DE69434945T2 - Schnelle Leistungsregelung der Abwärtsrichtung in einem Kodemultiplexvielfachzugriffssystem - Google Patents

Schnelle Leistungsregelung der Abwärtsrichtung in einem Kodemultiplexvielfachzugriffssystem Download PDF

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • I. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Nachrichtenübertragungs- bzw. Kommunikationssysteme und speziell auf Leistungssteuerung in einem Code-Multiplex-Vielfach-Zugriffs-Kommunikations-System.
  • II. Beschreibung der verwandten Technik
  • Die staatliche Kommunikationskommission (Federal Communications Commission, FCC) reguliert die Nutzung des Hochfrequenz-(HF)-Spektrums entscheidend welche Industrie bestimmte Frequenzen bekommt. Da das HF-Spektrum beschränkt ist, kann nur ein kleiner Teil des Spektrums jeder Industrie zugewiesen werden. Das zugewiesene Spektrum muss deshalb effizient genutzt werden, um es so vielen Frequenz-Nutzern wie möglich zu erlauben Zugriff auf das Spektrum zu bekommen.
  • Vielfachzugriffsmodulationstechniken sind einige der effizientesten Techniken zum Nutzen des HF-Spektrums. Beispiele solcher Modulationstechniken umfassen Zeit-Multiplex-Vielfach-Zugriff (time division multiple access, TDMA), Frequenz-Multiplex-Vielfach-Zugriff (frequency divsion multiple access, FDMA) und Code-Multiplex-Vielfach-Zugriff (code division multiple access, CDMA).
  • Die CDMA Modulation setzt eine Spreizspektrumstechnik zur Übertragung von Information ein. Ein Spreizspektrumssystem nutzt eine Modulationstechnik, die das übertragene Signal über ein breites Frequenzband spreizt. Dieses Frequenzband ist typischerweise wesentlich breiter als die zum Übertragen des Signals erforderliche minimale Bandbreite. Die Spreizspektrumstechnik wird erreicht durch Modulieren von jedem zu übertragenden Basisbanddatensignal mit einem einmaligen breitbandigen Spreiz-Code. Durch Verwendung dieser Technik, kann ein Signal, das eine Bandbreite von nur einigen wenigen Kilohertz besitzt über eine Bandbreite von mehr als einem Megahertz gespreizt werden. Typische Beispiele von Spreizspektrumstechniken können gefunden werden in Spread Spectrum communications, Band i, M.K. Simon, Kapitel 5, Seiten 262-358.
  • Eine Form von Frequenzdiversität wird erreicht durch Spreizen des übertragenen Signals über einen breiten Frequenzbereich. Da nur 200-300 kHz eines Signals typischerweise durch einen frequenzselektiven Schwund betroffen sind, ist das verbleibende Spektrum des übertragenden Signals nicht betroffen. Ein Empfänger, der das Spreizspektrumssignal empfängt, wird deshalb durch den Schwundzustand weniger betroffen sein.
  • In einem CDMA-artigen Funktelefonsystem werden mehrere Signale gleichzeitig bei der gleichen Frequenz übertragen bzw. gesendet. Ein bestimmter Empfänger bestimmt dann, welches Signal für jenen Empfänger bestimmt ist, und zwar durch den einmaligen Spreizcode in dem Signal. Die Signale bei jener Frequenz ohne den speziellen bzw. den bestimmten Spreizcode, der für den bestimmten Empfänger gedacht ist, erscheinen als Rauschen für jenen Empfänger und werden ignoriert.
  • 1 zeigt einen typischen CDMA-Übertrager nach dem Stand der Technik zur Nutzung auf dem Rückwärtskanal eines Funktelefonsystems, wobei der Rückwärtskanal die Verbindung von der Mobilstation zu der Basisstation ist. Ein digitales Basisbandsignal wird zuerst durch einen Vocoder (Sprachcodierer/-decodierer) erzeugt. Der Vocoder (100) digitalisiert ein analoges Sprach- oder Datensignal unter Verwendung eines Codierprozesses wie zum Beispiel den Prozess der Code-angeregten linearen Vorhersage (Code Excited Linear Prediction, CELP), der in der Technik wohl bekannt ist.
  • Das digitale Basisbandsignal wird eingegeben an einen Faltungscodierer (101), und zwar mit einer bestimmten Rate bzw. Geschwindigkeit wie zum Beispiel 9600 bps. Der Codierer (101) faltungscodiert die eingegebenen Daten-Bits in Datensymbole mit einer festen Codierungsrate bzw. -geschwindigkeit. Zum Beispiel könnte der Codierer (101) die Daten-Bits mit einer festen Codierungsrate von einem Daten-Bit zu drei Datensymbolen codieren, so dass der Codierer (101) Datensymbole mit einer Rate bzw. Geschwindigkeit von 28,8 ksym/s bei einer Eingangsrate von 9600 bps ausgibt.
  • Die Datensymbole von dem Codierer werden an einen Verschachtler bzw. Interleaver (102) eingegeben. Der Interleaver (102) verwürfelt die Symbole, so dass die verlorenen Symbole nicht aufeinanderfolgend sein werden. Falls mehr als ein Symbol in dem Kommunikations- bzw. Nachrichtenübertragungskanal verloren wird, ist deshalb der Fehlerkorrektur-Code fähig, die Information wiederzugewinnen. Die Datensymbole werden an den Interleaver (102) eingegeben, und zwar in einer spaltenweisen Matrix und von der Matrix zeilenweise ausgegeben. Das Interleaving findet mit der gleichen Datensymbolrate von 28,8 ksym/s statt mit der die Datensymbole eingegeben worden sind.
