteuerung für einen Sendeleistungsverstärker 230 für das letztendliche
Senden des Ausgangssignals von der Antenne 210 zu einem
Gateway 120, 122 oder einer Basisstation 112 vorsieht.
-
Informationen
oder Daten entsprechend einem oder mehreren gemessenen Signalparametern für empfangene
Kommunikationssignale oder einem oder mehreren gemeinsam verwendeten
Ressourcensignalen können
zum Gateway unter Verwendung einer Vielzahl von in der Technik bekannten Techniken
gesendet werden. Beispielsweise können die Informationen als
ein getrenntes Informationssignal übertragen werden, oder können an
andere Nachrichten angehängt
wer den, die von der Benutzerdigitalbasisbandschaltung 224 vorbereitet
wurden. Alternativ können
die Informationen als vorbestimmte Steuerbits durch den Sendemodulator 226 oder
die Sendeleistungssteuervorrichtung 228 unter der Steuerung
des Steuerprozessors 220 eingefügt werden.
-
Die
Digitalempfänger 216A-216N und
der Sucherempfänger 218 sind
mit Signalkorrelationselementen bez. -korrelatoren konfiguriert,
um spezifische Signale zu demodulieren und zu verfolgen. Der Sucherempfänger 218 wird
verwendet, um nach Pilotsignalen zu suchen oder nach anderen relativ
starken Signalen mit relativ festen Mustern, während die Digitalempfänger 216A-216N verwendet
werden, um andere Signale zu demodulieren, die mit detektierten Pilotsignalen
assoziiert sind. Daher können
die Ausgaben dieser Einheiten überwacht
werden, um die Energie in den Pilotsignalen oder den anderen Signalen
oder deren Frequenz zu bestimmen. Diese Empfänger setzen auch Frequenzverfolgungselemente ein,
die überwacht
werden können,
um eine gegenwärtige
Frequenz- und Timing-Information
an den Steuerprozessor 220 für gerade demodulierte Signale
zu liefern.
-
Zusätzliche
Details der Digitaldatenempfänger 216A-216N,
der Diversity-Kombinierer-
und Decodiererschaltung 222 und der Digitalbasisbandschaltung 224 gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung werden unten in der Beschreibung der 4A und 4B besprochen.
-
Eine
beispielhafte Sende- und Empfangsvorrichtung 300 zur Anwendung
in den Gateways 120 und 122 ist in 3 veranschaulicht.
Der in 3 veranschaulichte Teil des Gateways 120, 122 hat
einen oder mehrere Analogempfänger 314,
die mit einer Antenne 310 verbunden sind, um Kommunikationssignale
zu empfangen, die dann herunterkonvertiert, verstärkt und
digitalisiert werden, und zwar unter Verwendung von verschiedenen
in der Technik wohl bekannten Schemata. Mehrere Antennen 310 werden
in einigen Kommunikationssystemen verwendet. Digitalisierte Signale,
die vom Analogempfänger 314 ausgegeben
werden, werden als Eingänge
in mindestens ein Digitalempfängermodul
geliefert, wie durch gestrichelte Linien im Allgemeinen bei 324 gezeigt.
-
Jedes
Digitalempfängermodul 324 entspricht Signalverarbeitungselementen,
die verwendet werden, um Kommunikationen zwischen einem Gateway 120, 122 und
einem Benutzerterminal 124, 126 zu managen, obwohl
gewisse Variationen in der Technik bekannt sind. Ein Analogempfänger 314 kann
Eingänge
für viele
Digitalempfängermodule 324 liefern, und
eine Anzahl von solchen Modulen wird typischerweise in den Gateways 120, 122 verwendet,
um alle Satellitenstrahlen und mögliche
Diversity-Modussignale aufzunehmen, die zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt
behandelt werden. Jedes Digitalempfängermodul 324 hat
einen oder mehrere Digitaldatenempfänger 316 und einen
Sucherempfänger 318. Der
Sucherempfänger 318 sucht
im Allgemeinen nach geeigneten Diversity-Modi von anderen Signalen
als Pilotsignalen. Wenn sie in dem Kommunikationssystem eingerichtet
sind, werden mehrere Digitaldatenempfänger 316A-316N für den Diversity-Signalempfang
verwendet.
-
Die
Ausgaben der Digitaldatenempfänger 316 werden
zu folgenden Basisbandverarbeitungselementen 322 geliefert,
die Vorrichtungen aufweisen, die in der Technik wohl bekannt sind
und nicht weiter im Detail hier veranschaulicht sind. Eine beispielhafte Basisbandvorrichtung
weist Diversity-Kombinierer und Decoder auf, um Multipfadsignale
bzw. Mehrwegesignale in eine Ausgabe für jeden Benutzer zu kombinieren.
Eine beispielhafte Basisbandvorrichtung weist auch Schnittstellenschaltungen
auf, um Ausgabedaten zu liefern, typischerweise zu einem digitalen
Switch oder Netzwerk. Eine Vielzahl von anderen bekannten Elementen,
wie beispielsweise Vocoder, Datenmodems und Digitaldatenschalt-
und Speicherkomponenten, die jedoch nicht auf diese eingeschränkt sind,
können
einen Teil der Basisbandverarbeitungselemente 322 bilden.
Diese Elemente arbeiten dahingehend, dass sie das Senden von Datensignalen
zu einem oder mehreren Übertragungs-
bzw. Sendemodulen 334 steuern oder anweisen.
-
Signale,
die zu den Benutzerterminals 124, 126 zu senden
sind, sind jeweils mit einem oder mehreren geeigneten Sendemodulen 334 gekoppelt.
Ein typisches Gateway 120, 122 verwendet eine
Anzahl von solchen Sendemodulen 334, um einen Dienst für viele
Benutzerterminals 124, 126 gleichzeitig und für verschiede ne
Satelliten und Strahlen gleichzeitig vorzusehen. Eine Basisstation 112 kann
auch einen Anzahl von solchen Modulen verwenden, obwohl die Basisstationen
dazu tendieren, Sende- und Empfangsfunktionen näher aneinander in Modemstrukturen
zu gruppieren. Die Anzahl der Sendemodule 334, die von
dem Gateway 120, 122 verwendet wird, wird durch
in der Technik bekannte Faktoren bestimmt, welche die Komplexität des Systems,
die Anzahl der zu sehenden Satelliten, die Systembenutzerkapazität, den ausgewählten Diversitätsgrad usw.
mit einschließen.
-
Jedes
Sendemodul 334 weist einen Sendemodulator 326 auf,
der Daten zum Senden durch Spreizspektrum moduliert. Der Sendemodulator 326 hat
einen Ausgang, der mit einer Digitalsendeleistungssteuervorrichtung 328 gekoppelt
ist, die die Sendeleistung steuert, die für das herausgehende Digitalsignal
verwendet wird. Die Digitalsendeleistungssteuervorrichtung 328 wendet
ein minimales Leistungsniveau zum Zwecke der Interferenzverringerung
und Ressourcenzuordnung an, wendet jedoch geeignete Leistungspegel
an, falls nötig,
um eine Dämpfung
im Sende- bzw. Übertragungspfad oder
andere Pfadübertragungscharakteristiken
zu kompensieren. Mindestens ein PN-Generator 332 wird durch
den Sendemodulator 326 beim Spreizen der Signale verwendet:
Diese Codeerzeugung kann auch einen funktionellen Teil von einem
oder mehreren Steuerprozessoren oder Speicherelementen bilden, die
im Gateway 120, 122 verwendet werden.
