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HINTERGRUND
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I. Anwendungsbereich
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Die
vorstehende Erfindung betrifft im Allgemeinen den Bereich drahtloser
Kommunikationssysteme. Die vorstehende Erfindung betrifft insbesondere
verbesserte Verfahren und Vorrichtungen zum Schätzen des Verkehrs-zu-Pilot-Verhältnisses
in einem paketbasierten Kommunikationssystem.
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II. Hintergrund
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Der
Bereich drahtlose Kommunikation umfasst viele Bereiche, einschließlich zum
Beispiel schnurlose Telefone, Paging, drahtlose Ortsanschlüsse bzw.
-zugangsnetze, persönliche
digitale Assistenten (PDA), Internettelefonie und Satellitenkommunikationssysteme.
Eine besonders wichtige Anwendung sind zellulare Telefonsysteme
für Mobilfunkteilnehmer.
(Im Rahmen dieser Patentschrift umfasst der Terminus "Zellularsysteme" sowohl Frequenzen
für zellulare
Telefondienste als auch für
persönliche
Kommunikationsdienste (PCS).) Verschiedene Luftschnittstellen wurden
für solche
zellularen Telefonsysteme entwickelt, zum Beispiel das Frequenzmultiplexverfahren
(FDMA), das Zeitmultiplexverfahren (TDMA) und das Codemultiplexverfahren (CDMA).
In Verbindung damit wurden verschiedene nationale und internationale
Standards eingeführt, einschließlich des
Advanced Mobile Phone Service (Standardsystem für die analoge Mobilkommunikation
(AMPS)), das Global System for Mobile (GSM) und der Interim Standard
95 (digitaler Funknetzstandard (IS-95)). Insbesondere der IS-95 und seine
Derivate IS-95A, IS-95B, ANSI J-STD-008 (die oft unter IS-95 zusammengefasst
werden) und angebotene Systeme mit hoher Übertragungsrate für die Übertragung
von Daten usw. werden von der Telecommunication Industry Association
(TIA) und anderen weithin bekannten Standardisierungseinrichtungen
verbreitet.
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Zellulare
Telefonsysteme, die für
den Einsatz mit dem IS-95-Standard konfiguriert sind, verwenden CDMA-Signalverarbeitungstechniken
für die
Bereitstellung eines hoch effizienten und zuverlässigen zellulären Telefondienstes.
Beispielhafte zelluläre
Telefonsysteme, die im Wesentlichen in Übereinstimmung mit der Verwendung
des IS-95-Standards
verwendet werden, werden in den US-Patenten Nr. 5.103.459 und 4.901.307
beschrieben, die an den Inhaber der vorstehenden Erfindung übertragen
und aus Referenzgründen
vollständig
in diesem Dokument aufgenommen wurden. In GDMA-Systemen ist die
(Sende-)Leistungssteuerung via Funk bzw. über die Luft ein entscheidendes
Problem. Ein beispielhaftes Verfahren für die Sendeleistungsregelung in
einem CDMA-System wird im US-Patent Nr. 5.056.109 beschrieben, das
an den Inhaber vorstehender Erfindung übertragen wurde.
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Ein
wesentlicher Vorteil der Verwendung einer CDMA-Luftschnittstelle
besteht darin, dass die Kommunikation über ein und dasselbe Hochfrequenzband
erfolgt. Zum Beispiel kann jede entfernte Teilnehmereinheit (zum
Beispiel ein zellulares Telefon, ein persönlicher digitaler Assistent
(PDA), ein Laptop, der mit einem Zellulartelefon verbunden ist, ein
Freisprechkitt fürs
Auto usw.) in einem vorhandenen zellularen Telefonsystem mit derselben
Basisstation durch Senden eines Reverse-Link-Signals (Rückwärtsverbindungssignals) über dieselben
1,25 MHz des Hochfrequenzspektrums kommunizieren. In ähnlicher
Weise kann jede Basisstation in einem solchen System mit entfernten
Einheiten durch das Senden eines Forward-Link-Signals (Vorwärtsverbindungssignals) über einen
anderen 1,25-MHz-Kanal des Hochfrequenzspektrums kommunizieren.
Die Übertragung
von Signalen über
dasselbe Hochfrequenzspektrum bietet verschiedene Vorteile, zum Beispiel
eine verbesserte Frequenzwiederverwertung eines zellularen Telefonsystems
und die Fähigkeit,
zwischen zwei oder mehr Basisstationen einen Soft Handoff vorzunehmen.
Durch eine verbesserte Frequenzwiederverwertung kann eine größere Anzahl
von Gesprächen über ein
bestimmtes Frequenzspektrum geführt
werden. Soft Handoff ist ein zuverlässiges Verfahren für den Übergang
einer entfernten Station im Empfangsgebiet zweier oder mehrerer
Basisstationen, der mit dem gleichzeitigen Interfacing zweier Basisstationen
einhergeht. Dagegen wird beim Hard Handoff das Interface (Schnittstelle)
mit einer ersten Basisstation beendet, bevor das Interface mit einer
zweiten Basisstation hergestellt wird. Ein beispielhaftes Verfahren
für einen
Soft Handoff wird im US-Patent Nr. 5.267.261 beschrieben, das an den
Inhaber vorstehender Erfindung übertragen
wurde.
