DE69222371T2

DE69222371T2 - Verfahren und Einrichtung zur Erkennung eines Steuerungskanal in einem Mobil-Kommunikationssystem

Info

Publication number: DE69222371T2
Application number: DE1992622371
Authority: DE
Inventors: Tsuguo Maru
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1991-07-12
Filing date: 1992-07-13
Publication date: 1998-01-15
Anticipated expiration: 2012-07-14
Also published as: DE69222371D1; EP0522885A2; EP0522885A3; EP0522885B1; JPH0522223A; JP2927055B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren und eine Anordnung zum Erkennen eines Steuerungskanals in einem zellularen Mobilkommunikationssystem, und im spezielleren solch ein Verfahren und solche eine Anordnung, bei denen keine Unterscheidung zwischen Steuerungs- und Sprachkanälen vorhanden ist und wobei eine Mobileinheit, bevor sie nach Einschalten der Energieversorgung in den Standby-Modus schaltet, einen Steuerungskanal spezifiziert durch die Erkennung schneller FSK (Frequency Shift Keying [Frequenzumtastung), nämlich MSK (Minimum Shift Keying [minimales Umtasten])) Trägerkomponenten, die in einem Kanalsignal enthalten sind.
Es ist im Stand der Technik bekannt, daß der in zellulären Mobilfunknetzen übertragene Grundverkehr in zwei Kategorien zerfällt: Sprache (oder Daten), die an die Systembenutzer ausgegeben werden, und Steuersignale, die für die Benutzer unsichtbar sind, aber die wesentlich sind zur Aufrechterhaltung der Sprachkanäle, wenn die Mobilfunkeinheiten sich innerhalb des zellulären Funkgebiets bewegen, wobei sie von einer Zelle in eine andere wechseln.
In Mobilkommunikationssystemen wie dem AMPS (Advanced Mobile Phone System [fortgeschrittenes Mobiltelefonsystem]) in den Vereinigten Staaten und dem NTT (Nippon Telephone & Telegram)-System in Japan sind eine Vielzahl an Steuerkanälen speziell vorgesehen und wohlunterschieden von den Sprachkanälen. Wenn eine Mobileinheit einen Anruf durchführt, sucht sie die vorgesehenen Steuerkanäle entsprechend einem vorher darin eingespeicherten Programm ab und findet den Steuerkanal mit der größten elektrischen Feldstärke. Mit anderen Worten, bevor bei dieser Art Mobilkommunikationssystem eine Mobileinheit aktiviert wird und in den Standby-Modus schaltet, sucht die Mobileinheit nur die Steuerkanäle ab.
Im Gegensatz dazu gibt es bei dem in Skandinavien benutzten NMT (Nordic Mobile Telephone])- System keine Unterscheidung zwischen Sprach- und Steuerkanälen. Demgemäß muß eine Mobileinheit zuerst, vor dem Schalten in den Standby-Modus, einen Steuerkanal finden durch das Absuchen einer Vielzahl von dem Mobilsystem zugewiesenen Kanälen noch vor der Aufnahme einer Kommunikation mit einer Basisstation. Die Erkennung des Steuerkanals wird ausgeführt durch die Erkennung der in dem Kanal enthaltenen MSK-Trägerkomponenten, die einem Steuerkanal zugewiesen sind. Anschließend dekodiert die Mobileinheit ein über den Kanal übertragenes Kontrollsignal und stellt schließlich fest, ob der fragliche Kanal ein verfügbarer Steuerkanal ist.
Es wird für günstiger gehalten vor der Zuwendung zu der vorliegenden Erfindung, unter Bezugnahme auf Fig. 1 die Art und Weise der Erkennung eines Steuerkanais in dem oben erwähnten NMT-System zu beschreiben. Fig. 1 zeigt zwecks Vereinfachung nur einen Teil einer Mobileinheit, welcher für die vorliegende Erfindung wichtig ist.
Wie dargestellt umfaßt die Anordnung gemäß Fig. 1 im allgemeinen eine Antenne 10, einen Duplexer 12, einen Empfänger 14, eine MSK-Trägerdetektor 16, einen Frequenzsynthesator 18, eine Steuerungseinheit 20 und einen Sender 22. Der Empfänger 14 beinhaltet einen Mischer 24, einen ZF(Zwischenfrequenz)- Bandpaßfilter 26, einen ZF-Verstärker 28 und einen Frequenzdiskriminator 30. Andererseits beinhaltet der MSK-Trägerdetektor 16 einen Bandpaßfilter (BPF) 32, eine Gleichrichtungs/Glättungsschaltung 34 und einen Komparator 36.
