DE69619842T2

DE69619842T2 - Kompensationsverfahren für zeitdispersion in einem kommunikationssystem

Info

Publication number: DE69619842T2
Application number: DE69619842T
Authority: DE
Inventors: Krister Raith
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1995-10-18
Filing date: 1996-10-18
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2016-10-19
Also published as: EP0856214A1; DE69619842D1; CN1105434C; EP0856214B1; WO1997015126A1; US5907555A; CN1204426A; AU7517296A; JPH11513857A

Description

HINTERGRUND

Die Erfindung des Anmelders betrifft elektrische Telekommunikation und insbesondere drahtlose Kommunikationssysteme, wie beispielsweise Zellular- und Satellitenfunksysteme, für unterschiedliche Betriebsmoden (analog, digital, Dualmodus, etc.), und Zugriffsverfahren, wie beispielsweise Frequency Division Multiple Access (Frequenzunterteilungsvielfachzugriff) (FDMA), Time Divisional Multiple Access (Zeitunterteilungsvielfachzugriff) (TDMA), Code Divisional Multiple Access (Codeunterteilungsvielfachzugriff) (CDMA), Hybrid- FDMA/TDMA/CDMA, als Beispiele. Die speziellen Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung sind auf Verfahren zur Erhöhung einer Bandbreitezuordnung, Verkehrs- und Kapazitätsmanagement und auf den Durchsatz und die Qualität von Transaktion gerichtet.
Es folgt eine Beschreibung, die auf Gebiete gerichtet ist, in denen das System der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann. Diese allgemeine Beschreibung soll einen allgemeinen Überblick über bekannte Systeme und die damit verbundenen Terminologie geben, so dass ein besseres Verständnis der Erfindung erreicht werden kann. In Nordamerika werden digitale Kommunikation und Vielfachzugriffsverfahren, wie beispielsweise TDMA, momentan durch ein digitales, zellulares Funktelefonsystem bereitgestellt, bezeichnet Digital Advanced Mobile Phone Service (digitaler, fortschrittlicher Mobiltelefondienst) (D-AMPS), von dem einige Eigenschaften in dem Interimstandard TIA/EIA/IS-54-B, "Dual-Mode Mobile Station-Base Station Compatibility Standard" beschrieben sind, herausgegeben durch die Telecommunications Industry Association und Electronic Industries Association (TIA/EIA), hierin ausdrücklich mittels Bezugnahme einbezogen. Aufgrund der großen existierenden Konsumentenausrüstungsgrundlage, die nur im analogen Bereich mit Frequenzunterteilungsvielfachzugriff (FDMA) arbeitet, ist TIA/EIA-IS-54-B ein Dualmodus- (analog und digital) Standard, der eine analoge Kompatibilität zusammen mit einer digitalen Kommunikationsfähigkeit bereitstellt. Beispielsweise liefert der TIA/EIA/IS-54-B Standard sowohl FDMA-Analogsprachkanäle (AVC) als auch TDMA-Digitalsprachkanäle (DTC). Die AVCs und DTCs werden durch ein Frequenzmodulieren von Funkträgersignalen implementiert, die Frequenzen in der Nähe von 800 Megahertz (MHz) aufweisen, so dass jeder Funkkanal eine spektrale Breite von 30 Kilohertz (KHz) aufweist.
In einem TDMA Zellularfunktelefonsystem ist jeder Funkkanal in eine Serie von Zeitschlitzen unterteilt, von denen jeder einen Informationsburst (Stoß) von einer Datenquelle enthält, z. B. einen digital codierten Abschnitt einer Sprachkonversation. Die Zeitschlitze werden in aufeinanderfolgende TDMA-Rahmen mit einer vorgegebenen Dauer gruppiert. Die Anzahl von Zeitschlitzen in jedem TDMA-Rahmen steht in Verbindung mit der Anzahl von unterschiedlichen Benutzern, die sich gleichzeitig den Funkkanal teilen. Falls jeder Zeitschlitz in einem TDMA-Rahmen einem anderen Benutzer zugeordnet ist, ist die Dauer eines TDMA-Rahmens die Minimalzeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen, die dem gleichen Benutzer zugeordnet sind.