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In
herkömmlichen
zellularen Telefonsystemen kommunizieren ein öffentliches Fernsprechnetz (PSTN)
(in der Regel eine Telefongesellschaft) und eine Mobilfunk-Vermittlungsstelle
(MSC) mit einer Basisstation bzw. mit mehreren Basisstationssteuerungen
(BSC) über
standardisierte E1- und/oder T1-Telefonleitungen
(im Folgenden E1/T1-Leitungen). Die BSC kommunizieren mit den Basisstations-Transceiver-Subsystemen
(BTS) (die auch als Basisstationen oder Zellstandorte bezeichnet
werden) und untereinander über
ein Backhaul, das E1/T1-Leitungen
umfasst. Die BTS kommunizieren mit entfernten Einheiten über mittels
Funk gesendeten HF- bzw. Hochfrequenzsignalen.
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Für die Bereitstellung
größerer Kapazitäten hat
die International Telecommunications Union unlängst die Vorlage von Verfahrensvorschlägen für die Bereitstellung
von Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungen und qualitativ hochwertigen
Sprachdiensten über
drahtlose Kommunikationskanäle
angefordert. In den Vorschlägen
werden so genannte Systeme der dritten Generation oder 3G-Systeme
beschrieben. Ein beispielhaftes Angebot, die cdma2000 ITU-R Radio
Transmission Technology (RTT) Candidate Submission (im Folgenden
cdma2000), wurde von der TIA unterbreitet. Der Standard für cdma2000 wurde
als IS-2000 vorgeschlagen und von der TIA genehmigt. Der CDMA-Standard
ist in vielerlei Hinsicht mit den IS-95-Systemen kompatibel. Ein
weiterer CDMA-Standard ist der W-CDMA-Standard, der im 3GPP (3rd
Generation Partnership Project) enthalten ist, Dokument Nr. 3G TS
25.211, 3G TS 25.212, 3G TS 25.213 und 3G TS 25.214.
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Angesichts
der steigenden Nachfrage nach drahtlosen Datenanwendungen wurde
der Bedarf an sehr effizienten drahtlosen Datenkommunikationssystemen
immer größer. Der
IS-95-, cdma2000- und WCDMA-Standard sind in der Lage, sowohl Daten- als
auch Sprachdatenverkehr über
Forward und Reverse Links abzuwickeln. Ein Verfahren zur Übertragung
des Datenverkehrs über
Code Channel Frames fester Größe wird
im Einzelnen im US-Patent Nr. 5.504.733 mit dem Titel "METHOD AND APPARATUS
FOR THE FORMATTING OF DATA FOR TRANSMISSION" beschrieben, das auf den Inhaber dieser
Erfindung übertragen
wurde.
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Ein
wichtiger Unterschied zwischen den Services für den Sprachdatenverkehr und
dem Datenverkehr besteht darin, dass für den erstgenannten Service
strenge Anforderungen an die maximale Verzögerungszeit zu erfüllen sind.
In der Regel muss die gesamte Verzögerungszeit pro Kommunikationsweg (One
Way Delay) für
Sprachverkehr-Frames weniger als 100 msec betragen. Dagegen darf
die Verzögerung
von Datenverkehr-Frames zur Optimierung der Leistungsfähigkeit
des Datenkommunikationssystems variieren. Insbesondere können effizientere Fehlerkorrekturcodetechniken
verwendet werden, für welche
erheblich längere
Verzögerungen
als für
solche erforderlich sind, die für
Sprachverkehrsdienste toleriert werden können. Ein beispielhaftes effizientes Schema
für Datencodierung
wird in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 5.743.462 und dem
Titel "SOFT DECISION
OUTPUT DECODER FOR DECODING CONVOLUTIONALLY ENCODED CODEWORDS" vom 3. August 1999
offenbart, das auf den Inhaber der vorstehenden Erfindung übertragen
wurde.
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Ein
weiterer wichtiger Unterschied zwischen Sprach- und Datenverkehr
besteht darin, dass der Sprachverkehr eine feste und allgemeine
Verkehrsgüte
(GOS) für
alle Teilnehmer erfordert. In der Regel spiegelt sich dies bei digitalen
Systemen, die Sprachverkehrsdienste bereitstellen, in einer festen
und gleichen Übertragungsrate
für alle
Teilnehmer und in einer maximal tolerierbaren Fehlerrate für Sprachverkehr-Frames wider. Dagegen
kann die GOS aufgrund der Verfügbarkeit
von Wieder- bzw. Neuübertragungsprotokollen
für Datenverkehrsdienste
von Teilnehmer zu Teilnehmer unterschiedlich sein und zur Verbesserung
der Gesamtleistung des Datenkommunikationssystems variiert werden.
Die GOS eines Datenverkehrskommunikationssystems wird in der Regel
als die Gesamtverzögerung
definiert, zu der es bei der Übertragung
vorherbestimmter Datenmengen kommt.
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Die Übertragung
digitaler Daten ist von Natur aus für Interferenzstörungen anfällig, wodurch
es zu Fehlern in den übertragenen
Daten kommen kann. Es wurden Fehlererkennungsschemata vorgeschlagen,
um möglichst
zuverlässig
zu bestimmen, ob sich in die übertragenen
Daten Fehler eingeschlichen haben. Es ist zum Beispiel üblich, Daten
paketweise zu übertragen
und an jedes Paket ein zyklisches Redundanzprüfungsfeld (CRC) anzuhängen, etwa
mit einer Länge
von 16 Bit, das eine Prüfsumme
des Datenpakets enthält.