  • Die verschachtelten Datensymbole werden in einen Modulator (104) eingegeben. Der Modulator (104) leitet eine Folge bzw. Sequenz mit Walsh-Codes fester Länge aus den verschachtelten Datensymbolen ab. Bei 64-stufiger orthogonaler Codesignalisierung werden die verschachtelten Datensymbole in Sätze von sechs Symbolen gruppiert, um einen von den 64 orthogonalen Codes auszuwählen, um den Satz mit sechs Datensymbolen darzustellen. Diese 64 orthogonalen Codes entsprechend Walsh-Codes von einer 64 mal 64 Hadamard Matrix, wobei ein Walsh-Code eine einzelne Zeile oder Spalte der Matrix ist. Der Modulator gibt eine Folge von Walsh-Codes aus, die den eingegebenen Datensymbolen mit einer festen Symbolrate entsprechen und zwar an einen Eingang eines Exklusiv-Oder- bzw. XOR-Kombinierers (107).
  • Ein Pseudozufalls-Rauschgenerator (PN Generator) (103) verwendet eine lange PN Sequenz, um eine nutzerspezifische Sequenz von Symbolen zu erzeugen. In einem mobilen Funktelefon mit einer elektronischen Seriennummer (ESN) kann die ESN mittels der Exklusiv-Oder-Verknüpfung mit der langen PN Sequenz verknüpft werden, um die Sequenz zu erzeugen, welche eine für diesen Funktelefonnutzer spezifische Sequenz bildet. Der Generator für die lange PN Sequenz bzw. Langer-PN-Generator (103) nimmt Daten mit der Spreizrate des Systems entgegen und gibt Daten mit der Spreizrate des Systems aus. Die Ausgabe des PN Generators (103) ist an den Exklusiv-Oder-Kombinierer (107) gekoppelt.
  • Die mit dem Walsh-Code gespreizten Symbole von dem Kombinierer (107) werden als nächstes quadratur-gespreizt. Die Symbole werden in zwei Exklusiv-Oder-Kombinierer (108 und 109) eingegeben, die ein paar von kurzen PN Sequenzen erzeugen. Der erste Kombinierer (108) verknüpft die mit den Walsh-Code gespreizten Symbole Exklusiv-Oder mit der In-Phase (I) Sequenz (105) während der zweite Kombinierer (109), die mit dem Walsh-Code gespreizten Symbole Exklusiv-Oder verknüpft mit der Quadratur-Phase (Q) Sequenz (106).
  • Die sich ergebenden, mit dem I- und Q-Kanal-Code gespreizten Sequenzen werden genutzt zum zwei-phasigen Modulieren eines Quadratur-Paares von Sinus-Schwingungen bzw. -Kurven, und zwar durch Treiben bzw. Ansteuern des Leistungspegels des Paares von Sinus-Schwingungen. Die sinusförmigen Ausgangssignale werden dann summiert, bandpass-gefiltert und auf eine HF-Frequenz umgesetzt, verstärkt, gefiltert und durch eine Antenne ausgestrahlt.
  • Der typische CDMA Übertrager bzw. Sender nach dem Stand der Technik, der auf dem Vorwärtskanal eines Funktelefonsystems genutzt wird, der Verbindung von der Basisstation zu der Mobilstation, ist ähnlich dem Rückwärtskanal. Dieser Sender ist in 4 dargestellt. Der Unterschied zwischen den Vorwärts- und Rückwärtskanalsendern ist die Hinzufügung eines Walsh-Code-Generators (401) und eines Leistungssteuer-Bit-Multiplexers (420) zwischen dem PN-Generator-Kombinierer (107) und den Quadratur-Spreiz-Kombinierern (108 und 109) für den Vorwärtskanalsender.
  • Der Leistungssteuer-Bit-Multiplexer (420) multiplext ein Leistungssteuer-Bit anstelle eines anderen Bits in dem Rahmen. Die Mobilstation kennt den Ort dieses Bits und sucht an diesem Ort nach diesem Leistungssteuer-Bit. Als ein Beispiel instruiert ein „0"-Bit die Mobilstation seinen mittleren Ausgangsleistungspegel um einen vorher bestimmten Betrag zu erhöhen und ein „1"-Bit instruiert die Mobilstation seinen mittleren Ausgangspegel, um einen vorherbestimmten Betrag zu vermindern.
  • Der Code-Multiplex-Kanal-Selektions-Generator (401) ist mit einem Kombinierer (402) gekoppelt und sieht einen bestimmten Walsh-Code für den Kombinerer (402) vor. Der Generator (401) sieht einen von 64 orthogonalen Codes vor und zwar entsprechend den 64 Walsh-Codes von einer 64 mal 64 Hadamard Matrix, wobei ein Walsh-Code eine einzelne Zeile oder Spalte der Matrix ist. Der Kombinierer (402) nutzt den bestimmten Walsh-Code, der durch den Code-Multiplex-Kanal-Generator (401) eingegeben wird zum Spreizen der eingegebenen verwürfelten Datensymbole in mit dem Walsh-Code gespreizte Datensymbole. Die mit dem Walsh-Code gespreizten Datensymbole werden von dem Exklusiv-Oder-Kombinierer (402) ausgegeben und in die Quadratur-Spreiz-Kombinierer mit einer festen Chip-Rate von 1,2288 Mchp/s gegeben.
  • Die Mobilstation kann der Basisstation bei der Steuerung der Leistung auf den Vorwärtskanal helfen und zwar durch Übertragen einer Leistungssteuernachricht an die Basisstation auf der Rückwärisverbindung. Die Mobilstation sammelt Statistiken bezüglich seiner Fehler-Performance und informiert die Basisstation über die Leistungssteuernachricht. Die Basisstation kann dann ihre Leistung für den speziellen Nutzer entsprechend einstellen.