Der Sender 22 ist eingerichtet zum Übertragen eines Signals unter Steuerung durch den Frequenzsynthesator 18 und der Steuerungseinheit 20. Das von dem Sender 22 ausgegebene Signal wird zu einer Basisstation (nicht dargestellt) über den Duplexer 12 und die Antenne 10 gerichtet. Die Signalübertragung von der Mobileinheit (Fig. 1) ist nicht von Bedeutung für die vorliegende Erfindung und daher wird von einer weiteren Beschreibung zur Vereinfachung der vorliegenden Offenbarung abgesehen.
Bevor die Mobileinheit nach Fig. 1 in den Standby-Modus schaltet, beginnt die Steuerungseinheit 20 mit dem Absuchen aller dem System zugewiesenen Kanäle gemäß einem vorher eingespeicherten Programm zur Erkennung eines Steuerkanals. Das Absuchen der Kanäle wird ausgeführt durch aufeinanderfolgen des Ändern der Ausgangsfrequenz des Frequenzsynthesators 18 unter Steuerung der Steuerungseinheit 20.
Bevor die Mobileinheit in den Standby-Modus schaltet, steuert die Steuerungseinheit 20 den Frequenzsynthesator 18, um eine Frequenz auszugeben zur Auswahl oder Aufnahme eines ersten von den mehreren dem System zugewiesenen Kanälen.
Zur Vereinfachung der Beschreibung wird angenommen, daß der ausgewählte Kanal einem Steuerkanal zugewiesen ist.
Der Mischer 24 wird über die Antenne 10 und dem Duplexer 12 mit dem Kanalsignal versorgt und gibt ein Zwischenfrequenzsignal aus. Die harmonischen Anteile des ZF-Ausgangssignals des Mischers 24 werden durch den ZF-Bandpaßfilter 26 beseitigt. Das Ausgangssignal des Filters 26 wird durch den ZF-Verstärker 28 auf einen vorbestimmten Pegel verstärkt. Der Frequenzdiskriminator 30 demoduliert das vom ZF-Verstärker 28 kommende ZF-Signal und erzeugt ein MSK-Signal, dessen Bitrate 1200 Baud beträgt.
Wie aus dem Stand der Technik bekannt, verwendet das NMT- System die Modulationsrate 1200 Baud. Das Modulationsverfahren ist MSK (nämlich schnelle FSK (Frequency Shift Keying [Frequenzumtastung])) mit den Unterträger(oder Ton)-Frequenzen 1200 Hz und 1800 Hz für die logische "eins" bzw. "null".
Das von dem Frequenzdiskriminator 30 ausgegebene MSK-Signal (nämlich das demodulierte Unterträgersignal D) wird auf den Bandpaßfilter 32 gegeben, dessen untere und obere Cutoff- Frequenzen 1200 Hz bzw. 1800 Hz sind. Das Ausgangssignal des BPF 32 wird in der nächsten Stufe 34 gleichgerichtet und geglättet. Der Komparator 36 vergleicht das DC(Gleichstrom)- Ausgangssignal des Gleichrichtungs-/Glättungsschaltkreises 34 mit einem Referenzpegel RL. In dem Fall, daß das Ausgangssignal des Schaltkreises 34 den Referenzpegel RL überschreitet, nimmt der Ausgang (dargestellt durch F) des Komparators 36 eine logische "1" an. Die Steuerungseinheit 20 weist, als Reaktion darauf, daß der Ausgang F eine logische "1" annimmt, den Frequenzsynthesator 18 an, das Absuchen der Kanäle zu beenden, und empfängt das MSK-Signal von dem Frequenzdiskriminator 30. Nachfolgend dekodiert die Steuerungseinheit 20 das demodulierte Signal D und stellt fest, ob der als Steuerkanal ausgewiesene Kanal verfügbar ist oder nicht.
In dem entgegengesetzten Fall, daß die Anordnung nach Fig. 1 ein Signal eines Kanals, der nicht einem Steuerkanal zugewiesen wurde, empfängt, nimmt der Ausgang des Komparators 36 eine logische "0" an. Deshalb weist die Steuerungseinheit 20 den Frequenzsynthesator 18 an, das nächste Kanalsignal aufzunehmen.