Wenn ein Empfangsgerät
die Daten empfängt,
berechnet es dieselbe Prüfsumme
für die empfangenen
Daten und verifiziert, ob das Berechnungsergebnis mit der Prüfsumme im
Redundanzprüfungsfeld übereinstimmt.
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Es
wurden Faltungscodes integriert, damit Empfangsgeräte für digitale
Daten die übertragenen Daten
selbst dann korrekt bestimmen können,
wenn während
der Übertragung
Fehler aufgetreten sind. Durch die Faltungscodes wird zu den übertragenen Daten
Redundanz hinzugefügt,
und die übertragenen Daten
werden in Pakete gebildet, in denen der Wert jedes Bits von früheren Bits
in der Sequenz abhängt. Bei
Auftreten von Fehlern kann das Empfangsgerät dann immer noch die ursprünglichen
Daten durch die Rückverfolgung
möglicher
Sequenzen in den empfangenen Daten ableiten.
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Zur
weiteren Verbesserung der Leistung eines Übertragungskanals integrieren
manche Codierungsschemata Interleaver, welche die Reihenfolge der
Bits in dem Paket während
der Codierung (systematisch) vertauschen. Wenn dann einige angrenzende
Bits bei der Übertragung
durch Interferenzen zerstört
werden, wird die Auswirkung der Interferenzen über das gesamte ursprüngliche
Paket verteilt und kann dann leichter durch den Decodierungsprozess bewältigt werden.
Weitere Verbesserungen bestehen möglicherweise in Mehrkomponenten-Codes,
die das Paket mehr als einmal codieren, parallel oder in Serie.
Zum Beispiel wird in diesem Fachbereich häufig ein Fehlerkorrekturverfahren
eingesetzt, das mindestens zwei Faltungscodierer parallel verwendet. Eine
solche parallele Codierung wird in der Regel als Turbocodierung
bezeichnet.
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Bei
Mehrfachkomponenten-Codes ist das optimale Decodieren oft eine sehr
komplexe Aufgabe, für
die möglicherweise
lange Zeitspannen erforderlich sind, die für ein Online-Decodieren normalerweise
nicht zur Verfügung
stehen. Zur Lösung
dieses Problems wurden iterative Decodierungstechniken entwickelt.
Das Empfangsgerät
weist dabei jedem Bit einen Wert auf einer Multilevel-Skala zu,
die für
die Wahrscheinlichkeit repräsentativ
ist, dass das Bit Eins ist, anstatt sofort zu bestimmen, ob die
empfangenen Bits Null oder Eins sind.
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Die
auf der Multilevel-Skala dargestellten Daten werden als Softdaten
(Soft Data) bezeichnet, und das iterative Decodieren besteht in
der Regel in einem Soft-In/Soft-Out,
das heißt
dass beim Decodierverfahren eine Input- bzw. Eingabesequenz empfangen
wird, die den Wahrscheinlichkeiten für die Bit-Werte entspricht
und als Output bzw. Ausgabe korrigierte Wahrscheinlichkeiten geliefert
werden, für welche
Code-Beschränkungen
berücksichtigt
wurden. Im Allgemeinen verwendet ein Decodierer, der iteratives
Decodieren durchführt,
für das
Decodieren der vom Empfangsgerät
eingelesenen Softdaten Daten von früheren Iterationen. Während des
iterativen Decodierens von Mehrfachkomponenenten-Codes verwendet
der Decodierer Ergebnisse aus der Decodierung eines Codes, um das
Decodieren des zweiten Codes zu verbessern. Bei Verwendung paralleler Codierer,
wie bei der Turbocodierung, können
zwei entsprechende Codierer aus praktischen Gründen für diesen Zweck parallel verwendet
werden. Ein solches iteratives Decodieren wird für eine Vielzahl von Iterationen
durchgeführt,
bis davon auszugehen ist, dass die Softdaten die übertragenen
Daten annährend
genau darstellen. Bits mit einer Wahrscheinlichkeit, die stärker auf
Eins hindeutet, werden einer binären
Null zugewiesen und die übrigen
Bits werden einer binären
Eins zugewiesen.
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Die
Turbocodierung stellt einen wichtigen Fortschritt im Bereich der
Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC)
dar. Zwar gibt es viele Varianten für das Turbocodieren, doch verwenden
die meisten Arten von Turbocodierung Mehrfachcodierschritte, die
durch Interleaving- bzw. Verschachtelungsschritte getrennt werden,
in Kombination mit iterativer Codierung. Diese Kombination bietet
im Hinblick auf die Rauschtoleranz in einem Kommunikationssystem
eine Leistungsfähigkeit,
die vorher nicht zur Verfügung
stand. Insbesondere die Turbocodierung erlaubt eine Kommunikation
auf Niveaus der Energie-pro-Bit pro Rauschleistungsspektraldichte,
die vorher unter Verwendung der bestehenden Vorwärtsfehlerkorrekturtechniken
nicht akzeptabel waren.
