DE69332252T2

DE69332252T2 - Drahtloses digitales zellulares Funktelefonsystem mit Direktsequenz-Spreizspektrum

Info

Publication number: DE69332252T2
Application number: DE69332252T
Authority: DE
Inventors: Herman Bustamante; Thomas Magill; Franci Natali
Original assignee: Stanford Telecommunications Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1992-11-24
Filing date: 1993-11-23
Publication date: 2003-07-03
Anticipated expiration: 2013-11-24
Also published as: EP0746932A1; CA2363865A1; EP0746932A4; AU5672794A; US5375140A; JP3313717B2; CA2363865C; WO1994013085A1; EP0746932B1; CA2150113C; JPH08506223A; CA2150113A1; TW250610B; AU673042B2; DE69332252D1

Description

Spreizspektrum-Nachrichtenverkehr ist gekennzeichnet durch Modulations-Verfahren, die die Bandbreite, die durch ein Sprach- oder Dateninformations-Signal eingenommen wird, erheblich ausdehnen. Die zwei am häufigsten benutzten Methoden sind das Direktsequenz-Spreizen und das Frequenzspringen. Beim Direktsequenz-Frequenzspreizen, das in dieser Erfindung verwendet wird, moduliert normalerweise ein digitalisiertes Informationssignal ein pseudo-zufälliges (auch Pseudo-Rauschen oder PR genannt) digitales Signal. Wenn die Bitrate des PR-Signals beispielsweise 32 mal größer als die des Informationssignals ist, wird die Bandbreite des sich ergebenden modulierten Signals 32 mal die der ursprünglichen Information.
Der Schlüssel zum Empfangen von Spreizspektrum-Signalen ist ein Empfänger, der in der Lage ist, ein zweites PR-Signal zu erzeugen, das mit demjenigen, das benutzt wird um die Bandbreite des übertragenen Signals zu spreizen, identisch ist. Dies ist möglich, weil sowohl Sender als auch Empfänger identische Zufalls-Digitalsequenz-(PR)-Erzeugerschaltkreise benutzen. Das PR-Signal wird durch den Empfänger benutzt, um das empfangene Signal synchron zu demodulieren. Um dies erfolgreich zu tun, müssen die zeitlichen Änderungen des PR-Signals in Synchronismus mit denjenigen im empfangenen (modulierten) Signal sein. Wenn sie sich nicht im Zeit-Synchronismus befinden, wird das erfaßte Signal winzig sein. Herkömmlich wird die Zeitphase des PR-Signalerzeugers am Empfänger langsam über die Zeit verändert, bis der Signalausgang als maximal befunden wird, und zur Phase des PR-Generators des Senders durch eine phasenverriegelte Schleifenschaltung (PLL; phase locked loop circuit) verriegelt gehalten.
Bis vor ganz kurzer Zeit wurden alle Spreizspektrumnachrichtenverbindungen in militärischen Nachrichtenverbindungen angewendet, als ein Mittel, um die Nachrichtensicherheit aufrechtzuerhalten, herkömmliche Formen der Signalstörung fernzuhalten und/oder Feinde daran zu hindern sogar das Vorhandensein eines Senders wahrzunehmen. Durch Verwenden einer PR-Schaltung, deren zeitliche Änderungen sich in einem Zyklus von vielen Tagen wiederholen, hätte ein Feind große Schwierigkeiten, die zeitliche Änderung des PR-Signals zu bestimmen und könnte somit nicht die Information in der Nachrichtenverbindung gewinnen. Wenn ein hinreichend großes Spreizsequenz-Frequenzband zusammen mit einer bescheidenen Signalleistung benutzt würde, wäre es sogar schwierig, das Vorhandensein solcher Signale zu beobachten, wenn man die herkömmlichen Schmalband-Empfänger, mit denen die meisten Funk-Nachrichtenverbindungen durchgeführt werden, verwendet. Darüber hinaus, um eine Spreizbandspektrum-Nachrichtenverbindung erfolgreich zu stören, muß die Ausgangsleistung des Störsenders im Verhältnis zum Ausmaß der Signalspreizung im Signal, das gestört werden soll, erhöht werden.
Ein weiteres wichtiges Merkmal der Spreizband-Nachrichtenverbindung, das auch in dieser Erfindung verwendet wird, ist der Codeteilungs ((code division))-Mehrfachzugriff. Dies beinhaltet das Durchführen einer Mehrzahl von Verbindungen gleichzeitig, in der selben Bandbreite und im selben geographischen Bereich, durch Verwendung verschiedener sich zeitlich ändernder PR-Codes, die jeden unabhängigen Nachrichtenverbindungs-"Kanal" bestimmen.
Herkömmliche drahtlose Nachrichtenverbindung innerhalb von Gebäuden oder dichtbebauten Städten wird durch "Schwund" des Signals aufgrund des Vorhandenseins vieler Wege unterschiedlicher Länge, durch die die Funkwellen zwischen Sender und Empfänger laufen, z. B. durch Reflektieren an einer Wand-, Decken- oder Fußbodenfläche, unzuverlässig gemacht. Diese Mehrweg-Effekte sind äußerst frequenzempfindlich. Durch Ausdehnen der Signalbandbreite durch Spreizspektrum-Übertragung kann der Mehrwegschwund unter manchen Bedingungen vermindert werden.
Diversity-Empfang ist eine wohlbekannte Technik, bei der mehrere Empfangsantennen in Verbindung mit einem oder mehreren Empfängern und einer Art von händischer oder selbsttätiger Antennen-Umschaltung benutzt werden. Das Ziel solcher Methoden ist es, den Schwund bei den Fortpflanzungswegen zwischen Sender und Empfänger zu überwinden, indem man das Signal von derjenigen Antenne (oder -Kombination) wählt, deren empfangenes Signal an jedem vorgegebenen Augenblick am stärksten ist.
In der US-A-5.164.958 wird ein Verfahren zum Weiterreichen einer sich bewegenden Ferneinheit von einer ersten Mikrozelle mit einer ersten Basisstation, die mit einer ersten Mehrzahl von Ferneinheiten kommuniziert, an eine zweite Mikrozelle, die eine zweite Basisstation, die mit einer zweiten Mehrheit von Ferneinheiten kommuniziert, beschrieben.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

In der vorliegenden Erfindung wird geschaffen
Ein drahtloses Telefonsystem aufweisend eine Basisstation (10), die mit mehrfachen Sende- /Empfangseinheiten ausgerüstet ist, und eine Mehrzahl von Benutzer-Hör- /Sprecheinheiten (11, HS), die mit einzelnen Sende-/Empfangseinheiten ausgerüstet sind, wobei jede einzelne Sender-/Empfängereinheit (12) aufweist:
Analog-digital- und Digital-Analog-Umwandlungseinrichtungen um analoge Sprachsignale in digitale Form umzuwandeln um digitalisierte Sprachsignale zu bilden bzw. digitale Signale in analoge Sprachsignale umzuwandeln;
eine Quelle von digitalen Pseudorauschen-Signalen (PN), deren Signalmuster sich mit einer vorgegebenen Zeitspanne wiederholt;
Einrichtungen um besagte digitalisierte Sprachsignale mit besagten digitalen Pseudorauschen-Signalen zu modulieren und dadurch ein Modulationsfrequenzband- Spreizspektrum-Signal zu erzeugen, wobei die Modulationsfrequenzband Spreizspektrums- Signale jeder Benutzer-Hör-/Sprecheinheit gegenseitig orthogonal sind, einschließlich Einrichtungen um besagtes Modulationsfrequenzband-Spreizspektrum-Signal zu demodulieren unter Verwendung des gleichen Pseudorauschen-Signals, um digitale Sprachsignale aus empfangenen Spreizspektrum-Signalen zu erzeugen;
wobei jede Benutzer-Hör-/Sprecheinheit ein einzigartiges digitales Pseudorauschen-Signal verwendet, das identisch mit dem eines Senders/Empfängers in der Basisstationseinheit ist;
Einrichtungen in jeder Hör-/Sprecheinheit und in der Basisstation um einen einzelnen Rundfunkfrequenzträger zu erzeugen, dessen Nennfrequenz in gleichförmigen Stufen, die durch ungefähr die Bandbreite des Spreizspektrums-Signals beabstandet sind über ein verfügbares Übertragungsband, ausgewählt ist;
Einrichtungen in jedem Sender/Empfänger um besagte Trägerfrequenz mit besagtem Spreizspektrum-Signal zu modulieren um ein Übertragungssignal zu erzeugen, und Einrichtungen um solch ein Übertragungssignal zu demodulieren um ein Modulationsfrequenzband-Spreizspektrum-Signal zu erzeugen;
Peitschen- und Schleifenantennen (11A1, 11A2) in jeder Hör-/Sprecheinheits-Einheit um besagtes Übertragungssignal zu senden oder zu empfangen und Einrichtungen um eine besagter Antennen auszuwählen;
wobei besagte Basisstation einen Sender-Empfänger für jede aktive Benutzer-Hör-/Sprecheinheit(Fig. 1) enthält und eine gemeinsame Antenne (13) für den Basisstation Sender-Empfänger.
Das drahtlose Telefon-System dieser Erfindung schafft eine Kombination einer Basisstation-Einheit und mehrerer Hör-/Sprecheinheiten um, in der hier beschriebenen Ausführungsform, zweiundsechzig gleichzeitige Verbindungskanäle zu schaffen.
Zwei Betriebsumgebungen werden ins Auge gefaßt: in geschlossenen Räumen (innerhalb von Gebäuden) und im Freien. Die Betriebsreichweite in jedem Fall wird auf ungefähr 500 Meter durch die Begrenzungen der (US-amerikanischen) "Federal Communication Commission" der Übertragungsleistung begrenzt. Typischerweise ist die Betriebsreichweite im Innenraum in der Größenordnung von 200 Metern oder weniger, abhängig von der Umgebung in der das System arbeitet. Die Verminderung der Betriebsreichweite ist ein Ergebnis des Mehrwegschwundes, der aufgrund von dazwischenliegenden Wänden, Abtrennungen oder anderen Strukturen zwischen der Hör-/Sprecheinheit und der Basisstation erfahren wird.
Ein Gegenstand der Erfindung ist es, ein drahtloses Telefonsystem zu erreichen, das sowohl zuverlässig als auch wirtschaftlich herstellbar ist. Dies wird durch die Wahl der Nachrichtenverbindungs-Techniken und die Struktur der Wellenform, und durch die Verwendung moderner anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (ASICs) bewerkstelligt.
Ein anderes Ziel ist es, die Herstellungsvorgänge zu vereinfachen und die Kosten zu vermindern durch weitestgehenden Gebrauch der digitalen Signalverarbeitungstechniken im gesamten System. Die Verwendung digitaler Schaltungen macht die Notwendigkeit zur Einstellung der Schaltungen, den Abgleich oder die Abstimmung, die oft von herkömmlicher drahtloser Fernmeldeausrüstung erfordert werden, äußerst gering. In den bevorzugten Ausführungsformen ist nur ein ganz geringer Teil von Schaltungen eingebaut, die Analogtechnik verwenden.
Es ist ein noch weiterer Gegenstand, die Effekte der Mehrweg-Übertragung, die durch die Betriebsumgebung bewirkt werden, im Echtzeitsinne möglichst gering zu halten. Dies wird hineinbekommen durch die Verbindung von vier besonderen Techniken:
1) Gegenseitige Störung zwischen den Signalen mehrerer Benutzer wird durch die Verwendung von Pseudo-Rausch-Modulationssignalen, die zueinander orthogonal sind, d. h. die unabhängig voneinander demoduliert werden können, möglichst gering gehalten.
2) Direktsequenz-Spreizspektrum-Modulation wird verwendet, um Schutz gegen unbeabsichtigte Störungen durch Schmalband-Signale in der Umgebung, wie solche von Personalcomputer-Oszillatoren, zu bieten. Sie schützt weiter Benutzer, die ein gemeinsames Gebiet teilen, gegen Störungen und bietet den Benutzern ein hohes Maß an Privatsphäre.
3) Antennenpolarisierungsdiversityempfang wird mit einer Echtzeit-Einrichtung des Wählens der Antenne mit dem besten Signal/Rausch-Verhältnis (SRV) verbunden.
4) Eine automatische Leistungssteuerung ist eingebaut, so daß alle Signale auf angemessenen Pegeln gehalten werden und dadurch die gegenseitige Störung aufgrund dessen, daß ein Nachrichtenverbindungssignal andere übertönt, wo Benutzer- Hör-/Sprecheinheiten in in großem Maße variierenden Abständen von der Basisstation befindlich sind, beherrscht wird.
Noch ein anderer Gegenstand der Erfindung ist es, eine Mehrzahl von 62-Benutzer-Kanälen innerhalb des 26-MHz-Bandes, das in den USA für diese Art von Dienstleistung (902-928 MHz) bereitgestellt wird, zu schaffen. In der bevorzugten Ausführungsform besetzt jeder 62-Benutzer-Gruppen-Kanal näherungsweise 2,16 MHz. Dies erlaubt es bis zu 12 Basisstationen, im Nachrichtenverbindungsbereich voneinander ohne sich gegenseitig zu beeinflussen zu arbeiten. Die beschriebene System-Ausführungsform schafft Einrichtungen, die es einem Hör-/Sprecheinheitsbenutzer erlauben, sich aus dem Gebiet, das von einer Basisstation bedient wird, zu demjenigen, das von einer anderen bedient wird mit selbsttätiger Weitergabe von der einen zur anderen zu bewegen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, Einrichtungen zum Untereinander-Verbinden von Benutzern zur Nachrichtenverbindung zu schaffen und zum Verbinden von Benutzern an entfernte Fernmeldesysteme. In der beschriebenen Ausführungsform wird das durch Verbinden jeder Basisstation zu Fernmelde-Schalteinrichtungen, wobei jeder Hör-/Sprecheinheitsbenutzer mit einem gesonderten Zugang zu einem örtlichen Wähl-Netzwerk, und dadurch zu allgemeinen Trägernetzwerken, versehen wird, bewerkstelligt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 erläutert eine Ausführungsform der Erfindung mit einer einzelnen Basisstation in schematischer Form,
Fig. 2 zeigt eine einzelne Hör-/Sprecheinheit, zusammen mit ihrer beweglichen Gabel/Ablage, einer typischen Einrichtung um sicherzustellen, daß Batterien, die sie versorgen, auf voller Ladung gehalten werden,
Fig. 3 zeigt in Form eines Blockdiagramms eine Anordnung mit einer Mehrzahl von Basisstationen, wobei jede in diesem Falle 128 Hör-/Sprecheinheiten unterstützt, von denen 62 in jedem vorgegebenen Augenblick in Benutzung sein können,
Fig. 4A erläutert die Zuweisung von (Gruppen-)Kanälen in einem Teil des elektromagnetischen Spektrums; der zur Benutzung durch diese Art des Nachrichtenverbindungsdienstes zugeteilt ist,
Fig. 4B erläutert die Verwendung von abwechselnden Kanälen in einem vorgegebenen physikalischen Bereich um die Störung zwischen Gruppen von Hör-/Sprecheinheiten möglichst gering zu halten,
Fig. 5 zeigt eine beispielhafte Anordnung für die Hör-/Sprecheinheit, mit einer senkrecht polarisierten Peitschenantenne, die an der Spitze angebracht ist, und einer waagrecht polarisierten Schleifenantenne, die in ihrem Fuß eingebettet ist,
Fig. 6 bildet einen 10-ms-Rahmen einer bevorzugten Gesamt (Dienstleitungs-und Sprachkanal) Signalstruktur ab,
Fig. 7 zeigt die Kombination von Unterrahmen in ein 640-ms-Signal,
Fig. 8 erläutert ins Einzelne gehend die Signalstruktur eines Dienstleitungskanals,
Fig. 9 ist eine typische Darstellung der Informationsanordnung von Dienstleitungsbefehlen und der zugehörigen Antwort,
Fig. 10 erläutert den Ort und die Verwendung von Steuerdaten, die in Sprachübertragungen eingebettet sind, zur Systemsteuerung während der Nachrichtenverbindung zwischen einer Hör-/Sprecheinheit und einer Basisstation,
Fig. 11 ist ein Sprachkanal-Steuerbefehlsformat und ein Auszug aus Sprachkanalsignalen,
Fig. 12 ist ein allgemeines Blockdiagramm der Unterrahmen-Synchronisierung, die in der Erfindung enthalten ist,
Fig. 13 ist ein Blockdiagramm der Signalleistungsmessung zur Antennenwahl und Sendeleistungssteuerung;
Fig. 14 ist ein Diagramm des Frequenz-Diskriminators und AFC- Trägerverfolgungs-Schleife ((loop)), die in der Erfindung enthalten ist,
Fig. 15 erläutert einen PR-Codephasen-Diskriminator und Verfolgungsschleife an der Hör- /Sprecheinheit, was in der Erfindung enthalten ist,
Fig. 16 erläutert einen PR-Codephasen-Diskriminator und Verfolgungsschleife an einer Basisstation;
Fig. 17 sind beispielhafte Blockphasen-Schätzungs- und Differentialdaten-Entschlüsselungs- Schaltkreise, die in der Erfindung enthalten sind
Fig. 18 ist eine Erläuterung in Diagrammform einer Differentialdatencodierung, die in der Erfindung enthalten ist, und
Fig. 19 ist ein Blockdiagramm einer selbsttätigen Verstärkungsregelung in den Hör- /Sprecheinheiten.