Es ist im Stand der Technik wohlbekannt, daß die Frequenzwiederbenutzung ein grundlegendes Konzept des zellulären Funkkommunikationssystems ist. D. h. identische Kanalfrequenzen werden in entfernten Zellen wieder benutzt zum Ausgleich der sich entgegenstehenden Anforderungen an Gebietsabdeckung und Benutzerkapazität, ohne Co-Kanalinteferenz hervorzurufen. Das bedeutet, daß jede Zelle eine Vielzahl an nicht benutzbaren oder nicht verfügbaren Kanälen beinhaltet.
Demgemäß litt der oben erwähnte Stand der Technik unter dem Problem, daß die Suche nach dem Steuerkanal in unerwünschter Weise zeitverschwendend ist wegen der freigehaltenen oder nicht benutzten Kanäle. Um es genauer auszudrücken, wenn der Frequenzsynthesator 18 so gesteuert wird, einen bestimmten freigehaltenen Kanal einzustellen, verstärkt der ZF-Verstärker 28 thermisches Rauschen wegen eines darin enthaltenen (nicht dargestellten) Begrenzers. Also erzeugt der Frequenzdiskriminator 30 Rauschen, das einen sehr großen Frequenzbereich einschließlich eines Bereiches von 1200 Hz bis 1800 Hz beinhaltet, und somit kann der Ausgang F des Komparators 36 eine logische "1" anzeigen, obwohl die Mobileinheit nach Fig. 1 mit einem freigehaltenen Kanal versorgt wird. Die Steuerungseinheit 20 beendet als Reaktion auf die logische "1" von dem Komparator 36 das Absuchen der Steuerkanäle und empfängt das dekodierte Signal D von dem Frequenzdiskriminator 30 und dekodiert dann dieses um zu prüfen, ob der fragliche Kanal verfügbar ist oder nicht. In diesem Fall erkennt die Steue rungseinheit 20, daß der fragliche Kanal (nämlich freigehaltene Kanal) nicht verfügbar ist.
Nur um ein Beispiel zu geben, der Komparator 36 benötigt etwa ms von der Einstellung auf einen gegebenen Kanal durch die Steuerungseinheit 20 bis zur Erzeugung des Ausgangssignals F. Andererseits werden über 120 ms für die Steuerungseinheit 20 benötigt, um das Dekodieren des demodulierten Signals D vollständig durchzuführen. Deshalb wird, wenn die Mobileinheit die freigehaltenen Kanäle absucht, eine beträchtliche Zeit benötigt, bevor die Mobileinheit einen verfügbaren Steuerkanal erkennt.
Eine Vorrichtung zur Auswahl eines Kanals in einem zellulären Mobilkommunikationssystem, das spezielle Steuerkanäle hat, ist in der europäischen Patentveröffentlichung EP-A-0 283 955 beschrieben. Die Beschreibung lehrt ein Mobilkommunikationssystem, wobei zwei Systeme nebeneinander in einem Gebiet arbeiten, und eine Mobilstation, die eine Sende- und Empfangsschaltung umfaßt sowie eine Steuerungseinheit, die vertraglich an eines der zwei Mobilkommunikationssysteme gebunden ist, zur Auswahl eines Steuerkanals desselben, wobei ein normales Absuchen des Steuerkanals des Vertrags-Systems in Gang gesetzt wird und dann ein zusätzliches Absuchen des Steuerkanals ausgelöst wird, wenn der Steuerkanal nicht verfügbar ist während des normalen Absuchens, wodurch sich die Wahrscheinlichkeit einer unbeabsichtigten Nutzung eines Nicht-Vertragssystems verringert, wenn die Mobilstation zeitweilig in einem Funkloch des Vertragssystems ist.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, durch das zumindest in den bevorzugten Ausführungsformen ein Steuerkanal in einer viel kürzeren Zeitdauer erkannt werden kann, verglichen mit dem oben erwähnten Stand der Technik in Mobilkommunikationssystemen, in denen keine speziellen Steuerkanäle vorhanden sind.
Ein anderes solches Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Anordnung zu schaffen, mit der ein Steuerkanal in einer viel kürzeren Zeitdauer erkannt werden kann, verglichen mit dem oben erwähnten Stand der Technik in einem Mobilkommunikationssystemen, in denen keine speziellen Steuerkanäle vorhanden sind.