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Viele
Kommunikationssysteme verwenden Vorwärtsfehlerkorrekturtechniken
und würden
deshalb von einer Verwendung der Turbocodierung profitieren. Deshalb
wäre es
vorteilhaft, die Leistungsfähigkeit
von Turbodecodierern in drahtlosen Kommunikationssystemen weiter
zu verbessern. Eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Turbodecodierern
wäre genaue
und rechtzeitige Information über das
Verkehrs-zu-Pilotenergie-Verhältnis.
Solche Informationen sind Teil von Softdaten, die den Prozess der
iterativen Decodierung unterstützen.
Somit besteht ein Bedarf an einer schnellen Schätzung der Verkehrs-zu-Pilot-Verhältnisse.
Für einen
Fachmann sollte offensichtlich sein, dass zusätzlich zur Verwendung der Turbodecodierung
weitere Techniken in der drahtlosen Kommunikation von einem Verfahren
zur schnellen Schätzung
der Verkehrskanalenergie profitieren könnten.
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Eine
Veröffentlichung
von Sarkar S. et al.: "CDMA2000
Reverse Link: Design and System Performance" VTC 2000-Fall. IEEE VTS 52ND.
Vehicular Technology Conference. Boston, MA, 24. bis 28. September
2000, IEEE. Vehicular Technology Conference, New York, NY: IEEE,
US, Band 6 von 6. Konf. 52, 24. September 2000 (24.09.2000), Seite 2713–2719, ISBN:
0-7803-6508-9 offenbart einen Design-Standard für die Verwendung in einem drahtlosen
Kommunikationssystem, das sowohl Sprache als auch Übertragungsdaten
unterstützt,
wobei Detailangaben zur erwarteten Systemleistung gemacht werden.
Es wird eine bestimmte Anzahl an Verbesserungen für bereits
bestehende Drahtlossysteme geliefert, wobei eine vollständige Rückwärtskompatibilität im Netzwerk
aufrechterhalten wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein
neuartiges und nicht nahe liegendes Verfahren und eine ebensolche
Vorrichtung für
die Durchführung
einer kohärenten
Schätzung
wird dargestellt – gemäß den Ansprüchen – wobei
das Verfahren Folgendes aufweist: Empfangen einer ersten Symbolsequenz
auf einem Verkehrskanal, Decodieren der ersten Symbolsequenz für die Bestimmung einer
Datennutzlast, Codieren der Datennutzlast für die Bildung einer zweiten
Symbolsequenz, Multiplizieren der ersten Symbolsequenz mit der zweiten Symbolsequenz
zur Bildung einer dritten Symbolsequenz. Summieren jedes Elements
der dritten Symbolsequenz zum Bestimmen eines Verkehrsenergiewerts
und Teilen des Verkehrsenergiewerts durch einen Pilotenergiewert.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit
eines Turbodecodierers vorgestellt, wobei das Verfahren Folgendes
aufweist: Bestimmung eines Energiewerts für eine Übertragung von einer ersten
Station zu einer zweiten Station, Erstellen einer Nachricht, welche
den Energiewert enthält
und Senden bzw. Überfragen
der Nachricht an die zweite Station.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Merkmale, Ziele und Vorteile vorstehender Erfindung gehen deutlicher
aus der unten stehenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn
sie im Zusammenhang mit den Zeichnungen gesehen wird, in denen für die Identifizierung
durchgehend gleiche Bezugszeichen verwendet werden, in der Zeichnung zeigt:
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1 ein
Diagramm eines beispielhaften Datenkommunikationssystems;
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2 ein
Ablaufdiagramm von Algorithmusschritten gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
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3 ein
Diagramm einer Vorrichtung, die eine beispielhaften Ausführungsform
implementiert;
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4 ein
Diagramm einer Vorrichtung die eine beispielhaften Ausführungsform
implementiert; und
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5 Felder
in einer Rahmenstruktur gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Wie
in 1 illustriert, umfasst ein drahtloses Kommunikationsnetz 10 im
Allgemeinen mehrere mobile Stationen bzw. entfernte Teilnehmereinheiten 12a–12d,
mehrere Basisstationen 14a–14c, eine Basisstationssteuerung
(BSC) oder eine Paketkontrollfunktion 16, eine Mobilstationssteuerung
(MSC) oder Vermittlung 18, einen Paketdatendienstknoten (PDSN)
oder eine Internetworking-Funktion (IWF) 20, ein öffentliches
Telefonnetz (PSTN) 22 (in der Regel eine Telefongesellschaft)
und ein Internetprotokoll(IP)-Netzwerk 18 (in der Regel
das Internet). Zur Vereinfachung enthält die Abbildung vier entfernte Stationen 12a–12d,
drei Basisstationen 14a–14c, eine BSC 16,
eine MSC 18 und einen PDSN 20. Für den Fachmann
ist die Anzahl an entfernten Stationen 12, an Basisstationen 14,
an BSC 16, an MSC 18 und an PDSN 20 beliebig.
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In
einer Ausführungsform
ist das drahtlose Kommunikationsnetzwerk 10 ein Paketdatennetzwerk.
Bei den entfernten Stationen 12a–12d kann es sich
um zellulare Telefone handeln, um Zellulartelefone, die an IP-basierte
Laptopcomputer angeschlossen sind, um Webbrowser-Anwendungen, um
zellulare Telefone mit entsprechender Freisprechanlage für das Auto
oder PDAs, auf denen IP-basierte Webbrowser-Anwendungen laufen.