INS EINZELN GEHENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 erläutert die Hardware-Anordnung für einen 62-Benutzer-System-Hardware-Satz, z. B. eine grundlegende Systemanordnung mit einzelner Basisstation. Jeder Hardware-Satz besteht aus einer Basisstation und bis zu 62 Hör-/Sprecheinheiten 11-1, 11-2, ... 11-n mit Gabel. Das System bestimmt eine Anordnung mit sternförmigem Netzwerk mit der Basisstation im Zentrum des Sterns. Die Basisstation 10 enthält einen Sende-Empfänger 12 für jede einzelne Benutzer-Hör-/Sprecheinheit im System in Betrieb. Die Polarisations-Diversity wird im System durch die Verwendung dualer kreuzpolarisierter Antennen 11A1 und 11A2 in jeder Hör- /Sprecheinheit geschaffen.
Eine einzelne Antenne 13 wird in der Basisstation 10 benutzt. Es ist nur eine Antenne erforderlich, weil der Verbindungskanal in Hinblick auf die Richtung symmetrisch ist, zur Basisstation hin und von ihr weg, so das duale kreuzpolarisierte Antennen an der Hör- /Sprecheinheit ausreichen, um im System Diversity zu schaffen. Sende-Empfänger 12 sind durch Auf/Ab-Wandler ((up/down converter)) und Verteilungsverstärker 14 an die Antenne 13 angeschlossen und werden durch eine gemeinsame Bezugsoszillator 15-Taktung, Logik 16 und Fernmeldesystem-(TELCO)-Schnittstelle 17 bedient.
Die Hör-/Sprecheinheit-Hardware-Anordnung ist in Fig. 2 gezeigt. Die Hör- /Sprecheinheitsgabel 18 dient zwei Zwecken. Sie schafft einen Platz, um die Hör- /Sprecheinheit 19 physisch aufzubewahren, wenn sie nicht in Benutzung ist, und schafft eine Lademöglichkeit, um die Ladung auf den Hör-/Sprecheinheitbatterien wie erforderlich wieder aufzufüllen. Rote und grüne Alarmlichter 20 sind auf de Hör-/Sprecheinheit vorgesehen. Diese Lichter dienen dazu, die Angemessenheit der physischen Stelle der Gabel anzuzeigen. Wenn die empfangene Signalstärke angemessen ist, leuchtet ein grünes Licht auf. Wenn die empfangene Signalstärke nicht angemessen ist, leuchtet ein rotes Licht auf und die Hör-/Sprecheinheit kann einige Zentimeter bewegt werden. Da die Hör-/Sprecheinheit Polarisations-Diversity aufweist, wird die Notwendigkeit, den Gabelort zu verschieben, fast niemals auftreten.
Der Hauptzweck des Systems in dieser Ausführungsform ist es, für die potentiell bewegliche Benutzergemeinde eine Sprachverkehrsfähigkeit zu liefern. Um diese Fähigkeit zu schaffen, wird eine Fernsprechsystem (TELCO)-Unterstützung und eine Schnittstellen-Fähigkeit bereitgestellt. Diese TELCO-Unterstützungsfunktionen bestehen aus 1) Rufaufbauvorgangsunterstützung, 2) Benutzerinformations-Datenbankunterstützung und Aktualisierung, 3) der Fähigkeit, mehrere Anrufe zu programmieren, und 4) zugehörige Unterstützungsfunktionen.

ANRUFAUFBAUVORGÄNGE

Dies schließt eine Schnittstellenverbindung mit der TELCO, Liefern und Interpretieren aller Signalvorgänge, die erforderlich sind um sowohl eingehende wie ausgehende Anrufe aufzubauen, ein. Dies schließt solche Dinge wie Wählen, ein Besetzt-Signal und eine Läutefunktion ein. Alle diese Funktionen werden durch den Dienstleitungskanal (DL ((OW)) gehandhabt und später hier beschrieben.

BENUTZERINFORMATIONSDATENBANK

Eine typische Mehrfach-Basisstations-System-Anordnung ist in Fig. 3 erläutert. Ein System von N Basisstationen BS-#1 ... BS#N, jede mit 62 Sprachverkehrskanäle-Fähigkeit wird gezeigt. Auch gezeigt wird, daß jede Basisstation möglicherweise bis zu 128 (nicht alle gemeinsam in Benutzung) Benutzer (HS#1 ... HS#128) zeitweilig unterstützen können muß. Für diese angenommenen Bedingungen muß das TELCO Basisstations-System (diese TELCO-Einheit wird manchmal auch als mobiles Fernmelde-Umschaltamt ((MTSO, Mobile Telecommunications Switching Office)) bezeichnet) die Möglichkeit haben, Anrufe zu 128n verschiedenen Rufnummern (unterschiedliche Benutzer) zu erkennen und richtig zu leiten. Dies führt dazu, daß mindestens vier Daten für jeden Benutzer wie folgt erforderlich sind:
1) Eine Seriennummer, die für eine bestimmten Hör-/Sprecheinheit eineindeutig ist. Dies ist eine feste, vom Hersteller zugewiesene Nummer und identifiziert die Hör-/Sprecheinheit als berechtigten Systemnutzer.
2) Eine Identifikationsnummer identifiziert eine Hör-/Sprecheinheit als eines der 128 Mitglieder eine bestimmten Benutzergemeinde, die einer Basisstation zugehörig ist. Dies ist eine Nummer, die durch die Basisstation willkürlich zugewiesen wird wenn ein Hör- /Sprecheinheit ein Mitglied ihrer Benutzergemeinde wird.
3) Eine Kanalnummer identifiziert einen der 62 Sprachverkehrskanäle, die jedes Mal, wenn ein Anruf aufgebaut wird, zur Benutzung willkürlich zugewiesen werden.
4) Die Menge der Rufnummern sind die Rufnummern, die eineindeutig durch die TELCO der Menge der Systemnutzer zugewiesen werden.
Eine Anzahl von Betriebsformen wie der "3-Wege-Ruf" und "Abwarten eines Rufes" erfordern das Verarbeiten mehrerer Anrufe gleichzeitig während ein Anruf statthat. Dies verlangt das Vorhandensein eines 2-Wege-Steuerkanals innerhalb des Sprachverkehrskanals. Solch ein Steuerkanal wird geschaffen und wird später beschrieben.
Es gibt auch eine Anzahl von Unterstützungs- oder Zusatzfunktionen, die bereitgestellt werden können. Dies sind Funktionen, die für das Grundsystem nicht entscheidend sind, aber die das Telefon bequemer für den Benutzer machen. Das schließt solche Dinge wie "Schnellruf" oder Schnellwählen, was das Wählen häufig angerufener Nummern durch Drücken von nur zwei Knöpfen auf der Hör-/Sprecheinheit erlaubt, ein.
Solange wie die Benutzer darauf beschränkt sind, nur über eine bestimmte Basisstation zu arbeiten, sind die Betriebsweisen wohldefiniert und die Ausrüstung muß sich nur damit beschäftigen, die Zeitfolge der Signale und einen angemessenen Übertragerleistungspegel aufrechtzuerhalten. Wenn das System so bestimmt ist, daß es aus vielen Basisstationen über einen ausgedehnten geographischen Bereich oder zur Abdeckung mehrerer Etagen in einem mehrgeschossigen Gebäude bestehen soll, muß der Benutzer in der Lage sein, Herumzuwandern ((roam)) oder einen Übergabe-Vorgang von einer Basisstation zu einer anderen durchzuführen. Somit wird bei einem Mehrfach-Basisstations-System angenommen, daß jeder Benutzer aus dem Zellbereich, der durch seine ursprüngliche Basisstation bedient wird, zu dem Zellbereich, der durch eine andere kompatible Basisstation abgedeckt wird, herumzuwandern.
Die Bedeutsamkeit eines Zellenmusters ist dreifach: 1) Es bestimmt eine Minimal-Reichweite zwischen zwei Zellen, die die gleiche Frequenz teilen, womit Gleichkanalstör-Effekte bestimmt werden, 2) Es kann die ausschließlichen Nachbarn jeder gegebenen Zelle bestimmen, und vermindert dadurch die Suchzeit für eine neue Zelle beim Versuch einer Herumwander-/Übergabe-Betätigung, und 3) Es bestimmt ob ein Gebäude mit mehreren Stockwerken bedient werden kann ohne an wesentlicher Störung zwischen gleichen Zellen auf angrenzenden Stockwerken zu leiden.
Ein Zwölfer-Muster ist aus all diesen Gründen sehr wünschenswert. Ein sechseckiges 12-Zellen-Muster hat sechs eindeutig bestimmte Nachbarn pro Zelle und liefert eine 6-Zellen-Radien-Trennung zwischen gleichen Zellen. Für Mehretagenbetrieb liefert dies 3-Zellen- Radien-Trennung plus der Dämpfung zwischen Stockwerken. Zum Innenraum-Betrieb kann wahrscheinlich ein quadratisches Muster benutzt werden, da ein quadratisches, oder rechteckiges, Muster sich besser zur Benutzung innerhalb eines Gebäudes anbietet.
Wenn ein Benutzer innerhalb seiner Zelle herumwandert, wird er gelegentlich die Grenzen guter Abdeckung erreichen. Sobald die Hör-/Sprecheinheit erkennt, daß sie die Grenzen ihrer Betriebsreichweite erreicht, wird sie den Zellbereich, in den sie gerade eintreten wird, identifizieren. Die Hör-/Sprecheinheit wird fortlaufend nach Signalen von anderen angrenzenden Benutzergruppen, die Mitglieder des Gesamtsystems, aber außerhalb seiner gegenwärtigen Zelle sind, suchen. Dies wird dadurch geschehen, daß andere DL-Signale als die DL seiner eigenen Zellgruppe gesucht werden, um die Suchzeit möglichst gering zu halten und die Wahrscheinlichkeit des Verlierens des gegenwärtig in Benutzung befindlichen Sprachkanals, bevor er einen neuen mit der nächsten Basisstation aufbauen kann, möglichst gering zu halten, hält eine Hör-/Sprecheinheit eine Datenbank aufrecht, die das relative Zeitverhältnis zwischen allen angrenzenden Basisstationen bestimmt. Die Einzelheiten dieser Arbeitsweise werden später vorgestellt.
Sobald mit der DL der "nächsten" Zelle Verbindung aufgenommen worden ist, muß die Hör- /Sprecheinheit nun Zulassung zu der Zelle als ein neuer Benutzer anfordern. Wenn er zugelassen wird, wird der Hör-/Sprecheinheit eine Identifikationsnummer als berechtigter Benutzer der Gruppe zugewiesen. Zu dieser Zeit müssen alle relevanten Daten auf der Hör-/Sprecheinheit, d. h. laufende Nummer, Identifikationsnummer und Rufnummer der Hör-/Sprecheinheit, der Datenbank der Basisstation zugeleitet und dort gespeichert werden. Die örtliche TELCO-Datenbank muß auch auf Stand gebracht werden, so daß sie weiß wohin, d. h. zu welcher Basisstation, Anrufe, die für diese spezielle Rufnummer bestimmt sind, gerichtet werden müssen. Wenn ein Anruf statthaft, bezieht die Übergabe jetzt die örtliche TELCO eng ein. Die örtliche TELCO muß nun nicht nur ihre Datenbank auf Stand gebracht bekommen, sie muß einen statthabenden Anruf von einer Basisstation in Echtzeit zu einer anderen umleiten.
Das System ist begrenzt durch die FCC-Regel, daß mit nicht mehr als 1 W (30 dBm) gesendeter Leistung von sowohl der Hör-/Sprecheinheit wie der Basisstation gearbeitet wird. Demzufolge ist klarerweise die Basisstation der begrenzende Faktor. Jedoch, gemäß dieser Erfindung, kann ein sehr konkurrenzfähiges System errichtet werden, obwohl die 1-Watt-Gesamt-Maximal-Leistungsbegrenzung erfüllt wird. Im allgemeinen, wenn eine dicht besiedelte Benutzergemeinde bedient wird, können Basisstationen mit großer Kapazität, die in der Lage sind, eine große Anzahl von Benutzern zu bedienen, verwendet werden und arbeiten über eine verhältnismäßig kurze Reichweite. Alternativ, wenn eine dünn besiedelte Benutzergemeinde bedient wird, können Basisstationen mit einer geringeren Kapazität, die in dar Lage sind, eine kleinere Anzahl von Benutzern zu bedienen, verwendet werden, wobei sie über eine größere Nachrichtenverbindungsreichweite arbeiten.