-
Die
Ausgabe der Sendeleistungsteuervorrichtung 328 wird zu
einer Additionsvorrichtung 336 gesendet, wo sie mit Ausgaben
aus anderen Sendeleistungssteuerschaltungen summiert wird. Diese Ausgänge sind
Signale zur Übertragung
zu Benutzerterminals 124, 126 mit der gleichen
Frequenz und im gleichen Strahl wie die Ausgabe der Sendeleistungsteuervorrichtung 328.
Die Ausgabe der Additionsvorrichtung 336 wird zu einem
Analogsender 338 zur Digital/Analog-Umwandlung, zur Umwandlung auf
die geeignete HF-Trägerfrequenz,
zur weiteren Verstärkung
und zur Ausgabe an eine oder mehrere Antennen 340 zum Abstrahlen
zu den Benutzerterminals 124, 126 geliefert. Die
Antennen 310 und 340 können die gleichen Antennen
sein, und zwar abhängig
von der Komplexität
und der Konfiguration des Systems.
-
Zumindest
ein Gateway- Steuerprozessor 320 ist mit den Empfängermodulen 324,
den Sendemodulen 334 und der Basisbandschaltung 322 gekoppelt;
diese Einheiten können
physisch voneinander getrennt sein. Der Steuerprozessor 320 liefert Befehls-
und Steuersignale, um Funktionen, wie beispielsweise die Signalverarbeitung,
die Timing-Signalerzeugung, Leistungssteuerung, Handoff- bzw. Übergabesteuerung,
Diversity-Kombinierung und Systemschnittstellenbildung zu bewirken,
wobei diese jedoch nicht darauf eingeschränkt sind. Zusätzlich ordnet
der Steuerprozessor 320 PN-Spreizcodes, Orthogonalcodesequenzen
und spezifische Sender und Empfänger
zur Anwendung bei Benutzerkommunikationen zu.
-
Der
Steuerprozessor 320 steuert auch die Erzeugung und Leistung
von Pilot-, Synchronisations- und Paging-Kanalsignalen und ihre
Koppelung an die Sendeleistungssteuervorrichtung 328. Der
Pilotkanal ist einfach ein Signal, welches nicht durch Daten moduliert
wird, und kann ein wiederholtes sich nicht veränderndes Muster oder eine nicht
variierende Frame- bzw. Rahmenstrukturart (Muster) oder eine Toneingabe
in den Sendemodulator 326 verwenden. Das heißt, die
orthogonale Funktion, der Walsh-Code, die verwendet wird, um den
Kanal für das
Pilotsignal zu bilden, hat im Allgemeinen einen konstanten Wert,
wie beispielsweise nur Einsen (1) oder Nullen (0), oder ein wohl
bekanntes sich wiederholendes Muster, wie beispielsweise ein strukturiertes
Muster aus abwechselnden bzw. eingestreuten Einsen (1) und Nullen
(0). Falls, wie es üblicherweise der
Fall ist, der verwendete Walsh-Code ein Code nur aus Nullen (0)
ist, hat dies effektiv zur Folge, dass nur die PN-Spreizcodes übertragen
werden, die vom PN-Generator 332 angewandt werden.
-
Während der
Steuerprozessor 320 direkt mit den Elementen eines Moduls
gekoppelt sein kann, wie beispielsweise dem Sendemodul 324 oder
dem Empfangsmodul 334, weist jedes Modul im Allgemeinen
einen modulspezifischen Prozessor auf, wie beispielsweise einen
Sendeprozessor 330 oder einen Empfangsprozessor 321,
der die Elemente dieses Moduls steuert. Somit ist in einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Steuerprozessor 320 mit dem Sendeprozessor 330 und
dem Empfangsprozessor 321 gekoppelt, wie in 3 gezeigt.
Auf diese Weise kann ein einziger Steuerprozessor 320 die
Betriebsvorgänge
einer großen
Anzahl von Modulen und Ressourcen effizienter steuern. Der Sendeprozessor 330 steuert
die Erzeugung von Pilot-, Synchronisations-, Paging-Signalen und
Verkehrskanalsignalen und deren Signalleistung und ihre jeweilige
Koppelung an die Leistungssteuervorrichtung 328. Der Empfängerprozessor 321 steuert
Such- und PN-Spreizcodes
und das Timing bzw. die Zeitsteuerung für die Demodulation und Überwachung
empfangener Leistung.
-
II. Sendeleistungssteuerung
-
4A veranschaulicht
Details eines möglichen
Leistungssteuerschemas des Benutzerterminaltransceivers (Sender/Empfängers) 200.
Ein empfangenes Signal wird in einen Demodulator 401 eingegeben.
In einem Ausführungsbeispiel
weist der Demodulator 401 einen A/D-Wandler 402,
einen Pseudozufallsrausch-(PN)-Korrelator
(PN = Pseudorandom Noise) 404 und einen PN-Generator 406 auf. Das
empfangene Signal wird von analog auf digital durch einen A/D-Wandler 402 umgewandelt.
Das Digitalsignal, welches aus dem A/D-Wandler 402 ausgegeben
wird, wird zu dem Korrelator 404 geliefert, wo das Signal
einen Korrelationsprozess unterläuft, der
das Signal mit einer lokalen Referenz bezüglich Übereinstimmung vergleicht.
In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
ist der Korrelator 404 ein PN-Korrelator. Entsprechend
macht das Signal einen Korrelationsprozess mit PN-Signalen durch,
die vom PN-Generator 406 geliefert werden. Eine Ausgabe 407 des
Demodulators 401 wird vorzugsweise zu einem Quantisierungselement 408 geliefert.
Die Ausgabe 409 des Quantisierungselementes 408 (oder die
Ausgabe 407, falls das Quantisierungselement 408 nicht
verwendet wird) kann Soft-Decision- bzw. Weichentscheidungsdaten
aufweisen, die einem Konfidenz- bzw.
Vertrauensmaß entsprechen,
das eine spezielle Gruppe von gesampleten bzw. abgetasteten Signalen
einem speziellen Orthogonalcode aus einem Satz von Orthogonalcodes
entspricht, die im Allgemeinen unter Verwendung von Walsh-Codes eingerichtet
wurden. Diese Ausgabe 409 des Quantisierungselementes 408 (oder
die Ausgabe 407 direkt) wird zum Benutzerdatendecoder 410 geliefert, der
Benutzerdaten zur digitalen Basisbandschaltung 224 liefert,
was oben beschrieben wird. Der Decoder 410 verwendet Maximum-Likelihood- Decodierungstechniken
(Techniken basierend auf maximaler Wahrscheinlichkeit), um abgeschätzte Verkehrskanaldatenbits 411 zu
erzeugen (auch als Benutzerdaten bezeichnet). Die Maximum-Likelihood-Dekodierungstechniken
können
durch Verwendung eines Algorithmus verbessert werden, der im Wesentlichen ähnlich einem
Viterbi-Decodierungsalgorithmus ist, der in der Technik wohl bekannt
ist.