  • Das Problem mit der oben beschriebenen Art von Leistungssteuerung ist, dass für die Vorwärtsverbindungssteuerung, die Leistungssteuernachricht Sprach- oder Daten-Bits ersetzt, dadurch die Qualität des Sprach- oder des Datendurchsatzes reduzierend. Dies begrenzt fundamental die Rate mit der Mobilstationen-Leistungssteuernachrichten an die Basisstation senden können und wiederum die Rate bzw. Geschwindigkeit mit der die Basisstation die Ausgangsleistung zu diese spezielle Mobilstation einstellen kann. Eine hohe Aktualisierungsrate bzw. Geschwindigkeit der Sendeleistungseinstellung wür de es der Basisstation erlauben, die Sendeleistung für jede individuelle Mobilstation auf einen minimalen Pegel einzustellen, der notwendig ist, um eine Verbindung mit einer spezifizierten Qualität beizubehalten. Durch Minimieren jeder individuellen Sendeleistung wird auch die erzeugte Gesamt-Interferenz minimiert, somit die Kapazität des Systems verbessernd. Es gibt demzufolge einen Bedarf zum Aktualisieren der Ausgangsleistung eines Senders mit einer höheren Rate ohne wesentlich die Qualität der Daten in der Übertragung zu verschlechtern.
  • Weitere Aufmerksamkeit wird gelenkt auf das Dokument EP-A2-0428 099, das sich auf ein digitales Funkverbindungssystem und ein Verfahren zum Einstellen der Sendeleistung bei einem digitalen Funkverbindungssystem bezieht. Das System weist an einem empfangsseitigen Ende ein erstes Mittel auf, zum Überwachen der Fehlerratenschätzung und zum Erzeugen eines ersten Steuersignals, falls die Fehlerratenschätzung einen vorherbestimmten Schwellenwert übersteigt. An einem sendeseitigen Ende weist das System Mittel auf zum Einstellen der Sendeleistung, wobei die Mittel ansprechen auf das Auftreten des ersten Steuersignals durch Erhöhen der Sendeleistung. In dem System ist ferner an dem empfangsseitigen Ende ein zweites Mittel vorgesehen zum Überwachen der Änderungsrate des empfangenen Signalpegels und zum Erzeugen eines zweiten Steuersignals, falls die Änderungsrate einen vorherbestimmten Schwellenwert übersteigt. Die Mittel zum Einstellen bzw. Anpassen der Sendeleistung sprechen an auf das Auftreten des ersten oder des zweiten Steuersignals durch temporäres Erhöhen der Sendeleistung nahe zu der maximalen Sendeleistung.
  • Weiterhin wird Aufmerksamkeit gelenkt auf das Dokument EP-A-0 548 939, das sich auf ein Sendeleistungssteuersystem bezieht, wobei, um für ein zellularartiges mobiles Kommunikationsnetzwerk ein Sendeleistungssteuersystem vorzusehen, das geeignet ist, eine Signalqualität konstant zu halten, eine durchschnittliche Bitfehlerrate y auf einer Empfangsseite gemessen wird und zwar im Zusammenhang mit einem Kommunikationskanal, der genutzt wird. Falls die durchschnittliche Bit-Fehlerrate y nicht größer als ein erster Raten schwellenwert LV1 ist, wird die Sendeleistung um einen vorherbestimmten Betrag auf einer Sendeseite verringert. Falls die durchschnittliche Bit-Fehlerrate y nicht weniger als ein zweiter Ratenschwellenwert LV2 ist, der größer als der erste Ratenschwellenwert LV1 ist, wird die Sendeleistung um den vorherbestimmten Betrag auf der Sendeseite erhöht. Vorzugsweise wird ein durchschnittlicher Empfangspegel zusätzlich gemessen zum Einstellen der Sendeleistung, wenn die Bit-Fehlerrate weniger oder größer ist als der erste oder der zweite Ratenschwellenwert. Der erste und/oder der zweite Ratenschwellenwert wird adaptiv eingestellt durch Zählen der Anzahl, wie oft die Bit-Fehlerrate eine vorherbestimmte maximal zulässige Rate übersteigt. Es ist möglich ein durchschnittliches Träger-zu-Interferenz-Verhältnis zu nutzen, wobei Schwellenverhältniswerte für die Schwellenratenwerte substituiert werden, und wobei eine vorherbestimmte minimal zulässige Rate genutzt wird.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern von Leistung gemäß den Ansprüchen 1 und 5 vorgesehen. Ausführungsbeispiele werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
  • Der Prozess der vorliegenden Erfindung ermöglicht es einem Sender die Ausgangsleistung zu jeder Mobilstation mit der er kommuniziert auf einer rahmenweisen Basis zu aktualisieren. Der Prozess wird erreicht durch einen Rückkopplungsmechanismus von der Mobilstation zu der Basisstation. Durch den Rückkopplungsmechanismus informiert die Mobilstation die Basisstation darüber, ob sie Rahmen richtig oder falsch empfängt, und zwar durch Einbeziehen solcher Information bei jedem Datenrahmen, der an die Basisstation übertragen wird.
  • Der Prozess bestimmt zuerst, ob die Ausgangsleistung des Senders, mit dem eine Kommunikation hergestellt ist, zu erhöhen oder zu verringern ist. Der Prozess informiert dann den Sender, um seine Leistung entsprechend zu än dern, und zwar durch Einbeziehen von Leistungssteuer-Bits in jeden übertragenen Datenrahmen.