AUTOMATISCHE VERSTÄRKUNGSREGELUNG

BENUTZER ZUR BASISSTATION

Jede Basisstation weist einen festen Bezugssignalpegel auf, gegen den alle Schätzungen von empfangenen Hörer-Signalpegeln verglichen werden. Auf der Grundlage dieser Vergleiche, wird das Sendeleistungs-Vorspannglied ((bias member)) in jeder Hör-/Sprecheinheit eingestellt wie später beschrieben. Das Leistungs-Regelsystem kann die an der Basisstation von jeder Hör-/Sprecheinheit empfangene Leistung innerhalb einer Genauigkeit von ungefähr 1 dB ohne die Notwendigkeit einer automatischen Verstärkungsregelungsschaltung in der Basisstation aufrechterhalten.

BASISSTATION ZU BENUTZER

Der Basisstations-Sendeleistungspegel wird an der Höchstleistungseinstellung festgehalten. Sobald die Hör-/Sprecheinheit durch die Zelle transportiert wird, wird ihr empfangener Signalpegel sich über einen maximalen dynamischen Bereich von ungefähr 90 dB ändern. Um die Eingangsspannung zum Hauptsignalpfad-Analog-/Digitalwandler in der Benutzereinheit bei nominell der Hälfte der ganzen Skala zu halten, und dadurch Abschneiden und Probleme des Verlustes an Auflösung zu vermeiden, wird eine automatische Verstärkungsregelungsfunktion vor dem A/D eingebaut.

FREQUENZPLAN

Der System-Hochfrequenz ((RF))-Frequenzplan für die offenbarte Ausführungsform wird in Fig. 4 erläutert. Das 15,247-Band gemäß der FCC-Regelung, das für diese Art Anwendung beabsichtigt ist, erstreckt sich von 902 MHz bis 928 MHz, was eine Gesamtsystembandbreite von 26 MHz liefert. Jedem Untergruppen-Signal wird eine 1,0833 MHz Bandbreite zugeteilt, derart, daß eine Gesamtmenge von 24 Untergruppen aufgenommen werden kann.
Der Frequenzabstand zwischen angrenzenden Untergruppen-Trägerfrequenzen wird auf 1,0833 MHz festgesetzt. Die 3 dB-Bandbreite jeden Untergruppensignals wird auf ungefähr 1 MHz festgesetzt, oder ungefähr 80% der zentralen Keulen-Bandbreite des Signalspektrums.
Um die Störung angrenzender Kanäle möglichst gering zu halten, werden zwei angrenzende Untergruppen-Kanäle nicht irgendeiner gegebenen Basisstation zugewiesen. Nur abwechselnde Untergruppen werden zum Betrieb innerhalb einer gegebenen Basisstation zugewiesen. Fig. 4b zeigt eine typische Untergruppenzuweisung für ein System aus vier Untergruppen.
Der Vorteil des Benutzens von nur abwechselnden Untergruppenbändern innerhalb eines vorgegebenen Systems, oder Zelle, ist, daß es die Verwirklichung einer bedeutenden Überschußdämpfung bei möglichen Störsignalen angrenzender Kanäle und bei Gleichkanalstörsignalen erlaubt.
Das System schafft das Merkmal, daß unterschiedliche PR-Sequenzen in unterschiedlichen Zellen benutzt werden können. Die Verwendung von unterschiedlichen PR-Sequenzen in gleichen Zellen hält die Gleichkanalstörung möglichst gering. Unterschiedliche PR-Sequenzen würden in gleichen Zellen benutzt, wenn eine gegebene Zellanordnung erzwingt, daß gleiche Zellen einander näher als gewünscht angeordnet werden.

POLARISATIONS-DIVERSITY

Antennen-Polarisationsdiversity an der Benutzer- Hör-/Sprecheinheit wird, in der bevorzugten Ausführungsform, als die wirksamste Methode zum Vermindern des Mehrwegschwundes, gewählt. Der Einsatz der Polarisations-Diversity an der Hör-/Sprecheinheit erfordert zwei Antennen an der Hör-/Sprecheinheit und einen einzigen Schalter um zwischen ihnen zu wählen. Die Kanalauslotung ((channel sounding)) wird durchgeführt, um die beste Antenne auszuwählen, in jedem 10 ms Zeit-Unterrahmen.
Durchgeführte Untersuchungen zeigen an, daß Polarisationsdiversity eine Verbesserung in der Signalempfangsfähigkeit so gut wie oder besser als jegliche andere Diversity-Technik liefert. Die Verwendung der Polarisationsdiversity wirkt sich nicht nachteilig auf die Leistungsfähigkeit des Systems aus, wie es manche Techniken tun, und zusätzliche Hardware-Komplexität, die erforderlich ist, um Polarisationsdiversity hinzuzufügen, ist äußerst gering. Das System setzt die Verwendung von dualen kreuzpolarisierten Antennen an der Hör-/Sprecheinheit ein. Eine typische Hör-/Sprecheinheits-Antennenanordnung ist in Fig. 5 erläutert. Die Antennenanordnungen, die in Fig. 5 gezeigt sind, benutzen eine Peitsche 11A1 und eine Alford-Schleife 11A2. Die Trennung der Peitsche 11A1 und der Schleife 11A2 kann die Polarisationsdiversity-Wirkung schwächen, liefert aber dann räumliche Diversity. In der bevorzugten Ausführungsform sollte die Schleife ungefähr 3 Inch im Quadrat haben um die gleiche Empfindlichkeit wie die Peitschenantenne 11A1 zu haben.
Das Antennenmuster der Basisstation sollte dem Bereich, der bedient werden soll, angemessen sein. Falls die Basisstation im Mittelpunkt des Dienstbereiches angeordnet ist, sollte ihr Muster in der waagrechten Ebene ungerichtet sein. In den meisten Fällen werden die Benutzer über einen engen senkrechten Abschnitt verteilt sein, und die Antenne der Basisstation kann ein enges senkrechtes Muster haben. Solche Muster werden gewöhnlich durch die Verwendung senkrechter linearer Anordnungen erhalten. Ein praktisches Element für eine solche Anordnung ist der Lindenblad-Strahler, der 1936 zur Verwendung bei 120 MHz erfunden wurde. Es ist eine Zusammenstellung von vier Dipolen, die im Abstand um eine zentrale Stützstange angeordnet sind, um 45º gekippt und in Phase gespeist.
Diese Antenne liefert eine zirkulär polarisierte Welle. Eine Anordnung dieser Elemente kann leicht so zusammengesetzt werden, daß sie das senkrechte Muster verengt, wobei eine praktische Grenze durch den Raum, der für die Aufstellung verfügbar ist, gesetzt wird. Diese Anordnung ist schon geschäftlich verwendet worden. Der Vorteil der Gestaltung nach Lindenblad ist, daß sie einfach und sehr tolerant gegen Einbau-Abweichungen ist. Sie wurde bei vielen Anwendungen bis zu Frequenzen im X-Band verwendet. Beim Zusammenbau der Anordnung muß der gegenseitigen Impedanz zwischen Anordnungs-Elementen gebührend Beachtung geschenkt werden. Die praktische Grenze für den Anordnungsverstärkungsfaktor liegt irgendwo um 10 dB wo die 3 dB Strahlbreite ungefähr 20º wird.
Im Falle daß die Benutzerverteilung breit in der senkrechten Richtung ist - wie bei mehreren Stockwerken in einem hohen Gebäude, ist eine weniger gerichtete Antenne erwünscht. Dann würde ein einzelnes Element oder eine kurze Anordnung bevorzugt.

MEHRERE BASISSTATIONEN: SYNCHRONISATION

Wenn sich zwei Hör-/Sprecheinheiten, die in gegenseitig angrenzenden Zellen (die von verschiedenen Basisstationen bedient werden) arbeiten, nahe beieinander und an der Zellengrenze befinden, kann sich ein Nachbarzellenstörungs-(NZS)-Verhältnis von I/S = 80 dB oder mehr ergeben. Wenn die beiden Zellsysteme nicht synchronisiert sind und wenn eine Hör-/Sprecheinheit sendet während die andere empfängt, wird der Betrieb an beiden Hör-/Sprecheinheiten unterbrochen. Dies kann dadurch vermieden werden, daß man aneinandergrenzende Basisstationen gegenseitig synchron mit einer Genauigkeit von +/- 8 us macht. Dies ist so, weil es eine Mindestabstandszeit von 16,6 us zwischen aufeinanderfolgenden Empfangs-/Sendezeitspannen in jedem Unterrahmen gibt.
Die bevorzugte Vorgehensweise zur Zeitabstimmung in dieser offenbarten Ausführungsform ist es, ein Eingangssignal von eine Präzisionszeitquelle an eine zentrale Stelle zu geben (eine der Basisstationen (Fig. 3) wird bestimmt, die Leit-Basisstation zu sein). Dieses Zeitsignal kann dann an eine Zusammenstellung von Basisstationen zusammen mit den anderen TELCO-Schnittstellen-Leitungen gegeben werden. Diese Vorgehensweise gilt sowohl für Innenraum- als auch für Außen-Basisstationen-Systeme. Bei einem Innenraum-System wird es eine Leit-Basisstation oder Zentralstelle geben. Bei einem Außensystem könnten es viele sein, in Abhängigkeit von der Ausdehnung des Systems und seinem Aufbau.
Die Synchronisation für ein begrenztes System, z. B. ein System, das bestimmt ist, ein Gebäude zu bedienen, ist keine Schwierigkeit. Eine Basisstation kann als die Leit-Station bestimmt werden und sie würde Zeitvorgaben an alle anderen Basisstationen verteilen. Das Zeitsignal kann mit der TELCO-Schnittstellen-Verdrahtung verteilt werden. Alternativ kann das GPS, die Zeitquelle des Hauptbüros der örtlichen Fernmeldegesellschaft usw. benutzt werden.