-
Es
wird in Betracht gezogen, dass die Komponenten des Demodulators 401 und
des Quantisierungselementes 408 Komponenten des oben beschriebenen
Digitaldatenempfängers 216 sind.
Weiter wird in Betracht gezogen, dass Komponenten des Decoders 410 Komponenten
der Diversity-Kombinierer- und -Decoderschaltung 222 sind,
die oben beschrieben wurde.
-
Die
Qualität
des bei einem Benutzerterminal, wie beispielsweise dem Benutzerterminal 126,
empfangenen Signals wird durch das Benutzerterminal gemessen. Aus
dieser Messung wird das Eignungsniveau der Signalleistung bestimmt,
wobei eine schlechte Signalqualität eine Anzeige für unzureichende
Signalleistung ist. Beispielsweise kann ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis-(SNR)-Schätzelement 418 (SNR
= Signal-to-Noise Ratio) das SNR bzw. Signal/Rausch-Verhältnis des
empfangenen Signals basierend auf der Ausgabe 409 des Quantisierungselementes 408 (oder
der Ausgabe 407 direkt) abschätzen. Alternativ oder zusätzlich kann
die Signalqualität
basierend auf Fehlern gemessen werden, wie beispielsweise basierend
auf Frame- bzw. Rahmenfehlern. Beispielsweise kann ein Fehlerdetektor 416 auf
einer Basis von Rahmen zu Rahmen bestimmen, ob ein Fehler aufgetreten
ist oder nicht. Der Fehlerdetektor 416 kann Rahmenfehler
unter Verwendung von wohl bekannten Techniken detektieren, wie beispielsweise
unter Verwendung von CRC-Bits oder Informationen, wobei dies nicht
darauf eingeschränkt
ist.
-
Die
Ausgabe des SNR-Schätzelementes 418 und/oder
des Fehlerdetektors 416 wird zu einem Leistungsbefehlsbestimmungselement 420 geliefert. Das
Leistungsbefehlsbestimmungselement 420 bestimmt, ob die
Senderleistung (die zum Senden des empfangenen Signals verwendet
wird) basierend auf der Qualität
des empfangenen Signals eingestellt werden sollte oder nicht. Insbesondere
kann das Leistungsbefehlsbestimmungselement 420 Power-Up-(Leistung-Erhöhen)- oder Power-Down-(Leistung-Verringern)-Befehle
erzeugen, die wiederum verwendet werden, um Power-Up- oder Power-Down-Anforderungsnachrichten
zu erzeugen, die vom Benutzerterminal 126 beispielsweise
zum Gateway 122 gesendet werden. Sobald sie beim Gateway 122 empfangen
werden, werden diese Leistungseinstellnachrichten zum Sendeprozessor 330 geliefert,
der wiederum bewirkt, dass die Sendeleistungsteuervorrichtung 328 die
Leistung der Signale vergrößert oder
verringert, die zum Benutzerterminal 126 gesendet werden.
-
Das
Leistungsbefehlsbestimmungselement 420 kann solche Einstellungen
der gesendeten Signalleistung basierend auf Messungen der Signalqualität anfordern,
wie beispielsweise basierend auf SNR und/oder Frame- bzw. Rahmenfehlern.
Auf einem hohen Niveau vergleicht das Leistungsbefehlsbestimmungselement 420 die
Signalqualitätsmessungen mit
Signalqualitätsschwellen.
Wenn eine gemessene Signalqualität
eine entsprechende Schwelle überschreitet,
kann das Leistungsbefehlsbestimmungselement 420 anfordern,
dass das Gateway 122 seine gesendete Signalleistung um
eine bestimmte Größe verändert, entweder
vergrößert oder
verringert, falls erwünscht.
Wenn die gemessene Signalqualität
nicht die Schwelle überschreitet,
kann zusätzlich
das Leistungsbefehlsbestimmungselement 420 anfordern, dass
das Gateway 122 seine gesendete Signalleistung um eine
spezielle Größe verändert, um
Leistung zu sparen und eine mögliche
Signalinterferenz zu verringern, hier zu verringern oder zu vergrößern, falls
erwünscht.
-
Insbesondere
kann das Leistungsbefehlsbestimmungselement 420 Einstellungen
der Senderleistung des Gateways 122 basierend auf dem gemessenen
SNR des empfangenen Signals unter Verwendung der Ausgabe 419 von
dem SNR-Schätzelement 418 bestimmen.
Entsprechend kann das Leistungsbefehlsbestimmungselement 420 bestimmen, dass
die Sendeleistung des Gateways 122 um eine vorbestimmte
Größe vergrößert werden
sollte, falls das SNR unter eine vorbestimmte Schwelle fällt, oder das
die Sendeleistung um eine vorbestimmte Größe verringert werden sollte,
falls das SNR über
der vorbestimmten Schwelle ist.
-
Alternativ
und/oder zusätzlich
kann das Leistungsbefehlsbestimmungselement 420 eine FER bzw.
Rahmenfehlerrate des empfangenen Signals unter Verwen dung der Ausgabe
aus dem Fehlerdetektor 416 bestimmen. Entsprechend kann
das Leistungsbefehlsbestimmungselement 420 bestimmen, dass
die Sendeleistung des Gateways 122 um eine vorbestimmte
Größe vergrößert werden
sollte, wenn die FER über
einer vorbestimmten Schwelle ist (beispielsweise 1%), oder dass
die Leistung um eine vorbestimmte Größe verringert werden sollte,
wenn die FER unter der vorbestimmten Schwelle ist.
-
Wie
genauer unten besprochen wird, kann alternativ das Leistungsbefehlsbestimmungselement 420 Einstellungen
der Sendeleistung basierend auf Vergleichen zwischen einem gemessenen/abgeschätzten SNR
und einer SNR-Schwelle bestimmen, und kann die SNR-Schwelle basierend
darauf einstellen, ob das FER unter eine vorbestimmte FER-Schwelle
fällt oder
diese überschreitet.
-
FER
ist eine Berechnung basierend auf der Anzahl der Frames bzw. Rahmen,
die mit Fehlern empfangen wurden, im Vergleich zu Rahmen, die ohne
Fehler empfangen wurden. Das SNR ist ein Verhältnis des gesendeten brauchbaren
Signals, zum Rauschen oder zum unerwünschten Signal. Die Anwendung
von alternativen Messungen der Signalqualität, wie beispielsweise die Bitfehlerrate
(BER = Bit Error Rate) ist ebenfalls innerhalb des Kerns und Umfangs
der vorliegenden Erfindung.
-
Für die beispielhaften
besprochenen Ausführungsbeispiele
bedeuten Erwähnungen
von Einstellungen (Vergrößerungen
oder Verringerungen) der "Senderleistung" oder "Sendeleistung", dass das Gateway 122 die
Leistungsmenge einstellt, die es verwendet, um ein Signal (mehrere
Signale) zu einem speziellen Benutzerterminal zu senden, wie beispielsweise
zum Benutzerterminal 126. Zusätzliche Details des Leistungsbefehlsbestimmungselementes 420 werden
unten besprochen.