Die aufeinanderfolgenden Zeitschlitze, die dem gleichen Benutzer zugeordnet sind, die normalerweise nicht aufeinanderfolgende Zeitschlitze auf dem Funkträger sind, stellen den digitalen Verkehrskanal des Benutzers dar, der als ein logischer Kanal erachtet werden kann, der dem Benutzer zugeordnet ist. Wie unterhalb detaillierter beschrieben, können weiter digitale Steuerkanäle (DCCs) für ein Übermitteln von Steuersignalen bereitgestellt werden, und solch ein DCC ist ein logischer Kanal, der durch eine Abfolge von normalerweise nicht aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen auf dem Funkträger gebildet wird.
In nur einem von vielen möglichen Ausführungsbeispielen eines TDMA-Systems, wie oben beschrieben, ermöglichte der TIA/EIA/IS-54-B Standard, dass jeder TDMA-Rahmen aus sechs aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen besteht und eine Dauer von 40 Millisekunden (msec) hat. Somit kann jeder Funkkanal von drei bis sechs DTCs führen (z. B. drei bis sechs Telefongespräche), in Abhängigkeit von den Quellraten der Sprachcoder/Decoder (Codex), die verwendet werden, um die Gespräche digital zu codieren. Solche Sprachcodex können entweder mit voller Rate oder halber Rate arbeiten. Ein Vollraten-DTC erfordert doppelt so viele Zeitschlitze in einer gegebenen Zeitperiode wie ein Halbraten-DTC, und im TIA/EIA/IS-54-B verwendet jeder Vollraten-DTC zwei Schlitze von jedem TDMA-Rahmen, d. h. den ersten und vierten, zweiten und fünften, oder dritten und sechsten der sechs Schlitze des TDMA-Rahmens. Jeder Halbraten-DTC verwendet nur einen Zeitschlitz von jedem TDMA-Rahmen. Während eines jeden DTC- Zeitschlitzes werden 324 Bits übermittelt, von denen der Hauptbestandteil, 260 Bits, durch die Sprachausgabe des Codex begründet wird, einschließlich Bits aufgrund einer Fehlerkorrekturcodierung der Sprachausgabe, und die verbleibenden Bits werden für Schutzzeiten und Overheadsignalisierung verwendet, für Zwecke wie beispielsweise eine Synchronisierung.
Es ist ersichtlich, dass zellulare TDMA-Systeme in einem Puffer-und-Burst oder diskontinuierlichen Übertragungsmodus arbeiten: Jede Mobilstation übermittelt (und empfängt) nur während ihr zugeordneten Zeitschlitzen. Bei voller Rate könnte beispielsweise eine Mobilstation während Schlitz 1 übermitteln, während Schlitz 2 empfangen, während Schlitz 3 im Leerlauf sein, während Schlitz 4 übermitteln, während Schlitz 5 empfangen, und während Schlitz 6 im Leerlauf sein, und dann dem Zyklus während aufeinanderfolgender TDMA-Rahmen wiederholen. Daher kann die Mobilstation, die Batterie betrieben sein kann, ausgeschaltet werden, oder schlafen, um Energie während der Zeitschlitze zu sparen, in der sie weder übermittelt noch empfängt.
Zusätzlich zu Sprach- oder Verkehrskanälen liefern zellulare Funkkommunikationssysteme weiter Paging(Funkruf)/Zugriff, oder Steuerkanäle zum Führen von Rufeinrichtenachrichten zwischen Basisstationen und Mobilstationen. In Übereinstimmung mit TIA/EIA/IS-54-B gibt es beispielsweise 21 zugeordnete Analogsteuerkanäle (ACCs), die vorgegebene feste Frequenzen für eine Übertragung und einen Empfang in der Nähe von 800 MHz aufweisen. Da diese ACCs immer auf den gleichen Frequenzen angetroffen werden, können sie sofort lokalisiert und durch die Mobilstationen überwacht werden.