SIGNALSTRUKTUR, DATENINHALT, PROTOKOLLE UND SIGNALVERARBEITUNG

In dieser Ausführungsform der Erfindung wird die Signalstruktur für das System auf zwei zugrundeliegende Ziele gegründet:
1) synchron mit 20-ms-Rahmen eines 16 Kbps-Sprachkodierers/Entkodierers zu arbeiten, und
2) zusätzliche Signalwegverzögerungen unter 10 ms zu halten.
Demgemäß ist die bevorzugte Signalstruktur eine Folge von 10-ms-Unterrahmen, wie in Fig. 6 gezeigt, wobei jeder aus vier unterschiedlichen Perioden besteht, zwei für eingehendes und zwei für ausgehendes Signalisieren, und jeder einer von 64 Unterrahmen ist, die einen 640-ms-Rahmen bilden, wie in Fig. 7 gezeigt. Die eingehenden Signale werden mit einem anderen PR-Code gespreizt als die ausgehenden Signale, aber mit der gleichen Codelänge und Chiprate ((chiping rate)).
Die Sprachkanaldaten bestehen aus 16 Kbps Zweirichtungs- digitaler Sprache, plus einer 400 bps Zweirichtungs-Steuerverbindung. Die Datenmodulation ist differentiell kodiertes QPSK, gesendet mit einer Stoßrate ((burst rate)) von 20,72 Kps. Das Datensignal wird zweiphasig moduliert mit einem Spreizcode von 32 mal der Stoßsymbolrate ((burst symbol rate)) (663 KHz). Die spreizende Code ist die modulo-2-Summe einer PR-Sequenz mit der Länge 255 und einer Rademacher-Walsh-(R-W)-Funktion mit der Länge 32. Die Nur-Einser-(("all-ones")) R-W-Funktion wird als ein Dienstleitungskanal innerhalb jeder 32-Kanal-Untergruppe benutzt; die verbleibenden 31 Funktionen werden jede einem anderen Sprachkanal in dieser Untergruppe zugeordnet.
Aus der Sicht einer Hör-/Sprecheinheit die schon einer speziellen Basisstation zugeordnet ist, können die vier Zeitabschnitte innerhalb jedes Unterrahmens wie folgt gesehen werden:
In dieser Erörterung wird der Terminus "Symbol" in der Bedeutung "Sprachkanalsymboldauer", d. h. 32 Chip-Zeiten, benutzt, selbst wenn die Aktivität auf dem Dienstleitungskanal stattfindet. Der Terminus "Sprachkanal" bedeutet eine Kombination aus einem Kanal einer Frequenz und "non-unity"-Rademacher-Walsh-Code.
(1) (AUSLOTUNG ((SOUND))) Die Basisstation sendet ein 12-1/4 Symbol Nur-Einser-Auslotungsmuster ((sounding pattern)) (d. h. keine Datenübergänge) auf jedem Dienstleitungskanal mit einem Pegel, der 15 dB höher ist als der für individuelle BS → HS-Sprachkanäle; jede Hör-/Sprecheinheit empfängt die ersten sechs Symbole auf einer Antenne A1, schaltet zur anderen Antenne A2 während des nächsten 1/8-Symbols, empfängt die nächsten sechs Symbole auf A2, vergleicht die Leistung zwischen A1 und A2, wählt die Antenne mit der höheren Leistung und schaltet zu dieser Antenne während des nächsten 1/8-Symbols.
Der Leistungspegel aus der gewählten Antenne wird durch die Hör-/Sprecheinheit benutzt, um die Sendeleistung während der folgenden HS-SYNC und HS → BS-Teile des Signals zu bestimmen, und auch als ein Code-Sync-Fehler-Maß, das in seine Verzögerungs-Verriegelungs-Code-Verfolgungsschleife ((delay lock code tracking loop)) einzugeben ist.
(2) (BS → HS) Auf jedem aktiven Sprachkanal sendet die Basisstation einen Sprachdaten-Stoß von 91 QPSK-Symbolen, gefolgt von einer Schutzzeit von 11 Chips. Die Hör-/Sprecheinheit empfängt diese Daten auf der Antenne, die während der Auslotungsperiode gewählt wurde. Die Sprachkanaldaten sind wie folgt aufgebaut:
1 Phasenbezugssymbol
2 Kanalsteuersymbole
80 Kodierte Sprachdaten-Symbole
8 Reservesymbole (reserviert für zukünftigen Gebrauch)
(3) (HS SYNC) Auf der Grundlage eines automatischen zyklischen Mehrfachzugriffs im Zeitmultiplex (TDMA) sendet eine Mitglieds- Hör-/Sprecheinheit in jeder Untergemeinde von 64 Mitgliedern (d. h. eine pro Dienstleitungskanal) ein kontinuierliches Nur-Einser-Richtsignal (d. h. keine Datenübergänge sondern PR-Chip-Übergänge) an die Basisstation auf seinem zugehörigen Dienstleitungskanal für die Dauer von 12-1/8 Symbolen, gefolgt von einer 1/8-Symbol Schutzzeit. Der Dienstleitungskanal der Basisstation führt eine Verzögerungs-Verriegelungs-Schleifen-Fehler-Messung auf dieses Signal hin durch und bereitet einen Zeitkorrekturbefehl vor und fügt ihn in eine Warteschlange ein, falls erforderlich, der zu jener Hör-/Sprecheinheit bei nächster Gelegenheit gesendet werden soll. Jede sendende Hör-/Sprecheinheit sendet unter Verwendung der Antenne, die sie während der Auslotungs-Periode gewählt hat, mit einem Leistungspegel, der aus der Leistung, die von jener Antenne während jener Periode empfangen wurde, bestimmt wird.
(4) (HS → BS) Auf jedem aktiven Sprachkanal sendet die Hör-/Sprecheinheit einen Sprachdatenstoß von 91 Symbolen, gefolgt von einer Schutzzeit von 11 Chips, auf der Antenne die während der Auslotungsperiode gewählt wurde. Dieser eingehende Stoß hat das selbe Format wie der BS → HS-Stoß der Periode (2).
Somit ist das Zeitmultiplex-Duplex-Signal symmetrisch, in Bezug auf Form und Inhalt, wobei seine ausgehenden und eingehenden Abschnitte im wesentlichen miteinander identisch sind, von der insgesamt zur Verfügung stehenden Zeit werden 77,2% für Sprachdaten, 10,6 für dazu in Beziehung stehende Overhead- und Reserve-Kapazität, 5,8% für die Kanalauslotung, 5,8% für die Hör-/Sprecheinheit-Synchronisation und 0,6% für verschiedene Schalt- und Schutzzeiten verwendet.
Die Vorteile der gewählten Signalstruktur sind unter anderem folgende:
1) Ein überlassener Zweirichtungs-Dienstleitungskanal (für die Übertragungswegsteuerung) für je 31 Sprachkanäle
2) Keine Sprachkanalaktivität während des Auslotungsstoßes (bei 15 dB höher als individuelle Sprachkanäle, erlaubt sehr genaue Messungen der empfangenen Leistung, der Zeitversetzung und der Frequenzabweichung.
3) Überlassene Hör-/Sprecheinheits-Synchronisation pro Kanal erlaubt genaue Messungen der Hör-/Sprecheinheitsleistung und der Zeitversetzung ohne Störung aufgrund von Zeitfehlern in anderen Kanälen.
4) Zweirichtungs-400 bps-Steuerübertragungsweg, der in jeden Sprachkanal eingearbeitet ist (für die Hör-/Sprecheinheitsleistung und die Zeitsteuerung wie auch als Übertragungswegsteuerung).

DIENSTLEITUNGSKANAL-SIGNALSTRUKTUR

Die Dienstleitungskanalstruktur ist in Fig. 8 gezeigt. Vier Perioden der Gesamt-Multiplex-Duplex-Struktur werden auf einer Dienstleitungssignalstruktur überlagert, die aus (in jeder Richtung) zwei DL-Symbol-Perioden, gefolgt von 10 tatsächlichen DL-Symbolen plus einem 7-Sprachkanal-Symbol-Rahmen Synchronizität/Paritätsprüfungs-Signal und einer 32 Chip Schutzzeit bestehen. Jeder halbe Unterrahmen hat genau eine Dauer von 13 DL-Symbol-Perioden.
Die Dienstleitungssignalstruktur wurde so entworfen, daß sie die Signalsucheffektivität möglichst groß macht, d. h. die erwarteten Suchzeiten möglichst klein macht. Jede DL-Symbol-Periode = 255 PR-Chips = eine PR-Codesequenz-Länge, somit integrieren wir durch das Durchführen von Energiemessungen über eine DL-Symbol-Periode über eine PR-Codesequenzlänge und machen voll von den Vorteilen der PR-Kodierungs- Autokorrelationseigenschaften Gebrauch.
Ferner, die Wahl einer genauen ganzen Zahl von PR-Sequenz-Längen pro halbem Unterrahmen 1) vereinfacht in hohem Maße die Gestaltung des PR-Kodierers und den Suchalgorithmus, und 2) ist entscheidend um Codephase-Mehrdeutigkeiten zu vermeiden, die typische und worst-case anfängliche Suchzeiten um mehr als das Zehnfache verlängern würden.
Während zwei Auslotungs-Perioden, den Schaltzeiten, die an jedem Ende zugewiesen werden, und der Bezugsphasenperiode (d. h. für eine Gesamtheit von (192 + 4)·2 + 118 = 510 Chips = 2 DL-Symbol-Perioden) sendet die Basisstation einen kontinuierlichen (gespreizten) Ton, was einer Nur-Einser (("all-ones"))-Daten-Modulation (d. h. keine Datenübergänge) entspricht. Die nächsten 10 DL-Symbole enthalten Dienstleitungsdaten, wie unten beschrieben.
Das ausgehende Dienstleitungskanal-Rahmen-Synchronfeld enthält 7 Sprachkanalsymbole (14 bits), die als 6-Bit Paritätsprüfung auf die 20 DL-Bits, 6 Bits Unterrahmennummer innerhalb des Rahmens (0-63), und 2 Bits Paritätsprüfung auf die Unterrahmennummer geordnet sind. Somit sind 12/13 = 92,3% der Basisstationsdienstleitungskanalsendezeit (d. h. 46,1% der Gesamtzeit) für Hör-/Sprecheinheiten für Signalbeschaffungszwecke verfügbar.
Das eingehende Dienstleitungssignalformat besteht aus zwei Abschnitten. Während des ersten, auf einer zyklischen Basis, sendet eine Hör-/Sprecheinheit aus jeder Gemeinde von 64 einen kontinuierlichen (gespreizten) Ton, was einer Nur-Einser-Daten-Modulation (d. h. keine Datenübergänge) entspricht, für eine Dauer von 388 Chips, um es der Basisstation zu erlauben, die Synchronisierung, Leistung und Qualität des Sendecodes diese Hör-/Sprecheinheit während einer Periode zu messen, in der es sichergestellt ist, daß keine Störung von anderen Hör-/Sprecheinheiten auf dem gleichen Kanal vorliegt.
Vier Chips Schutzzeit später, falls der gegenwärtige Dienstleitungs-Zeitschlitz zugewiesen ist, sendet die Hör-/Sprecheinheit, die diesem Schlitz zugewiesen ist, ein erstes 118-Chip Phasenbezugssymbol, dann 10 DL-Symbole und schließlich ein 7-Sprachkanal-Symbol (14 Bit)-Feld, das eine Paritätsprüfung der 20 Dienstleitungsbits enthält; die 31 letzten Chips des eingehenden Dienstleitungssignalabschnitts sind bloß Schutzzeit.
Wenn der gegenwärtige Dienstleitungs-Zeitschlitz nicht zugewiesen ist, kann auf ihn durch umherwandernde Hör-/Sprecheinheiten, die Mitgliedschaft in einer neuen Basisstationsgemeinde suchen, zugegriffen werden, oder durch Hör-/Sprecheinheiten, die gerade von STANDBY- auf AKTIV-Modus umgeschaltet worden sind und eine Sprachkanalzuweisung suchen. Die Signalstruktur für solche Zugriffe ist mit der für zugewiesene Zugriffe identisch.