-
III. Bevorzugtes Ausführungsbeispiel
-
4B veranschaulicht
ein alternatives Leistungssteuerschema gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Das in 4B ver anschaulichte
Leistungssteuerschema ist ähnlich
dem Leistungssteuerschema der 4A, und
zwar dahingehend, dass es einen Demodulator 401, ein Quantisierungselement 408 (vorzugsweise,
jedoch nicht notwendigerweise), einen Benutzerdatendecoder 410,
einen Fehlerdetektor 416 und/oder ein SNR-Schätzelement 418 und
ein Leistungsbefehlsbestimmungselement 420 aufweist. Jedoch
weicht das Ausführungsbeispiel
der 4B in einigen wichtigen Punkten ab. Als erstes
weist das Steuerschema der 4B auch
einen Verzerrer 412 und einen virtuellen Decoder 414 auf.
Zusätzlich
ist in diesem Ausführungsbeispiel
der Eingang in das SNR-Schätzelement
der Ausgang 413 des Verzerrers 412 anstatt der
Ausgang 409 des Quantisierungselementes 408 (oder
der Ausgang 407 direkt). Weiterhin ist der Eingang in den
Fehlerdetektor 416 der Ausgang 415 des virtuellen
Decoders 414 und nicht der Ausgang 411 (Benutzerdaten)
des Benutzerdatendecoders 410.
-
Es
sei bemerkt, dass der Benutzerdatendecoder 410 und der
virtuelle Decoder 414 physisch getrennte Komponenten sein
können.
Alternativ können der
Datendecoder 410 und der virtuelle Decoder 414 ein
einziger Decoder sein, der zeitmultiplexiert ist, um als zwei Decoder
zu funktionieren.
-
Der
Verzerrer 412 verzerrt den Ausgang 409 des Quantisierungselementes 408 (oder
den Ausgang 407 direkt), beispielsweise durch Hinzufügen von
Pseudorauschen zum Ausgang 409. Der Effekt des Verzerrers 412 ist,
die Ausgabe bzw. den Ausgang 409 des Quantisierungselementes 408 (oder die
Ausgabe 407) zu verschlechtern. In dem Beispiel, wo die
Ausgabe 409 aus dem Quantisierungselement 408 die
Soft-Decision- bzw. Weichentscheidungsdaten sind, ist die Ausgabe 413 des
Verzerrer 412 verzerrte Soft-Decision-Daten entsprechend Vertrauensniveaus,
dass eine spezielle Gruppe von gesampleten bzw. aufgenommenen Signalen
einem speziellen Orthogonalcode entspricht. Aufgrund des Verzerrers 412 sind
die Vertrauensniveaus entsprechend der Ausgabe 412 weniger/reduziert
im Vergleich zur Ausgabe 409.
-
Mit
Bezug auf den virtuellen Decoder 414 wird der Ausdruck "virtuell" verwendet, weil
die Ausgabe des virtuellen Decoders 414 keine Benutzerdaten
sind, die zur Digitalbasisbandschaltung 224 geliefert werden.
Die Ausgabe 411 aus dem Benutzerdatendecoder 410 wird
immer noch zur Digitalbasisbandschaltung 224 in der gleichen
Weise geliefert, wie oben in der Besprechung der 4A beschrieben.
Jedoch wird eine verzerrte Ausgabe 415 des virtuellen Decoders 414 anstatt
der Ausgabe 411 des Benutzerdatendecoders 410 (wie
in 4A) für
die Leistungssteuerung verwendet. Das heißt, der Fehlerdetektor 416 bestimmt
Fehler basierend auf der Ausgabe 415 des virtuellen Decoders
anstatt basierend auf der Ausgabe 411. Dies bewirkt, dass
die detektierte Fehlermenge höher
ist als wenn der Fehlerdetektor 416 Fehler basierend auf
den tatsächlichen Benutzerdaten 411 bestimmt
(wie in 4A).
-
Zusätzlich wird
eine verzerrte Ausgabe 413 zum SNR-Schätzelement 418 geliefert.
Weil das SNR-Schätzelement 418 das
SNR der verzerrten Daten 413 misst/abschätzt, ist
das abgeschätzte SNR 419,
welches zum Leistungsbefehlsbestimmungselement 420 geliefert
wird, niedriger/schlechter als das tatsächliche SNR der Ausgabe des
Quantisierungselementes 408 (d. h., die Ausgabe 409).
-
In
dem Ausführungsbeispiel
der 4B bestimmt das Leistungsbefehlsbestimmungselement 420,
ob eine Einstellung der Sendeleistung anzufordern ist, oder nicht,
und zwar basierend auf "falschen" Signalqualitätsmessungen.
Das heißt,
das Leistungsbefehlsbestimmungselement 420 führt Bestimmungen
basierend auf Eingängen
aus, die anzeigen, dass die Signalqualität schlechter ist als sie tatsächlich ist.
Beispielsweise wird das SNR-Schätzelement 418 schätzen, dass
das SNR niedriger ist, wenn das Leistungssteuerschema der 4B verwendet wird,
und zwar im Vergleich dazu, wenn das Leistungssteuerschema der 4A verwendet
wird. Weil die verzerrten Daten 413 zum virtuellen Decoder 414 geliefert
werden, wird zusätzlich
der virtuelle Decoder 414 mehr Frame- bzw. Rahmenfehler
machen als der Benutzerdatendecoder 410. Entsprechend wird der
Fehlerdetektor 416 eine vergrößerte Anzahl an Fehlern detektieren,
wenn er im Leistungssteuerschema der 4B verwendet
wird, und zwar im Vergleich dazu, wenn er im Schema der 4A verwendet
wird. Daher wird das Leistungsbefehlsbestimmungselement 420,
wenn es im Leistungssteuerschema der 4B verwendet
wird, früher
bestimmen, dass eine Schwelle überschritten
worden ist, als es dies tun würde,
wenn es im Leistungssteuerschema der 4A verwendet
wird (unter der Annahmen, dass die gleiche Schwelle in beiden Schemata
verwendet wird). Dies wird bewirken, dass das Leistungsbefehlsbestimmungselement 420 Power-Up- oder Power-Down-Befehle
erzeugt, bevor die Signalqualitätsschwellen
tatsächlich
für ein
nicht verzerrtes demoduliertes Signal 409 (oder 407) und/oder
Benutzerdaten 411 erreicht werden.
-
IV. Betrieb des Leistungssteuerbestimmungselementes
-
Das
Leistungsbefehlsbestimmungselement
420 kann die Leistungssteuermerkmale
ausführen, die
in der
US-Patentanmeldung mit
der Serien-Nr. 09/164,384 offenbart werden, die am 30.
September 1998 eingereicht wurde, betitelt "System and Method for Optimized Power
Control", und in
der
US-Patentanmeldung mit
der Serien-Nr. 07/183,388 , die am 29. Oktober 1998 eingereicht
wurde, betitelt "Variable Loop
Gain in Double Loop Power Control Systems", die beide dem Rechteinhaber der vorliegenden
Erfindung zu eigen sind. Zur Vervollständigung ist eine Beschreibung
dessen, wie die vorliegenden Erfindung in Kombination mit Merkmalen
der oben erwähnten
Patentanmeldungen verwendet werden kann, in der Besprechung der
5 und
6 vorgesehen.