Wenn beispielsweise in einem Leerlaufzustand (d. h. angeschaltet, jedoch nicht im Begriff, einen Ruf zu tätigen oder zu empfangen), stellt sich eine Mobilstation in einem TIA/EIA/IS-54-B-System auf den stärksten Steuerkanal ein und überwacht diesen dann in gleichmäßigen Abständen (allgemein den Steuerkanal der Zelle, in der die Mobilstation zu diesem Zeitpunkt angeordnet ist) und kann einen Ruf durch die entsprechende Basisstation empfangen oder initiieren. Wenn sich die Mobilstation zwischen Zellen bewegt, während sie in dem Leerlaufzustand ist, wird sie irgendwann die Funkverbindung des Steuerkanals der "alten Zelle" verlieren, und sich auf den Steuerkanal der "neuen Zelle" einstellen. Die anfängliche Einstellung und nachfolgende Neueinstellung auf Steuerkanäle werden beide automatisch bewirkt, durch Abtasten der verfügbaren Steuerkanäle auf deren bekannten Frequenzen, um den "besten" Steuerkanal zu finden. Wenn ein Steuerkanal mit einer guten Empfangsqualität gefunden wird, verbleibt die Mobilstation auf diesen Kanal eingestellt, bis die Qualität sich wiederum verschlechtert. Auf diese Weise bleibt die Mobilstation "in Kontakt" mit dem System.
Eine Mobilstation muss, während im Leerlaufzustand befindlich, den Steuerkanal hinsichtlich Paging(Funkruf)nachrichten überwachen, die an sie adressiert sind. Wenn beispielsweise ein normaler Telefon- (Festleitungs)-Teilnehmer einen Mobilteilnehmer anruft, wird der Ruf von dem öffentlichen Telefonvermittlungsnetzwerk (PSTN) zu einem Mobilvermittlungszentrum (MSC) gerichtet, das die gewählte Nummer analysiert. Falls die gewählte Nummer gültig ist, fordert das MSC eine oder alle einer Anzahl von Funkbasisstationen auf, die gerufene Mobilstation zu pagen, durch Übermitteln von Pagingnachrichten über deren jeweilige Steuerkanäle, die die Mobilidentifikationsnummer (MIN) der gerufenen Mobilstation enthalten. Jede im Leerlauf befindliche Mobilstation, die eine Pagingnachricht empfängt, vergleicht die empfangene MIN mit ihrer eigenen gespeicherten MIN. Die Mobilstation mit der übereinstimmenden, gespeicherten MIN übermittelt eine Pagingantwort über den speziellen Steuerkanal zu der Basisstation, die die Pagingantwort an das MSC weiterleitet.
Bei Empfang der Pagingantwort wählt das MSC einen AVC oder DTC aus, der der Basisstation verfügbar ist, die die Pagingantwort empfangen hat, schaltet einen entsprechenden Funktransceiver in der Basisstation an und bewirkt, dass die Basisstation eine Nachricht über den Steuerkanal zu der gerufenen Mobilstation übermittelt, die die gerufene Mobilstation anweist, sich auf den ausgewählten Sprach- oder Verkehrskanal einzustellen. Eine Durchgangsverbindung für den Ruf ist eingerichtet, sobald die Mobilstation sich auf den ausgewählten AVC oder DTC eingestellt hat.
Die Leistung des Systems mit ACCs, das durch den TIA/EIA/IS- 54-B beschrieben ist, wurde in einem System verbessert, das digitale Steuerkanäle (DCCH) aufweist, welches in dem TIA/EIA/IS-136 beschrieben ist, hierin ausdrücklich mittels Bezugnahme einbezogen. Unter Verwendung solcher DCCHs kann jeder TIA/EIA/IS-54-B-Funkkanal nur DTCs führen, nur DCCHs oder eine Mischung von sowohl DTCs als auch DCCHs. Innerhalb des TIA/EIA/IS-136-B-Rahmenwerks kann jede Funkträgerfrequenz bis zu drei Vollraten DTCs/DCCHs aufweisen oder sechs Halbraten DTCs/DCCHs oder eine beliebige Kombination dazwischen, beispielsweise einen Vollraten und vier Halbraten-DTCs/DCCHs.