  • Ein anderes Ausführungsbeispiel des Prozesses der vorliegenden Erfindung ermöglicht es einer Kommunikationsverbindung ein Eingangssignal mit höherer Datenrate zu besitzen, während ein Ausgangssignal mit konstanter Datenrate beibehalten wird. Das Verfahren faltungscodiert zunächst das Eingangsdatensignal zum Erzeugen einer Vielzahl von faltungscodierten Signalen. Jedes der faltungscodierten Signale besteht aus einer Vielzahl von Datensymbolen. Jedes Datensymbol wird eine vorher bestimmte Anzahl mal wiederholt, und zwar zum Erzeugen einer Datensequenz mit Code-Wiederholung mit einer vorherbestimmten und festen Rate bzw. Geschwindigkeit. Die Datensequenz wird dann derart punktiert, dass Symbole an vorherbestimmten Orten der Datensequenz gelöscht werden, somit eine Datensequenz mit einer vorherbestimmten festen Rate erzeugend, die niedriger ist, als die der originalen Datensequenz. Die codierten Signale mit den wiederholten Datensymbolen werden multiplext zum Erzeugen einer Datensequenz.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt einen typischen Rückwärtsverbindungs-CDMA-Sender nach dem Stand der Technik zur Nutzung in einem Funktelefonsystem.
  • 2 zeigt den Vorwärtskommunikationsverbindungsprozess des Designs wie er in einem CDMA-Funktelefonsystem genutzt wird.
  • 3 zeigt den Mobilfunkprozess des Designs wie er in einem CDMA Funktelefonsystem genutzt wird.
  • 4 zeigt einen typischen Vorwärtsverbindungs-CDMA-Sender nach dem Stand der Technik zur Nutzung in einem Funktelefonsystem.
  • 5 zeigt den Vorwärtsverbindungsleistungssteuerprozess der vorliegenden Erfindung.
  • Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
  • Der Kommunikationsverbindungsprozess mit variabler Datenrate des Designs ermöglicht es der Datenrate eines Signals, dass an einen Schaltungs-Codierer eingegeben wird, variabel zu sein, und zwar ohne die Datenrate des codierten Signals zu ändern. Dies ermöglicht es, dass ein Sprachkanal mit höherer Qualität oder ein schnellerer Faksimile- oder Datenkanal genutzt wird, ohne dass die feste Ausgangsrate bzw. -geschwindigkeit von 19,2 kbps erhöht wird. Die variable Datenrate wird erreicht durch Punktieren eines Faltungs-Codes mit Rate ½ zum Erlangen eines Faltungs-Codes mit Rate ¾. Zum Beispiel erzeugt eine feste Eingangsdatenrate von 9600 bps die mit einem Faltungs-Code mit Rate ½ codiert wird, eine feste Ausgangsdatenrate von 9600·2 = 19,2 kbps. In gleicher Weise erzeugt eine feste Eingangsdatenrate von 14400 bps, die mit einem Faltungscode mit Rate ¾ codiert wird, eine feste Ausgangsdatenrate von 14400·4/3 = 19,2 kbps.
  • Der Vorwärtskommunikationsverbindungsprozess des Designs ist in 2 dargestellt. Der Prozess beginnt mit einem Datensignal I(D), dass an den Faltungs-Codierer (201) eingegeben wird. Der Prozess ermöglicht es der Datenrate dieses Signals variable und so hoch wie 14,4 kbps zu sein. Der Faltungs-Codierer (201) ist in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Codierer mit Rate 1/2.
  • Der Faltungs-Code besitzt die Generierungs-Polynome G1 = 753 und G2 = 561. In Polynom-Schreibweise erscheinen die generierenden Polynome wie folgt: G1(D) = 1 + D + D2 + D3 + D5 + D7 + D8 G2(D) = 1 + D2 + D3 + D4 + D8
  • Da dies ein Codierer (201) mit Rate ½ ist, werden für jedes in den Codierer (201) eingegebene Bit zwei Symbole ausgegeben. Zum Beispiel, falls das Eingangssignal aus Bits b0, b1 und b2 besteht sind die ausgegebenen Symbolsequenzen wie folgt: C11, C12, C13, C14, C15, C16 ... für G1 und C21, C22, C23, C24, C25, C26 ... für G2. Deshalb muss, ohne den Prozess, die Eingabe 9,6 kbps sein, um die Standardausgabe von 19,2 kbps des Codierers mit Rate ½ beizubehalten.
  • Der nächste Schritt des Prozesses fügt eine Wiederholung (202 und 203) von jedem der ausgegebenen Symbole in die Symbolsequenz ein. Die Datenrate wird durch den Sprachcodierer oder durch den Datendienstcontroller eingestellt, so dass er weiß wie viele Symbolwiederholungen eingefügt werden müssen, um die richtige Datenrate zu erlangen. In dem Design werden die Symbole einmal wiederholt, so dass die ausgegebenen Symbolsequenzen wie folgt sind:
    C11, C11, C12, C12, C13, C13, C14, C14, C15, C15, C16, C16 ... für G1 und
    C21, C21, C22, C22, C23, C23, C24, C24, C25, C25, C26, C26 ... für G2
  • Eine Parallel-zu-seriell-Konvertierung wird mit diesen Symbolsequenzen durch einen Multiplexer (204) durchgeführt. Die zwei Symbolsequenzen werden in den Multiplexer (204) mit einer Rate von 14,4 kbps eingegeben und werden von dem Multiplexer als eine einzelne Sequenz ausgegeben, die eine Datenrate von 28,8 kbps besitzt. Dieser Multiplex-Schritt erzeugt die folgende Symbolsequenz:
    C11, C21, C11, C21, C12, C22, C12, C22, C13, C23, C13, C23, C14, C24, C14, C24, C15, C25, C15, C25, C16, C26, C16, C26 ...