Die entfernten Stationen 12a–12d können vorteilhaft
konfiguriert werden, so dass ein Protokoll oder mehrere Protokolle
für drahtlose
Datenpakete erzeugt werden, wie zum Beispiel im EIA/TIA/IS-707 Standard
beschrieben. In einer besonderen Ausführungsform generieren die entfernten
Stationen 12a–12d IP-Pakete,
die für
das IP-Netzwerk 24 bestimmt sind und kapseln die IP-Pakete
mit Hilfe eines Punkt-zu-Punkt-Protokolls (PPP) in Frames bzw. Rahmen
ein.
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In
einer Ausführungsform
ist das IP-Netzwerk 24 an den PDSN 20 gekoppelt,
der PDSN 20 ist an die MSC 18 gekoppelt, die MSC
ist an die BSC 16 und das PSTN 22 gekoppelt, und
die BSC 16 ist über Drahtleitungen
an die Basisstationen 14a–14c gekoppelt, die
für die Übertragung
von Sprach- und/oder Datenpaketen in Übereinstimmung mit beliebigen
bekannten Protokollen konfiguriert sind, wie zum Beispiel E1, T1,
Asynchronous Transfer Mode (ATM), IP, PPP, Frame Relay, HDSL, ADSL
oder xDSL. In einer alternativen Ausführungsform ist die BSC 16 direkt
an den PDSN 20 gekoppelt, und die MSC 18 ist nicht
an den PDSN 20 gekoppelt. In einer Ausführungsform kommunizieren die
entfernten Stationen 12a–12d mit den Basisstationen 14a–14c über eine
Hochfrequenzschnittstelle, die im 3rd Generation Partnership Project
2 "3GPP2", Physical Layer Standard
for cdma2000 Spread Spectrum Systems, 3GPP2 Dokument Nr. C.P0002-A,
TIA PN-4694, definiert wird, zu veröffentlichen als TIA/EIA/IS-2000-2-A
(Entwurf, Bearbeitete Ausgabe 30) (19. November 1999).
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Während des
normalen Betriebs des drahtlosen Kommunikationsnetzwerks 10 empfangen
und demodulieren die Basisstationen 14a–14c Sätze von Reverse
Link Signal von verschiedenen entfernten Stationen 12a–12d,
welche Telefonanrufe, Webbrowsing oder andere Datenkommunikationen
durchführen.
Jedes Reverse Link Signal, das von einer gegebenen Basisstation 14a–14c empfangen
wird, wird in dieser Basisstation 14a–14c verarbeitet.
Jede Basisstation 14a–14c kann
durch Modulieren und Senden von Sätzen von Forward-Link-Signal
mit zahlreichen entfernten Stationen 12a–12d kommunizieren.
Zum Beispiel kommuniziert die Basisstation 14a mit der ersten
und zweiten entfernten Station 12a, 12b gleichzeitig,
und die Basisstation 14c kommuniziert mit der dritten und
vierten entfernten Station 12c, 12d gleichzeitig.
Die sich ergebenden Pakete werden an die BSC 16 geschickt,
welche die Anrufressourcenzuteilung und die Mobilitätsmanagementfunktionalität einschließlich der
Organisation weicher Handoffs eines Anrufs für eine besondere entfernte
Station 12a–12d von
einer Basisstation 14a–14c zu
einer anderen Basisstation 14a–14c vorsieht. Zum
Beispiel kommuniziert eine entfernte Station 12c gleichzeitig mit
den beiden Basisstationen 14b, 14c. Wenn sich die
entfernte Station 12c schlussendlich weit genug von einer
der Basisstationen 14c wegbewegt, wird der Anruf zur anderen
Basisstation 14b weitergeschaltet.
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Handelt
es sich bei der Übertragung
um einen herkömmlichen
Telefonanruf, leitet die BSC 16 die empfangenen Daten an
die MSC 18 weiter, welche zusätzliche Routingdienste für die Schnittstelle mit
dem PSTN 22 vorsieht. Handelt es sich. bei der Übertragung
um eine paketbasierte Übertragung,
wie etwa um einen Datenanruf, der für das IP-Netzwerk 24 bestimmt
ist, leitet die MSC 18 die Datenpakete an den PDSN 20 weiter,
der die Pakete an das IP-Netzwerk 24 sendet. Als Alternative
leitet die BSC 16 die Pakete direkt an den PDSN 20,
der die Pakete an das IP-Netzwerk 24 sendet.
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Rückwärtskanäle sind Übertragungen
von entfernten Stationen 12a–12d an Basisstationen 14a–14c.