DIENSTLEITUNGSKANAL-DATENSTRUKTUR UND -PROTOKOLL

Jeder ausgehende Dienstleitungstoß enthält einen 10-Symbole (20-Bit) Dienstleitungsbefehl, formatiert wie in Fig. 9 gezeigt. Das 5-Bit-Funktionenfeld legt fest, welche der verschiedenen Befehls- oder Rundsende-Funktionen aufgerufen wird. Für die meisten Befehlsfunktionen ist auch ein 7-Bit Hör-/Sprecheinheits-ID-Feld enthalten, um festzulegen, an welche der bis zu 128 Hör-/Sprecheinheiten in der örtlichen Basisstationsgemeinde der Befehl gerichtet wird. Die verbleibenden 8 Bit (oder in manchen Fällen alle verbleibenden 15 Bit) werden bestimmt, wie durch die spezielle Befehls- oder Rundsende-Funktion erfordert.
Die Antwort auf irgendeinen ausgehenden (d. h. zu einer Hör-/Sprecheinheit) Befehl oder eingehende Anfrage, die eine Antwort erfordert, wird in dem dritten halben Unterrahmen, der diesem Befehl oder dieser Anfrage folgt, geliefert. Das Mißlingen des Empfangs einer gültigen Antwort zu dieser Zeit wird als Fehler gewertet und veranlaßt, daß Wiederherstellungsmaßnahmen durchgeführt werden. Somit ist jeder dritte Halb-Unterrahmen, der einen Basisstationsbefehl, der eine Antwort erfordert, folgt, als zugewiesen definiert, und er ist nicht für Hör-/Sprecheinheiten verfügbar, die versuchen, eine Nachrichtenverbindung aufzubauen.
Die Antwort einer Hör-/Sprecheinheit auf einen Basisstationsbefehl, der eine solche erfordert, ist es, die Funktionsfelder des empfangenen Befehls und der Hör-/Sprecheinheits-ID als Echo zurückzusenden und welche relevante Information auch immer, die für diesen Befehl erforderlich ist, folgen zu lassen. Somit stellt eine Hör-/Sprecheinheit-Antwort im allgemeinen eine spezielle Bestätigung des empfangenen Befehls plus eine implizite Anfrage für den nächsten Schritt in dem Dialog, der zum Endziel führt, dar. Gleicherweise bestätigt die Antwort einer Basisstation auf eine Hör-/Sprecheinheitsanfrage sowohl die Anfrage als sie auch den nächsten Schritt in dem Dialog zum gewünschten Ziel liefert.
Das diagrammatisch in Fig. 10 dargestellte und unten beschriebene Beispiel dient dazu, dies zu erläutern:
(1) eine Basisstation entdeckt, daß ein hereinkommender Anruf von der TELCO-Schnittstelle an eine Hör-/Sprecheinheit mit der entsprechenden Rufnummer gerichtet ist. Sie setzt dann einen Vorwarnungs-Klingel-Befehl an, der an die angesprochene Hör-/Sprecheinheit mittels ihrer 7-Bit-Hör-/Sprecheinheits-ID gerichtet wird.
(2) Auf das Erkennen ihrer ID antwortet die Hör-/Sprecheinheit, indem sie den Vorwarnungs-Klingel-Befehl als Echo zurücksendet und eine örtliche "Klingel"-Funktion ermächtigt.
(3) Wenn der Benutzer die Hör-/Sprecheinheit aufnimmt und sie vom STANDBY- in den AKTIV-Modus umschaltet, löscht die Hör-/Sprecheinheit die örtliche Klingel-Funktion und versucht, den Dialog wieder aufzubauen, indem sie eine "Kanal-Zuteilen"-Anfrage im nächsten verfügbaren CSMA-Schlitz ausgibt.
(4) Unter der vorläufigen Annahme, daß die CSMA-"Kanal-Zuteilen"-Anfrage richtig an der Basisstation empfangen wird (Wiederherstellung nach Kollisionen und anderen Fehlern wird in späteren Abschnitten hier erörtert), sendet die Basisstation die "Kanal-Zuteilen"-Anfrage als Echo an den anfragenden Hörer zurück,
(5) der sie dann im nun implizit zugewiesenen (d. h. "garantiert" kollisionsfreien TDMA-Schlitz 15 ms später wieder vorlegt.
(6) Indem sie auf diese Weise die "Kanal-Zuteilen"-Anfrage bestätigt hat, teilt die Basisstation einen Sprachkanal zu und gibt einen Kanal-Zuweisungsbefehl an die Hör-/Sprecheinheit als,
(7) die den Kanal-Zuweisungs-Befehl als Bestätigung als Echo zurücksendet.
(8) Nachdem sie so bekräftigt hat, daß die Hör-/Sprecheinheit die Kanal-Zuweisungs-Information richtig empfangen hat, verbindet die Basisstation die entsprechende TELCO-Leitung mit dem zugeteilten Sprachkanal und sendet eine "Mache Verbindung"-Befehl an die Hör-/Sprecheinheit,
(9) die dann beginnt auf dem zugewiesenen Sprachkanal zu senden bzw. zu empfangen.
Für Anrufe, die von der Hör-/Sprecheinheit stammen, würde im Wesentlichen der gleichen Vorgehen gefolgt werden, außer für die Schritte 1 (1) und (2), die natürlich eliminiert würden.
Am Ende jedes Anrufes würde der Benutzer den Hörer vom AKTIV- zurück zum STANDBY-Modus schalten, und die Hör-/Sprecheinheit würde ein Signal für eine "Kanalzuteilung aufheben"-Anfrage zur Basisstation über seinen Dienstleitungs-(oder Kanalsteuer-)-pfad senden (s. Abschnitt 3.6). Diese Anfrage würde durch die Basisstation bestätigt, auf dem gleichen Pfade, bevor sie den Kanal an beiden Enden abtrennt.

DIENSTLEITUNGSKANAL-DATENSTRUKTUR

Ungefähr 15 spezielle Dienstleitungskanalbefehle sind nötig oder sehr nützlich. Manche werden durch die Basisstation auf dem Dienstleitungskanal "rundum"-gesendet, um den Netzwerkstatus anzuzeigen. Andere wirken beim Aufnehmen der Nachrichtenverbindung mit einer Hör-/Sprecheinheit, Beenden der Nachrichtenverbindung, und Einstellen der Zeit, mit. Unter diesen befinden sich:
1) Vorwarnungs-Klingel-Befehl
2) Kanal-Zuteilen-Anfrage
3) Kanal-Zuweisungs-Befehl
4) Mache Verbindung-Befehl
5) Kanalzuteilung aufheben-Anfrage
6) Basisstation-Mitgliedschaften verfügbar-Rundsendung. Das 8-Bit-Datenfeld der Rundsendung enthält die Anzahl der Mitgliedschaften, die gegenwärtig in dieser Basisstationgemeinde verfügbar sind. Diese Rundsendung wird mindestens einmal alle 200 ms auf jedem Dienstleitungskanal auftreten.
7) Eintragung als Mitglied-Anfrage. Unterbreitet auf einer CSMA-Basis durch herumwandernde Hör-/Sprecheinheiten, die Mitgliedschaft in einer neuen Gemeinde suchen.
8) Eintragungs-Befragungs-Befehle. Tatsächlich acht verschiedene Befehle: drei um die 24-Bit-Hör-/Sprecheinheitsseriennummer zu erhalten, einer, um ggfs. die vorhergehende Mitgliedschaftszelle zu identifizieren, und einer, der Hör-/Sprecheinheit eine 7-Bit ID-Nummer zuzuweisen und dadurch ihre Aufnahme in die neue Zellengemeinde zu vollenden.
(9) Angrenzende-Zellen-Karten-Rundsendung: Die 12 geringwertigsten Bits dieses Rundrufs zeigen an, für jede von 12 möglichen Frequenz-Zellen, ob diese Zelle ist (1) angrenzend an die geltenden Zelle oder ist (0) nicht angrenzend an die geltende Zelle.
(10) Angrenzende Zellen-Zeitversetzungs-Bericht: Tatsächlich drei verschiedene Berichte: Einer, um eine PR-Codephase-Verschiebung anzuzeigen, einer, um Symbolverschiebung innerhalb eines Unterrahmens anzuzeigen, und einer um eine Unterrahmen-Verschiebung innerhalb eines Rahmens anzuzeigen. Das 8-Bit Datenfeld dieser Berichte zeigt die spezielle Verschiebung, relativ zur geltenden Zelle, der angrenzenden Basisstation, die im ID-Feld der Hör-/Sprecheinheit identifiziert ist. Diese Berichte werden vorgelegt, anfänglich auf einer CSMA-Basis, durch jede erkundende oder herumwandernde Hör-/Sprecheinheit, und werden dann bestätigt auf einer zugewiesenen TDMA-Basis.
11) Zeitversetzung angrenzender Zellen-Rundruf. Tatsächlich drei verschiedene Rundrufe: Einer um die PR Codephase-Verschiebung anzuzeigen, einer, um Symbolverschiebung innerhalb eines Unterrahmens anzuzeigen, und einer, um Unterrahmen-Verschiebung innerhalb eines Rahmens anzuzeigen. Das 8-Bit Datenfeld dieser Rundrufe zeigt die spezielle Verschiebung, relativ zur geltenden Zelle, der Basisstation der angrenzenden Zelle, die in dem ID-Feld der Hör-/Sprecheinheit identifiziert ist.
12) Sprachkanäle verfügbar-Rundsendung. Das 8-Bit Datenfeld dieses Rundrufs enthält die Anzahl von gegenwärtig nicht zugewiesenen Sprachkanälen innerhalb dieser Basisstation. Dieser Rundruf wird nominell einmal jede Sekunde stattfinden.
13) CSMA-Statistik-Rundsendung. Die 15 geringwertigsten Bits dieses Rundrufs enthalten CSMA-Schlitz-Kapazität, Ladungs- und Kollisionsstatistiken für die vorhergehende 1-s-Periode.
14) Sende-Codephase-Einstellen-Befehl. Das 8-Bit Datenfeld dieses Befehls ist die komplementäre Zahl einer Zwei, anzeigend die Hör-/Sprecheinheit-Sendecode- Phasen-Einstellung, in Sechzehnteln eines Chip, der vorgerückt werden soll: somit würde ein Wert von -3 anzeigen, die Sendephase der in dem Hör-/Sprecheinheits-ID-Feld identifizierten Hör-/Sprecheinheit um 3/16 eines Chip zu verzögern. Datenwerte außerhalb des Bereiches von -4 bis +4 werden unbeachtet gelassen.
15) Sendeleistungspegel einstellen-Befehl. Das 8-Bit Datenfeld dieses Befehls ist die komplementäre Zahl einer Zwei, anzeigend die Hör-/Sprecheinheits-Sendeleistungseinstellung, in Einheiten von dB Verstärkung; dieser Wert wird im wesentlichen zu dem Sendeleistungs-Steuer-"bias term" (s. Abschnitt 4.3) der Hör-/Sprecheinheit, die in dem Hör-/Sprecheinheits-ID-Feld identifiziert ist, hinzuaddiert. Datenwerte außerhalb des Bereichs von -4 bis +4 werden unbeachtet gelassen.

KOLLISIONS-FÜHL-MEHRFACHZUGRIFF(CSMA)-FRAGEN

Hör-/Sprecheinheiten, die Eintritt in eine Zelle suchen (d. h. eine Basisstation) sind der Basisstation unbekannte Einheiten, somit sorgt die Erfindung dafür, daß die Hör-/Sprecheinheit auf die Basisstation zugreift. Ferner, um andere asynchrone Ereignisse zu bewältigen (z. B. Übergang der Hör-/Sprecheinheit vom STANDBY- zum AKTIV-Modus und die Zuteilung eines Sprachkanals anfragen) und um die Verzögerungen zu vermeiden, die mit einem rein zyklischen oder Abruf-Ansatz einhergehen, ist, wiederum, eine andere Einrichtung wünschenswert.
Ein Kollisions-Fühl-Mehrfachzugriff (CSMA)-Ansatz scheint wohlgeeignet, um diese verhältnismäßig seltenen Forderungen zu unterstützen, aber bringt das Erfordernis mit sich, die CSMA-Resourcen intelligent zu verwalten. Mehrere Ausgestaltungsmerkmale sind in dieser Hinsicht eingebaut worden.
Zuerst wird der Bruchteil der Schlitze, die für den CSMA-Gebrauch verfügbar sind, eingerichtet, um eine geeignete Wahrscheinlichkeit keiner Kollision beim ersten Zugriffsversuch zu liefern.
Zweitens wird die Basisstation Statistiken der Benutzung von verfügbaren CSMA-Schlitzen aufrechterhalten und wird diese Statistiken zu den Hör-/Sprecheinheit zur Verwendung beim intelligenten Wählen des ersten Zugriffs und für Rückzugsstrategien rundsenden.
Drittens macht der mächtige Paritätsprüfungs-Code, der in eingehenden Dienstleitungsübertragungen enthalten ist, die Möglichkeit, daß, wenn Kollisionen aufträten, sie nicht als solche erkannt werden würden, möglichst klein, somit ist die Wahrscheinlichkeit, daß die Basisstation die demodulierten Ergebnisse von kollidierten Übertragungen fehlerhaft deutet, äußerst gering.
Jeder CSMA-Zugriffsversuch, der nicht innerhalb 35 ms bestätigt wird, wird als fehlgeschlagen beurteilt, die angemessene Rückzugsstrategie wird ausgewählt und dementsprechend wird ein erneuter Versuch angesetzt.

SPRACHKANAL-STEUERDATEN-STRUKTUR UND -PROTOKOLL

Jeder Sprachkanal-Stoß enthält ein 2-Symbol-Feld das zur Kanalsteuerung zugeteilt ist, d. h., im Band enthaltene Dienstleitungsfunktionen so wie die Hör-/Sprecheinheits- Sendeleistungssteuerung, Hör-/Sprecheinheits-Sendecodephasensteuerung und andere Funktionen, die identifiziert werden sollen. Dies liefert eine Bandbreite von
200 Sybmolen/s = 128 Symbole/Rahmen
400 Bit/s = 256 Bit/Rahmen
in jeder Richtung eingehend und ausgehend, für diese Zwecke, so daß Hör-/Sprecheinheiten mit statthabenden Anrufen immer noch Zugriff auf die volle Dienstleitungsfunktionalität wie vorher beschrieben haben.
Ausgehende Kanalsteuerdaten sind in 16-Bit-Befehle geordnet und Bestätigungen formatiert wie in Fig. 11 gezeigt und rahmensynchronisiert um 16 solcher Befehle pro Rahmen (25 pro Sekunde) pro Sprachkanal zu liefern.
Jeder Befehl ist aus einem 6-Bit Funktionsfeld und einem 10-Bit Datenfeld zusammengesetzt. Unähnlich dem Dienstleitungskanal, ist kein Hör-/Sprecheinheits-ID-Feld erforderlich, da die Hör-/Sprecheinheit, die adressiert ist, implizit in der Sprachkanalzuweisung ist.
Eingehende Kanalsteuerdaten sind in 16-Bit-Anfragen geordnet und Bestätigungen identisch zu ausgehenden Befehlen formatiert und mit ihnen synchronisiert, aber um einen halben Unterrahmen versetzt. Eingehende Antworten zu ausgehenden Befehlen beginnen drei Halb-Unterrahmen nachdem die Befehlsübertragung vollständig ist, und ausgehende Antworten auf eingehende Anfragen beginnen in dem Stoß, der der Vollendung der Anfrage folgt.