Entsprechend einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Einrichtung wie in Anspruch 1 beschrieben vorgesehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kennzeichen des übertragenen Signals eine Frequenzumtastungs-Unterträgerkomponente.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren wie in Anspruch 3 beschrieben vor.
Die Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen deutlicher hervor aus der folgenden Beschreibung zusammen genommen mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Elemente mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind und wobei:
Fig. 1 ein Blockdiagramm ist, welches die Anordnung gemäß dem in den einleitenden Absätzen der vorliegenden Offenbarung diskutierten Stand der Technik darstellt; und
Fig. 2 ein Blockdiagramm ist, welches eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Bezug wird nun genommen auf Fig. 2, worin in Blockdiagrammform eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.
Die Anordnung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 darin, daß die erstgenannte Anordnung zusätzlich ein UND-Gatter 50 und einen Komparator 52 enthält. Darüber hinaus ist der ZF-Verstärker 28 nach Fig. 1 derart modifiziert, daß er eine Empfangssignalstärkedetektor beinhaltet, und so wird der modifizierte ZF-Verstärker nach Fig. 2 durch das Bezugszeichen 28' bezeichnet. Die übrigen Teile von Fig. 2 sind entsprechend identisch mit den Gegenstücken aus Fig. 1, und demgemäß wird deren Beschreibung zur Vereinfachung der vorliegenden Offenbarung weggelassen.
Wie dargestellt erhält der Komparator 52 das Ausgangssignal des Detektors 54 und einen Bezugspegel RL' wobei das UND- Gatter 50 so angeordnet ist, daß es die Ausgangssignale der zwei Komparatoren 36, 52 empfängt.
Die Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 2 wird nun beschrieben.
Es wird angenommen, daß die Steuerungseinheit 20 den Frequenzsynthesator 18 während des Absuchens der Steuerkanäle anweist, einen freigehaltenen Kanal einzustellen, d. h. einen Kanal, der innerhalb einer gegebenen Zelle nicht benutzt wird, in der sich die Mobileinheit befindet. In diesem Fall, wie auch im Stand der Technik, zeigt der Ausgang F des Komparators 36 eine logische "1". Jedoch zeigt der Ausgang des Empfangssignalstärkedetektors 54 eine "null" oder einen äußerst niedrigen Pegel, d. h. kein Signal wird über den freigehaltenen Kanal übertragen. Wenn der Bezugspegel RL' auf einen Wert gesetzt wird, durch den ein Signalpegel deutlich von einem Rauschpegel unterschieden werden kann, dann gibt in diesem Fall der Komparator 52 eine logische "0" aus. Entsprechend gibt das UND-Gatter 50 eine logische "0" aus, ungeachtet der Tatsache, daß der Ausgang F des Komparators 36 eine logische "1" anzeigt.
Der Steuerungseinheit 20 weist, sowie sie den Ausgang des UND-Gatters 50 als eine logische "0" erkennt, sofort den Frequenzsynthesator 18 an, den nächsten Kanal zu suchen oder einzustellen. Damit kann die zeitverschwendende Dekodieroperation durch die Steuerungseinheit 20 wirksam vermieden werden.
Wie oben erwähnt, beträgt die Zeitdauer für die Steuerungseinheit 20 zum Dekodieren des demodulierten MSK-Signals etwa das sechsfache derjenigen, die von dem Komparator 36 zur Ausgabe eines Ergebnisses benötigt wird. Die Beseitigung dieses zeitverschwendenden Dekodierens, das zusammen mit den freigehaltenen Kanälen auftritt, ist sehr vorteilhaft.
Es versteht sich, daß die obige Offenbarung nur eine der möglichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung repräsentiert und daß das Konzept, auf dem die Erfindung basiert, nicht speziell darauf begrenzt ist. Z. B. kann anstelle der Frequenzumtastungs-Unterträgerkornponente irgendein anderes übertragenes Signalkennzeichen des zugewiesenen Steuerkanals erkannt werden.