-
Die 5 und 6 sind
Flussdiagramme, welche den Betrieb des Leistungsbefehlsbestimmungselementes 420,
des SNR-Schätzelementes 418 und
des Fehlerdetektors 416 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung abbilden. 5 bildet
den Betrieb einer inneren Leistungssteuerschleife ab. Die Schritte
der 5 werden wahrscheinlich vom SNR-Schätzelement 418 und
dem Leistungsbefehlsbestimmungselement 420 ausgeführt. Die
Funktion der inneren Leistungssteuerschleife ist, die Signalleistung
einzustellen, die vom Gateway 122 übertragen wird.
-
In
den beispielhaften oben besprochenen Ausführungsbeispielen wird die übertragene
Signalleistung gemäß dem Niveau
der Signalleistung eingestellt, welche beim Transceiver 200 empfangen wird.
Insbesondere sendet das Gateway 122 bei diesen beispielhaften
Ausführungsbeispielen
ein Signal (mehrere Signale) an das Benutzerterminal 126.
Das Signal wird vom Demodulator 401 demoduliert und (vorzugsweise)
durch das Quantisierungselement 408 quantisiert. Die quantisierte
Darstellung des Signals (d. h., die Ausgabe 409) wird dann
zum Verzerrer 412 geliefert, der eine verzerrte quantisierte
Darstellung des Signals ausgibt, wie oben besprochen. Die Ausgabe 413 des
Verzerrers 412 soll als verzerrtes demoduliertes Signal 413 bezeichnet
werden.
-
Das
Verfahren beginnt mit der Messung der Leistung des verzerrten Signals 413 durch
das SNR-Schätzelement,
wie im Schritt 502 gezeigt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
misst das SNR-Schätzelement 418 das
Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR
= Signal-to-Noise Ratio) des verzerrten Signals 413. Insbesondere
misst das SNR-Schätzelement
die Größe Eb/No , wobei
Eb die Energie pro Bit ist, und wobei No die Rauschdichte in Leistungseinheiten/Zyklus
ist. Natürlich
können
andere Messungen der Signalleistung verwendet werden, ohne vom Umfang
der vorliegenden Erfindung abzuweichen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird das SNR für
jeden Frame bzw. Rahmen von empfangenen Daten gemessen.
-
In
dem Kommunikationssystem 100 ist ein vorbestimmtes SNR-Niveau,
welches als die "SNR-Schwelle" bezeichnet wird,
mit dem Transceiver 200 assoziiert. Die SNR-Schwelle stellt
das minimale SNR dar, wo Signale vom Transceiver bzw. Sender/Empfänger 200 empfangen
werden sollten, um eine Datenqualität sicherzustellen. Die SNR-Schwelle
kann gemäß Verfahren
ausgewählt werden,
die in der Technik wohl bekannt sind. Ein solches Verfahren ist,
ein SNR auszuwählen,
welches Datenfehler unter einem gewissen Prozentsatz halten wird,
wie beispielsweise unter einem Prozent. Im Schritt 504 vergleicht
das Leistungsbefehlsbestimmungselement 420 die im Schritt 502 gemessene SNR
mit der SNR-Schwelle.
-
Wenn
die gemessene SNR niedriger als die SNR-Schwelle ist, dann erzeugt
das Leistungssteuerbestimmungselement 420 einen "Leistung-Steigern-Befehl", der bewirkt, dass
eine Power-Up-Nachricht zum Gateway 122 gesendet wird,
wie im Schritt 506 gezeigt. Darauf ansprechend steigert
das Gateway 122 die gesendete Signalleistung um eine vorbestimmte
Größe (beispielsweise
um 0,5 dB), was als "Gain" bzw. "Verstärkung" der inneren Schleife
oder als "Innenschleifenverstärkung" bezeichnet wird.
-
Wenn
das gemessene SNR die SNR-Schwelle überschreitet, dann erzeugt
das Leistungssteuerbestimmungselement 420 des Transceivers 200 einen "Leistung-Verringern-Befehl", der bewirkt, dass
ein Power-Down-Befehl zum Gateway 122 gesendet wird, wie
im Schritt 508 gezeigt. Darauf ansprechend verringert das
Gateway 122 die Signalleistung um eine bestimmte Größe (beispielsweise 0,004
dB). In jedem Fall fängt
das Verfahren wieder beim Schritt 502 an.
-
Wie
oben besprochen wird dann, wenn eine andere Qualitätsmessfunktion
als das SNR verwendet wird, welches sich in umgekehrter Proportion
zum Leistungsniveau verändert,
wie beispielsweise eine Technik, die die Anwesenheit von "Fehlerereignissen" oder Fehlerraten
misst oder darauf beruht, die Signalleistung in umgekehrter Beziehung
zu dem Ausmaß eingestellt,
um welches die Messung von der Schwelle abweicht. Das heißt, wenn
der gemessene Wert die Schwelle überschreitet,
wird die Signalleistung gesteigert, und wenn er geringer als die Schwelle
ist, wird die Signalleistung verringert.
-
6 bildet
den Betrieb der äußeren Leistungssteuerschleife
ab (auch als die "äußere Schleife" bezeichnet), die
in einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Die Schritte der 6 werden
wahrscheinlich durch den Fehlerdetektor 416 und das Leistungsbefehlsbestimmungselement 420 ausgeführt. Die
Funktion der äußeren Leistungssteuerschleife
ist, die SNR-Schwelle des Transceivers bzw. Sender/Empfängers 200 einzustellen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird
die SNR-Schwelle gemäß der Qualität des empfangenen
Signals eingestellt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Qualität des Signals nicht
nur bezüglich
des gegenwärtigen
Frames bzw. Rahmens betrachtet, sondern auch für eine gewisse Anzahl von vorherigen
Rahmen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist auch das
verwendete Maß der
Signalqualität
eine gemessene FER. Jedoch können
andere Messgrößen der
Signalqualität, wie
beispielsweise Parity- bzw. Paritäts-Überprüfungen, verwendet werden, ohne
vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
-
Mit
Bezug auf 6 beginnt das Verfahren mit
der Bestimmung, ob der gegenwärtige
Rahmen mit verzerrten Daten 415 (auch als verzerrte Entscheidungsdaten
bezeichnet) fehlerhaft ist oder nicht, wie im Schritt 602 gezeigt.
Das Verfahren bestimmt dann, ob Fehler im gegenwärtigen Rahmen vorhanden sind,
wie im Schritt 604 gezeigt. Wenn keine Fehler im gegenwärtigen Rahmen
vorhanden sind, wie durch die Verzweigung "Nein" vom
Schritt 604 gezeigt, verringert dann das Leistungsbefehlsbestimmungselement 420 die
SNR-Schwelle um eine vorbestimmte Größe, wie im Schritt 606 gezeigt. Wenn
jedoch Fehler im gegenwärtigen
Rahmen vorhanden sind, wie von der Verzweigung "Ja" vom Schritt 604 gezeigt,
prüft dann
das Verfahren erneut den Qualitätsverlauf
des empfangenen Signals, wie im Schritt 608 gezeigt. In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
weist der Fehlerverlauf eine vorbestimmte Anzahl von vorherigen
Frames bzw. Rahmen N auf. Natürlich
kann der Fehlerverlauf in anderer Weise ausgewählt sein, ohne vom Umfang der vorliegenden
Erfindung abzuweichen. Der Fehlerverlauf ist im (nicht gezeigten)
Speicher gespeichert. Falls irgendwelche der vorherigen N Rahmen
einen Fehler enthalten, verringert dann das Leistungsbefehlsbestimmungselement 420 die
SNR-Schwelle um die Außenschleifenverstärkung, wie
im Schritt 606 gezeigt.