Die Leistung der Reverse-Link bzw. Rückwärtsverbindungsübertragungen
kann als Verhältnis zwischen
den Energieniveaus des Pilotkanals und anderen Rückwärtsverkehrskanälen gemessen
werden. Ein Pilotkanal begleitet die Verkehrskanäle, um eine kohärente Demodulation
der empfangenen Verkehrskanäle
bereitzustellen. Beim cdma2000-System können die Rückwärtsverkehrskanäle mehrere Kanäle aufweisen,
einschließlich – ohne jedoch
darauf beschränkt
zu sein – eines
Zugriffskanals, eines erweiterten Zugriffskanals, eines Rückwärts-Gemeinsschafts-Steuerkanals,
eines Rückwärts-Dedizierten-Steuerkanals, eines
Rückwärts-Fundamentalkanals,
eines Rückwärts-Zusatzkanals
und eines Rückwärts-Zusatzcodekanals,
wie durch Funkkonfigurationen jedes einzelnen teilnehmenden Netzwerkes
spezifiziert, das cdma2000 verwendet. Die Forward-Link-Channels
(Vorwärtsverbindungskanäle) können auch
mehrere Kanäle
umfassen, einschließlich – jedoch
ohne darauf beschränkt
zu sein – Pilotkanäle, Synchronisierungskanäle, Pagingkanäle, Rundfunkkanäle, Zuordnungskanäle, gemeinsame Leistungssteuerkanäle, gemeinsame
Steuerkanäle, dedizierte
Steuerkanäle,
Fundamentalkanäle,
Zusatzkanäle
und Zusatzcodekanäle.
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Der
Pilotkanal enthält
keine Datenmodulation und wird als nicht moduliertes Spreizspektrumsignal
charakterisiert, welches alle entfernten Stationen im Bereich einer
Basisstation für
Erfassungs- bzw. Nachverfolgungszwecke verwendet. Die Walsh-Nullsequenz
(Wo), die aus vollständig
aus Nullen besteht, wird so verwendet, dass keine Modulation des Pilotsignals
stattfindet. Das Pilotsignal umfasst eine kurze pseudozufällige Rausch-(PN)-Sequenz,
welche in Bezug auf eigene zeitverschobene Versionen unkorreliert
ist. Somit ist die Generierung von Identifizierungsinformationen
durch Offsets der PN-Sequenz möglich.
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In
einem drahtlosen Kommunikationssystem, mit dem Datenverkehr möglich ist,
wird der Datenverkehr in der Regel in Paketen und über Funk
abgewickelt. Zum Zwecke der besseren Illustration werden in diesem
Dokument die Fachausdrücke
des cdma2000 Systems verwendet. Damit wird jedoch nicht beabsichtigt,
die Implementierung der Erfindung auf cdma2000-Systeme zu begrenzen.
In einem cdma2000-System wird ein Paket in Unterpaketeinheiten transportiert,
die Zeitschlitze belegen. Als Schlitzgröße wurde zwar 1,25 ms bestimmt,
doch ist zu berücksichtigen,
dass Schlitzgrößen in den
in diesem Dokument beschriebenen Ausführungsformen variieren können, ohne
dadurch den Schutzumfang der Ausführungsformen einzuschränken. Die
Datennutzlast wird für
die Übertragung
in redundanter Weise in mindestens ein Unterpaket gepackt. Wenn
es zu einem solchen redundanten Packen kommt, werden die Leistungsaufnahme
und Interferenzen für
andere entfernte Stationen möglicherweise
durch den Prozess einer weichen Kombinierung reduziert, bei dem
ein korrumpiertes Unterpaket mit einem anderen korrumpierten Unterpaket
kombiniert wird. Auf diese Weise können mit der Übertragung
reproduzierbarer und redundanter Unterpakete optimale Datenübertragungsraten
erzielt werden.
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Für Übertragungen
im Rahmen des Datenverkehrs kann eine Präambel an das erste übertragene
Unterpaket angehängt
werden. Die Präambel
enthält
Informationen, mit denen die Identität des Zielortes für die Datennutzlast,
die Übertragungsrate
des Unterpakets und die Anzahl der Unterpakete, die für die Übertragung
der gesamten Datennutzlast verwendet werden, identifiziert wird.
Das Timing für
das Eintreffen der Unterpakete, das heißt die Zeitintervalle, mit
denen das Eintreffen der Wieder- bzw. Neuübertragungen geplant wird,
ist in der Regel ein vorab bestimmter Systemparameter; ist ein System
jedoch nicht mit einem solchen Systemparameter ausgestattet, kann
die Timing-Information auch in der Präambel enthalten sein. Weitere
Informationen, wie etwa die Sequenznummer des Radio Link Protocol
(RLP) für
das Datenpaket können
ebenfalls enthalten sein. Da der Zielort darüber informiert ist, dass bestimmte Übertragungen
zu bestimmten Zeitpunkten stattfinden werden, müssen solche künftigen Übertragungen
keine Präambel-Bits
enthalten. Wenn die Übertragungen
jedoch unregelmäßig sind,
wie etwa in kanalsensiblen Übertragungsschemata,
muss für
jede Datenunterpaketübertragung
eine Präambel
angehängt
werden.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform kann
eine Schätzung
des Verhältnisses
zwischen Verkehrsenergie und Pilotenergie durch die Verwendung der
Präambel-Informationen eines
Datenunterpakets bestimmt werden. In dieser Anordnung werden decodierte
Präambelsymbole
für eine
kohärente Schätzung des
Verkehrs-zu-Pilot-Verhältnisses
verwendet. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm gemäß dieser
Ausführungsform.
