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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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ERFINDUNGSGEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Kommunikationssysteme und insbesondere
ein verbessertes schnurloses Fernsprechsystem.
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STAND DER
TECHNIK
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Der
vom ETSI (European Telecommunications Standards Institute) verbreitete
DECT-Standard (Digital Enhanced Cordless Telecommunications) ist ein
akzeptierter Standard für
schnurlose Telefongeräte.
DECT basiert auf einem mikrozellularen Funkkommunikationssystem,
bei dem TDMA (Time Division Multiple Access) und TDD (Time Division
Duplexing) zur Anwendung kommt.
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In
der Schrift US-A-5515369 (D2) ist ein Verfahren zum Frequenzteilen
und Frequenzausstanzen – bzw.
ausschließen
in einem Frequenzsprung-Kommunikationsnetz offenbart. Ein Frequenzsprung-Paketnetz
stellt einen einmaligen Frequenzsprungbandplan für jeden Empfänger im
Netz auf. Ein Paketkommunikationssystem weist eine Mehrzahl von
Knoten auf, wobei jeder Knoten einen Sender und einen Empfänger aufweist.
Ein Sender stellt Synchronisation mit einem Zielknoten her, indem
er von diesem Ziel einen von einem Pseudozufallsnummerngenerator
benutzbaren Anfangswert zur Bestimmung eines Frequenzsprungbandplans
für diesen
Zielknoten empfängt.
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In
der Schrift WO-A-9966654 (D3) ist ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Übertragung
von Informationen auf verschiedenen Trägerfrequenzen offenbart. Die
Vorrichtung enthält
einen Zufallsnummerngenerator, eine Verriegelungs-/Freigabevorrichtung,
eine Erkennungsvorrichtung, einen Prozessor und ein HF-Modul. Die
Zufallsfolge einer Anzahl von N möglichen Träger frequenzen fx wird in Adressen
1 – N
einer Tabelle in einer Vorrichtung erzeugt. Mindestens ein Teil
M der N Trägerfrequenzwerte
fx wird der Reihe nach aus den entsprechenden Adressen der Tabelle
ausgelesen. Durch Herstellen einer Verbindung oder durch die Synchronisation
zwischen Mobilstationen wird eine Trägerfrequenz abgetastet und
dann sichergestellt, ob während
einer gegebenen Zeit eine Information auf der Trägerfrequenz empfangen worden
ist. Wenn nicht, dann wird eine neue Trägerfrequenz ausgewählt und
diese neue Trägerfrequenz
abgetastet. Wenn ja dann wird die entsprechende Tabelle benutzt.
Danach werden Informationen in einer Vorrichtung auf den entsprechenden
Trägerfrequenzen übertragen.
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In
der Schrift US-A-5130987 ist ein Verfahren zum Synchronisieren eines
Weitverkehrsnetzes ohne globale Synchronisierung beschrieben. Ein
Paketkommunikationssystem weist eine Mehrzahl von Knoten auf, wobei
jeder Knoten eine Endknotensteuerung mit einer Zentraleinheit, Speichermitteln
und einem Takt aufweist, ein Verfahren zum Aufrechterhalten von
Frequenz- und Zeitsynchronisation, wobei an jedem Knoten mittels
des Taktes ein Alterswert erzeugt wird. Der Alterswert ist für ein Alter
des Knotens repräsentativ,
wobei die Taktrate innerhalb des Netzes kommuniziert wird.
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Von
Siemens Wireless Terminals ist das WDCT-System (Worldwide Digital
Cordless Telecommunications) als FCC-konforme Modifikation von DECT
entwickelt worden. WDCT ist ein Frequenzsprung-Spreizspektrumsystem
mit ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation).
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Die
Sprachgüte
in einem Frequenzsprung-Spreizspektrumsystem ist größtenteils
von der Anzahl gestörter
Träger
abhängig.
Wenn eine TDMA-Rahmenstruktur benutzt wird und ein Träger von
einem starken Störer
gestört
wird, ist die Wahrscheinlichkeit, daß Bitfehler auftreten, oder
ein ganzer Schlitz verloren geht, sehr hoch.