Allgemein muss jedoch die Übertragungsrate des DCCH nicht mit der Halbrate und der Vollrate übereinstimmen, die in dem TIA/EIA/IS-54-B beschrieben ist, und die Länge der DCCHs- Schlitze müssen nicht gleichmäßig sein und müssen nicht mit der Länge der DTC-Schlitze übereinstimmen. Der DCCH kann auf einem TIA/EIA/IS-54-B-Funkkanal definiert sein und kann beispielsweise aus jedem n-ten Schlitz in dem Strom von aufeinanderfolgenden TDMA-Schlitzen bestehen. In diesem Fall kann die Länge jedes DCCH-Schlitzes gleich 6,67 msec sein oder nicht, was die Länge eines DTC-Schlitzes in Übereinstimmung mit dem TIA/EIA/IS-54-B darstellt. Alternativ (und ohne Beschränkung anderer möglicher Alternativen) können diese DCCH-Schlitze auf andere dem Fachmann bekannte Weisen definiert sein.
In zellularen Telefonsystemen ist ein Luftverbindungsprotokoll erforderlich, um es einer Mobilstation zu erlauben, um mit den Basisstationen und dem MSC zu kommunizieren. Das Kommunikationsverbindungsprotokoll wird verwendet, um zellulare Telefongespräche zu initiieren und zu empfangen. Das Kommunikationsverbindungsprotokoll wird, allgemein in der Kommunikationsindustrie als ein Schicht 2 Protokoll bezeichnet, und dessen Funktionalität umfasst die Abgrenzung oder Umrahmung von Schicht 3 Nachrichten. Diese Schicht 3 Nachrichten können zwischen kommunizierenden Schicht 3 Partnereinheiten übermittelt werden, die innerhalb Mobilstationen und zellularen Vermittlungssystemen angeordnet sind. Die physikalische Schicht (Schicht 1) definiert die Parameter des physikalischen Kommunikationskanals, z. B. eine Funkfrequenzbeabstandung, Modulationscharakteristiken, etc. Schicht 2 definiert die für die genaue Übermittlung von Information notwendigen Verfahren, innerhalb der Beschränkungen des physikalischen Kanals, z. B. Fehlerkorrektur und Erfassung, etc. Schicht 3 definiert die Prozeduren für einen Empfang und eine Verarbeitung von über den physikalischen Kanal übermittelter Information.
Kommunikationen zwischen Mobilstationen und dem zellularen Vermittlungssystem (die Basisstationen und das MSC) können allgemein mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschrieben werden. Fig. 1 veranschaulicht schematisch Vielzahlen von Schicht 3 Nachrichten 11, Schicht 2 Rahmen 13 und Schicht 1 Kanalbursts oder Zeitschlitzen 15. In Fig. 1 kann jede Gruppe von Kanalbursts, die einer jeden Schicht 3 Nachricht entsprechen, einen logischen Kanal darstellen, und, wie oben beschrieben, werden die Kanalbursts für jede gegebene Schicht 3 Nachricht normalerweise nicht aufeinanderfolgende Zeitschlitze auf einem TIA/EIA/136-Träger sein. Auf der anderen Seite könnten die Kanalbursts aufeinanderfolgend sein; sobald ein Zeitschlitz endet, könnte der nächste Zeitschlitz beginnen.