  • Diese Sequenz wird dann punktiert (205) unter Verwendung von 110101 als Punktierungsmuster, wobei jede Null das punktierte Bit ist. Dieses Muster wird implementiert durch Löschen aller Bits aus der Symbolsequenz, die an den Orten 6n + 3 und 6n + 5 sind, wobei n eine ganze Zahl in dem Bereich von 0 bis ∞ ist. Alternative Designs können die Symbolsequenz an unterschiedlichen Orten und mit einer unterschiedlichen Rate punktieren. Das Ergebnis dieser Operation ist die folgende Symbolsequenz:
    C11, C21, C21, C22, C12, C22, C23, C23, C14, C24, C24, C25, C15, C25, C26, C26 ...
  • Die Symbole werden dann in einen Blockinterleaver (207) eingegeben. Es ist für einen Fachmann klar, dass andere Arten von Interleaving in alternativen Designs genutzt werden können. Die verschachtelten bzw. interleavten Datensymbole werden durch den Interleaver (207) mit der gleichen Datensymbolrate ausgegeben mit der sie eingegeben wurden, und zwar 19,2 kpbs. Die interleavte Symbolsequenz wird an einen Eingang des Exklusiv-Oder-Kombinierers (226) eingegeben.
  • Das Interleaving ist notwendig zum Reduzieren der Wahrscheinlichkeit, dass ein Schwund oder eine Interferenz eine große Lücke in der Datensequenz verursachen wird. In dem Fall, in dem die Symbole auch wiederholt werden, wird der Verlust eines Symbols nicht notwendigerweise einen Gesamtverlust der Daten verursachen, somit eine verbesserte Performance vorsehend.
  • Ein langer Pseudo-Rausch-(pseudo-noise, PN)-Generator (220) ist mit dem anderen Eingang des Exklusiv-Oder-Kombinierers (226) gekoppelt, um eine Spreizsequenz für den Exklusiv-Oder-Kombinierer (226) vorzusehen. Der lange PN-Generator (220) nutzt eine lange PN-Sequenz zum Erzeugen einer nutzerspezifischen Symbolsequenz oder eines einmaligen Nutzer-Codes mit einer festen Rate, und zwar 19,2 kbps in dem Designs. Zusätzlich zum Vorsehen einer Identifizierung an welchen Nutzer die Verkehrskanaldaten-Bits über den Kommunikationskanal zu senden sind, verbessert der einmalige Nutzer-Code die Privatsphäre der Kommunikation in dem Kommunikationskanal durch Verwürfeln der Verkehrskanaldaten-Bits. Der Exklusiv-Oder-Kombinierer (226) nutzt den einmaligen Nutzer-Code, der durch den langen PN-Generator (220) eingegeben wird, zum Spreizen der eingegebenen Walsh-codierten Datensymbole in die mit dem Nutzer-Code gespreizten Datensymbole. Diese Spreizung durch den Exklusiv-Oder-Kombinierer (226) sieht einen Erhöhungsfaktor in der Gesamtspreizung der Verkehrskanaldaten-Bits zu Datensymbolen vor. Die mit dem Nutzer-Code gespreizten Symbole werden von dem Exklusiv-Oder-Kombinierer (226) mit einer festen Chiprate ausgegeben, und zwar mit 1,228 Mchp/s in dem bevorzugten Design.
  • Die Code-gespreizten Symbole werden an einen Kombinierer (260) eingegeben, der auch mit einem Code-Multiplex-Kanal-Selektions-Generator (250) gekoppelt ist, der einen Walsh-Code mit bestimmter Länge für den Kombinierer (260) vorsieht. Der Generator (250) sieht einen von 64 orthogonalen Codes vor und zwar entsprechend den 64 Walsh-Codes von einer 64 mal 64 Hadamard Matrix, wobei ein Walsh-Code eine einzelne Zeile oder Spalte der Matrix ist. Der Kombinierer (260) nutzt den durch den Code-Multiplex-Kanal-Generator (250) eingegebenen bestimnten bzw. speziellen Walsh-Code zum Spreizen der eingegebenen verwürfelten Datensymbole in Datensymbole, die mit dem Walsh-Code bedeckt bzw. gespreizt sind. Die mit dem Walsh-Code abgedeckten bzw. gespreizten Datensymbole werden dem Exklusiv-Oder-Kombinierer (260) ausgegeben und zwar in die quadratur-abdeckenden bzw. spreizenden Kombinierer (227 und 229) mit einer festen Chip-Rate von 1,2288 Mchp/s.
  • Ein paar von kurzen PN-Sequenzen (d.h. kurz im Vergleich zu der langen PN-Sequenz, die durch den langen PN-Generator (220) genutzt wird) wird durch einen I-Kanal-PN-Generator (225) und einen Q-Kanal-PN-Generator (228) erzeugt. Diese PN-Generatoren (225 und 228) können die gleichen oder unterschiedlichen kurzen PN-Sequenzen erzeugen. Die Exklusiv-Oder-Kombinierer (227 und 229) spreizen ferner die eingegebenen mit dem Walsh-Code gespreizten Daten mit den kurzen PN-Sequenzen, die durch den PN-I-Kanal-Generator (225) bzw. dem PN-Q-Kanal-Generator (228) erzeugt werden. Die sich ergebenden mit dem I-Kanal-Code-Kanal gespreizte Sequenz und mit dem Q-Kanal-Code-gespreizte Sequenz werden genutzt zum bi- bzw. zweiphasigen Modulieren eines Quadratur-Paares mit Sinusschwingungen und zwar durch Treiben bzw. durch Ansteuern der Leistungspegelsteuerungen des Paares von Sinusschwingungen. Die Sinusschwingungen bzw. sinusförmigen Signale werden summiert, bandpaß-gefiltert, in eine HF-Frequenz übersetzt, verstärkt, gefiltert und durch eine Antenne ausgestrahlt, um die Ü bertragung der Symbolsequenz über die Vorwärts-Kommunikationsverbindung zu bewirken bzw. zu vervollständigen.