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Gemäß FCC Teil 15 muß ein System
mindestens n Träger
in zufallsmäßiger Reihenfolge
benutzen. Bei einem 2,4-GHz-System
ist n = 75. Die Anzahl z verfügbarer
Träger
ist von der Systemauslegung abhängig.
Zusätzlich
erfordert FCC Teil 15, daß jeder Träger nicht länger als x Millisekunden alle
y Sekunden benutzt werden darf. Bei einem 2,4-GHz-System beträgt x = 400
ms und y = 30 Sekunden.
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WDCT
basiert auf einer TDMA-Rahmenstruktur mit einer Rahmenlänge von
10 Millisekunden. Aufgrund der TDMA-Struktur ist der Rahmen in Empfangs-
und Sendeschlitze eingeteilt. In der 1 ist ein
beispielhafter WCDT-Rahmen
dargestellt. Es sind eine Mehrzahl von Empfangsschlitzen RX1–RX4 und
eine Mehrzahl von Sendeschlitzen TX1–TX4 dargestellt. Jeder active
Sende- oder Empfangsschlitz
besitzt eine Dauer von 833 Mikrosekunden. Wenn es weniger als vier
Verbindungen gibt, d. h. weniger als vier Paare Schlitze aktiv sind,
werden keine Daten während
der inaktiven Schlitze übertragen.
Weiterhin ist zwischen zwei aktiven Schlitzen ein inaktiver Schlitz
mit einer Dauer von 417 Mikrosekunden implementiert.
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Gemäß einer
typischen Implementierung von WDCT wird bei dem Sprungalgorithmus,
der die Frequenzen in zufallsmäßiger Reihenfolge
erzeugt, angenommen, daß,
wenn eine Verbindung aktiv ist (d. h. ein Sende- und ein Empfangsschlitz
benutzt werden), eine Frequenz für
eine Rahmenlänge
(10 ms) belegt sein wird. Bei derartigen Implementierungen kann
jeder Träger
nur 40 mal in einem 30-Sekunden-Zeitrahmen
benutzt werden (400 ms/10 ms = 40).
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Diese
und sonstige Nachteile des Standes der Technik werden größtenteils
in einem System gemäß der vorliegenden
Erfindung überwunden.
Es wird ein Frequenz sprung-Spreizspektrumtelekommunikationssystem
bereitgestellt, das Trägerfrequenzen
auf Grundlage der Anzahl aktiver Schlitze auswählt. Die Dauer, für die Träger benutzt
worden sind, beruht dann auf der Anzahl aktiver Schlitze anstatt
der Anzahl von Rahmen. So können
nicht gestörte
Träger
häufiger
als gestörte
Träger
benutzt werden, wodurch die Sprachgüte verbessert wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Ein
besseres Verständnis
der Erfindung wird bei Betrachtung der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung
in Verbindung mit den nachfolgenden Zeichnungen erhalten. In den
Zeichnungen ist:
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1 ein
Diagramm eines beispielhaften Rahmens;
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2 ein
Blockschaltbild einer Implementierung eines beispielhaften Hochfrequenzsystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 ein
Diagramm von Rahmenfrequenzen gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung;
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4A–4D eine
Darstellung der Berechnung von Frequenzdauer gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung;
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5 ein
Blockschaltbild eines Systems gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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6 ein
Flußdiagramm
der Funktionsweise einer Ausführungsform
der Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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2–6 zeigen
ein Telekommunikationssystem mit Telekommunikationsvorrichtungen gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Es wird ein Frequenzsprung-Spreizspektrumtelekommunikationssystem
bereitgestellt, das Trägerfrequenzen
auf Grundlage der Anzahl aktiver Schlitze auswählt. Die Dauer, für die Träger eingesetzt
worden sind, beruht dann auf der Anzahl aktiver Schlitze anstatt
der Anzahl von Rahmen. So können nicht
gestörte
Träger
häufiger
als gestörte
Träger
benutzt werden, wodurch die Sprachgüte verbessert wird.
