DE69123019T2

DE69123019T2 - Taktlogik für tragbares Telefon im GSM System

Info

Publication number: DE69123019T2
Application number: DE69123019T
Authority: DE
Inventors: Jussi Silander
Original assignee: Nokia Mobile Phones Ltd
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1990-09-05
Filing date: 1991-08-30
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2011-08-31
Also published as: JP3040854B2; ATE145108T1; FI86236C; FI904388A0; FI904388A; ES2093662T3; EP0474138A3; DE69123019D1; JPH04263524A; FI86236B; EP0474138B1; EP0474138A2

Description

Die Erfindung betrifft eine Taktlogik, mit der die Synchronisierung eines tragbaren GSM-Telefons mit dem GSM-Netz realisiert werden kann und die Synchronisierung bei allen Betriebsbedingungen des Telefons aufrechterhalten wird.
Die wesentlichen Prinzipien des GSM-Funkübertragungssystems sind im Artikel "Radio Transmission Interface of the Digital Pan European Mobile System" von A. Maloberti, 39th IEEE Vehicular Technology Conference 1989, Volume II, Seiten 712- 717, beschrieben.
Das GSM-System unterscheidet sich von den derzeit verwendeten Systemen für tragbare Telefone speziell hinsichtlich des Funksystems stark. Zusätzlich zur Tatsache, daß im Funkpfad eine vollständig digitale Übertragungstechnik verwendet wird, wird bei der Datenübertragung auch Zeitvielfachzugriff (TDMA) verwendet. Die Kanäle des Funksystems können in zwei Kategorien unterteilt werden: Verkehrskanäle (TCH), durch die Sprache und Benutzerdaten übertragen werden, und Steuerkanäle (CCH). Die Steuerkanäle können ihrerseits in fünf Kategorien unterteilt werden, von denen in Zusammenhang mit der Beschreibung zur vorliegenden Erfindung hauptsächlich auf den Rundspruch-Steuerkanal (BCCH) Bezug genommen wird, der ein unidirektionaler Kanal von einer Basisstation (BS) zu einer mobilen Station (MS) ist und durch den z.B. Synchronisier- und Frequenzkorrekturinformation geliefert wird, mit deren Hilfe die mobile Station in das System einkoppelt. Die Kanalstruktur besteht aus aufeinanderfolgenden Rahmen. Ein derartiger TDMA-Rahmen umfaßt acht Zeitintervalle. Die Dauer eines Zeitintervalls beträgt ungefähr 576,9 ms, was der Dauer von 156,25 Bits entspricht. 26 oder 51 TDMA-Rahmen bilden einen Mehrfachrahmen und auf ähnliche Weise bilden 51 oder 26 Mehrfachrahmen einen Superrahmen (=1326 TDMA-Rahmen) und schließlich bilden 2048 Superrahmen einen Hyperrahmen (=2.715.648 TDMA-Rahmen), dessen Dauer 3 h 28 min. 53 sek. 760 ms beträgt. Die TDMA-Rahmen sind fortlaufend von 0 bis 2.715.647 numeriert und die Numerierung startet nach der letzten Nummer neu. Die zu jedem TDMA- Rahmenzeitintervall gehörigen Bits werden als Signalpaket übertragen, die vier Arten einnehmen, und unter diesen wird das Frequenzkorrektur-Signalpaket (FB), das von der Basisstation an den Rundruf-Steuerkanal BCCH übertragen wird, zur Frequenzsynchronisierung der mobilen Station verwendet und das Synchronisier-Signalpaket (SB) wird zur Zeitsynchronisierung verwendet. Das als erstes genannte Signalpaket entspricht einer unmodulierten Trägerwelle, und das letzte enthält z.B. die TDMA-Rahmennummer (FN).
Die zeitliche Steuerung von Zeitintervallen, TDMA-Rahmen, Rahmen im Verkehrskanal TCH und im Steuerkanal CCH erfolgt proportional zu gemeinsamen Zählern, die unabhängig davon, ob die Basisstation und die mobile Station senden oder nicht, kontinuierlich laufen. Anders gesagt, sind, nachdem die mobile Station die korrekte Einstellung dieser Zähler bestimmt hat, alle Funktionen derselben mit der zu diesem Zeitpunkt bedienenden Basisstation synchronisiert. Die MS synchronisiert ihre übertragung zur Basisstation auf Grundlage der von dieser empfangenen Übertragungen Die Basisstation überträgt an jede mobile Station einen Voreilwert für die Übertragung, den sie aus der Ausbreitungsverzögerung zwischen dem gesendeten und einpfangenen Signal auf der Strecke BS-MS-BS gemessen hat. Die MS ändert ihre Synchronisierung entsprechend, was dazu führt, daß beliebige Signale, die an der Basisstation von verschiedenen mobilen Stationen her ankommen, hinsichtlich der Ausbreitungsverzögerung kompensiert sind.
