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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Leistungssteuerung in Mobilkommunikationen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Systeme
zur mobilen Kommunikation verwenden mobile beziehungsweise tragbare
Sende- und Empfangseinrichtungen wie etwa Mobiltelefone. Üblicherweise
weisen diese Einrichtungen als eigene Energiequelle eine wiederaufladbare
Batterie auf. In einer derartigen Anordnung ist es wichtig, dass
die Einrichtung die von der Batterie zur Verfügung gestellte Energie auf
eine effiziente Weise einsetzt, um die Batterie nicht übermäßig zu benutzen.
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Auf
diesem Gebiet ist eine Leistungssteuerung bekannt und wird dazu
eingesetzt, die Batterielebensdauer zu erhöhen und die Häufigkeit,
mit der die Batterie geladen werden muss, zu verringern. Die Leistungssteuerung
wird jedoch nur unter bestimmten Umständen in derartigen Kommunikationssystemen
eingesetzt. Beispielsweise wird sie üblicherweise nicht dafür eingesetzt,
was als Direktmodusrufe bekannt ist, d. h., Rufe direkt zwischen
beispielsweise Mobiltelefonen, die nicht über eine Basisstation geleitet
werden.
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Eine
bekannte Technik zur Leistungssteuerung wird üblicherweise von einer Basisstation
gesteuert, die die Stärke
des von einer Mobilstation empfangenen Signals misst. Wenn die Basisstation
entscheidet, dass das empfangene Signal eine geeignete Stärke aufweist,
instruiert es das Mobiltelefon, seine Sendeleistung zu reduzieren.
Dieser Algorithmus ist auf Direktmoduskommunikationen aus folgenden
Gründen
noch nicht anwendbar. In Direktmoduskommunikationen ist es wahrscheinlich,
dass mehrere Benutzer vorhanden sind, die in einen Zustand aktiv
sind, in dem sie übertragene
Signale empfangen. Die Sendevorrichtung besitzt keine Informationen
bezüglich
der Stärke
des Signals, das von den Empfängern
empfangen wird und weiß demnach nicht,
ob es seine Übertragungsleistung
reduzieren kann. Demzufolge ist es im Direktmodusbetrieb üblich, dass
die Sendevorrichtungen bei voller Leistung arbeiten. Dies kann eine
Verschwendung bedeuten.
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Eine
Leistungssteuerung wäre
insbesondere im Direktmodusbetrieb nützlich, da Anrufe oft innerhalb eines
kleinen geographischen Bereiches getätigt werden und demnach diese
Anrufe unverändert
bei voller Leistung unter einer ineffizienten Ausnutzung der Batterie übertragen
werden.
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Die
US-A-3,732,496 beschreibt ein Verfahren zum Einstellen des Leistungspegels
eines von einer Mobilfunkeinrichtung direkt an eine weitere Funkeinrichtung übertrage nen
Signals unter Bezugnahme auf die Frequenz eines an der sendenden
Funkeinrichtung von der anderen Funkeinrichtung empfangenen Signals.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung befasst sich mit einer Technik zur Leistungssteuerung,
die im Zusammenhang mit Direktmodusrufen zwischen mobilen beziehungsweise
tragbaren Funkeinrichtungen funktioniert.
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Gemäß eines
ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren gemäß Anspruch
1 zur Verfügung
gestellt. Gemäß eines
zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein Kommunikationssystem
gemäß Anspruch
13 zur Verfügung
gestellt.
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Gemäß eines
dritten Aspektes der vorliegenden Erfindung wird eine mobile beziehungsweise
tragbare Funkeinrichtung gemäß Anspruch
25 zur Verfügung
gestellt.
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Mittels
der Erfindung ist eine sendende mobile beziehungsweise tragbare
Funkeinrichtung dahingehend betriebsfähig, um ein Signal in einem
Direktmodusbetrieb an eine empfangende mobile beziehungsweise tragbare
Funkeinrichtung zu übertragen
und ein Anzeigesignal von der empfangenden Funkeinrichtung über den
Empfang des übertragenen
Signals an der empfangenden Funkeinrichtung zu empfangen, und um
den Leistungspegel des übertragenen
Signals unter Bezugnahme auf das empfangene Anzeigesignal zu steuern, wobei
die übertragende
Funkeinrichtung betriebsfähig
in der Lage ist, ihren Übertragungsleistungspegel schrittweise
zu reduzieren, bis die empfangende Funkeinrichtung anzeigt, dass
das empfangene Signal bei oder unterhalb einem gegebenen Grenzwert
liegt.