-
Wenn
jedoch die vorherigen N Rahmen keine Fehler enthalten, vergrößert dann
das Leistungsbefehlsbestimmungselement 420 die SNR-Schwelle, wie
im Schritt 610 gezeigt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
werden zwei Veränderungswerte
eingesetzt: einer zur Verringerung der SNR-Schwelle und der andere
zur Vergrößerung der SNR-Schwelle.
Der Veränderungswert
zur Verringerung der SNR-Schwelle ist relativ klein, sodass die SNR-Schwelle
und, durch die Wirkung der inneren Schleife, die gesendete Signalleistung
allmählich
in fehlerfreie Umgebungen verringert wird. Im Gegensatz dazu ist
der Veränderungswert
für eine
Vergrößerung der
SNR-Schwelle relativ groß,
sodass die SNR-Schwelle, und durch die Wirkung der inneren Schleife,
die gesendete Signalleistung schnell in fehleranfälligen Umgebungen
gesteigert wird.
-
Der
Betrieb des Leistungssteuerbestimmungselementes 420, der
in der Beschreibung der 5 und 6 oben besprochen
wurde, kann in den Leistungssteuerschemata der 4A und 4B verwendet
werden. Jedoch ist ein Vorteil der Verwendung des Schemas der 4B,
dass das notwendige Ausmaß der
Steigerung der SNR-Schwelle (d. h., der Außenschleifenverstärkung) ansprechend
darauf, dass ein Frame- bzw. Rahmenfehler detektiert wird, wenn
das Leistungssteuerschema der 4B verwendet
wird, geringer als wenn das Schema der 4A verwendet
wird. Zusätzlich
kann das Ausmaß der
Verringerung (step down bzw. Abnahme) der SNR-Schwelle, wenn das Leistungssteuerschema
der 4B verwendet wird, größer sein, als wenn das Leistungssteuerschema der 4A verwendet
wird. Da die gesamte Übertragungs-
bzw. Sendeleistung grob Vergrößerungen und
Verringerungen der SNR-Schwelle folgt, wird die Gesamtsendeleistung
verringert, wenn das Leistungssteuerschema der 4B verwendet
wird.
-
Die
Leistungssteuerschemata der 4A und 4B werden
so beschrieben, wie wenn Signale vom Gateway 122 über den
Satelliten 116 zum Benutzerterminal 126 gesendet
werden. Das heißt, die
Leistungssteuerschemata der 4A und 4B werden
so beschrieben, wie wenn die in 4A und 4B gezeigten
Komponenten in dem Benutzerterminal 126 gelegen sind, und
die Sendeleistung des Gateways 122 gesteuert wird. Es sei
bemerkt, dass die gleichen Leistungssteuerschemata verwendet werden
können,
wenn das Benutzerterminal 126 Signale von der Basisstation 112 Signale empfängt. Der
einzigen Unterschied ist, dass das Leistungsbefehlsbestimmungselement 420 bestimmen
wird, ob die Leistung, die von der Basisstation 112 verwendet
wird, um Signale zum Benutzerterminal 126 zu senden, einzustellen
ist oder nicht, und zwar statt dessen, ob die vom Gateway 122 verwendete
Leistung eingestellt werden soll oder nicht. Es sei auch bemerkt,
dass, auch wenn die oben besprochenen Leistungssteuerschemata derart
beschrieben werden, dass sie vom Benutzerterminal 126 verwendet
werden, relativ identische Schemata vom Gateway 122 oder
von der Basisstation 112 verwendet werden können, um
die Leistung einzustellen, die ein Benutzerterminal 126 verwendet,
um Signale zum Gateway 122 oder zur Basisstation 112 zu
senden. Das heißt,
die Komponenten der 4A und 4B können beispielsweise
im Gateway 122 gelegen sein, und die gerade gesteuerte
Sendeleistung kann jene des Benut zerterminals 126 sein,
wenn ein Signal (mehrer Signale) zum Gateway 122 über den Satelliten 118 gesendet
wird (werden). Zusätzlich können die
Leistungssteuerschemata der 4A und 4B verwendet
werden, um die Sendeleistung des Benutzerterminals 126 einzustellen,
wenn es ein Signal (mehrere Signale) zur Basisstation 112 sendet.
-
V. High-Level-Betrieb der vorliegenden
Erfindung
-
7 ist
ein Flussdiagramm, welches den Betrieb stark vereinfacht bzw. den
High-Level-Betrieb eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung abbildet. Das Verfahren beginnt mit dem Demodulieren eines
empfangenen Signals, wie im Schritt 702 gezeigt. Das demodulierte
Signal wird dann im Schritt 704 verzerrt. Dies kann beispielsweise
durch Hinzufügen
von Rauschen zum demodulierten Signal getan werden. Als nächstes wird
im Schritt 706 eine Signalqualitätsmessung basierend auf dem
verzerrten demodulierten Signal bestimmt (anstatt basierend auf
dem nicht demodulierten Signal). Diese Signalqualitätsmessung
kann beispielsweise eine Messung des SNR bzw. Signal-zu-Rausch-Verhältnisses
sein. Schließlich
wird im Schritt 708 eine Einstellung der Sendeleistung
basierend auf der im Schritt 706 bestimmten Signalqualitätsmessung
angefordert.
-
Der
Schritt 708 kann die Schritte 710, 712, 714 und 716 aufweisen.
Im Schritt 710 wird die im Schritt 706 bestimmte
Signalqualitätsmessung
mit einer Schwelle verglichen. Im Schritt 712 wird eine
Bestimmung vorgenommen, ob die Signalqualitätsmessung die Schwelle überschreitet.
Wenn die Antwort im Schritt 712 ja ist, dann wird eine
Steigerung der Sendeleistung (beispielsweise +0,5 dB) angefordert. Wenn
die Antwort im Schritt 714 nein ist, dann wird eine Verringerung
der Sendeleistung (beispielsweise –0,5 dB) angefordert.
-
Die
Schwelle, die in den Schritten 710 und 712 verwendet
wird, wird vorzugsweise basierend auf einer zweiten Messung der
Signalqualität
eingestellt, wie oben besprochen. Beispielsweise kann das verzerrte
demodulierte Signal dekodiert werden, um verzerrte Entscheidungsdaten
zu erzeugen. Eine Messgröße der Frame- bzw. Rahmenfehler
kann dann basierend auf den verzerrten Entscheidungsdaten bestimmt
werden. Die Schwelle, die in den Schritten 710 und 712 verwendet
wird, kann dann basierend auf dieser Messung der Rahmen- bzw. Frame-Fehler
eingestellt werden.
-
Für das bevorzugte
Ausführungsbeispiel,
wo die in den Schritten 710 und 712 verwendeten Schwellen
eingestellt sind, sei bemerkt, dass, wenn das Benutzerterminal 126 das
Leistungssteuerschema der 4B verwendet,
dann das Leistungssteuerbestimmungselement 420 nicht die
SNR-Schwelle im Schritt 610 um so viel steigern muss, wie
sie es tun müsste,
wenn das Benutzerterminal 126 das Schema der 4A einsetzen
würde.