Gemäß der GSM-Spezifikation wird der Synchronisierzustand der durch die Basisstation in die mobile Station übertragenen Signale durch einen Viertelbitzähler QN mit einem Zählbereich von Null bis 624, einen Bitzähler BN mit einem Zählbereich von Null bis 156, einen Zeitintervallzähler TN mit einem Zählbereich von Null bis sieben und einen TDMA-Rahmennummernzähler FN mit einem Zählbereich von Null bis 2.715.647 bestimmt. Ein Vorschlag für die Anfangseinstellung und für die Inkrementierung dieser Zähler sind in die Spezifikationen eingeführt, wie auch ein Vorschlag zum Abspeichern äquivalenter Werte in benachbarten Basisstationen, und zwar im Hinblick auf eine Übergabesituation. Die mobile Station kann nur dann senden, wenn ihre Trägerwellenfrequenz mit der der Basisstation übereinstimmt und wenn ihre Zeitsteuerungsdifferenz gegen die Basisstation nicht 2 Mikrosekunden überschreitet. Die Zeitsteuerungsdifferenz wird unter Verwendung zeitlicher Schritte korrigiert, deren Länge der Dauer dem Viertel eines Bits entspricht, und eine Einstellung erfolgt mit Zeitintervallen nicht unter 1 sek. und auch nicht über 2 sek., solange die Zeitsteuerungsdifferenz kleiner als die Dauer von 1/2 Bit ist.
Die Spezifikationen geben keine genauen Anweisungen zum Synchronisieren einer mobilen Station mit dem GSM-Netz; die Hersteller können ihre Synchronisierschwierigkeiten innerhalb des Umfangs der Spezifikationen selbst lösen. Die Erfindung ist eine Lösung hinsichtlich des Synchronisierproblems. Die Taktlogik gemäß der Erfindung besteht aus Registern und Zählern und sie ist durch das gekennzeichnet, was im Kennzeichen von Anspruch 1 ausgeführt ist.
Die Erfindung wird nun im einzelnen beschrieben, wobei auf die beigefügten Figuren Bezug genommen wird, in denen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm der Taktlogik zeigt;
Fig. 2a und 2b die relative zeitliche Rahmenlage in Beziehung auf die absolute zeitliche Rahmenlage veranschaulichen, wenn das Empfangszeitintervall 0 und 3 ist; und
Fig. 3a und 3b die Inkrementierung des Rahmennummernzählers veranschaulichen, wenn sich das Grundempfangs-Zeitintervall ändert.
Die bei der vorliegenden Erfindung beschriebene Taktlogik verwendet eine relative Rahmenzeitsteuerung. Dies bedeutet, daß ein tragbares Telefon das Empfangszeitintervall immer als Nullzeitintervall wahrnimmt, unabhängig davon, was das absolute Zeitintervall ist, wie es im Zeitsteuerregister der Basisstation gespeichert ist. In den Fig. 2a und 3b ist veranschaulicht, was relative Rahmenzeitsteuerung bedeutet. In den Fig. 2a und 2b steht das Symbol Rx für das Empfangszeitintervall, Tx für das Sendezeitintervall und M für das Überwachungszeitintervall, in dem das tragbare Telefon in Grundempfang mit Nachbar-Basisstationen steht. Das obere Zeitintervallkontinuum in den Fig. 2a und 2b betrifft die absolute Rahmenzeitsteuerung, und das untere betrifft die relative Rahmenzeitsteuerung. Demgemäß beträgt die Länge des Rahmenzeitsteuerungsbalkens 8 Zeitintervalle; und die Rahmenzeitsteuerungsbalken sind in den Figuren mit Pfeilen gekennzeichnet. In Fig. 2a ist das Empfangsintervall Null, wodurch in diesem Fall der relative Rahmenzeitsteuerungsbalken mit dem absoluten Rahmenzeitsteuerungsbalken übereinstimmt. In Fig. 2b ist das Empfangszeitintervall Rx des tragbaren Telefons das Zeitintervall Nr. 3 und daher ist der durch die Taktlogik verwendete relative Rahmenzeitsteuerungsbalken um drei Zeitintervalle gegen den absoluten Rahmenzeitsteuerungsbalken versetzt, der nur im Zeitsteuerungsregister der eigenen Basisstation abgespeichert ist.
Die Fig. 3a und 3b zeigen graphisch, auf welche Weise Änderungen in den Grundempfangsintervallen beim Zählen der Rahmennummern berücksichtigt werden. Die laufende Nummer 0 bis 7 über den Zeitintervallkontinua repräsentiert die absolute Zeitintervallnumerierung; demgemäß repräsentiert das Intervall 0 bis 7 einen Absolutrahmen. Wie oben ausgeführt, verwendet das Telefon eine relative Rahmenrate, wobei die Rahmennummer immer zu Beginn eines Empfangsintervalls R inkre mentiert wird, und dieses Inkrementieren ist durch nach unten gerichtete Pfeile angezeigt. Die Numerierung n, n+1, n+2 usw. oben in den Fig. 3a und 3b an den Zeitliniensegmenten, die einer der Dauer eines Rahmens gleichen Länge entsprechen, repräsentiert z.B. die absolute Rahmennummer. Wenn nun in einem Rahmen (Fig. 3a) das Empfangsintervall aus dem einen oder anderen Grund von kleiner auf größer wechselt, z.B. von der Intervallnummer 0 auf die Nummer 3 (Fig. 3a) ist erkennbar, daß der Rahmennummemzähler trotz der Änderung korrekt zählt, jedoch ist erkennbar, daß dann, wenn das Grundempfangsintervall von größer auf kleiner, z.B. von der Nummer 4 auf die Nummer 1 wechselt, während des Rahmens n+2 keinerlei Inkrementierung erfolgt. In diesem Fall ist der Rahmennummemzähler im Telefon beim Rahmen n+3 hinter die korrekte Rahmennummer zurückgefallen. Daher wird während des Rahmenlänge-Korrekturrahmens eine Sonderinkrementierung des Zählers oder ein Sonderrahmen-Interrupt ausgeführt. So ist ersichtlich, daß ein Sonderrahmen-Interrupt angefordert wird, wenn sich das absolute Grundempfangsintervall R in negativer Richtung, z.B. von 4 auf 1 ändert, in welchem Fall nach vorne geschritten wird und ein Rahmen übersprungen wird, wie es graphisch in Fig. 3b dargestellt ist. Dieser Sachverhalt wird nachfolgend detaillierter beschrieben.