Jeder Schicht 1 Kanalburst 15 enthält einen kompletten Schicht 2 Rahmen, und auch andere Information, wie beispielsweise Fehlerkorrekturinformation und andere Overheadinformation, die für einen Schicht 1 Betrieb verwendet wird. Jeder Schicht 2 Rahmen enthält mindestens einen Abschnitt einer Schicht 3 Nachricht, und auch Overheadinformation, die für einen Schicht 2 Betrieb verwendet wird. Obwohl in Fig. 1 nicht gezeigt, würde jede Schicht 3 Nachricht unterschiedliche Informationselemente enthalten, die als die Nutzlast der Nachricht betrachtet werden können, einen Header(Kopfbereichs)abschnitt zum Identifizieren des Typs der jeweiligen Nachricht und möglicherweise eine Füllung.
Jeder Schicht 1 Burst und jeder Schicht 2 Rahmen ist in eine Vielzahl von unterschiedlichen Feldern unterteilt. Insbesondere enthält ein DATA-Feld mit beschränkter Länge in jedem Schicht 2 Rahmen die Schicht 3 Nachricht 11. Da die Schicht 3 Nachrichten variable Längen aufweisen, in Abhängigkeit von der in der Schicht 3 Nachricht enthaltenen Informationsmenge, kann eine Vielzahl von Schicht 2 Rahmen erforderlich sein, um eine einzige Schicht 3 Nachricht zu übermitteln. Als ein Ergebnis kann eine Vielzahl von Schicht 1 Kanalbursts erforderlich sein, um die gesamte Schicht 3 Nachricht zu übermitteln, da eine Eins-zu-Eins-Entsprechung zwischen Kanalbursts und Schicht 2 Rahmen besteht.
Wie oben erwähnt, werden, wenn mehr als ein Kanalburst erforderlich ist, eine Schicht 3 Nachricht zu übermitteln, normalerweise die mehreren Bursts nicht auf dem Funkkanal aufeinanderfolgende Bursts sein. Darüber hinaus werden die mehreren Bursts normalerweise nicht einmal aufeinanderfolgende Bursts sein, die dem speziellen logischen Kanal zugeordnet sind, der für eine Übermittlung der Schicht 3 Nachricht verwendet wird. Da für einen Empfang, eine Verarbeitung und für ein Reagieren auf jeden empfangenen Burst Zeit erforderlich ist, werden die für eine Übermittlung einer Schicht 3 Nachricht erforderlichen Bursts normalerweise in einem gestaffelten Format übermittelt, wie schematisch in Fig. 2(a) veranschaulicht, und wie oben in Verbindung mit dem TIA/EIA/IS-136-Standard erläutert.
Fig. 2(a) zeigt ein allgemeines Beispiel eines Vorwärts- (oder Abwärtsverbindungs-) DCCH, der als eine Abfolge von Zeitschlitzen 1, 2, ... N, ... konfiguriert ist, enthalten in den aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen 1, 2, ..., die über eine Trägerfrequenz gesendet werden. Diese DCCH-Schlitze können auf einem Funkkanal definiert sein, wie beispielsweise der durch den TIA/EIA/IS-136 definierte, und können, wie in Fig. 2 beispielsweise zu sehen, aus jedem n-ten Schlitz in einer Serie von aufeinanderfolgenden Schlitzen bestehen. Jeder DCCH-Schlitz hat eine Dauer, die 6,67 Millisekunden sein kann oder auch nicht, was die Länge eines DTC-Schlitzes in Übereinstimmung mit dem TIA/EIA/IS-136-Standard ist.