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2 ist
ein Blockschaltbild einer Ausführungsform
eines beispielhaften Funkfrequenzsystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
Insbesondere kann das System als ein allgemein als 10 angedeutetes
schnurloses Frequenzsprung-Fernsprechsystem implementiert werden.
Das System 10 enthält eine
oder mehrere Basisstationen 12, von denen jede auch als
FP (Fixed Part) bezeichnet werden kann. Jede Basisstation 12 kann
Kommunikation mit einer Mehrzahl von Mobileinheiten bzw. Handapparaten 14 und
Funkfrequenzen benutzenden Handapparaten 16 unterstützen. Die
Schnittstelle zwischen der Basisstation 12 und den Handapparaten 14 und 16 kann als
die Luftschnittstelle bezeichnet werden. Die Basisstation 12 enthält Steuerlogik 104 und
die Handapparate 14 und 16 enthalten Steuerlogik 106 gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie ausführlicher
unten beschrieben wird. Ein beispielhaftes System, das zur Verwendung
mit einem System gemäß der vorliegenden
Erfindung geeignet ist, ist das von der Siemens Corp. erhältliche
Gigaset-System.
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Im
Betrieb kann die Basisstation 12 eine definierte Gesamtzahl
von Handapparaten 14 und 16 unterstützen. Beispielsweise
kann bei einer Ausführungsform
die Basisstation 12 insgesamt 8 Handapparate unterstützen, die
entweder freisynchronisiert oder aktivsynchronisiert sind. Von der
Gesamtzahl von Handapparaten können
eine gegebene Anzahl "M" aktiv synchronisierte
Handapparate 16 sein. Beispielsweise könnte die Basisstation 12 bis
zu vier aktiv synchronisierte Handapparate 16 von den insgesamt
8 Handapparaten unterstützen.
Von den übrigen
Handapparaten kann die Basisstation 12 eine gegebene Anzahl "N" von frei synchronisierten Handapparaten 14 unterstützen. Beispielsweise
kann "N" weniger oder gleich
dem Unterschied zwischen der Gesamtzahl unterstützter Handapparate (z. B. 8)
und der Anzahl "M" aktiv synchronisierter
Handapparate 16 (z. B. 0–4) sein. Frei synchronisierte
Handapparate 14 sind Handapparate, die gegenwärtig inaktiv sind,
aber im Kontakt mit und synchronisiert mit der Basisstation 12 sind.
Die Basisstation 12 kann mit Handapparaten 14 und
Handapparaten 16 unter Verwendung eines auf Rahmen basierenden
TDM-Kommunikationsprotokolls
(Time Division Multiplexed) kommunizieren.
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Bei
der Ausführungsform
der 2 benutzt das System 10 ein ISM-Band
von Funkfrequenzen zur Kommunikationsunterstützung zwischen der Basisstation 12 und
Handapparaten 14 und 16. Beispielsweise kann das
System 10 das sich von 2,4 GHz bis 2,4835 GHz erstreckende
ISM-Band benutzen. Ein Vorteil der Benutzung des ISM-Bandes besteht
darin, daß es
lizenzfrei ist und keine Lizenzgebühr zur Verwendung benötigt. Um
jedoch innerhalb der FCC- oder anderen Regierungsvorschriften zu arbeiten
wird bei dem System 10 eine Frequenzsprunganordnung implementiert.
Dadurch kann das System 10 robuste schnurlose Kommunikationen
im ISM-Band unterstützen
und dabei innerhalb der vorgeschriebenen Richtlinien arbeiten. Bei
der Frequenzsprunganordnung gehen die Basisstation 12 und
Handapparate 14 und 16 im Zeitbereich von Frequenz
zu Frequenz.