Fig. 1 zeigt die Zähler und Register der erfindungsgemäßen Taktlogik in Form eines Blockdiagramms. Wie auf Seite 2 angegeben, benötigt die mobile Station für ihre Synchronisierung Information zur TDMA-Rahmennummer FN (0-2.715.647), zur Zeitintervallnummer TN (0-7) und zur Viertelbitnummer QN (0- 624), mit denen die Synchronisierung ausgeführt werden kann. Außerdem ist angesichts Übergabesituationen die entsprechende Information von den benachbarten Basisstationen erforderlich. Diese Information wird von der Basisstation an das Telefon geliefert. In der Taktlogik sind vier Zähler verwendet: der Rahmenlängenzähler 2, der Rahmennummemzähler 1, der Zähler 6 für die Zeitsteuerungsdifferenz zwischen benachbarten Basisstationen und der Zähler 7 betreffend voreilende Übertragungszeitsteuerung. Es existieren sechs Register: das Rahmenlängenregister 3, das einen TDMA-Rahmen oder 8 Zeitintervalle aufnimmt, von denen jedes 156,25 Bits enthält, das Rahmenlängen-Korrekturregister 3, dessen maximale Länge zwei TDMA-Rahmen oder 16 Zeitintervalle beträgt, die Basisstationen-Zeitsteuerungsdifferenzregister, das Register 5 betreffend Übertragungsvoreilung hinsichtlich der zeitlichen Steuerung, Zeitsteuerungsregister 10 für die eigene Basisstation und Zeitsteuerungsregister 9 für benachbarte Basisstationen.
Die Grundwechselwirkung zwischen den Registern und Zählern und ihre Verbindungen sind die folgenden, wobei auf Fig. 1 Bezug genommen wird.
Der Rahmennummemzähler 1 zählt die laufende Absolutrahmennummer FN der TDMA-Rahmen im Hyperrahmen, wobei die Zahl, wie auf Seite 2 angegeben, Werte von 0 bis 2.715.647 einnehmen kann. Der Rahmennummemzähler 1 wird mittels eines Rahmeninterrupts inkrementiert, der am Ende jedes relativen TDMA-Rahmens vom Rahmenlängenzähler 2 herrührt, oder er kann auch mittels eines Sonderrahmen-Interrupts inkrementiert werden, der erzeugt wird, wenn sich das Empfangszeitintervall in negativer Richtung ändert, wie es bereits unter Bezugnahme auf die Fig. 3a und 3b beschrieben wurde. In Verbindung mit einer Änderung der Basisstation, bei einer Übergabesituation, liefert die neue Basisstation die neue Rahmennummer, die den Zählerlesewert darstellt, und ausgehend von dieser zählt das tragbare Telefon die Rahmennummern selbst.
Im Rahmenlängenregister 3 ist immer die Standardrahmenlänge, 8 x 156,25 Bits, geladen. Die Genauigkeit des Registers beträgt ein Viertel Bit. Der Wert in diesem Register wird in den Rahmenlängenzähler 2 geladen, wenn keine Zeitsteuerungsänderungen existieren.
Ein Korrekturrahmen, der ab einer Zeitsteuerungsänderung gezählt wird, wird in das Rahmenlängen-Korrekturregister 4 geladen. Die Länge des Rahmenlängen-Korrekturrahmens entspricht der Differenz der Grundempfangs-Zeitintervalle, wenn sich das Grundempfangs-Zeitintervall ändert. Z.B. umfaßt im in Fig. 3b dargestellten Fall der Korrekturrahmen 13 Zeitintervalle oder 13 x 156,25 Bits. Die Maximallänge des Korrekturregisters 4 beträgt 2 Rahmen und sein Wert wird in den Rahmenlängenzähler 2 geladen, wenn sich das Zeitintervall ändert oder wenn die zeitliche Steuerung stärker verrutscht als es die Spezifikation erlaubt.
So ist ersichtlich, daß in den Rahmenlängenzähler 2 normalerweise der Wert des Rahmenlängenregisters 3 geladen wird, und dann, wenn Änderungen auftreten, der Wert des Rahmenlängen-Korrekturregisters 4 geladen wird. Der Zähler 2 zählt die Rahmenlänge mit einer Genauigkeit von einem Viertel Bit und daher sorgt er für einen Bittakt mit einer Genauigkeit von 1/4 für andere Zwecke im Telefon. Diese Genauigkeit ist die höchste Genauigkeit, wie sie in der GSM-Spezifikation gefordert wird. Die Länge des Rahmenlängenzählers beträgt zwei Rahmen, und er erzeugt den Rahmeninterrupt im Rahmennummemzähler 1, wodurch dieser jedesmal dann inkrementiert wird, wenn ein Überlauf auftritt. Da nun der Rahmenlängenzähler 2 die Rahmenlänge mit einer Genauigkeit von 1/4 Bit zählt und den Rahmennummemzähler 1 so inkrementiert, daß die Rahmennummer korrekt ist, bedeutet dies, daß genaue zeitliche Steuerung erzielt wurde. Die Bitnummer BN des Rahmens kann gemäß der Spezifikation so berechnet werden, daß sie der ganzzahlige Teil der Division QN/4 ist, und der Zeitintervallzähler TN wird jedesmal dann inkrementiert, wenn QN von 624 auf Null wechselt.