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Die übertragende
Funkeinrichtung kann ein Signal an eine Mehrzahl von empfangenden
mobilen beziehungsweise tragbaren Funkeinrichtungen übertragen
und kann betriebsfähig
dazu eingerichtet sein, ihren Leistungspegel schrittweise zu reduzieren,
bis eine beliebige der empfangenden Funkeinrichtungen ein Anzeigesignal
sendet, das anzeigt, dass das empfangene Signal bei oder unterhalb
eines gegebenen Grenzwertes liegt. Das Anzeigesignal kann ein Alarmsignal
sein, um der sendenden Funkeinrichtung anzuzeigen, ihren Leistungspegel
nicht weiter zu reduzieren.
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Die übertragende
Funkeinrichtung kann anfangs bei einem ersten Leistungspegel übertragen,
der ein maximaler beziehungsweise Vollleistungspegel ist. Die übertragende
Funkeinrichtung kann bei dem ersten Leistungspegel für einen
ersten Zeitraum übertragen.
Die Leistung kann schrittweise während
nachfolgender Zeiträume
reduziert werden. Die Zeiträume
können
im Wesentlichen die gleichen sein. Die Leistungsreduzierungsschritte
können
im Wesentlichen die gleichen sein. In einer weiteren Anordnung können die
Zeiträume variieren.
Die Zeiträume
können
hinsichtlich ihrer Länge
ansteigen, wenn die Leistung reduziert wird. Die Leistungsreduzierungsschritte
können
sich gemäß dem momentanen
Leistungspegel verändern.
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Eine
Funkeinrichtung, die überträgt, kann
dahingehend eingerichtet sein, auch nachdem ihre Leistung reduziert
wurde, einen relativ kleinen Anteil des Signals bei einem nächst höheren Pegel
als dem reduzierten Pegel zu übertragen.
Bei diesem höheren
Pegel kann ein vorgegebener Zeitschlitz aus einem oder mehreren Frames übertragen
werden.
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Die
Erfindung stellt sowohl eine erhöhte
Batterielebensdauer als auch ein verbesserte Frequenzwiederverwendung
zur Verfügung.
Die Möglichkeit,
die Batterielebensdauer zu erhöhen,
ermöglicht
es dem Benutzer, eine kleinere oder leichtere Batterie zu verwenden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nun lediglich beispielhaft unter besonderer Bezugnahme
auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen
ist:
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1 eine
schematische Veranschaulichung, die eine Gruppe mobiler und/oder
tragbarer Funksender und -empfänger
zeigt, die gemäß der vorliegenden
Erfindung arbeiten können
und
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2 ein
Flussdiagramm, dass einen Leistungssteuerungsalgorithmus gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht.
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Beschreibung von Ausführungsformen
der Erfindung
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Unter
Bezugnahme auf 1 ist schematisch eine Gruppe
von Funkeinrichtungen R1 bis R6 veranschaulicht, die jeweils empfangen
und senden können.
Funkeinrichtungen R1 bis R6 können
mobile oder tragbare Funkeinrichtungen oder eine Mischung aus beiden
sein. Jede der Funkeinrichtungen R1 bis R6 kann beispielsweise ein
PMR-Funkgerät
("PMR = personal
mobile radio"/Personal-Mobilfunkeinrichtung)
oder ein digitales Mobiltelefon sein. In dem in 1 veranschaulichten
Szenario ist die Funkvorrichtung R1 momentan die Hauptfunkvorrichtung
und überträgt an die
anderen Vor richtungen R2 bis R6. Jede Funkvorrichtung umfasst eine
Verarbeitungsanlage, die den Algorithmus betreiben kann, der jetzt
beschrieben wird.
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Bei
der Initiierung eines Anrufs ist die Funkvorrichtung R1 so eingerichtet,
dass sie bei maximaler Leistung überträgt. Wenn
die Funkvorrichtung R1 bei maximaler Leistung überträgt, können beliebige Funkvorrichtungen
innerhalb der Grenze 14 das übertragene Signal empfangen.
Die Funkvorrichtung R1 überträgt für einen
Zeitraum T. Wenn die Funkvorrichtung R1 kein Antwortsignal von den
Funkvorrichtungen R2 bis R6 empfängt,
reduziert sie ihre Übertragungsleistung
um eine Schrittweite ΔP
an dem Ende dieses Zeitraums T, so dass der Bereich, in dem das übertragene
Signal dann empfangen werden kann, auf denjenigen innerhalb der Grenze 12 beschränkt wird.