INS EINZELNE GEHENDE SIGNALVERARBEITUNGSVORGÄNGE

Das Folgende beschreibt die Signalverarbeitungsvorgänge und -Sequenzen die durch das System benutzt werden, um das Signal zu erfassen und zu verfolgen, seine Qualität möglichst hoch zu machen, Daten aus ihm zu demodulieren, festzulegen, wann zu einer angrenzenden Zelle zu verlegen ist, und solche Verlegungen zu bewerkstelligen.

ANFÄNGLICHE SIGNALERFASSUNGUNG (NUR HÖR-SPRECHEINHEIT)

Wenn eine Hör-/Sprecheinheit zuerst angestellt wird, wird von ihr angenommen, daß sie eine "a priori"-Kenntnis des PR-Codes und Frequenzkanals ihrer "Heimat"-Basisstation hat, aber keine Kenntnis von ihrer Zeitversetzung gegenüber dieser Basisstation, und ihre Frequenzverschiebung vom Nennwert für diesen Kanal nur innerhalb 9 KHz zu kennen. (Die Frequenzverschiebung vom Nennwert an der Basisstation wird kleiner als 100 Hz angenommen).
Die anfängliche Suche löst diese Zeit- und Frequenz-Unsicherheiten auf, indem sie das Basisstationsdienstleitungssignal bei jeder von 255·2 = 510 PR-Codephase- Unsicherheitszuständen und 19 Frequenzbins, die 1 KHz getrennt beabstandet sind, zu erfassen sucht. Jeder der sich ergebenden 19·510 = 9690 zusammengesetzten Unsicherheits-Zustände wird für 398,44 us (= eine 255 Chip PR-Sequenzlänge), und da es drei Korrelatoren pro Empfänger gibt, wäre eine Gesamtheit von 9690·398,44 us/3 = 1,29 s erforderlich, um die Suche zu vollenden, wenn das Signal dauern vorhanden wäre.
Da jedoch das Basisstationsdienstleitungssignal nur die halbe Zeit vorhanden ist (weil das eingehende Signal mit einem anderen PR-Code gespreizt ist) muß jeder Unsicherheitszustand mindestens zweimal gesucht werden, einmal zur Zeit t und wieder t + (2n + 1)·5 ms, somit ist die Gesamtzeit, die erforderlich ist, um PR-Chip-Synchronisation (auf innerhalb 25 Chip oder so) zu erfassen und die Frequenzverschiebung aufzulösen (auf innerhalb 500 Hz oder so), mindestens zweimal dies, oder 2,6 Sekunden.
Wenn das Leistungsspitzenmaß aller Unsicherheits-Zustände nicht mindestens TBD dB größer ist als der Durchschnitt aller Nicht-Spitzenzustände, dann wird angenommen, daß der erste Versuch aufgrund eines Antennen-Totpunktes fehlgeschlagen ist, und der Suchvorgang wird auf der anderen Antenne wiederholt, mit einer Gesamtlänge von im schlimmsten Fall 5,2 s.
Es sei wieder angemerkt, daß nachfolgende Erfassungen im allgemeinen im Wesentlichen sofortig sein werden, weil die anfängliche Erfassung und der Trägerfrequenzempfang alle Frequenz-Unsicherheit beseitigt haben wird und Angrenzende-Zellen-Zeitversetzungs-Rundrufe die meisten Codephasen- und andere Zeitunsicherheiten ausgeschieden haben werden.
Es sei angemerkt, daß das Erfassen der PR-Codephasensynchronisation automatisch auch die DL-Symbol-Synchronisation erreicht, aber einige zusätzliche Rahmen sind erforderlich, um die Rahmensynchronisation und Trägerfrequenzempfang zu erreichen, bevor man in der Lage ist, Daten zu demodulieren. Diese Verfahren werden in den folgenden Abschnitten beschrieben.

UNTERRAHMEN-SYNCHRONISATION (NUR HÖR-/SPRECHEINHEIT)

Unterrahmen-Synchronisation wird wie folgt erreicht (s. Fig. 12)
1) Setze den Kodierer und die Trägerfrequenz auf die Codephase und Frequenz die der anfänglichen Erfassungsenergiespitze entspricht (wobei das Dienstleitungssignal noch gewählt ist).
2) Beobachte 3 Unterrrahmen von (I, Q)-Messungen aus dem Korrelator, jede integriert über ein DL-Symbol, insbesondere, beobachte das Leistungsprofil der Daten (modulo 26 DL-Symbolzeiten pro Unterrahmen), bestimme die Leistungsspitzenmessung und vergewissere Dich, daß sie mindestens 9 dB über dem Durchschnitt der anderen ist. Dies entspricht dem Anfang des ausgehenden Auslotungs-Stoßes am Beginn jedes Unterrahmens.
Diese Beobachtung wird bewerkstelligt durch Konstruieren eines Histogramms aus 26 Elementen, Löschen aller Elemente auf Null, dann Hinzufügen zu jedem die Leistungsmessung der entsprechenden (I, Q)-Abtastung (d. h. Abtastung Nummer i mod 26, für i = 0 bis 77), wo das Maß der Leistung als I^2 + Q^2 definiert ist.
3) Der Histogramm-Index j derart, daß
h(j) > h(i), alle i/= j
und
h(j) > Pavg + 9 dB
wobei
Pavg (Pges - h(j)) - h(j+1 mod 26))/24
und
Pges = Sum (h(i), i = 0,77
stellt die Verzögerung, in DL-Symbol-Schritten, des tatsächlichen Rahmenanfangs relativ zum vorausgesetzten Rahmenanfang (i = 0) dar. Falls kein solcher Index j existiert, wiederhole dann Schritte (2) und (3) unter Verwendung der anderen Antenne.
4) Setze die DL-Zählung = (26j) mod 26. (Die DL-Symbol-Zählung wird um 1 (modulo 26) bei jedem nachfolgenden DL-Symbol erhöht). Dies vollendet das Rahmensynchronisationsverfahren, so daß es abgestellt und die Träger- und Code-Verfolgungsfunktionen angestellt werden können.

ANTENNENWAHL UND SENDELEISTUNGSSTEUERUNG (NUR HÖR-/SPRECHEINHEIT)

Während jeden der zwei Auslotungstöße am Anfang jedes Unterrahmens (ein Stoß empfangen auf jeder Antenne) wird eine Leistungsmessung durchgeführt und auf den Mittelpunkt der eingehenden Signalisierungsperiode abgebildet. Die Antenne, die der größeren abgebildeten Leistungsmessung entspricht wird ausgewählt um während des Rests des Unterrahmens (sowohl eingehende wie ausgehene Teile) verwendet zu werden. Das größere abgebildete Leistungsmaß selbst, plus einem Bias-Korrekturglied, das durch die Basisstation über einen längeren Zeitrahmen bestimmt wird, wird verwendet, um den Leistungspegel für die eventuelle eingehende Übertragung festzulegen. Es wird auf die Bestandteile, die in Fig. 13 gezeigt sind, verwiesen.
Die Leistung wird für jeden Auslotungsstoß wie folgt gemessen: (I, Q)-Abtastwerte werden aus dem Korrelator eingegeben und in Integratoren kohärent über 6 Sprachsymbole integriert: Die Gesamtleistung wird dann von diesen stoß-kohärenten (Ij, Qj)-Messungen berechnet als:
P1 = I1^2 + Q1^2; Antenne 1
P2 = I2^2 + Q2^2: Antenne 2
und auf die Mitte der eingehenden Signalisierungsperiode abgebildet:
LSTG1 = P1 + 0,75·(P1 - P1'); Abbildung = geltend
+ 0.75·
LSTG2 = P2 + 0,75·(P2 - P2'); (geltende-vorhergehende)
P1' = P1; P2' = P2; setze vorhergehende = geltende
Die Antennenwahl ist dann einfach.
Wenn LSTG1 > LSTG2,
dann wähle Antenne 1 (k = 1)
sonst wähle Antenne 2 (k = 2).
Der Algorithmus bei gewählter Antenne ist der Gleiche unabhängig davon ob ein Anruf auf der Hör-/Sprecheinheit statthat.
Die Sendeleistung Pxmit für diesen Unterrahmen wird dann berechnet als
Pxmit = Kp + Pbez-log (LSTG k) - Dämpf. + Bias
wobei
Kp = nominelle Sendeleistung für log(LSTGk) = PBez. - Dämpf. + Bias
Pbez. = Bezugsempfangsleistungspegel
Dämpf. = Dämpfungsglied-Einstellung die durch die automatische Verstärkungsregelung (s. Abschnitt 4.9) eingestellt ist.
Dieses Bias-Korrekturglied für jede Hör-/Sprecheinheit wird an der Basisstation einmal alle 64 Rahmen wie folgt bestimmt:
Bias = Bias + K1d·log (Pempf/PBez)
wobei
Pempf = Pp aus der Basisstation-Codephasen-Verfolgungsfunktion (s. Abschnitt 4.5.2). = Ip^2 + Qp^2. Ip und Qp kohärent über eine 12-1/8 Symbol- Hör-/Sprecheinheits-Synchronperiode integriert.
Pbez = Bezugs-Empfangsleistungspegel
und K1d wird so gewählt, daß sie eine Schleifen-((loop))Bandbreite von 0,10 Hz liefert. Der Sendeleistungssteueralgorithmus ist der Gleiche unabhängig davon ob ein Anruf auf dem Hörer statthat.

TRÄGER-EINHOLEN UND VERFOLGEN (NUR HÖR-/SPRECHEINHEIT)

Träger-Einholen und Verfolgen werden unter Verwendung der im Folgenden beschriebenen automatischen Frequenzsteuerung-((AFC))-Funktion erzielt, die auf die erste DL-Zeichenzählung von 0 folgend Unterrahmen-Synchronisation eingeschaltet wird.
Fig. 14 zeigt den Frequenzdiskriminator und das automatische Frequenzsteuerungs-Träger- Verfolgungs-Schleifen-Untersystem, das in der Erfindung verwendet wird.
Auf der Grundlage der Leistungsmessungen, die während der Auslotungsstöße gemacht wurden, falls LSTG1 > LSTG2, dann sei k = 1 (sonst k = 2) und berechne den Diskriminator Dafc als
Dafc = einstellen (phi2 - phi1)
wobei
phi1 = arctan (Qk1, Ik1)
phi2 = arctan (Qk2, Ik2)
einstellen (x) = wenn abs (x) < pi dann x
sonst x - 2·pi·sign (x)
und die Indizes 1 und 2 bezeichnen Abtastwerte, die während der ersten bzw. der zweiten Hälfte jedes Auslotungsstoßes genommen wurden.
Als nächstes, gib Dafc in eine AFC-Schleife der ersten Ordnung ein.
df = df + Kla·Dafc ± 3450/pi
und gib df + Nennwert aus, geeignet maßstabsangepaßt, an den Träger NCO. Die Schleife wird mit der Unterrahmen-Rate iteriert, d. h. 100 Hz, und Kla wird so gewählt, daß es eine Schleifenbandbreite von 6 Hz liefert. Der Diskriminator arbeitet nur auf ausgehende Dienstleitungs Auslotungsstöße und hat einen Bereich von ±3450 Hz.
Das Einholen des Trägers ist im Wesentlichen vollständig innerhalb von 3 Schleifenzeitkonstanten, oder etwa 0,15 Sekunden, so daß zu dieser Zeit die Datendemodulierungsfunktion eingeschaltet wird.
Die Träger-Verfolgungsfunktion ist die gleiche, unabhängig davon, ob ein Anruf auf der Hör-/Sprecheinheit statthat.

CODEPHASENVERFOLGUNG

Codephasen-Verfolgung wird sowohl an den Hör-/Sprecheinheiten sowie an den Basisstationen durchgeführt, aber es wird am jeweiligen Ort unterschiedlich gemacht. Das Folgende beschreibt die Codephasen-Verfolgungs-Algorithmen sowohl für Hör-/Sprecheinheiten als auch für Basisstationen.
Codephasen-Verfolgung wird an den Hör-/Sprecheinheiten unter Verwendung der Verzögerungs-Verriegelungsschleifen-Funktion bewerkstelligt, die nachfolgend beschrieben wird, und die auf die erste DL-Zeichenzählung von 0, die der Unterrahmensynchronisation folgt, angestellt wird.
Auf der Grundlage der Leistungsmessungen, die während der Auslotungsstöße gemacht wurden, falls LSTG1 > LSTG2, dann sei k = 1 (sonst sei k = 2) und berechne den Diskriminator Dco als
Dco = (Pe - P1)/Pp
wobei
Pe = (Iek1 + Iek2)^2 + (Qek1 + Qek2)^2
Pl = (Ilk1 + Ilk2)^2 + (Qlk1 + Qlk2)^2
Pp = (Ipk1 + Ipk2)^2 + (Qpk1 + Qpk2)^2
und die Indizes e, l und p Messungen bezeichnen, wobei der Bezugscode einen halben Chip vorher bzw. einen halben Chipeinheit später relativ zum Nennwert verschoben wird, bzw. beim Nennwert, und die Indizes 1 und 2 Abtastwerte bezeichnen, die während der ersten bzw. der zweiten Hälften jedes Auslotungstoßes genommen wurden.
Dco wird dann in eine verzögerungsverriegelten Schleife der ersten Ordnung eingegeben
dp = K1b·Dco/4
und der Ausgangswert dp der Schleife wird benutzt, um die Codephase in Einheiten von 1/16 eines Chip einzustellen. Die Schleife wird iteriert mit der Unterrahmen-Rate, d. h. bei 100 Hz, und K1b wird gewählt um eine Schleifenbandbreite von 6 Hz zu liefern.
Es sei angemerkt, daß die Codephasen-Verfolgungsfunktion die gleiche bei jeder Hör-/Sprecheinheit ist, unabhängig davon, ob ein Anruf auf dieser Hör-/Sprecheinheit statthat.