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Aufgrund
der sich ändernden
Frequenz befinden sich Handapparate anfänglich in einem unsynchronisierten
Zustand, wenn sie in einen von der Basisstation 12 versorgten
Bereich eintreten. Unsynchronisierte Handapparate können dann
auf einer bestimmten Funkfrequenz "horchen", um zu versuchen, sich mit der Basisstation 12 zu
synchronisieren. Wenn die Basisstation 12 zu dieser frequenzspezifischen
Frequenz springt, können
unsynchronisierte Handapparate von der Basisstation 12 übertragene
Steuerdaten identifizieren und empfangen. Dadurch können sich
die unsynchronisierten Handapparate mit der Basisstation 12 synchronisieren
und mit der Frequenzsprunganordnung synchron laufen.
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3 ist
ein Blockschaltbild einer Ausführungsform
von Rahmenfrequenzen für
ein schnurloses Frequenzsprung-Fernsprechsystem. Nach der Darstellung
umfaßt
eine allgemein bei 20 angedeutete Rahmenstruktur eine Mehrzahl
von Rahmen 22 jeweils mit Rahmenlänge 24. Jeder Rahmen 22 folgt
direkt nach dem vorhergehenden Rahmen 22 im Zeitbereich.
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Bei
der Ausführungsform
der 3 ist mit jedem Rahmen 22 eine andere
Frequenz (F1, F2,
F3, ... FN, FN–1,
...) verbunden und wird während
dieses Rahmens 22 zur Kommunikation über die Luftschnittstelle zwischen
Basisstation 12 und Handapparaten 14 und 16 benutzt.
Diese Änderung
von Frequenz zu Frequenz wird von der durch die Basisstation 12 und Handapparate 14 und 16 implementierten
Frequenzsprunganordnung gehandhabt. Während der Dauer eines gegebenen
Rahmens 22 kommunizieren die Basisstation 12 und
die Handapparate 14 und 16 unter Verwendung der
ausgewählten
Frequenz für
diesen Rahmen 22. Wenn der nächste Rahmen 22 beginnt,
kommunizieren die Basisstation 12 und die Handapparate 14 und 16 unter
Verwendung einer neuausgewählten
Frequenz. Bei einer Ausführungsform
beträgt
die Rahmenlänge 24 zehn
Millisekunden und daher ändert
sich die benutzte Frequenz alle 10 Millisekunden.
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4A–4D zeigen
Zeitberechnungen für
Frequenzsprung gemäß der vorliegenden
Erfindung. Wie schon erwähnt
definiert die FCC Erfordernisse zur Verwendung von Frequenzen im ISM-Band.
Beispielsweise begrenzen die Regeln die maximale Zeitdauer, für die ein
System eine Frequenz in einer 30 Sekunden Periode benutzen kann, auf
0,4 Sekunden. Wie ausführlicher
später
beschrieben wird, benutzt die vorliegende Erfindung nur aktive Schlitze,
für die
eine Frequenz benutzt worden ist zur Bestimmung der Zeitdauer bis
zu den 0,4 Sekunden.
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4A zeigt
einen Rahmen 400a mit nur zwei aktiven Schlitzen 401a, 402a,
d. h. nur einer aktiven Verbindung. Die Dauer der Schlitze beträgt 2 × 833 Mikrosekunden
= 1,67 Millisekunden. So kann jeder Träger je 400 ms beinahe 240 mal
für jedes Schlitzpaar
benutzt werden.
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4B zeigt
einen Rahmen 400b mit zwei aktiven Verbindungen, d. h.
vier aktiven Schlitzen 401b, 402b, 403b, 404b.
Die Länge
der Schlitze beträgt
4 × 833
Mikrosekunden = 3,332 Millisekunden, und ein Träger kann daher 120 mal benutzt
werden.
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4C zeigt
einen Rahmen mit drei aktiven Verbindungen, d. h. sechs aktiven
Schlitzen 401c–406c.
Die Dauer der Schlitze beträgt
6 × 833 Mikrosekunden
= 4,998 Millisekunden. So kann jeder Träger je 400 ms beinahe 80 mal
benutzt werden.
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Abschließend ermöglicht die
vorliegende Erfindung eine verbesserte Auswahl selbst in dem Fall, bei
dem es vier aktive Verbindungen gibt, d. h. acht Schlitze 401d–408d (4D).