Die Funkvorrichtung R1 überträgt dann
für einen
weiteren Zeitraum T bei diesem reduzierten Leistungspegel. Während dieser
Zeiträume
werden die Funkvorrichtungen R2 bis R6 so eingerichtet, dass sie,
wenn eine beliebige von ihnen bemerkt, dass ihre empfangene Signalstärke unterhalb
einer vorgegebenen Grenze gefallen ist, an R1 signalisieren kann,
dass dies stattgefunden hat. Es sollte bemerkt werden, dass eine
zufällige
Verzögerung
eingeführt
werden kann, um ein Konkurrieren zwischen den Signalen, die von
den Empfängern
R2 bis R6 übertragen
werden, zu vermeiden. Die Grenze wird so gesetzt, dass sie einen
Variationsspielraum bei der empfangenen Signalstärke erlaubt, wodurch es sichergestellt
wird, dass sie innerhalb der Abdeckung bleiben.
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In
dem in 1 veranschaulichten Szenario, sind, wenn die Leistung
der Funkvorrichtung R1 und die erste Schrittweite ΔP verringert
wurden, alle empfangenden Funk vorrichtungen R2 bis R6 noch innerhalb
der Abdeckung, und an dem Ende des zweiten Zeitraumes T reduziert
die Funkvorrichtung R1 ihre Übertragungsleistung
um einen weiteren Schritt ΔP.
Dies reduziert den Bereich, in dem das Signal zufriedenstellend
empfangen werden kann, auf den innerhalb der Grenze 11.
Die Funkvorrichtung R1 ist so eingerichtet, dass sie damit fortfährt, bei
dieser reduzierten Leistung für
einen weiteren Zeitraum T zu übertragen.
Während
dieser Zeit detektiert die Funkvorrichtung R6 in dem in 1 veranschaulichten
Szenario, dass ihre empfangene Signalstärke unterhalb desjenigen Grenzwerts
gefallen ist, auf den Bezug genommen wird, und dies bedeutet, dass
eine weitere Erniedrigung der Leistung der Funkvorrichtung R1 dazu
führt,
dass R6 nicht in der Lage ist, das Signal zu empfangen. Demnach
antwortet in dieser Situation R6 durch das Übertragen einer Alarmnachricht
im Zeitschlitz 3 eines Frames, der die Funkvorrichtung
R1 instruiert, ihre Übertragungsleistung
nicht weiter zu reduzieren. R1 empfängt dieses Signal und hält ihre
Leistung auf dem momentanen Pegel. Der Direktmodusruf kann dann
in den Bereich innerhalb der Grenze 11 bei dem momentanen
Leistungspegel fortgeführt werden.
Dies bedeutet, dass die Batterie effizient arbeitet, da sie lediglich
die Leistung zur Verfügung
stellt, die benötigt
wird, um den Bereich abzudecken, innerhalb dessen die Empfänger R2
bis R6 sich befinden.
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An
dem Ende einer Übertragung
durch die Funkvorrichtung R1 kann eine der weiteren Funkvorrichtungen
R2 bis R6 die neue Hauptfunkvorrichtung werden und in dieser Situation
leitet die neue Hauptfunkvorrichtung ihre Übertragung anfänglich mit
voller Leistung ein und die Sequenz der Schritte, die obenstehend dargelegt
wurden, wird wiederholt.
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Der
Zeitraum T und die Leistungsschrittweite ΔP können so gewählt werden, dass sie gleich
bleiben oder sie können
sich mit dem Reduzieren der Übertragungsleistung
dahingehend verändern,
dass die Übertragungsleistung
am Beginn einer Übertragung
relativ schnell reduziert wird, sich aber die Schrittweite der Leistungsreduzierung
mit dem Reduzieren des Leistungspegels ebenfalls reduziert. Dies
kann in Szenarien vorteilhaft sein, in denen die Direktmodusbenutzer
in einem relativ kleinen Bereich gruppiert sind. In diesem Fall antwortet
wahrscheinlich der Hauptfunkvorrichtung niemand, während sie
in nächster
Nähe bei
maximaler Leistung überträgt. Wenn
die Nebenfunkvorrichtungen damit beginnen, zu signalisieren, dass
heißt
die übertragene
Funkvorrichtung darüber
zu informieren, dass die Leistung nicht weiter reduziert werden
sollte, sollte die Leistungsreduzierung sich verlangsamt haben,
um den Nebenfunkvorrichtungen längere
Zeitintervalle zur Detektion und Signalgebung zur Verfügung zu
stellen.