CODEPHASENVERFOLGUNG BEI BASISSTATIONEN

Um die Synchronizität der eingehenden Signale bei jeder Basisstation möglichst groß zu machen, wird die Codephase beim Eintreffen für jede Hör-/Sprecheinheit in jeder Gemeinde bei der Basisstation, die dieser Gemeinde zugeordnet ist, gemessen. Dieses Verfahren, das in Fig. 16 erläutert ist, wird wie folgt verwirklicht:
Jede Hör-/Sprecheinheit hat eine zugehörige 7-Bit ID-Nummer, die sie von der Basisstation zu der Zeit, zu der sie dieser Basisstationsgemeinde beitritt, erhält. Hör-/Sprecheinheiten mit ID-Nummern von 0 bis 63 sind implizit der Dienstleitungs-Untergruppe 0 dieser Basisstation zugeordnet; jene mit ID-Nummern von 64 bis 127 sind implizit Dienstleitungs-Untergruppe 1 zugeordnet. Jeder Dienstleitungskanal muß somit bis zu 64 jede Hör-/Sprecheinheiten unterstützen.
Während des Hör-/Sprecheinheits-Synchronisations-Teils jedes eingehenden Halb-Unterrahmens sendet die Hör-/Sprecheinheit, deren ID-Nummer modulo 64 der Nummer des geltenden Unterrahmens innerhalb des Rahmens gleich ist, einen 12-1/8 Symbol-Nur-Einser Synchronisationsstoß. Die Basisstation empfängt diesen Stoß und berechnet den Diskriminator Dco2 als
Dco2 = (Pe - Pl)/Pp
wobei
Pe = Ie^2 + Qe^2
Pl = Il^2 + Ql^2
Pp = Ip^2 + Qp^2
und die Indizes e, l und p Messungen bezeichnen, die bei ¹/&sub2; Chip früher (early) bzw. ¹/&sub2; Chip später (later) relativ zum Nennwert versetztem Bezugscode, bzw. beim Nennwert, gemacht wurden, und jeder der I und Q-Eingangswerte kohärent über die volle 12-1/8 Symbol- (388 Chip) Meßperiode integriert wurden.
Dco2 wird dann in eine Verzögerungs-Verriegelungs-Schleife erster Ordnung ((first order delay lock loop)) gegeben
dp = K1c·Dco2/4
und der Schleifen-Ausgang dp wird benutzt, um die Hör-/Sprecheinheits-Übertragungs-Codephase in Einheiten eines 1/16 eines Chip einzustellen. Diese Funktion wird iteriert mit der Unterrahmen-Rate, d. h. bei 100 Hz, somit ist es für jede Hör-/Sprecheinheit mit der Rahmenrate (640 ms, oder 1,56 Hz), und K1c wird so gewählt, daß es eine Schleifenbandbreite ((loop bandwidth)) von 0,02 Hz liefert.
Die Schleifen werden schließlich geschlossen durch Nachrichtenverbindung mit jeder Hör-/Sprecheinheit, wobei der Dienstleitungskanal für Hör-/Sprecheinheiten, bei denen kein Anruf statthat, oder das Sprachkanalsteuerfeld für Hör-/Sprecheinheiten, bei denen ein Anruf statthat, benutzt wird. Abgesehen von diesem Unterschied ist die Codephasen-Verfolgungsfunktion an der Basisstation die gleiche für jede Hör-/Sprecheinheit, unabhängig davon, ob ein Anruf auf dem Hörer statthat.

DATEN-DEMODULIERUNG

Sobald seine Automatische-Verstärkungsregelungs-Schleife abgeschlossen hat, kann eine Hör-/Sprecheinheit beginnen, Dienstleitungsdaten zu demodulieren und in Dienstleitungsdialoge mit der Basisstation eintreten, um sich bei der Zell-Gemeinde einzuschreiben und an ihr teilzuhaben, wie vorher beschrieben. Sobald sie sich bei einer bestimmten Gemeinde oder Zelle eingeschrieben hat, kann sie dann Anufe empfangen und einleiten, anfänglich über den Dienstleitungskanal, aber vorwiegend über einen Sprachkanal, was natürlich auch Sprachkanaldatendemodulation erfordert.
Der Algorithmus, der verwendet wird, um diese Daten zu demodulieren, ist eine Kombination von Blockphasenschätzung, die die Phase der empfangenen Symbole für eine optimale Dekodierung bei Vorhandensein vom Phasen- und Frequenzversetzungen einstellt, und differentiellem Datendekodieren der gedrehten Symbole. Dieser Algorithmus wird unmittelbar auf den Sprachkanal und mit kleineren Abwandlungen auf den Dienstleitungskanal angewendet. Für den Sprachkanal arbeitet der Algorithmus wie in Fig. 4.6.1 gezeigt und wie nachfolgend beschrieben:
Berechne für jedes der 91 Symbole (Ij, Qj), das den Auslotungs-Stößen (in der Hör-/Sprecheinheit) oder den Hör-/Sprecheinheits-Synchron-Stößen (in der Basisstation) folgt, die äquivalenten Symbole (I4j, Q4j) (mit entferntem Datum) als
(I2, Q2) = (Ij, Qj)^2
(I4j, Q4j) = (I2, Q2)^2
Dann initialisiere die Block-Integratoren und Phasenschätzung als
SumI4 = Sum (I4j, j = 0,15); = Blocklänge
SumQ4 = Sum (Q4j, j = 0,15); = 16 Symbole
Phi4 = arctan (SumQ4, SumI4)
Phi = -Phi4/4 + pi/4
PhiO = Phi
und drehe die ersten 8 Symbole (Ij, Qj), j = 0,7 um Phi
(Ij, Qj) = (Ij, Qj)·(cos(phi), sin(Phi))
Für die nächsten 75 Symbole (Ij, Qj), j = 8,82, schreibe die Blockintegratoren und Phasenschätzung fort und drehe das Symbol entsprechend:
SumI4 = SumI4 + I4(j + 8) - I4(j - 8)
SumQ4 = SumQ4 + Q4(j + 8) - Q4(j - 8)
Phi4 = arctan (SumQ4, SumI4)
Phi = -Phi4/4 + pi/4 + Nverf.·pi/2
(Ij, Qj) = (Ij, Qj)·(cos(phi), sin(Phi))
PhiO = Phi
wobei Nverf. = 0, 1, 2 oder 3 derart, daß Abs (Phi - PhiO) ein Minimum ist, d. h. so, daß eine minimale Drehung relativ zur vorhergehenden Drehung erzeugt wird.
Als nächstes drehe die letzten 8 Symbole (Ij, Qj), j = 83,90 um diesen letzten Wert von Phi:
(Ij, Qj) = (Ij, Qj)·(cos(Phi), sin(Phi))
Quantisiere schließlich die gedrehten Symbole auf 00, 01, 10 oder 11 gemäß dem Vorzeichen von Ij und Qj:
(Ij, Qj) = (sign (Ij), sign (Qj)), j = 0,90
und gib das Ergebnis an den differentiellen Dekoder wie in Fig. 17 gezeigt. Die Symbole 1 bis 90 des Dekoder-Ausgangs sind die demodulierten Daten für diesen Stoß. (Daten die gesendet werden sollen werden zuerst differentiell kodiert wie in Fig. 18 gezeigt.
Für den Dienstleitungskanal ist der Algorithmus im wesentlichen der selbe außer daß die Blocklänge 2 DL-Symbole statt 16 Sprachkanalsymbole ist, und das Phasenbezugssymbol kürzer ist als die anderen DL-Symbole. Auch wird der Rahmensynchronisationsteil jedes Dienstleitungs-Stoßes anders behandelt, nämlich als 7 Sprachkanalsymbole. Somit wird der Algorithmus:
Berechne für jedes der 11 Symbole (Ij, Qj), das den Auslotungsstößen (in der Hör-/Sprecheinheit) oder dem Hör-/Sprecheinheits-Synchronisations-Stoß (in der Basisstation) folgt, die äquivalenten Symbole (I4j, Q4j) mit den Daten entfernt, als
(I2, Q2) = (Ij, Qj)^2
(I4j, Q4j) = (I2, Q2)^2
Dann initialisiere die Block-Integratoren und Phasenschätzung als
SumI4 = Sum (I4j, j = 0,1); Blocklänge =
SumQ4 = Sum (Q4j, j = 0,1); 2 DL-Symbole
Phi4 = arctan (SumQ4, SumI4)
phi = -Phi4/4 + pi/4
Phi0 = Phi
und drehe das erste Symbol (I0, Q0) um Phi:
(I0, Q0) = (I0, Q0)·(cos(Phi), sin(Phi))
Für die nächsten 10 Symbole (Ij, Qj), j = 1,10, schreibe die Blockintegratoren und Phasenschätzung fort und drehe das Symbol entsprechend:
SumI4 = SumI4 + I4(j + 1) - I4(j - 1)
SumQ4 = SumQ4 + Q4(j + 1) - Q4(j - 1)
Phi4 = arctan (SumQ4, SumI4)
Phi = -Phi4/4 + pi/4 + Nverf.·pi/2
(Ij, Qj) = (Ij, Qj)·(cos(Phi), sin(Phi))
Phi0 = Phi
wobei Nverf. = 0, 1, 2 oder 3 derart, daß Abs (Phi - Phi0) ein Minimum ist, d. h. so, daß eine minimale Drehung relativ zur vorhergehenden Drehung erzeugt wird.
Als nächstes drehe die 7 Rahmen-Synchronisations-Symbole (Ij, Qj), j = 11,17 um den letzten Wert von Phi:
(Ij, Qj) = (Ij, Qj)·(cos(Phi), sin(Phi))
Quantisiere schließlich die gedrehten Symbole auf 00, 01, 10 oder 11 gemäß dem Vorzeichen von Ij und Qj:
(Ij, Qj) = (sign(Ij), sign(Qj)), j = 0,17
und gib das Ergebnis an den differentiellen Dekoder. Die Symbole 1 bis 10 des Dekoder-Ausgangs sind die demodulierten DL-Daten für diesen Stoß. Die Symbole 11 bis 17 des Dekoder-Ausgangs sind die demodulierten Rahmen-Synchronisations-Daten für diesen Stoß. (DL-Daten die gesendet werden sollen werden auch zuerst differentiell kodiert.

ERKUNDEN, HERUMWANDERN UND ZELL-ÜBERTRAGUNG

Das System verwirklicht gewisse Merkmale um eine schnelle Zell-Übertragung zu unterstützen. Eines dieser ist die Aufrechterhaltung und Rundsendung einer Datenbank der relativen Zeitversetzungen von Basisstationen von angrenzenden Zellen. Die Information in der Datenbank wird durch Hör-/Sprecheinheiten geliefert, die Dienstleitungssignale angrenzender Zellen auf einer Erkundungs- oder Herumwanderns-Basis erfassen.
Wiederum ist Erkundungstätigkeit im Wesenlichen Herumwandernstätigkeit, aber mit der Absicht, Daten über die umliegende Umgebung zu sammeln, anstatt tatsächlich die Zellenmitgliedschaft zu übertragen. Erkundende Hör-/Sprecheinheiten leiten Zeit-Versetzungsinformation hinsichtlich angrenzender Zellen zurück zu der Basisstation ihrer gegenwärtig zugewiesenen Zelle; herumwandernde Hör-/Sprecheinheiten, die zu einer angrenzenden Zelle übertragen, teilen diese Information hinsichtlich der vorhergehenden Zellen-Zeitverhältnisse an die Basisstation der neuen Zelle mit.
Die so gesammelte Information wird verifiziert und durch jede Basisstation über den Dienstleitungskanal und über den Kanalsteuerteil jedes aktiven Sprachkanals rundgesendet.
Erkundungs- und Herumwanderns-Suchen unterscheiden sich von anfänglichen Suchen in erster Linie dadurch, daß sie konzentrierter sind, d. h., sie suchen bei nur einer einzelnen Frequenz, nämlich der Hör-/Sprecheinheit gegenwärtiger Trägerverfolgungsfrequenz innerhalb der gegenwärtigen Zelle, und, wenigstens anfänglich, suchen sie nur einige wenige Chips der PR-Codephasenunsicherheit (proportional der Abgestandenheit der Daten). Der andere hauptsächliche Unterschied ist, daß Trägerfrequenz-, PR-Codephase- und Leistungspegel-Verfolgungs-Tätigkeiten auf dem ursprünglichen Signal aufrechterhalten werden während der Erkundungs- und Herumwanderns-Suchen.