In Schritt 20 werden empfangene Präambelsymbole in einem Decodierer
(nicht gezeigt) decodiert. Wenn empfangene Präambelsymbole nicht korrekt
decodiert werden können,
wird das empfangene Unterpaket verworfen, und es werden neue Präambelsymbole
von einem anderen Unterpaket verwendet. In einem beispielhaften
CDMA-System werden die Präambel
und das Unterpaket verworfen, wenn die Präambel nicht innerhalb eines
FER-Bereichs von ca. 0,01 bis 0,1 Prozent oder weniger decodiert
werden kann. In Schritt 22 wird die decodierte Präambel-Information in einem
Codierer (ohne Abbildung) codiert, um neue Präambelsymbole zu erzeugen. In
Schritt 23 werden die erneut codierten Präambelsymbole
mit den empfangenen Präambelsymbolen
in einem Multiplikationselement (nicht gezeigt) multipliziert. In
Schritt 24 werden die Ergebnisse der Multiplikation in
einem Summierelement (nicht gezeigt) summiert. In Schritt 26 wird
der Summenwert quadriert, und man erhält den Verkehrsenergiewert.
In Schritt 28 wird der Verkehrsenergiewert durch einen
Pilotenergiewert geteilt.
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Angenommen,
es werden die Präambelsymbole
(1, –1,
1, –1)
empfangen. Die Nutzlast-Information
wird dann nach dem Decodieren abgeleitet. Beispiele für einfache
Codierungstechniken, die üblicherweise
in CDMA-Systemen für
Präambeln
verwendet werden, sind Blockcodes und zyklische Redundanzüberprüfungs-Bits
(CRC-Bits). Es können auch
andere Codiertechniken verwendet werden, ohne dass der Schutzbereich dieser
Ausführungsform
dadurch beeinträchtigt
wird. Die Präambel-Information
wird dann in derselben Art und Weise codiert wie die ursprünglich empfangenen
Präambelsymbole,
die in der Form (1, –1,
1, –1)
eintreffen. Die empfangenen Präambelsymbole
und die erneut codierten Präambelsymbole
werden multipliziert, und als Ergebnis erhält man die Sequenz (1, 1, 1,
1). Die Ergebnisse werden summiert, das heißt 1 + 1 + 1 + 1 = 4. Die Summe
wird anschließend
quadriert, und man erhält
den Wert 16. Dies ist eine Verstärkung
von 6 dB im Vergleich zu einer nicht kohärenten Schätzung derselben Sequenz, in
welcher die Energie der Verkehrssymbole ohne Kenntnis der Symbolwerte
bestimmt wird. In einer nicht kohärenten Schätzung werden die Bits der empfangenen
Symbole einzeln quadriert, um negative Bedingungen zu eliminieren, und
anschließend
für die
Bestimmung eines Energiewerts addiert. In diesem Beispiel wäre das Endergebnis
einer nicht kohärenten
Schätzung
(1)2 + (–1)2 +
(1)2 + (–1)2 =
4.
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Die
oben genannten Ausführungsformen können in
jedem Kommunikationssystem implementiert werden, das eine Präambel bzw.
einen Header zur Begleitung gepackter Daten und einen Pilotkanal verwendet.
Im WCDMA-System wird die Präambel-Information über einen
Kanal übertragen,
der vom Kanal für
den Datenverkehr getrennt ist. Dennoch kann die obige Ausführungsform
noch für
die Durchführung
einer kohärenten
Schätzung
des Verkehrs-zu-Pilot-Verhältnisses
implementiert werden. Die oben genannte Ausführungsform ist insofern vorteilhaft,
als eine kohärente
Schätzung
eine Verstärkung
von ca. 20 dB für
eine Präambel
mit 96 Symbolen bietet, was beim cdma2000-System der Fall ist.
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3 zeigt
das Blockdiagramm einer Vorrichtung, die für die Durchführung der
oben genannten Verfahrensschritte konfiguriert ist. Ein Empfänger 30 empfängt das
Datenunterpaket zusammen mit der Präambel. Der Steuerprozessor 31 leitet
die empfangene Präambel
zum Decodierer 32. Die decodierte Präambel-Information wird vom
Steuerprozessor 31 an den Codierer 33 geleitet,
wo die Präambel-Information
erneut codiert wird. Die empfangene Präambel und die erneut codierte
Präambel
werden mit einem Multiplizierer 34 multipliziert. Das Multiplikationsergebnis
wird durch den Summierer 35 summiert. Die vom Summierer 35 ermittelte
Summe wird im Quadrierelement 36 quadriert. Das Ergebnis
vom Quadrierelement 36 wird im Divisionselement 37 durch
einen Pilotenergiewert geteilt, wobei der Pilotenergiewert durch
den Steuerprozessor 31 vorgesehen wird. Als Alternative
kann ein generisches Kalkulationselement 38 die Funktionsblöcke 34, 35, 36 und 37 umfassen.
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In
einem Beispiel erfolgt die Bestimmung des Verkehrsenergie-zu-Pilotenergie-Verhältnisses
direkt durch die übertragende
Partei, und die Information ist in einer Nachricht enthalten. In
einem Beispiel können
die Nachrichtenbits ein Teil der Präambel sein. In einem anderen
Beispiel können
die Nachrichtenbits ein Teil des Datenunterpakets sein. Als Alternative dazu
kann die Nachricht als separate Nutzlast übertragen werden. Das Energieverhältnis kann
explizit in der Nachricht genannt werden, oder die Nachricht kann
einen Indexwert für
einen Energiewert in einer Nachschlagetabelle enthalten.
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Wenn
die Nachricht im Datenunterpaket enthalten ist, wäre es zweckmäßig, die
Nachricht am Anfang des Datenunterpakets zu positionieren, weil
der Empfänger
dadurch die Verkehrs-zu-Pilot-Verhältnis-Information für die Verwendung
in Verbindung mit dem Datenunterpaket im Turbodecodierer schnell verarbeiten
könnte.