  • In einem zellularen CDMA-Funktelefonsystem bedarf es eines Prozesses in der mobilen Funkeinheit, um die über die Vorwärts-Kommunikationsverbindung übertragene Symbolsequenz zu interpretieren. Dieser Mobileinheitsprozess des Designs ist in 3 dargestellt.
  • Der Mobileinheitsprozess demoduliert zunächst die empfangene Symbolsequenz (301). Das demodulierte Signal wird anschließend in einen De-Interleaving-Prozess (302) eingegeben, um das Interleaving des Vorwärtsverbindungs-Prozesses umzukehren. Das Ergebnis dieser Operation ist die ursprüngliche Sequenz von Symbolen, einschließlich der wiederholten Symbole, wie sie in den Interleaver des Vorwärtsverbindungs-Prozesses eingegeben wurde.
  • Die ausgegebene Symbol-Sequenz wird dann weiterverarbeitet, um die Symbole auszufüllen, die während des Vorwärtsverbindungs-Punktierungsprozesses gelöscht wurden (303). Da die empfangende Mobilstation über das gleiche Punktierungsmuster verfügt wie die Basisstation, weiß die Mobilstation, welche Symbole gelöscht wurden und kann daher diese gelöschten Symbole durch Leerräume ersetzen, auch bekannt als Löschungen bzw. Erasures. Die Ausgabe dieser Operation ist die folgende, wobei E die Löschung bzw. Auslöschung ist:
    C11, C21, E, C21, E, C22, C12, C22, E, C23, E, C23, C14, C24, E, C24, E, C25, C15, C25, E, C26, E, C26 ...
  • Diese Sequenz wird anschließend in einen Puffer (304) zur temporären Speicherung eingegeben. Der Puffer erlaubt es dem Viterbi-Decoder, die Symbolsequenz mehrfach zu verarbeiten, um die Datenrate zu bestimmen.
  • Der Viterbi-Decodierer (305) weist den Löschungs-Bits außerdem eine Null-Metrik zu, wie es in der Technik wohlbekannt ist. Die Ausgabe des Viterbi- Decodierers sind digitale Daten, die in ein analoges Signal durch einen Digital-zu-Analog-Konverter (306) konvertiert werden. Das analoge Signal kann dann zur Ansteuerung eines Lautsprechers (307) in der Mobileinheit genutzt werden.
  • Die über den Vorwärts- und den Rückwärtskanal übertragenen Signale sind in Rahmen formatiert, wobei jeder Rahmen eine Länge von 20 Millisekunden aufweist. Die anhängige US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 07/822,164 von Padovani et al. führt eine detailliertere Erläuterung dieser Rahmen auf. Die Menge der in jedem Rahmen übertragenen Daten ist abhängig von der Datenrate. Die Rahmenzusammensetzung für jeder Datenrate für den Vorwärts- und den Rückwärtskanal ist in der folgenden Tabelle dargestellt:
    Figure 00140001
  • Die in der Tabelle aufgelistete Rate ist die Informationsbitrate. Die reservierten Bits für den Vorwärts- und den Rückwärtskanal sind in dem Design vorgesehen für Signalisierung, Leistungssteuerung und zukünftige Verwendung.
  • Die Übertragungs- bzw. Sendeleistung des Vorwärtskanal-Übertragers bzw. -Senders kann im Rückwärtskanal durch den Leistungssteuerungsprozess der vorliegenden Erfindung gesteuert werden, dargestellt in 5. Der Leistungssteuerungsprozess wird im Folgenden bei Anwendung in einem CDMA zellularen Funktelefonsystem beschrieben, kann jedoch in anderen Kommunikationssystemen angewendet werden.
  • Der Selektor bzw. Auswähler des terrestrischen Netzwerkes bestimmt die Rate, mit welcher ein Rahmen an eine Mobilstation gesendet wurde (501) und sendet den Rahmen an alle Basisstationen, die mit dieser speziellen Mobilstation kommunizieren. Der Selektor ist Teil der Basisstation und zuständig für die Anruf- bzw. Verbindungsverarbeitungs-Anforderungen der Basisstation.
  • Während einer weichen Übergabe bzw. Soft Hand-Off kommuniziert mehr als eine Basisstation mit einer Mobilstation. Die Basisstationen übertragen den Rahmen an die Mobilstation (505). Nach dem Kombinieren der Daten von möglicherweise mehreren Basisstationen ermittelt die Mobilstation, ob der letzte Rahmen (510) korrekt empfangen und decodiert wurde. Falls die Mobilstation den letzten Rahmen korrekt decodiert hat, setzt die Mobilstation das Leistungssteuerungsbit im nächsten Rahmen (520), der an die Basisstationen übertragen wird.