Die zeitliche Steuerung muß auch dann beibehalten werden, wenn Basisstationen umgeschaltet werden, und für diese sogenannten Übergabesituationen wird gemäß der Erfindung folgendes benötigt: die Zeitsteuerregister 9 für benachbarte Basisstationen, das Basisstationenzeitsteuerungs-Differenzregister 5 und der Zeitsteuerungsdifferenzzähler 6 für benachbarte Basisstationen. Die Zeitsteuerungsfunktion, die mit einer derartigen Übergabesituation verbunden ist, wird nun beschrieben, wobei immer noch hauptsächlich auf Fig. 1 Bezug genommen wird. In den Fig. 2 und 3 repräsentiert das Zeitintervall M die Zeit, in der die MS die benachbarten Basisstationen überwacht. Die MS rastert alle Sendefrequenzen durch, mißt die Signalpegel der Trägerwellen der benachbarten Basisstationen bei jeder Frequenz und ordnet dann die sechs stärksten Stationen in einer Folge an. Nach dem Aufstellen der Folge empfängt sie im Rundruf-Steuersignal die erforderlichen Systemparameter für die Basisstationen aus den Synchronisier- und BCCH-Signalpaketen. Die mobile Station MS führt eine kontinuierliche Folgeaktualisierung dadurch aus, daß sie kontinuierlich die Leistung mißt, und mit vorgegebenen Intervallen empfängt sie ein Synchronisier- Signalpaket. Wenn unter den gemessenen Signalpegeln ein solcher auftritt, der den niedrigsten Signalpegel unter den im Speicher aufbewahrten sechs Stationen überschreitet und eine Frequenz aufweist, die sich von einer derjenigen der im Speicher aufbewahrten sechs Stationen unterscheidet, ist sichergestellt, daß eine neue Nachbarstation betroffen ist, und dann wird die Stationenfolge aktualisiert. Wenn andererseits die Frequenz mit der Frequenz einer der sechs im Speicher befindlichen Stationen übereinstimmt, zeigen die Decodierung des Synchronisier-Signalpakets und dessen Vergleich mit dem Synchronisier-Signalpaket der im Speicher befindlichen Station mit derselben Frequenz, daß eine neue Nachbarstation betroffen ist. Diese Sachverhalte sind in der GSM- Systemspezifikation näher beschrieben. Auf diese Weise erfolgt die Vorbereitung zum Übergang des Überdeckungsbereichs irgendeiner benachbarten Basisstation.
Im Zeitsteuerungsdifferenzregister 5 für Basisstationen wird die Information zur Differenz hinsichtlich der Rahmenzeitsteuerungsbalken zwischen der eigenen Basisstation und einer benachbarten Basisstation abgespeichert, wenn Information von einer benachbarten Basisstation empfangen wird. Es lädt die Zeitdifferenz in den Zeitsteuerungsdifferenzzähler 6 für benachbarte Basisstationen, der die Zeitdifferenz zwischen den TDMA-Rahmen der eigenen Basisstation und denjenigen benachbarter Basisstationen zählt, und es gibt bei Überlauf einen Rahmeninterrupt für die benachbarte Zelle aus. Der Interrupt stellt den Moment fest, zu dem mit dem Emfpang von Information von der benachbarten Basisstation begonnen wird.
Wie oben beschrieben, wird die Zeitsteuerungsdifferenz zwischen den Basisstationen in das Zeitsteuerungsdifferenzre gister 5 für Basisstationen eingespeichert. Diese Differenz wird aus den Zeitsteuerungsregistern 9 für benachbarte Basisstationen erhalten, die Zeitsteuerungsinformation betreffend benachbarte Basisstationen enthalten. Die Zeitsteuerungsdifferenz zwischen der eigenen Station und jedem Nach bar muß betreffend die sechs stärksten benachbarten Basisstationen im Speicher aufbewahrt werden, wie auch die absolute Rahmennummerdifferenz. Die absolute Rahmennummer einer benachbarten Basisstation und ihre Zeitsteuerungsdifferenz (die Differenz zwischen dem Rahmen der eigenen Basisstation und demjenigen der benachbarten Basisstation) werden aus der Information erhalten, wie sie während des Überwachungszeitintervalls M empfangen wird, wie oben beschrieben.
Damit die mobile Station MS ihren Sendevorgang genau zum richtigen Moment starten kann, liefert der Sendevoreilungs- Zeitsteuerungszähler 7 einen Startimpuls für den Sendevorgang. Im Prinzip startet der Zähler den Zählvorgang zu Beginn eines Rahmens, und er zählt bis zum Sendezeitintervall, wobei er den Sendevoreilungswert berücksichtigt, der durch Messung der Signalausbreitungsverzögerung auf der Strecke "Basisstation - mobile Station - Basisstation" und aus der der Logik des Telefons eigenen Verzögerung erhalten wird, wobei der Zähler 7 den Sendevoreilungswert zählt und bei Überlauf den Sendestartimpuls erzeugt. Der Sendestartimpuls liefert den Startzeitpunkt zum Übertragen der Bitfolge.