Claims

1. Mobileinheit zur Benutzung in einem zellularen Mobilkommunikationssystems, in dem keine speziellen Steuerkanäle vorhanden sind und in dem die Mobileinheit so eingerichtet ist, daß sie, bevor sie in einen Standby-Modus schaltet, eine Vielzahl von dem System zugewiesenen Kanälen absucht, um einen zugewiesenen Steuerkanal durch Erkennen eines übertragenen Signalkennzeichens des zugewiesenen Steuerkanals zu bestimmen, wobei die Mobileinheit eine Anordnung enthält, welche umfaßt:

erste Mittel (10, 12) zum Auswählen eines aus der Vielzahl der dem System zugewiesenen Kanäle;

zweite Mittel (54) zum Erkennen der Signalstärke des ausgewählten Kanals;

dritte Mittel (32, 34, 36) zum Erkennen des übertragenen Signalkennzeichens des ausgewählten Kanals;

vierte Mittel (52) zum Vergleichen der Signalstärke des ausgewählten Kanals mit einem Bezugspegel um zu entscheiden, ob die Signalstärke den Bezugspegel überschreitet, wobei diese vierten Mittel mit den zweiten Mitteln verbunden sind;

fünfte Mittel (50, 20) zum Erzeugen eines ersten logischen Werts, der das Fehlen eines zugewiesenen Steuerkanals anzeigt in dem Fall, daß die Signalstärke unter dem Bezugspegel liegt, und zum Erzeugen eines zweiten logischen Werts, der das Vorhandensein eines zugewiesenen Steuerkanals anzeigt, in dem Fall, daß die Signalstärke den Bezugspegel übersteigt und zugleich das übertragene Signalkennzeichen erkannt wird, wobei die fünften Mittel mit den ersten und vierten Mitteln funktionell verbunden sind,

wobei die ersten Mittel so eingerichtet sind, daß sie als Reaktion auf den ersten logischen Wert einen anderen Kanal auswählen und als Reaktion auf den zweiten logischen Wert die Kanalwahl beenden wird.

2. Zelluläres Mobilkommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei das übertragene Signalkennzeichen eine Frequenzumtastungs- (Frequency-Shift-Keying)Unterträgerkomponente ist.

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3. Verfahren zum Betreiben einer Mobileinheit zur Benutzung in einem zellulären Mobilkommunikationssystem, in dem keine speziellen Steuerkanäle vorhanden sind, wobei das Verfahren es umfaßt, vor einem Schritt zum Schalten in den Standby-Modus eine Vielzahl der dem System zugewiesenen Kanäle abzusuchen, um einen zugewiesenen Steuerkanal durch Erkennen eines übertragenen Signalkennzeichens des zugewiesenen Steuerkanals zu bestimmen, wobei die Schritte des Absuchens einer Vielzahl der dem System zugewiesenen Kanäle umfassen:

(a) Auswählen eines aus der Vielzahl der dem System zugewiesenen Kanäle;

(b) Erkennen der Signalstärke des ausgewählten Kanals;

(c) Erkennen des übertragenen Signalkennzeichens des ausgewählten Kanals;

(d) Vergleichen der Signalstärke des ausgewählten Kanals mit einem Bezugspegel um zu entscheiden, ob die Signalstärke den Bezugspegel überschreitet;

(e) Erzeugen eines ersten logischen Werts, der das Fehlen eines zugewiesenen Steuerkanals anzeigt, in dem Fall, daß die Signalstärke unter dem Bezugspegel liegt, und als Reaktion auf den ersten logischen Wert die Schritte (a) bis (e) für einen anderen Kanal zu wiederholen; und

(f) Erzeugen eines zweiten logischen Werts, der das Vorhandensein eines zugewiesenen Steuerkanals anzeigt, in dem Fall, daß die Signalstärke den Bezugspegel überschreitet und zugleich das übertragene Signalkennzeichen erkannt wird, und als Reaktion auf den zweiten logischen Wert das Absuchen der Kanäle zu beenden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Kennzeichen des übertragenen Signals eine Frequenzumtastungs- (Frequency- Shift-Keying)Unterträgerkomponente ist.