Wenn nur die aktiven Schlitze 401d–401d und nicht die
Perioden des inaktiven Intervalls für die Berechnung benutzt werden, kann
jeder Träger
60 mal benutzt werden.
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Während zur
tatsächlichen
Auswahl von Frequenzen ein beliebiges Verfahren benutzt werden kann,
ist ein derartiges Verfahren zum Auswählen der Frequenzen in der
am 10. Juli 1998 eingereichten US-Patentanmeldung Serien-Nr. 09/113,539
mit dem Titel "Method
and System for Table Implemented Frequency Selection in a Frequency
Hopping Cordless Telephone System" (Verfahren und System zur tabellenimplementierten
Frequenzauswahl in einem schnurlosen Frequenzsprung-Fernsprechsystem) beschrieben.
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5 ist
ein Blockschaltbild eines allgemein bei 502 angezeigten
Systems zur adaptiven Trägerbelegung
in einem schnurlosen Frequenzsprung-Fernsprechsystem. Das System 502 kann zum
Implementieren einer Anordnung betrieben werden, die eine Frequenz
zur Kommunikation zwischen einer Basisstation 12 und einem
oder mehreren Handapparaten 16 auf Grundlage einer Anzahl
aktiver Schlitze pro Rahmen auswählt.
Bei der dargestellten Ausführungsform
ist das System in der Basisstation 12 resident und wird
als Teil der Steuerlogik 104 implementiert. In dem Handapparat 16 ist
ein ähnliches
System 504 resident und kann als Teil der Steuerlogik 106 implementiert
werden. Mit den Systemen 502, 504 kann die gleiche
Frequenz zur gleichen Zeit ausgewählt werden, so daß die Basisstation 12 und
der Handapparat 16 während
des Springens Kommunikation aufrechterhalten können.
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Das
System 502 enthält
ein Frequenzwahlmodul 506 und ein Schlitzüberwachungsmodul 508 mit einem
Zähler 510.
Die Module 506, 508 können als verschiedene Kombinationen
ablauffähigen
Softwarecodes implementiert sein, der auf einem oder mehreren Prozessoren
abläuft,
und zugehörige
Speichervorrichtungen wie beispielsweise Direktzugriffsspeicher,
Nurlesespeicher oder Massenspeicher wie beispielsweise ein magnetisches
Plattenlaufwerk.
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Das
Frequenzwahlmodul 506 kann nach einem beliebigen Frequenzsprungschema
arbeiten und empfängt
Eingaben vom Schlitzüberwachungsmodul 508,
wie nachfolgend ausführlicher
beschrieben wird. Insbesondere überwacht
das Schlitzüberwachungsmodul 508 Übertragungen
und zählt
unter Verwendung des Zählers 510 die
Anzahl von pro Rahmen gesendeten aktiven Schlitzen. Dazu kann einfach
das Zählen
der Anzahl aktiver Verbindungen oder Verfahren mit CRC-Prüfsumme für jeden
Burst, Bitfehlerrate oder Signalstärke gehören.
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Vom
Schlitzüberwachungsmodul 508 wird dann
das Frequenzwahlmodul über
die Anzahl aktiver Schlitze informiert. Die Dauer dieser Schlitze
wird dann vom Frequenzwahlmodul 506 bei seiner Berechnung
der verfügbaren
Zeitdauer während
einer bestimmten 30-Sekunden-Periode,
für die
eine gegebene Trägerfrequenz
benutzt werden kann, benutzt.
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Man
nehme beispielsweise an, daß eine
gegebene Frequenz für
dreißig
(30) aktive Verbindungen benutzt worden ist. So ist die Frequenz
100,2 Millisekunden lang benutzt worden. Die gleiche Frequenz kann
für weitere
140 Millisekunden bzw. 83 einzelne Rahmen aktiver Verbindungen (z.
B. 4A), 42 doppelte Rahmen aktiver Verbindungen (z.
B. 4B) und so weiter benutzt werden.
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Das
im Handapparat 106 residente System 504 funktioniert
auf ähnliche
Weise mit Frequenzwahlmodul FSM 506a, Schlitzüberwachungsmodul SMM 508a und
Zähler 510a.