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Ein
Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Funkvorrichtung R1
in einem begrenzteren geographischen Bereich übertragen kann, als wenn sie
mit voller Leistung überträgt. Dies
kann die Interferenz mit benachbarten Zellen reduzieren, die die
gleiche Übertragungsfrequenz
wie die Funkvorrichtung R1 verwenden, wodurch potentiell die Frequenzwiederverwendung
zwischen Zellen verbessert wird. Die unter Bezugnahme auf 1 beschriebene
Anordnung bezog sich auf eine Situation, in der alle Direktmodusfunkvorrichtungen
an dem Ruf teilnehmen möchten,
der vorhanden ist, wenn der Ruf aufgebaut wird. Dies bedeutet, dass
es keine Funkvorrichtungen an dem Rand des Abdeckungsbereichs bei
dem maximalen Pegel gibt. Wenn eine derartige Funkvorrichtung vorhanden
wäre, würde sie
den Ruf verpassen, da sie das Beitreten versuchen würde, nachdem
die Übertragungsleistung
reduziert wurde. Um das Problem einer Funkvorrichtung anzugehen, die
versucht, an dem Ruf teilzunehmen, wenn sie sich außerhalb
des Bereichs der Abdeckung mit reduzierter Leistung befindet, kann
der Hauptsender so eingerichtet sein, dass er eine Anzahl von Schlitzen
bei einer maximalen Leistung während
jedes Multiframes überträgt. Es könnten beispielsweise
der Zeitschlitz 1 des Frames 18 und der Zeitschlitz 3 der Frames
6, 12 und 18 verwendet werden, da bei diesen Synchronisationsbursts übertragen
werden. Dies würde
es ermöglichen,
dass Funkvorrichtungen, die sich in dem Bereich eines Rufs bewegen,
sich synchronisieren und, wenn nötig,
signalisieren, dass sie eine Erhöhung
des Leistungspegels der übertragenen
Funkvorrichtung benötigen,
um den Ruf ordentlich zu empfangen.
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Eine
weitere Situation, in der eine Signalgebung benötigt wird, um den Leistungspegel
der übertragenden
Funkvorrichtung zu erhöhen,
besteht, wenn eine empfangende Funkvorrichtung, die sich bereits
in dem Ruf befindet, sich in einen Bereich mit niedrigere Signalstärke bewegt.
In diesem Fall kann die empfangende Funkvorrichtung, die bereits
synchronisiert ist, in Schlitz 3 signalisieren, dass sie eine Erhöhung der Übertragungsleistung
des Senders benötigt.
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Es
sollte klar sein, dass momentan verfügbare Mobilfunkeinrichtungen
und Telefone genug Verarbeitungskapazität besitzen, um den oben beschriebenen
Algorithmus auszuführen.
Es ist ebenfalls klar, dass mit der obigen Beschreibung es innerhalb
der Kompetenz eines erfahrenen Program mierers liegt, eine Software zu
entwickeln, die notwendig ist, um den Algorithmus zu implementieren.
In dieser Hinsicht ist 2 ein Flussdiagramm, das die
funktionalen Schritte veranschaulicht, die eine derartige Software
ausführen
kann. Das Ablaufdiagramm der 2 ermöglicht es
in Verbindung mit der obigen Beschreibung, eine derartige Software
zu schreiben.
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Insbesondere
zeigt Feld 202 der 2 den Beginn
einer Übertragung
durch eine Funkvorrichtung bei voller Leistung. Die Funkvorrichtung
wird als die "Haupt-" Funkvorrichtung
der 2 bezeichnet. Bei Feld 202 wird die Funkvorrichtung
bei einem Übertragen
für einen
Zeitraum T bei maximaler Leistung gezeigt. Bei Feld 206 entscheidet
die Funkvorrichtung, ob sie eine Anfrage von einer beliebigen zuhörenden Funkvorrichtung dahingehend
empfangen hat, weitere Reduzierungen der Übertragungsleistung zu unterbrechen.