  • Da der Selektor die Rate kennt, mit welcher der letzte Rahmen zu der Mobilstation übertragen wurde, und nun außerdem eine Rückmeldung von der Mobilstation hat, ob jener Rahmen korrekt decodiert wurde, stellt der Selektor eine Tabelle mit Statistiken zusammen (525), welche die Fehlerraten enthält, die bei jeder Rate an der Mobilstation auftreten. Die "korrekt empfangen" Einträge in der Tabelle werden nur inkrementiert, wenn der Rückwärtsverbindungs-Rahmen von der Mobilstation, welcher das Rückmeldebit enthält, korrekt empfangen und decodiert wurde (515).
  • Figure 00160001
  • Der Selektor führt ferner eine Tabelle mit vorherbestimmten Zielfehlerraten T1, T2, T3 und T4, jeweils eine für jede Rate. Falls die vorliegende Erfindung in einem zellularen Funktelefonsystem angewendet wird, können diese Fehlerraten durch den Anbieter des zellularen Dienstes eingestellt werden, um eine bestimmte Servicequalität vorzusehen.
  • Der Selektor berechnet anschließend die folgenden Differenzen: E1 = I2/I – T1 E2 = J2/J – T2 E3 = K2/K – T3 E4 = L2/L – T4.
  • Der Selektor bestimmt den Leistungspegel, mit welchem der nächste Rahmen zu senden ist, in dem die entsprechende gerade berechnete Differenz mit Null verglichen wird. Ist beispielsweise der zu übertragende Rahmen ein Rahmen mit Vollrate und E1 > 0 (530), dann wird der Leistungspegel Pnominal + P betragen (535), wobei P eine Funktion des Wertes von E1 und Pnominal der durch den Diensteerbringer für dieses geographische Gebiet festgelegte Leistungspegel ist. Falls E1 = 0 (540), dann wird der Leistungspegel Pnominal betragen (545). Falls E1 < 0, dann wird der Leistungspegel Pnominal – P betragen (550). Die anderen Datenraten unterliegen der gleichen Prozedur. Der Selektor leitet den nächsten an die Mobilstation zu übertragenden Rahmen an die Basisstationen weiter, die mit der Mobilstation kommunizieren. Eine Indikation des Leistungspegels, mit welchem der Rahmen zu übertragen ist, wird in den Rahmen einbezogen.
  • Alternative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung fügen mehr als eine Wiederholung eines jeden Symbols in die Symbolsequenz ein, abhängig von der in den Codierer eingegebenen Datenrate. Wird beispielsweise eine Datenrate von 2,4 kbps in den Codierer eingegeben, sollten die Symbole noch dreimal wiederholt werden, so dass insgesamt 4 gleiche Symbole vorliegen, damit die Ausgabesequenz eine 19,2 kbps Ausgabedatenrate beibehält. Durch Hinzufügen von mehr oder weniger Wiederholungen kann die Eingabedatenrate variiert werden, während gleichzeitig die Ausgabe bei 19,2 kbps gehalten wird, wie durch die CDMA Interimsspezifikation IS-95 der Electronic Industries Association/Telephone Industries Association gefordert.
  • Alternative Ausführüngsbeispiele können zuerst punktieren und nach dem Punktierungsprozess wiederholen. Allerdings zerstört das bevorzugte Ausführungsbeispiel das Symbol nicht, wie es der Fall wäre, würden die Symbole vor dem Widerholungsprozess punktiert werden. Indem zuerst wiederholt wird, existiert die Wiederholung des Symbols noch nach der Punktierung und daher kann diese Information noch übertragen werden.
  • Alternative Ausführungsbeispiele können eine Ausgaberate für die Verbindung von der Basisstation zur Mobilstation erforderlich machen, die von der durch die CDMA Spezifikation geforderten von 19,2 kbps abweicht. Ein Beispiel einer solchen Ausführung ist die Verbindung von Mobilstation zu Basisstation, für welche die Spezifikation eine Rate von 28800 bps verlangt. in diesem Fall ermöglicht eine Informationsrate von 14400 bps, gekoppelt mit einem Faltungscode mit Rate ½ die gewünschte Rate von 14400·2 = 28800 bps.
  • Durch Punktieren eines Codes mit Rate ½, um einen Code mit Rate ¾ zu erhalten, erlaubt der Prozess der vorliegenden Erfindung die Unterstützung einer höheren Datenrate durch einen Codierer, während die Ausgabe konstant bleibt. Der Punktierungsprozess und der Codesymbol-Wiederholungsprozess erlauben ferner die Unterstützung variabler Datenraten durch den Codierer, wie zum Beispiel 14,4, 7,2, 3,6 und 1,8 kbps, während die Ausgabe des Codierers stabil bei 19,2 kbps gehalten wird, indem die Zahl der Wiederholungen der Symbole erhöht wird. Durch Verwendung eines Punktierungsprozesses in einem Funktelefon, welches die Fähigkeit aufweist, in dem CDMA Funktelefonsystem betrieben zu werden, werden eine höhere Sprachqualität und schnellere Daten- und Faxübertragungen erreicht.
  • Der schnelle Vorwärtsleistungs-Steuerungsprozess der vorliegenden Erfindung erlaubt es einer Mobilstation, eine Basisstation mit einer schnelleren Rate anzuweisen, die Leistungsausgabe zu ändern. Dieser Prozess erlaubt es der Mobilstation, ein Leistungs-Änderungskommando mit jedem Datenrahmen zu senden, ohne dass sich die Sprach- oder Datenqualität verschlechtert.