Damit können
Frequenzen unter Verwendung desselben Frequenzsprungschemas wie
beim System 502 ausgewählt
werden, so daß die
Basisstation 12 und der Handapparat 16 bei ihrem
Frequenzspringen mit der Kommunikation fortfahren können. Weiterhin
werden zwischen der Basisstation und dem Handapparat verschiedene Steuerdaten
ausgetauscht, um sicherzustellen, daß bei beiden Einheiten die
gleiche Anzahl aktiver Schlitze berechnet worden ist.
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Wenn
insbesondere der Handapparat 16 anfänglich in einen von der Basisstation 12 versorgten Bereich
eintritt, "horcht" er auf einer bestimmten
Frequenz. Die Basisstation 12 überträgt bei ihrem Durchspringen
der Frequenzen Steuerdaten. An irgendeinem Punkt überträgt die Basisstation 12 Steuerdaten
auf der gleichen Frequenz, auf der der Handapparat 16 horcht.
Die Steuerdaten werden vom Handapparat dazu benutzt, sein Frequenzsprungschema
mit dem der Basisstation zu synchronisieren.
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Im
Betrieb synchronisieren sich die Basisstation 12 und der
Handapparat 16 auf ein Frequenzsprungschema, so daß sie kommunizieren
können. Danach
wird von jedem überwacht,
ob die jedem Rahmen zugeordneten Schlitze aktiv sind. Dann sendet
die Basisstation 12 ein Steuersignal zum Handapparat 16,
das die auf der bestimmten Frequenz benutzte Zeitdauer auf Grundlage
der Anzahl aktiver Schlitze anzeigt. Der Handapparat 16 und
die Basisstation 12 aktualisieren dann ihre Berechnungen
verfügbarer
Frequenzen auf Grundlage dieser Bestimmung.
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6 ist
ein Flußdiagramm
einer Ausführungsform
eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das Verfahren kann beispielsweise vom System 502 und 504 der 5 implementiert
werden. In einem Schritt 602 arbeitet das System unter Verwendung
eines beispielsweise durch das Frequenzwahlmodul 506 der
Basisstation und das Frequenzwahlmodul 514 des Handapparats 106 implementierten
Frequenzsprungschemas. Wie oben besprochen ändert sich die Frequenz alle
10 Millisekunden oder jeden Rahmen, und keine Frequenz kann mehr
als 400 Millisekunden lang je 30 Sekunden benutzt werden. In einem
Schritt 604 überwacht
das Schlitzüberwachungsmodul
jeden Sende- und Empfangsschlitz in jedem Rahmen, d. h. auf jeder
Frequenz. In einem Schritt 606 wird für das Frequenzwahlmodul 506 diese
Information anzeigende Zeichengabe bereitgestellt. Beispielsweise
können
die bereitgestellten Daten die Anzahl inaktiver Schlitze oder die
Istzeit der inaktiven (bzw. aktiven) Schlitze sein, die dem bestimmten
Rahmen und daher der bestimmten Frequenz zugeordnet sind, oder die
in einer gegebenen 30- Sekunden-Periode
noch verfügbare Zeitdauer,
für die
die entsprechende Frequenz benutzt werden kann. Auch kann die Basisstation
diese Information zum Handapparat übertragen. In einem Schritt 608 wird
vom Frequenzwahlmodul 506 und 504 diese Information
in ihre Berechnung des Frequenzsprungalgorithmus eingebaut. Beispielsweise kann
dazu ein Austausch von Steuerdaten zwischen Handapparat und Basisstation
gehören.
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Die
in der obigen ausführlichen
Beschreibung beschriebene Erfindung soll nicht auf die hier aufgeführte bestimmte
Form begrenzt sein, sondern solche Alternativen, Abänderungen
und Entsprechungen abdecken, die sinnvollerweise im Rahmen der beiliegenden
Ansprüche
enthalten sein können.