Die zuhörende
Funkvorrichtung wird als die "Neben-" Funkvorrichtung
der 2 bezeichnet. Wenn keine derartige Anfrage empfangen
wurde, überlegt
die Funkvorrichtung in Feld 208, ob eine zuhörende Funkvorrichtung
eine Erhöhung
der Übertragungsleistung
angefragt hat. Wenn eine Anfrage zur Erhöhung der Übertragungsleistung empfangen
wurde, kehrt die Funkvorrichtung zu Feld 4 zurück. Wenn keine derartige Anfrage
empfangen wurde, entscheidet die Funkvorrichtung in Feld 210,
ob die Funkvorrichtung bei minimaler Leistung überträgt. Wenn sie nicht bei minimaler
Leistung überträgt, reduziert
die Funkvorrichtung in Feld 202 ihre Übertragungsleistung und überträgt bei dieser
Leistung, siehe Feld 214. Wenn bei Feld 210 die
Funkvorrichtung bei ihrer minimalen Leistung überträgt, fährt die Funkvorrichtung mit
dem Übertragen
bei dieser Leistung fort, siehe Feld 214. Von Feld 214 kehrt
die Funkvorrichtung zurück
zu Feld 206.
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Wenn
bei Feld 206 die Funkvorrichtung eine Anfrage von einer
beliebigen zuhörenden
Funkvorrichtung dahingehend empfangen hat, weitere Reduzierungen
in der Übertragungsleistung
zu unterbrechen, fährt die
Funkvorrichtung bei Feld 216 fort. In Feld 216 entscheidet
die Funkvorrichtung, ob eine zuhörende
Funkvorrichtung die Erhöhung
der Übertragungsleistung
angefragt hat. Wenn eine Anfrage zur Erhöhung der Übertragungsleistung empfangen
wurde, kehrt die Funkvorrichtung zu Feld 204 zurück. Wenn
keine derartige Anfrage empfangen wurde, fährt die Funkvorrichtung mit
Feld 214 fort und fährt
damit fort, bei einem reduzierten Leistungspegel für einen
Zeitraum T zu übertragen.
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Obwohl
die 2 die Übertragungszeiten
als "T" sowohl bei der maximalen
als auch bei reduzierten Übertragungsleistungen
zeigt, müssen
diese Zeiten nicht die gleichen sein. Auf ähnliche Weise veranschaulicht
die 2 ein System, in dem die zuhörenden Funkvorrichtungen eine
Erhöhung
in der Übertragungsleistung
anfragen, siehe Felder 208 und 216. Die Funkvorrichtungen
können
nicht in der Lage sein, dieses Durchzuführen und können einfach in der Lage sein,
eine Anfrage zum Unterbrechen weiterer Leistungsreduzierungen zu übertragen.
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Schließlich veranschaulicht
die 2 eine Leistungsreduzierungsschrittweite von "Delta-" P in Feld 212.
Die Schrittweite muss nicht während
des gesamten Betriebsleistungsbereichs der sendenden Funkvorrichtung
in der Amplitude gleich sein.
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Beispiel für Energieeinsparung
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Um
das Ausmaß der
Energieeinsparung zu veranschaulichen, das durch das Betreiben des
vorliegenden Algorithmus zur Verfügung gestellt werden kann,
wird folgendes Beispiel gegeben.
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In
diesem Beispiel wird angenommen, dass die Hauptvorrichtung bei einem
Maximalwert von 30dBm und bei einem Minimalwert von 15dBm mit Schrittweiten
von 2,5dB, das heißt
6 Schritte überträgt. Die
Wartezeit bei jedem Schritt vor einem weiteren Reduzieren der Übertragungsleistung
beträgt
zwei Multiframes, das heißt
ungefähr
zwei Sekunden. Es wird angenommen, dass alle Direktmodusnebenvorrichtungen
in adäquater Weise
nahe genug sind, um sie in die Lage zu versetzen, zu empfangen,
wenn die Hauptvorrichtung bei 15dBm überträgt. Der Zeitschlitz 1 des Frames
18 und der Zeitschlitz 3 der Frames 6, 12 und 18 werden für eine Übertragung
bei voller Leistung für
den Fall verwendet, dass eine neue, relativ entfernte Nebenvorrichtung
dem Anruf beitreten möchte.
Eine Leistungsverstärkereffizienz
von 30 % wurde angenommen.
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Die
Energie, die zur Übertragung
verwendet wird, ist bei einer 30 Sekunden langen Übertragung
ohne Leistungssteuerung gegeben durch:
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Die
Energie, die für
eine 30 Sekunden lange Übertragung
unter Verwendung der beschriebenen Leistungssteuerung aufgewendet
wird, ist gegeben durch:
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Der Übertragungsstrom
ist üblicherweise
wesentlich größer als
der Standby- und Empfangsstrom, was bedeutet, dass der Übertragungsstrom
in einem weiten Ausmaß die
Batterielebensdauer bestimmt. Die obenstehenden Zahlen zeigen, dass
die Batterielebensdauer um einen Faktor von ungefähr drei
in diesem Falle vergrößert würde.