Der Sendevoreilungs-Zeitsteuerdifferenzzähler 7 empfängt den Voreilungswert und die Verzögerung vom Sendevoreilungs-Zeitsteuerregister 8, in dem der Sendevoreilungswert abgespeichert ist, mit dem die Basisstation den Sendezeitpunkt des tragbaren Telefons steuert. Das tragbare Telefon addiert die Verzögerung seiner eigenen Sendelogik zum Voreilungswert. Das Zeitsteuerregister 8 erhält seinerseits den Sendevoreilungswert von den Zeitsteuerregistern 10 zur eigenen Basisstation. Diese Register enthalten die Zeitsteuerinformation betreffend die genutzte Basisstation. Der Sendevoreilungswert kommt von der Basisstation her (die Basisstation überträgt mit jedem 13ten Rahmen), und er wird in das Register eingespeichert, bis die Basisstation einen neuen Wert überträgt. Das von den Zeitsteuerregistern 10 erhaltene Empfangszeitintervall stellt das absolute Empfangszeitintervall dar, das als Basis für die relative Zeitsteuerung verwendet wird. Es wird im Zeitsteuerregister der eigenen Basisstation aufbewahrt.
Vorstehend wurden die Zähler und Register, die bei der zeitlichen Steuerung gemäß der Erfindung erforderlich sind, kurz beschrieben. Nachfolgend wird ihre Funktion detaillierter für verschiedene Betriebsstadien eines Telefons beschrieben. Diese Betriebsstadien sind die folgenden:
(1) Anfangssynchronisierung, in der ein tragbares Telefon mit dem GSM-Netz synchronisiert wird;
(2) Grundempfangszustand, in dem das tragbare Telefon nach einem Verbindungsanruf vom Netz horcht;
(3) Ruferrichtung, während der eine Sprachverbindung errich tet wird; und
(4) aktiver Zustand, in dem der Anruf abläuft.
In der Anfangssynchronisierung werden die folgenden Vorgänge ausgeführt: Suche nach Kanälen, in denen die Signalstärke aller Frequenzen des GSM-Netzes gemessen wird und sie nach ihrer Stärke angeordnet werden; Suche nach einem reinen Sinussignal (PSW), bei der aus einem Kanal der Sinussignalrahmen herausgefunden wird, der in dessen Rahmenstruktur enthalten ist; Suche nach einem Synchronisierrahmen, bei der der in der Rahmenstruktur enthaltene Synchronisierrahmen aufgefunden wird; und Empfang der BCCH-Daten, bei dem die Systemparameter aus dem Netz empfangen werden.
Wenn das Telefon eingeschaltet wird, werden als erstes alle Zeitsteuerungsregister initialisiert. Während der Kanalsuche und der PSW-Suche werden die initialisierten Werte verwendet, d.h., daß der Rahmenlängenzähler 2 aus dem Rahmenlängenregister 3 geladen wird, das die Standardrahmenlänge enthält. Nach dem Anordnen der Kanäle in der dem Wert der Signalstärke entsprechenden Folge wird der Sinussignalrahmen (PSW-Rahrnen) aus dem stärksten Kanal herausgesucht, durch dessen Position die grobe Rahmenzeitsteuerung berechnet werden kann. Nun wird der Korrekturrahmen vom Rahmenlängen-Korrekturregister 4 in den Rahmenlängenzähler 2 eingeschrieben, wodurch die Zeitsteuerung grob korrigiert wird. In diesem Stadium liegt die Zeitsteuergenauigkeit in der Größenordnung einiger weniger Bits, abhängig vom verwendeten Berechnungsalgorithmus. Die exakte Zeitsteuerungsgenauigkeit kann aus dem Synchronisierrahmen berechnet werden, wie er von derselben Basisstation mit dem stärksten Signal empfangen wird. Der Synchronisierrahmen enthält eine lange Trainingsfolge (eine bekannte Bitfolge), durch deren Korrelation die zeitliche Lage mit einer Genauigkeit von 1/4 Bit aufgefunden wird. Der Korrekturrahmen für genaue zeitliche Steuerung wird über das Rahmenlängen-Korrekturregister 4 in den Rahmenlängenzähler 2 geladen. Anschließend an den Empfang des Synchronisierrahmens ist das tragbare Telefon mit dem Netz genau synchronisiert (mit einer Genauigkeit von 1/4 Bit). Aus dem Synchronisierrahmen wird auch die absolute Rahmennummer FN berechnet, die in den Rahmennummernzähler 1 geladen wird. Der Empfang der BCCH-Daten beeinflußt die zeitliche Steuerung insoweit, daß daraus klargestellt werden kann, ob die Basisstation, auf die synchronisiert wurde, eine zulässige Basisstation für das spezielle tragbare Telefon ist, oder ob der Synchronisierablauf für die nächststärkste Basisstation neu gestartet werden muß. Beim Empfang der BCCH-Daten wird die genaue zeitliche Steuerung verwendet.
Nachdem die Anfangssynchronisierung ausgeführt ist, und wenn nicht unmittelbar ein Anruf aufgebaut wird, verbleibt das Telefon im Grundempfangszustand, in dem es nach einem Verbindungsruf vom Netz horcht. Auch in der Zeit zwischen Anrufen befindet sich das Telefon in diesem Zustand. Was die zeitliche Steuerung betrifft, umfaßt der Grundempfangszustand die folgenden Vorgänge: genaue zeitliche Korrektur, die das Zeitintervall ändert, Empfang der Signalstärken benachbarter Basisstationen, des Synchronisierrahmens und der BCCH-Daten und Umschalten von Basisstationen.