  • Die mit dem Punktierungsprozess eines Codes mit Rate ½ assoziierte Leistungsverschlechterung in der Verbindung von der Basisstation zur Mobilstation wird mehr als kompensiert durch den schnellen Vorwärtsleistungs-Steuerungsprozeß der vorliegenden Erfindung. Der schnelle Vorwärtsleistungs-Steuerungsprozeß der vorliegenden Erfindung erlaubt es einer Mobilstation, die Basisstationen mit einer Rate von 50 Hz (mit jedem Rahmen) anzuweisen, ihre Ausgabeleistung anzupassen, im Vergleich zu Raten von 0,2 Hz, die mit Hilfe anderer Signalisierungsverfahren erreicht werden, welche komplette Rahmen durch Leistungssteuerungsinformation ersetzen. Dieser Prozess erlaubt es der Mobilstation, eine Leistungsänderungsanforderung mit jedem Datenrahmen zu senden, indem ein einzelnes Informationsbit pro Rahmen verwendet wird und daher ohne Verschlechterung der Sprachqualität und ohne maßgebliche Reduktion des Datendurchsatzes.

Claims (12)

  1. Ein Verfahren zur Leistungssteuerung bzw. -regelung einer ersten Kommunikationseinrichtung durch eine zweite Kommunikationseinrichtung, wobei die erste Kommunikationseinrichtung über einen Vorwärtskommunikationskanal bzw. Vorwärtsnachrichtenübermittlungskanal mit mindestens einer Datenrate bzw. -geschwindigkeit überträgt bzw. sendet, wobei die zweite Kommunikationseinrichtung über einen Rückwärtskommunikationskanal überträgt und das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: die erste Kommunikationseinrichtung eine Vielzahl von Rahmen auf dem Vorwärtskommunikationskanal überträgt (505), wobei jeder Rahmen mit einer vorherbestimmten Datenrate aus der mindestens einen Datenrate übertragen wird; die zweite Kommunikationseinrichtung, die Vielzahl von Rahmen decodiert (510), dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kommunikationseinrichtung eine Decodieranzeige an die erste Kommunikationseinrichtung überträgt (520), ansprechend darauf, ob jeder Rahmen erfolgreich decodiert worden ist; Bestimmen (560) einer Rahmenfehlerrate für jede vorher bestimmte Datenrate ansprechend auf die Decodieranzeige; Erzeugen (525) einer Differenz, für jede vorherbestimmte Datenrate, zwischen der Rahmenfehlerrate und einer vorherbestimmten Soll- bzw. Zielfehlerrate; falls die Differenz größer als eine vorherbestimmte Schwelle ist (530), Einstellen bzw. Anpassen (535) der Leistung der ersten Kommunikationseinrichtung an einen ersten vorherbestimmen Pegel; falls die Differenz gleich der vorherbestimmten Schwelle ist (540), Einstellen (545) der Leistung der ersten Kommunikationseinrichtung auf einen zweiten vorherbestimmen Pegel; und falls die Differenz kleiner als die vorherbestimmte Schwelle ist; Einstellen (550) der Leistung der ersten Kommunikationseinrichtung auf einen dritten vorherbestimmten Pegel.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorherbestimmte Schwelle 0 ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorherbestimmte Zielfehlerrate für jede Datenrate unterschiedlich ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Kommunikationseinrichtung eine Basisstation ist und die zweite Kommunikationseinrichtung eine Mobilstation ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Basisstation den Schritt des Bestimmens einer Rahmenfehlerrate ausführt.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Basisstation den Schritt des Erzeugens eine Differenz zwischen der Rahmenfehlerrate und der vorherbestimmten Zielfehlerrate ausführt.
  7. Eine Vorrichtung zur Leistungssteuerung bzw. -regelung einer ersten Kommunikationseinrichtung durch eine zweite Kommunikationseinrichtung, wobei die erste Kommunikationseinrichtung über einen Vorwärtskommunikationskanal bzw. Vorwärtsnachrichtenübermittlungskanal mit mindestens einer Datenrate bzw. -geschwindigkeit sendet bzw. überträgt, wobei die zweite Kommunikationseinrichtung über einen Rückwärtskommunikationskanal überträgt, und die Vorrichtung folgendes aufweist: Mittel zum Übertragen von der ersten Kommunikationseinrichtung eine Vielzahl von Rahmen auf dem Vorwärtskommunikationskanal, wobei jeder Rahmen mit einer vorherbestimmten Datenrate aus der mindestens einen Datenrate übertragen wird; Mittel zum Decodieren der Vielzahl von Rahmen an der zweiten Kommunikationseinrichtung; dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner aufweist: Mittel zum Übertragen von der zweiten Kommunikationseinrichtung eine Decodieranzeige an die erste Kommunikationseinrichtung ansprechend darauf ob jeder Rahmen erfolgreich decodiert worden ist; Mittel zum Bestimmen einer Rahmenfehlerrate für jede vorherbestimmte Datenrate ansprechend auf die Decodieranzeige; Mittel zum Erzeugen einer Differenz, für jede vorherbestimmte Datenrate, zwischen der Rahmenfehlerrate und einer vorherbestimmten Soll- bzw. Zielfehlerrate; Mittel zum Einstellen bzw. Anpassen der Leistung der ersten Kommunikationseinrichtung an einen, und zwar entweder einen ersten, einen zweiten oder einen dritten vorherbestimmten Pegel, relativ zu einer vorherbestimmten Schwelle.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die vorherbestimmte Schwelle 0 ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die vorherbestimmte Zielfehlerrate für jede Datenrate unterschiedlich ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die erste Kommunikationseinrichtung eine Basisstation ist und die zweite Kommunikationseinrichtung eine Mobilstation ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Basisstation den Schritt des Bestimmens einer Rahmenfehlerrate ausführt.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Basisstation den Schritt des Erzeugens einer Differenz zwischen der Rahmenfehlerrate und der vorher bestimmten Zielfehlerrate ausführt.
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