Insbesondere sei angenommen, dass die Leistungseinstellungen des Gateways 122 auf
Vergleichen mit einer SNR-Schwelle
basieren. Wenn das Benutzerterminal 126 das Leistungssteuerschema
der 4A einsetzt, um die Signalsendeleistung des Gateways 122 zu
steuern, dann kann das Leistungsbefehlsbestimmungselement 420 ihre
SNR-Schwelle um ungefähr 3
dB ansprechend auf den Empfang des SNR-Schwelle-Steigern-Befehls
im Schritt 610 steigern müssen, um sicherzustellen, dass
die FER (des nicht verzerrten demodulierten Signals 409 oder 407) nicht
unter eine Schwellen-FER abfällt.
Wenn das gleiche Benutzerterminal 126 (innerhalb des gleichen Drahtlos-Kommunikationssystems
und an der gleichen Stelle) im Gegensatz dazu das Leistungssteuerschema
der 4B verwenden müsste,
dann benötigt
das Leistungsbefehlsbestimmungselement 420 weniger Zunahme
in seiner SNR-Schwelle, beispielsweise 0,5 dB, um sicherzustellen,
dass die tatsächliche
FER (nicht verzerrtes demoduliertes Signal 409 oder 407)
nicht unter die FER-Schwelle abfällt. Die
Senderleistung des Gateways 122 folgt im Wesentlichen Veränderungen
der SNR-Schwelle. Dies kommt daher, dass, wenn das Schema der 4B verwendet
wird, die SNR-Schwelle gesteigert wird, bevor das tatsächliche
SNR (d. h., das SNR des demodulierten Signals 407 oder 409)
unter die SNR-Schwelle fällt.
Da die Senderleistung des Gateways 122 im Wesentlichen
den Steigerungen und Verringerungen der SNR-Schwelle folgt, wird
dies zur Folge haben, dass das Gateway 122 nicht seine
Leistung um so viel steigern muss, wie es müsste, wenn das Benutzerterminal 126 das
Schema der 4A einsetzen würde. Die
Senderleistung des Gateways 122 folgt im Wesentlichen den
Veränderungen
der SNR- Schwelle,
weil die Leistung des Gateways 122 auf Power-Up-(beispielsweise
+0,5 dB) und Power-Down-Anforderungen (beispielsweise –0,5 dB) basiert,
die von dem Leistungsbefehlsbestimmungselement 420 ausgeführt werden,
die wiederum auf Vergleichen mit der SNR-Schwelle basieren.
-
Für das Leistungsschema
der 4A sollte zusätzlich
das Ausmaß der
Verringerung der SNR-Schwelle ansprechend auf einen Power-Down-Befehl
relativ niedrig sein, beispielsweise 0,001 dB, um sicherzustellen,
dass die FER nicht unter die FER-Schwelle abfällt. Im Gegensatz dazu kann
die SNR-Schwelle ansprechend auf einen Power-Down-Befehl bei Verwendung
des Leistungsschemas der 4B schneller
heruntergestuft werden, beispielsweise um 0,004 dB. Dies kommt daher, dass
die SNR-Schwelle (und somit die Gateway-Sendeleistung) vergrößert wird,
bevor das tatsächliche
SNR (d. h., das SNR des demodulierten Signals 407 oder 409)
die SNR-Schwelle erreicht.
-
Die
beispielhafte Kurvendarstellung der 8A veranschaulicht
die SNR-Schwelle über
die Zeit, wenn das Benutzerterminal 126 das Leistungssteuerschema
der 4A verwendet. Wie aus 8A zu
sehen, steigert das Leistungssteuerbestimmungselement 420 die
SNR-Schwelle zum Zeitpunkt t1. Für dieses
Beispiel steigert das Leistungssteuerbestimmungselement 420 die
SNR-Schwelle um 3 dB ansprechend darauf, dass ein SNR-Schwelle-Vergrößern-Befehl
im Schritt 610 empfangen wird. Zu Zeiten vor dem Zeitpunkt
t1, wenn beispielsweise keine Frame- bzw.
Rahmenfehler detektiert sind, verringert das Leistungssteuerbestimmungselement 420 die
SNR-Schwelle im Schritt 606. Für dieses Beispiel wird angenommen,
dass das Leistungssteuerbestimmungselement 420 die SNR-Schwelle um 0,001
dB ansprechend darauf verringert, dass ein SNR-Schwelle-Verringern-Befehl
im Schritt 606 empfangen wird. Alternativ kann das Leistungssteuerbestimmungselement
unabhängig
ihre SNR-Schwelle mit der Zeit verringern, bis sie einen SNR-Schwelle-Vergrößern-Befehl
zum Zeitpunkt t1 empfängt.
-
Immer
noch mit Bezug auf 8A ist die Fläche unter
der sägezahnartigen
Kurve im Großen
und Ganzen proportional zur Gesamtmenge der Leistung, die das Gateway 122 verwendet,
um ein Signal (mehrere Signale) zu dem Benutzerterminal 126 über eine
Zeitperiode zu senden, da die Leistung, die das Gateway 122 verwendet,
um ein Signal (mehrere Signale) zu senden, im Wesentlichen der SNR-Schwelle folgt. Ein
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, diese Gesamtleistungsmenge
zu verringern, während
eine erwünschte
Signalqualität
aufrechterhalten wird. Entsprechend kann eine Verringerung der Gesamtleistung
durch eine Verringerung der Fläche
unter der sägezahnartigen
Kurve verdeutlicht werden.
-
Die
beispielhafte Kurvendarstellung der 8B veranschaulicht
die SNR-Schwelle über
die Zeit, wenn das Benutzerterminal 126 das Leistungssteuerschema
der 4B verwendet. Wie aus 8B zu
sehen, steigert das Leistungsbefehlsbestimmungselement 420 die
SNR-Schwelle zu den Zeiten t1' t2', t3' usw.,
wenn beispielsweise ein Rahmenfehler detektiert wird (und nicht
in N vorherigen Rahmen detektiert worden ist). Die Steigerung der SNR-Schwelle
ansprechend auf den Empfang eines SNR-Schwelle-Vergrößern-Befehls
im Schritt 610 ist nur 0,5 dB im Vergleich zu 3 dB in 8A.
Zusätzlich wird
die SNR-Schwelle schneller auf einen SNR-Schwelle-Verringern-Befehl
im Schritt 606 herunterstuft, was auftritt, wenn kein Rahmenfehler
detektiert wird (beispielsweise zu Zeiten zwischen t1' und t2').
-
Die
Kurvendarstellungen der 8A und
der 8B sind ungefähr im gleichen Maßstab gezeichnet.
Das heißt,
wenn man auf die 8A und 8B Bezug
nimmt, ist zu sehen, dass ansprechend auf den Empfang eines SNR-Schwelle-Vergrößern-Befehls Steigerungen
der SNR-Schwelle viel größer in 8A als
in 8B sind (3 dB im Vergleich zu 0,5 dB).