Gemäß der GSM-Spezifikation muß eine Korrektur der genauen zeitlichen Steuerung erfolgen, wenn die zeitliche Steuerung um mehr als zwei Mikrosekunden (halbes Bit) gegen den aktuellen Wert verschoben ist. Die Verschiebung wird dadurch gemittelt, daß die Orte der Energiemaxima der Impulsansprechereignisse in den Trainingssektoren der empfangenen Signalpakete über eine konstante Zeit gemittelt werden. Wenn der Mittelwert um mehr als ein halbes Bit vorn aktuellen Zeitsteuerungswert abweicht, erfolgt eine Korrektur der zeitlichen Steuerung. Die Korrektur erfolgt dadurch, daß mit Intervallen von 1 bis 2 Sekunden ein Korrekturrahmen in das Rahmenlängen-Korrekturregister 4 eingetragen wird, der die zeitliche Steuerung um 1/4 Bit korrigiert. Korrekturrahmen werden verwendet, bis die Abweichung der zeitlichen Steuerung erneut weniger als 1/2 Bit ist.
Im Grundempfangszustand bedeutet eine Betriebsänderung des Zeitintervalls eine Änderung der relativen Rahmenzeitsteuerung. Der Relativrahmen wird so gezählt, daß er mit Beginn des Grundempfang-Zeitintervalls beginnt, wie oben auf den Seiten 3 und 4 beschrieben. Wenn das Grundempfangs-Zeitintervall sich so ändert, daß es größer wird, erfolgt die Zeitsteuerungskorrektur dadurch, daß ein Korrekturrahmen über das Rahmenlängen-Korrekturregister 4 in den Rahmenlängenzähler 2 geladen wird, wodurch die zeitliche Steuerung geändert wird und der relative Rahmenzeitsteuerungsbalken mit dem neuen Grundempfangs-Zeitintervall übereinstimmt. Wenn sich das Zeitintervall von einem längeren auf ein kürzeres ändert, wird ein Rahmen übersprungen. Das Überspringen eines Rahmens muß bei der Länge des Korrekturrahmens berücksichtigt werden. Beim Überspringen eines Rahmens muß ein Sonderrahmen-Interrupt für die Taktlogik erzeugt werden, so daß der Rahmennummernzähler 1, der die absolute Rahmennummer FN zählt, auf dem korrekten Wert verbleibt. Dieser Gesichtspunkt ist vorstehend auf der Seite 4 unter Bezugnahme auf die Fig. 3a und 3b beschrieben. Wenn sich das Empfangszeitintervall ändert, wird das absolute Empfangszeitintervall in das Zeitsteuerregister 10 für die eigene Basisstation eingespeichert.
Beim dritten Vorgang im Grundempfangszustand, d.h., dann, wenn die Signalstärken benachbarter Basisstationen gemessen werden, wird dieselbe zeitliche Steuerung verwendet. Gemäß den GSM-Spezifikationen müssen der Synchronisierrahmen und die BCCH-Daten auch von den sechs stärksten Nachbarn empfangen werden. Beim Empfang des Synchronisierrahmens wird als erstes der Sinussignalrahmen, der PSW-Rahmen der benachbarten Basisstation unter Verwendung der zeitlichen Steuerung der eigenen Basisstation aufgefunden. Der Ort des PSW- Rahmens zeigt die grobe zeitliche Steuerung der benachbarten Basisstation an. Die Differenz zwischen der exakten zeitlichen Steuerung der eigenen Basisstation und der groben zeitlichen Steuerung der benachbarten Basisstation wird in das Zeitsteuerdifferenzregister 5 für Basisstationen geladen, das sie in den Zeitsteuerdifferenzzähler 6 für benachbarte Basisstationen lädt. Wenn das Synchronisierzeitintervall einer benachbarten Basisstation empfangen wird, erzeugt der Zeitsteuerdifferenzzähler 6 für Basisstationen auf Grundlage der Zeitsteuerdifferenz einen Rahmeninterrupt in der benachbarten Zelle in dem Moment, in dem mit dem Empfang des Synchronisierrahmens der benachbarten Basisstation begonnen wird. Der Synchronisierrahmen liefert die genaue Differenz der zeitlichen Steuerung zwischen der benachbarten Basisstation und der eigenen Basisstation. Diese genaue Zeitsteuerdifferenz zwischen den Basisstationen wird in das Zeitsteuerregister 5 für Basisstationen und demgemäß in den. Zeitsteuerdifferenzzähler 6 für Basisstationen geladen. Dieser Zähler 6 erzeugt in der benachbarten Zelle einen Rahmeninterrupt, der den Startmoment des Empfangs von BCCH-Daten angibt. Die Zeitsteuerdifferenz zwischen den Basisstationen wird auch in das Zeitsteuerregister 9 für benachbarte Basisstationen eingespeichert. Aus dem empfangenen Synchronisierrahmen wird auch die Rahmennummerndifferenz zwischen den Rahmennummern der eigenen und der benachbarten Basisstation berechnet und in das Zeitsteuerregister 9 für benachbarte Basisstationen eingespeichert. Dieser Vorgang wird für alle sechs stärksten Nachbarn ausgeführt. Wenn unter den sechs stärksten benachbarten Basisstationen eine neue Basisstation auftritt, werden die Synchronisier- und BCCH-Rahmen derselben empfangen und die Zeitsteuerdifferenz zwischen den Basisstationen und die Rahmennummerndifferenz werden hierfür entsprechend dem oben beschriebenen Vorgang berechnet.