ERKUNDEN

Zum Erkunden, wenn die konzentriertere Suche auf beiden Antennen versagt, wird es verbreitert um die ganze 255 PR-Chips-Codephasenunsicherheit einzuschließen. Wenn sogar diese breitere Suche auf beiden Antennen versagt, wird die gegenwärtige Erkundungsbemühung eingestellt und der normale Betrieb innerhalb der gegenwärtigen Zelle wird wieder aufgenommen, ohne daß ein Erkundungsbericht (Angrenzende Zelle Zeit-Versetzungs-Bericht) der Basisstation vorgelegt wird.
Wenn irgendwelche der Suchen jedoch Erfolg haben, wird die Unterrahmen- und Rahmen-Synchronisation auch durchgeführt und ein Erkundungsbericht vorgelegt.

HERUMWANDERN UND ZELLÜBERTRAGUNG

Die empfangene Leistung wird einmal jeden Unterrahmen gemessen. Ein gefilterter Durchschnitt dieser Messung wird auch aufrechterhalten, um ein 2 Sekunden-Zeitkonstante zu schaffen. Wann immer dieser gefilterte Durchschnitt unter eine Schwelle fällt, die durch den Signalpegel, bei dem die Übertragung an eine andere Zelle wünschenswert wird, bestimmt wird, wird eine Herumwanderns-Suche eingeleitet, die zuerst nach dem "angrenzende Zelle-"ienstleitungssignal, das in zuletzt erfaßt wurde, sucht.-
Wenn diese konzentrierte Suche auf beiden Antenne versagt, wird eine ähnliche Suche auf beiden Antennen nach dem nächstwarscheinlichsten angrenzenden Signal, das erfaßt werden soll, durchgeführt, und so weiter, bis alle angrenzenden Signale gesucht wurden sind. Für jedes erfaßte angrenzende Signal, hört die Hör-/Sprecheinheit nach einem Basisstation-Mitgliedschaften-Verfügbar-Rundruf, wenn der gemessene Leistungspegel auf diesem Signal größer ist als auf dem gegenwärtigen Signal.
Wenn Mitgliedschaften verfügbar sind (und, wenn ein Anruf auf der Hör-/Sprecheinheit statthaft, ob Sprachkanäle auch verfügbar sind), äußert die Hör-/Sprecheinheit eine Mitgliedschafts-Eintragungs-Anfrage. Auf die Überprüfung der Eintragungsanfrage führt die Basisstation ein Eintragungsgespräch mit der Hör-/Sprecheinheit, und die Übertragung der Hör-/Sprecheinheit-Mitgliedschaft zur Basisstation der angrenzenden Zelle ist vollendet, zusammen mit irgendeinem Anruf, der auf der Hör-/Sprecheinheit statthat.

ÜBERWACHUNG DES VORHANDENSEINS VON SIGNALEN AN BASISSTATIONEN

Um diejenigen Situationen zu entdecken, in denen vernünftigerweise angenommen werden kann, daß ein Hör-/Sprecheinheit-Signal verloren ist, insbesondere wenn ihm gegenwärtig ein Sprachkanal zugewiesen ist und Sprachkanäle gegenwärtig stark gefragt sind, wird ein gefilterter Durchschnitt der empfangenen Leistung von jeder der Hörerer-Synchronisations-Perioden erhalten als:
Fp(j) = (I - K1f)·Fp(j) + K1f·Pempf(j)
wobei
Pempf(j) = Ip^2 + Qp^2, Ip und Qp kohärent integriert über 12-1/8 Symbole,
und wobei K1f gewählt um eine Zeitkonstante von 2 Sekunden zu liefern. Wann immer der Fp-Wert für irgendeine Hör-/Sprecheinheit j unter eine festgelegte untere Schwelle fällt, wird die Hör-/Sprecheinheit als offline festgestellt: wann immer ihr Fp-Wert über eine obere Schwelle zurückkehrt, wird sie als online festgestellt.
Jeder statthabende Anruf auf einer Hör-/Sprecheinheit, der als offline ermittelt ist, wird beendet. Eingehende Anrufe, deren Bestimmungs-Hör-/Sprecheinheit offline ist, erhalten ein Besetzt-Signal.

AUTOMATISCHE VERSTÄRKUNGSREGELUNG BEI HÖR-/SPRECHEINHEITEN

Um die Dynamik-Erfordernisse des A-zu-D-Wandlers der in Hör-/Sprecheinheiten verwendet wird (und somit die Leistung und Kosten) möglichst gering zu machen, ist eine Form einer automatische Verstärkungsregelung des A-zu-D-Eingangssignals erforderlich. Fig. 19 bildet den AVR-Ansatz, der für dieses System gewählt wurde, ab. Das Konzept ist wie folgt:
Während jedes Auslotungsstoßes wird das analoge Eingangssignal mit der Bezugs-PR-Wellenform korreliert und über 6 Symbole kohärent integriert, an quadratische Einrichtungen (SLD, square law devices) abgeworfen, deren Ausgänge aufsummiert und logarithmisch verstärkt und dann digitalisiert werden. Dieses digitale "log-domain" Leistungsmaß wird durch Software am Ende jedes Auslotungsstoßes gelesen. Am Ende des zweiten Stoßes wird die größere der zwei Leistungsmessungen (Pmax) durch Software gelesen um die Signalweg-Dämpfung für den Rest des gegenwärtigen Unterrahmens und die Auslotungsperiode des folgenden Unterrahmens zu setzen. Die Dämpfung wird bestimmt als:
Atten = Atten + Kpow·(Pmax - Plimit + 6 dB)
wobei Kpow eine Funktion der Verstärkung des logarithmischen Verstärkers und des Dämpferverstärkunggrades ist. Die Dämpfereinstellung wird auch bei der Festlegung der Hör-/Sprecheinheits-Sendeleistungseinstellung für den gegenwärtigen Unterrahmen verwendet.
Für die Signalerfassung wird der Dämpfer (getrennt für jede Antenne und jede neue Codephasen- und Trägerfrequenzunsicherheitsreichweitenabtastung) so eingestellt, daß der Effektivwert-Rauschpegel P0 18 db unterhalb des maximalen A-zu-D-Wandler-Eingangspegels ist, somit:
Attn = Attn + Kpow·(P0 - Plim + 18 db)
Eine eingebaute Mikrosteuerung oder ein Mikroprozessor können verwendet werden, um nicht nur die Betriebsabfolgen, die bei der Befehlsbehandlung vorkommen, zu steuern, sondern es liegen auch entschiedene Vorteile darin, nicht nur die Sequenzsteuerfunktionen, sondern ebenfalls vieles von der Signalverarbeitung in eine programmierbare Vorrichtung so wie eine digitale Signalverarbeitungseinrichtung einzubeziehen. Diese Vorteile enthalten:
verminderte Hardware Entwurfszeit, aufgrund:
weniger Teile müssen einbezogen werden keine ASIC-Entwurfszeit oder -Herstellungsvorlaufszeit in hohem Maße verminderte FPGA-Komplexität und Entwurfszeit
erhöhte Flexibilität um Algorithmen abzuwandeln oder zu verfeinern; sobald das System gebaut und im Versuchsstadium ist.
Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gezeigt und beschrieben wurde, wird erkannt werden, daß verschiedene Abwandlungen und Anpassungen der Erfindung den Fachleuten offensichtlich sind und noch innerhalb des Geistes und der Reichweite der Erfindung wie sie in den hier nachfolgenden Ansprüchen dargelegt ist, sind.

Claims

1. Ein drahtloses Telefonsystem aufweisend eine Basisstation (10), die mit mehrfachen Sende- /Empfangseinheiten ausgerüstet ist, und eine Mehrzahl von Benutzer-Hör- /Sprecheinheiten (11, HS), die mit einzelnen Sende-/Empfangseinheiten ausgerüstet sind, wobei jede einzelne Sender-/Empfängereinheit (12) aufweist:

Analog-Digital- und Digital-Analog-Umwandlungseinrichtungen um analoge Sprachsignale in digitale Form umzuwandeln um digitalisierte Sprachsignale zu bilden bzw. digitale Signale in analoge Sprachsignale umzuwandeln;

eine Quelle von digitalen Pseudorauschen-Signalen (PR), deren Signalmuster sich mit einer vorgegebenen Zeitspanne wiederholt;

Einrichtungen um besagte digitalisierte Sprachsignale mit besagten digitalen Pseudorauschen-Signalen zu modulieren und dadurch ein Modulationsfrequenzband Spreizspektrum-Signal zu erzeugen, wobei die Modulationsfrequenzband Spreizspekturm- Signale jeder Benutzer-Hör-/Sprecheinheit zueinander orthogonal sind, einschließlich Einrichtungen um besagtes Modulationsfreqenzband Spreizspektrum-Signal zu demodulieren unter Verwendung des gleichen Pseudorauschen-Signals, um digitale Sprachsignale aus empfangenen Spreizspektrum-Signalen zu erzeugen;

wobei jede Benutzer-Hör-/Sprecheinheit ein einzigartiges digitales Pseudorauschen-Signal verwendet, das identisch mit dem eines Senders/Empfängers in der Basisstationseinheit ist;

Einrichtungen in jeder Hör-/Sprecheinheit und in der Basisstation um einen einzelnen Rundfunkfrequenzträger zu erzeugen, dessen Nennfrequenz in gleichförmigen Stufen, die durch ungefähr die Bandbreite des Spreizspektrums-Signals beabstandet wird, über ein verfügbares Nachrichtenverbindungsband, ausgewählt ist;

Einrichtungen in jedem Sender/Empfänger um besagte Trägerfrequenz mit besagtem Spreizspektrum-Signal zu modulieren um ein Übertragungssignal zu erzeugen, und Einrichtungen um solch ein Übertragungssignal zu demodulieren um ein Modulationsfrequenzband-Spreizspektrum-Signal zu erzeugen;

Peitschen- und Schleifenantennen (11A1, 11A2) in jeder Hör-/Sprecheinheit um besagtes Übertragungssignal zu senden oder zu empfangen und Einrichtungen um eine besagter Antennen auszuwählen;

wobei besagte Basisstation einen Sender/Empfänger für jede aktive Benutzer-Hör-/Sprecheinheit (Fig. 1) enthält und eine gemeinsame Antenne (13) für den Basisstation-Sender/Empfänger.

2. Ein drahtloses Telefonsystem wie in Anspruch 1 angegeben, wobei besagte Schleifenantenne eine Alford-Schleife ist.

3. Ein drahtloses Telefonsystem nach Anspruch 1, wobei Gruppen von digitalisierten Sprachimpulsen mit einem Faktor größer als zwei zeitlich komprimiert werden, wobei die sich ergebenden Impulsstöße abwechselnd zwischen der Basisstation und der Benutzer-Hör- /Sprecheinheit gesendet und empfangen werden, um die Zweiweg-Übertragungen zwischen ihnen im Zeit-Duplex-Verfahren zu übersenden.

4. Ein drahtloses Telefonsystem nach Anspruch 3, wobei jedes Daten-Impuls-Stoß, der zwischen der Basisstation und der Benutzer-Hör-/Sprecheinheit übertragen wird, zusätzliche Impulse umfaßt, die Kanalsteuerfunktionen zuordenbar sind, während die Übermittlung zwischen einer gegebenen Hör-/Sprecheinheit und der Basisstation stattfindet.

5. Das drahtlose Telefonsystem wie in Anspruch 1 angegeben, aufweisend Einrichtungen um die Signale für jede Benutzer-Hör-/Sprecheinheit mit einem äußeren Telefonsystem oder anderen Nachrichtenverbindungs-Umschaltvorrichtungen zu verbinden.

6. Ein drahtloses Telefonsystem nach Anspruch 3, wobei besagtes System einen getrennten Zweiweg-Dienstleitungs-Kanal (Fig. 8 und 9) zum Zurverfügungstellen ausgewählter vorbestimmter Systemsteuerfunktionen aufweist, einschließlich der Anordnung von Anrufen von Benutzer-Hör-/Sprecheinheiten, wobei besagte Zweiweg-Dienstleitungs-Kanäle durch die Basisstation und Hör-/Sprecheinheiten benutzbar sind, die im Moment nicht mit der Basisstation in Verbindung stehen, aber versuchen, Nachrichtenverbindungen aufzubauen.

7. Ein zelluläres drahtloses Telefonsystem aufweisend eine Mehrzahl von einzelnen Basisstationen (BS) wie in Anspruch 6 angegeben und wobei besagte Mehrzahl von Basisstationen körperlich so angeordnet ist, daß sie sich teilweise überlappende zelluläre Dienstbereiche abdecken, und daß es Zellen ansprechende Hör-/Sprecheinheiten gibt, und wobei jede ansprechende Hör-/Sprecheinheit Sortiereinrichtungen hat um Dienstleitungssignale von allen nahegelegenen Basisstationen zu fühlen und auszuwerten und Nachrichtenverbindungen durch die Basisstation aufzubauen, deren empfangenes Signal am stärksten am Ort besagter ansprechender Hör-/Sprecheinheit ist.

8. Ein zelluläres drahtloses Telefonsystem nach Anspruch 7, bei dem ein Benutzer einer vorgegebenen Hör-/Sprecheinheit mit einem anderen Hör-/Sprecheinheitsbenutzer oder einem entfernten Telefonbenutzer anfänglich durch die Basisstation in der Zelle, in der besagte vorgegebene Hör-/Sprecheinheit befindlich ist, wenn der Ruf ausgesendet wird, in Verbindung treten kann, und falls besagte vorgegebene Hör-/Sprecheinheit während des Anrufes körperlich bewegt wird, den Dienst durch andere Basisstationen, die Zellbereiche bedienen, in die besagte vorgegebene Hör-/Sprecheinheit bewegt wird, erhalten kann.