Somit würden
die Nachrichtenbits unter Verwendung eines einfachen leicht zu verarbeitenden
Codes codiert werden, wie zum Beispiel ein Blockcode.
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4 zeigt
eine Vorrichtung, die die oben beschriebene Nachrichtengenerierung
durchführen kann.
Eine Sendeleistungssteuereinheit 40 bestimmt das Sendeleistungsniveau
und die Senderate für
ein Datenpaket. Dementsprechend wird das Datenpaket in einem Kanalelement 41 in
Unterpakete umgepackt. Die Sendeleistungssteuereinheit 40 generiert eine
Verkehrs-zu-Pilot-Verhältnis-Nachricht,
die an ein Datenunterpaket des Kanalelements 41 angehängt wird.
Die Sendeleistungssteuereinheit 40 generiert außerdem einen
Präambel-Anhang
für das Datenunterpaket.
Als Alternative kann ein Prozessor 42 so programmiert werden,
dass er die Funktionen für
die Sendeleistungssteuereinheit 40 und des Kanalelements 41 umfasst.
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Anzumerken
ist hier, dass die Vorrichtung in 3 bzw. 4 sowohl
in einer entfernten Station als auch in einer Basisstation angeordnet
sein kann, da manche beispielhaften CDMA-Systeme sowohl einen Pilotkanal
als auch einen Verkehrskanal am Forward Link und am Reverse Link
bereitstellen.
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5 zeigt
ein Beispiel für
einen Kanalrahmen, in dem ein Präambelfeld 50 einem
Energienachrichtenfeld 51 vorangestellt ist, welches wiederum
einem Datenunterpaketfeld 52 vorangestellt ist.
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Somit
wurden neuartige und verbesserte Verfahren und Vorrichtungen für die Schätzung von Verkehrs-zu-Pilot-Verhältnissen
beschrieben. Für den
Fachmann ist dabei klar, dass die verschiedenen illustrativen Blöcke, Module,
Schaltkreise und Algorithmusschritte, die in Verbindung mit den
Ausführungsformen
beschrieben werden, als elektronische Hardware, Computersoftware
oder als Kombination von beiden implementiert werden können. Die
verschiedenen illustrativen Komponenten, Blöcke, Module, Schaltkreise und
Schritte wurden im Allgemeinen im Hinblick auf ihre Funktionalität beschrieben. Ob
die Funktionalität
als Hardware oder Software implementiert wird, hängt von der besonderen Anwendung
und von den Konstruktionszwängen
ab, die für das
System insgesamt gelten. Fachleute erkennen unter diesen Bedingungen
die Austauschbarkeit von Hard- und Software und wie die beschriebene
Funktionalität
für jede
spezielle Anwendung am besten zu implementieren ist. Die verschiedenen
illustrativen logischen Blöcke,
Module, Schaltkreise und Algorithmusschritte, die in Verbindung
mit den in diesem Dokument offenbarten Ausführungsformen beschrieben werden,
können
zum Beispiel mit einem digitalen Signalprozessor (DSP), einer anwendungsspezifischen
integrierten Schaltung (ASIC), einem Field Programmable Gate Array
(FPGA; frei programmierbarer Logikschaltkreis) oder anderen programmierbaren
logischen Vorrichtungen, einem Discrete Gate oder einer Transistorlogik,
mit diskreten Hardwarekomponenten wie zum Beispiel Register und
FIFO, einem Prozessor, der eine Reihe von Firmware-Anweisungen ausführt, und
mit jedem herkömmlichen programmierbaren
Softwaremodul und einem Prozessor oder jeglicher Kombination der
genannten Elemente implementiert oder durchgeführt werden. Bei dem Prozessor
kann es sich vorteilhafterweise um einen Mikroprozessor handeln,
alternativ kann es sich jedoch auch um einen beliebigen herkömmlichen
Prozessor, Controller, Microcontroller oder Zustandsautomat handeln.
Das Softwaremodul kann in einem RAM-Speicher, Flash-Speicher, ROM-Speicher,
EPROM-Speicher, EEPROM-Speicher, Register, in einer Festplatte,
einer Wechselfestplatte, einer CD-ROM oder in jedem anderen Speichermedium enthalten
sein, das in dem Fachbereich bekannt ist. Fachleute würden es
außerdem
begrüßen, wenn
die Daten, Anweisungen, Befehle, Informationen, Signale, Bits, Symbole
und Chips, auf die möglicherweise in
der gesamten oben stehenden Beschreibung Bezug genommen wird, vorteilhafterweise
mit Angaben über
Spannungs- und Stromstärken,
elektromagnetische Wellen, Magnetfelder bzw. Magnetpartikel, optische
Felder bzw. optische Partikel sowie über jede Kombination davon
versehen sind.
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Somit
wurden bevorzugte Ausführungsformen
der vorstehenden Erfindung gezeigt und beschrieben. Für den Fachmann
ist jedoch klar, dass zahlreiche Änderungen in den hier offenbarten
Ausführungsformen
gemacht werden können.
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Deshalb
gilt für
die vorstehende Erfindung keine Beschränkung, außer in Übereinstimmung mit den folgenden
Ansprüchen.