Ansprechend auf den Empfang eines SNR-Schwelle-Verringern-Befehls
wird weiterhin die SNR-Schwelle viel weniger schnell in 8A als
in 8B heruntergestuft (0,001 dB im
Vergleich zu 0,004 dB). Entsprechend ist zu sehen, dass die Neigung
der Linien, welche Verringerungen der SNR-Schwelle in 8B darstellen, ungefähr viermal größer als
die Neigung der 8A ist. Da die Senderleistung
des Gateways 122 im Wesentlichen den Veränderungen
der SNR-Schwelle folgt, zeigen diese zwei Kurvendarstellungen, dass
die notwendige Menge der Übertragungsleistung,
wenn das Leistungssteuerschema der 4A verwendet
wird (welches der Kurvendarstellung in 8A entspricht)
viel größer ist
als die Größe der Senderleistung,
die nötig ist,
wenn das Leistungssteuerschema der 4B verwendet
wird (was der Kurvendarstel lung in 8B entspricht).
Ansprechend spart die Verwendung des Leistungssteuerschemas der 4B Ressourcen
und verringert eine mögliche
Signalinterferenz.
-
Ein
adaptives Leistungssteuerschema, so wie es oben besprochen wurde,
welches eine Doppelschleifenkonfiguration verwendet, beruht sowohl auf
der Messung des SNR als auch auf der Messung von Fehlern, um die
Anwendung von Power-Up- oder Power-Down-Befehlen zu bestimmen. In
einem nicht adaptiven Schema ist es ausreichend zu detektieren, ob
das gemessene SNR über
oder unter einer gewissen festen Schwelle ist. Für adaptive Techniken muss jedoch
die Schwelle selbst sich gemäß der Anzahl der
detektierten Fehler (der sogenannten äußeren Schleife) verändern. Während es
praktisch ziemlich üblich
ist, eine relativ hohe FER bzw. Rahmenfehlerrate zu erreichen, wie
1%, sind um Größenordnungen
niedrigere Fehlerraten nicht praktisch üblich. Der Grund ist, dass
in einem System, welches mit hohem SNR arbeitet, und daher mit niedriger
FER, die Abwesenheit von Fehlern bewirkt, dass die Schwelle progressiv
abgesenkt wird, bis das SNR ausreichend niedrig ist, sodass eine
zu hohe FER erreicht wird, und dann die Schwelle in ihrem Wert wieder
ansteigt oder heraufgestuft wird. Dies bewirkt eine Abwechslung
zwischen Perioden mit sehr geringer FER und langsamer Drift zu einer
zu hohen FER. Was jedoch erwünscht
ist, ist ein stetiger Betrieb bei niedriger FER. Wenn der virtuelle
Decoder so eingerichtet ist, dass er das empfangene Signal verzerrt,
sodass sowohl die SNR-Messung als auch die FER verschlechtert werden,
und wenn der virtuelle Decoder Leistungssteuerbefehle ausgibt; wobei
es zur gleichen Zeit einen parallelen nicht verzerrten Empfänger gibt, der
wahre demodulierte/decodierte Daten abgibt; kann dann der virtuelle
Decoder bei einer normalen niedrigen FER arbeiten, wie 1%, während der
tatsächliche
Decoder mit einer FER arbeitet, die um eine oder mehrere Größenordnungen
niedriger ist.
-
Ein
Gebiet, wo die Erfindung vorteilhaft verwendet werden kann, ist
die Anwendung von neueren Codierungs-/Decodierungstechniken (beispielsweise
Turbocodierung). In diesen Fällen
kann die Beziehung zwischen SNR und BER oder FER als eine Kurve
gesehen werden, die eine sehr steile Steigung hat. Das heißt, wenn das
SNR nur ein bisschen zu hoch oder zu niedrig ist, kann es die Fehlerrate
um eine signifikantere Größe oder
um Größenordnungen verändern. Es
ist sehr schwierig, adaptive Leistungssteuertechniken (beispielsweise
mit doppelter Schleife) zu verwenden, wenn eine solche Codierung
verwendet wird, weil solche Techniken eine gewisse Variation des
gelieferten SNR erzeugen, was Veränderungen der Fehlerrate um
Größenordnungen
zur Folge haben kann. Die oben offenbarte Anwendung der Technik
mit virtuellem Decoder gestattet, dass der "virtuelle Decoder" in einer nicht steilen oder weniger steilen
Region der Kurve, mit weniger Einfluss auf die Fehlerrate, arbeitet,
während
der tatsächliche
Decoder in einer steilen Region mit einem höheren (nicht verschlechterten)
SNR arbeitet. Der Betrieb des virtuellen Decoders in einem nicht
steilen Teil gestattet, dass die SNR-Veränderung
klein gehalten wird.
-
Ein
weiterer Bereich, wo die Erfindung mit großem Vorteil verwendet werden
kann, ist in Fällen, wo
die Leistungssteuerung sowohl mit niedriger Latenz als auch mit
einer geringen Rahmenfehlerrate sein muss. Zwei ähnliche Beispiele sind das
Senden von Daten, entweder terrestrisch oder über Satellit, für T-Träger-Einrichtungen und
für ATM-Verkehr (ATM
= Asynchronous Transfer Mode). Die T-Trägereinrichtung
kann eine Mischung von Verkehr darstellen, der zu einem Kunden/von
diesem weg zu seinem Service-Provider/von diesem weg geht, wobei
der Verkehr eine Mischung aus digitalisierter Sprache, digitaler
Videokonferenz, Internet und Dateiübertragungsverkehr sein kann.
In einer solchen Anwendung ist der Standarddienst für eine niedrige
Fehlerrate, und die in jedes Ende eingebauten Protokolle nehmen
eine niedrige Latenz an. Somit muss eine Funkverbindung, die diese
Art von Dienst liefert, jene gleichen Eigenschaften zeigen, um die
Daten zu führen.
Für den
ATM-Dienst kann gesagt werden, dass im einfachsten Fall von Sprach-
oder Videodaten diese Dienste nicht tatsächlich niedrige Fehlerraten
benötigen,
weil die Codierungs-/Decodierungsverfahren für solche Echtzeitdienste gewöhnlicherweise
so aufgebaut sind, dass sie einer ziemlich hohen Fehlerrate widerstehen,
ohne eine erneute Übertragung
zu benötigen.
Jedoch enthält
jedes ATM-Paket (Zelle) nicht nur Nutzlast- bzw. Nutzinformationen
oder -daten, die eine hohe Fehlerrate verwenden bzw. ertragen können, sondern
auch Adressinformationen, die eine niedrige Fehlerrate benötigen, um
zu verhindern, dass sie verloren gehen. Im Allgemeinen ist das Wiederholen
von Paketen in Echtzeitdiensten nicht gestattet oder möglich. Daher
gestattet die Verwendung der oben offenbarten Anordnung mit virtuellem Decoder
eine verbesserte Steuerung der Fehlerraten für solche Dienste, und zwar
mit der Fähigkeit,
niedrigere Rahmenfehlerraten vorzusehen, wie geeignet, und eine
niedrige Latenz aufrechtzuerhalten, falls benötig.
-
Die
vorherige Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele ist vorgesehen,
um es einem Fachmann zu ermöglichen,
die vorliegende Erfindung auszuführen
oder anzuwenden. Die verschiedenen Modifikationen an diesen Ausführungsbeispielen
werden dem Fachmann leicht offensichtlich werden und die allgemeinen
hier definierten Prinzipien können
auf andere Ausführungsbeispiele
ohne die Anwendung erfinderischer Tätigkeit angewandt werden. Somit
soll die vorliegende Erfindung nicht auf die hier gezeigten Ausführungsbeispiele
eingeschränkt
sein.