Ein Umschalten zwischen Basisstationen erfolgt, wenn während der Bewegung des tragbaren Telefons eine der benachbarten Basisstationen besser als die aktuelle, eigene Basisstation wird. Was die zeitliche Steuerung betrifft, bedeutet dies, daß auf Grundlage der Zeitsteuerdifferenz der benachbarten Basisstation ein Rahmenlängen-Korrekturrahmen berechnet wird, mit dem eine Zeitsteuerungskorrektur in Verbindung mit einem Umschalten von Basisstationen erfolgt. Auf ähnliche Weise wird auf Grundlage der Rahmennummerndifferenz der Basisstationen die absolute Rahmennummer FN der neuen Basis station berechnet, die in den Rahmennummemzähler 1 geladen wird. Da die vorige eigene Basisstation beim Umschaltvorgang zwischen Basisstationen eine neue benachbarte Basisstation wird, müssen ihre Zeitsteuerungsdifferenz und die Rahmennummerndifferenz relativ zur neuen eigenen Basisstation be rechnet werden. In der Praxis erfolgt dies durch Komplementbildung der Zeitsteuerung und der Rahmennummerndifferenz und durch Zuordnen derselben zur vorigen eigenen Basisstation.
Vorstehend ist die zeitliche Steuerung bei der Anfangssynchronisierung und im Grundempfangszustand erläutert. Als drittes wird nun der Betrieb der erfindungsgemäßen Taktlogik bei einer Ruferrichtung beschrieben. Was die zeitliche Steuerung betrifft, sind in einer Ruferrichtung die folgenden Vorgänge enthalten: Korrektur der exakten zeitlichen Steuerung, Änderung des Zeitintervalls, zeitliche Steuerung des Sendevorgangs, Empfang der Signalstärken und des Synchronisierrahmens benachbarter Basisstationen und das Umschalten von Basisstationen.
Die Korrektur der exakten zeitlichen Steuerung und die Änderung des Zeitintervalls werden so ausgeführt, wie es im vorigen Absatz in der Verbindung mit der Beschreibung des Grundempfangszustands erläutert ist.
Ein voreilender Sendevorgang wird verwendet, da sich der Abstand des tragbaren Telefons von der Basisstation kontinuierlich ändert, und die Basisstation korrigiert mit dem Sendevoreilungswert die durch die Bewegung hervorgerufene Zeitsteuerungsänderung. Wenn Daten das erste Mal an eine Basisstation übertragen werden, verwendet das tragbare Telefon den Sendevoreilungswert 0. Nach dem Empfang eines ersten Datensignalpakets, wie es vom tragbaren Telefon gesendet wurde, mißt die Basisstation BS den Sendevoreilungswert und sendet ihn in ihrem Steuerrahmen an das tragbare Telefon. Der Sendevoreilungswert zuzüglich des Korrekturwerts für die Verzögerung in der Sendelogik werden in das Sendevoreilungs- Zeitsteuerregister 8 eingeschrieben, das den Wert in den Sendevoreilungs-Zeitsteuerzähler 7 lädt. Der Zeitsteuerzähler 7 berechnet den Voreilungswert, und er erzeugt einen Sendestartimpuls in dem Moment, in dem der Sendevorgang zu beginnen ist. Der Sendevoreilungswert wird in das Zeitsteuerregister 10 für die eigene Basisstation eingespeichert. Wenn die Basisstation einen neuen Sendevoreilungswert überträgt, wird der Inhalt des Sendevoreilungs-Zeitsteuerregisters korrigiert und der neue Voreilungswert wird in das Voreilungsregister 10 für die eigene Station eingespeichert.
Während Ruferrichtung werden der Meßvorgang für die Signalstärken der benachbarten Basisstationen und der Empfang der Synchronisierrahmen der sechs stärksten Nachbarn so ausgeführt, wie es bereits im vorigen Absatz beschrieben wurde.
Ein Umschalten zwischen Basisstationen während Ruferrichtung erfolgt wie oben beschrieben.
Im vierten Betriebszustand, d.h. im aktiven Zustand, umfaßt die erfindungsgemäße Taktlogik hinsichtlich der zeitlichen Steuerung die folgenden Vorgänge: Korrektur der exakten zeitlichen Steuerung, Änderung des Zeitintervalls, zeitliche Steuerung des Sendevorgangs, Empfang von Signalstärken und Synchronisierrahmen von benachbarten Basisstationen sowie Umschalten zwischen Basisstationen.
Diese Vorgänge unterscheiden sich nicht von dem, was vorstehend in Zusammenhang mit der Anfangssynchronisierung, dem Grundempfangszustand und der Ruferrichtung beschrieben wurde; sie sind für den Fachmann offensichtlich und werden daher nicht erneut im vorliegenden Zusammenhang im einzelnen beschrieben.
Auf die oben beschriebene Weise können die Zeitsteuerfunktionen eines tragbaren GSM-Telefons und dessen Funktionen im Netz in allen Betriebszuständen realisiert werden. Die erfindungsgemäße Taktlogik ist entweder als Software oder durch ein Hardwarekonzept realisierbar. Die Softwarealternative hat den Vorteil der Flexibilität, jedoch belastet sie den Prozessor stark, durch den die zeitliche Steuerung ausgeführt werden soll. Die Hardwarealternative hat den Vorteil kleiner Größe und geringen Energieverbrauchs, während sie durch hohe Modifizierungskosten beeinträchtigt ist. Hardware kann leicht als Teil einer VLSI-Schaltung erstellt werden. Dank der modularen Art der erfindungsgemäßen Taktlogik kann diese als Kombination eines Hardwarekonzepts und eines Softwarekonzepts realisiert werden, wodurch die guten Eigenschaften der beiden kombiniert werden können.

Claims

1. Taktlogikeinrichtung in einem tragbaren Telefon gemäß dem GSM-Systern, das Zeitvielfachzugriff (TDMA) verwendet, wobei die Systemkanalstruktur aus aufeinanderfolgend numerierten TDMA-Rahmen mit jeweils 8 Zeitintervallen besteht, wobei die Basisstation individuell an jedes tragbare Telefon einen Sendevoreilungswert, ein Rundruf-Steuerkanal-Frequenzkorrektur-Signalpaket, ein Synchronisier-Signalpaket und die Systemparameter sendet; dadurch gekennzeichnet, daß die Logik folgendes aufweist:

- einen Rahmenlängenzähler (2), der bei Überlauf einen Rahmennummemzähler (1) inkrementiert, in den der Wert in einem Rahmenlängenregister (3), das die Standardrahmenlänge enthält, oder der Wert in einem Korrekturregister (4) geladen wird;

- ein Zeitsteuerregister (9) für benachbarte Basisstationen, in das die Rahmennummerndifferenzen zwischen der eigenen Basisstation und mindestens sechs benachbarten Basisstationen sowie die Zeitsteuerdifferenzwerte der jeweiligen Rahmenzeitsteuerbalken eingespeichert werden, und aus dem der Zeitsteuerdifferenzwert für einen Rahmenzeitsteuerbalken zu einem Zeitpunkt in einen Zeitsteuerdifferenzzähler (5) für eine Basisstation und von dort ferner in einen Zeitsteuerdifferenzzähler (6) für benachbarte Basisstationen geladen wird, der, bei Überlauf, den Moment anzeigt, zu dem mit dem Empfang des Synchronisierrahmens oder von BCCH-Daten von einer benachbarten Basisstation zu beginnen ist;

- Zeitsteuerregister (10) für die eigene Basisstation, in die der von der eigenen Basisstation vergebene Sendevoreilungswert und der Wert des absoluten Empfangszeitintervalls eingespeichert werden und aus denen der Voreilungswert in ein Sendevoreilungs-Zeitsteuerregister (8) geladen wird, aus dem er in einen Sendevoreilungs-Zeitsteuerzähler (7) geladen wird, der dann, wenn er überläuft, den Startimpuls für einen Sendevorgang liefert.

2. Taktlogik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rahmenlängen-Korrekturregister (4) zum Ändern der zeitlichen Steuerung verwendet wird.

3. Taktlogik nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn sich das Empfangszeitintervall (Rx) von einem größeren auf einen kleineren Wert ändert, der Rahmennummernzähler (1) während des Rahmenlängen-Korrekturrahmen inkrementiert wird.

4. Taktlogik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuerungsdifferenz und die Rahmennummerndifferenz bezogen auf die eigene Basisstation für mindestens die sechs stärksten benachbarten Basisstationen dadurch berechnet werden, daß der grobe Wert für die Zeitsteuerungsdifferenz, wie beim Frequenzkorrektur-Signalpaket erhalten, vom Zeitsteuerdifferenzregister (5) für die Basisstation in den Zeitsteuerdifferenzzähler (6) für benachbarte Basisstationen geladen wird, der dann, wenn er Daten betreffend jede benachbarte Basisstation empfängt, einen Rahmeninterrupt in dem Moment erzeugt, in dem er den Synchronisierrahmen der benachbarten Basisstation empfängt, wobei aus dem Synchronisierrahmen die Zeitsteuerdifferenz und die Rahmennummerndifferenz berechnet werden, wobei diese in das Zeitsteuerdifferenzregister (5) für die Basisstation und in das Zeitsteuerregister (9) für die benachbarten Basisstationen eingespeichert werden.

5. Taktlogik nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Umschalten zwischen Basisstationen ein Rahmenlängen- Korrekturrahmen auf Grundlage der im Zeitsteuerregister (9) für benachbarte Basisstationen abgespeicherten Zeitsteuerdifferenz berechnet wird, wobei dieser Korrekturrahmen in das Rahmenlängen-Korrekturregister (4) geladen wird, und eine neue Rahmennummer, die in den Rahmennummemzähler (1) einzuschreiben ist, aus der Basisstations-Rahmennummerndifferenz berechnet wird.

6. Taktlogik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Basisstation gesendete Voreilungswert in das Zeitsteuerregister (10) für die eigene Basisstation eingespeichert wird, von wo er in das Sendevoreilungs-Zeitsteuerregister (7) geladen wird, dessen Inhalt dann in den Sendevoreilungs-Zeitsteuerzähler (7) geladen wird, der einen Sendestartimpuls erzeugt.

7. Taktlogik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der zeitlichen Steuerung der relative Rahmenzeitsteuerbalken verwendet wird, wodurch die Taktlogik das Empfangszeitintervall (Rx) immer, unabhängig vom Wert des absoluten Zeitintervalls, auf dem Nullzeitintervall hält.