Wie in Fig. 2(a) gezeigt, können die DCCH-Schlitze in Superrahmen (SF) organisiert sein, und jeder Superrahmen umfasst eine Anzahl von logischen Kanälen, die unterschiedliche Arten von Information führen. Einer oder mehrere DCCH-Schlitze kann jedem logischen Kanal in dem Superrahmen zugeordnet sein. Jeder beispielhafte Abwärtsverbindungs-Superrahmen in Fig. 2(a) umfasst drei logische Kanäle: einen Broadcast-Steuerkanal (BCCH) einschließlich sechs aufeinanderfolgenden Schlitzen für Overheadnachrichten; einen Pagingkanal (PCH) einschließlich einem Schlitz für Pagingnachrichten; und einen Zugriffsantwortkanal (ARCH) einschließlich einem Schlitz für eine Kanalzuordnung und andere Nachrichten. Die verbleibenden Zeitschlitze in dem exemplarischen Superrahmen von Fig. 2(a) können anderen logischen Kanälen zugeordnet sein, wie beispielsweise zusätzlichen Pagingkanälen PCH oder anderen Kanälen. Da die Anzahl von Mobilstationen normalerweise viel größer als die Anzahl von Schlitzen in dem Superrahmen ist, wird jeder Pagingslot für ein Paging von mehreren Mobilstationen verwendet, die einige eindeutige Charakteristiken gemeinsam aufweisen, z. B. die letzte Ziffer der MIN.
Fig. 2(b) veranschaulicht ein bevorzugtes Informationsformat für die Schlitze eines Vorwärts-DCCH. Die Information; die in jedem Schlitz übermittelt wird, umfasst eine Vielzahl von Feldern, und Fig. 2(b) zeigt die Anzahl von Bits in jedem Feld über diesem Feld an. Die in dem SYNC-Feld gesendeten Bits werden auf eine bekannte Weise verwendet, um einen genauen Empfang der codierten Superrahmenphasen- (CSFP) und DATA-Feldern sicherzustellen. Das SYNC-Feld umfasst ein vorgegebenes Bitmuster, das durch die Basisstation verwendet wird, um den Beginn des Schlitzes zu finden. Das Shared Channel Feedback (geteilter Kanalfeedback) (SCF) Feld wird verwendet, um einen Zufallszugriffskanal (RACH) zu steuern, der durch die Mobilstation verwendet wird, um einen Zugriff auf das System anzufordern. Das CSFP-Feld übermittelt einen codierten Superrahmenphasenwert, der es den Mobilstationen ermöglicht, den Beginn jedes Superrahmens zu finden. Dies ist nur ein Beispiel für das Informationsformat in den Schlitzen des Vorwärts-DCCH.
Zum Zwecke eines effizienten Schlafmodusbetriebs und einer schnellen Zellenauswahl kann der BCCH in einer Anzahl von Unterkanälen aufgeteilt sein. Eine BCCH-Struktur ist bekannt, die es der Mobilstation erlaubt, eine Minimalinformationsmenge zu lesen, wenn sie angeschaltet wird (wenn sie sich auf einen DCCH einstellt), bevor sie in der Lage ist, auf das System zuzugreifen (einen Ruf abzusetzen oder zu empfangen. Nachdem sie angeschaltet ist, muss eine leerlaufende Mobilstation regelmäßig nur deren zugeordnete PCH-Schlitze überwachen (normalerweise einen in jedem Superrahmen); die Mobilstation kann während anderer Schlitze schlafen. Das Verhältnis der Zeit, die die Mobilstation mit einem Lesen von Paging-Nachrichten verbringt, zu der Zeit, die im Schlafverbracht wird, ist steuerbar und stellt einen Kompromiss zwischen einer Rufeinrichteverzögerung und einem Energieverbrauch dar.
Da jeder TDMA-Zeitschlitz eine bestimmte begrenzte Informationsführungskapazität aufweist, führt jeder Burst typischerweise nur einen Teil einer Schicht 3 Nachricht, wie oben erwähnt. In der Aufwärtsverbindungsrichtung versucht eine Mehrzahl von Mobilstationen, mit dem System auf einer Wettstreitbasis zu kommunizieren, während eine Mehrzahl von Mobilstationen nach Schicht 3 Nachrichten lauscht, die von dem System in der Abwärtsverbindungsrichtung ausgesendet werden. In bekannten Systemen muss eine gegebene Schicht 3 Nachricht unter Verwendung von so vielen TDMA-Kanalbursts geführt werden, wie es erforderlich ist, um die gesamte Schicht 3 Nachricht zu übermitteln.
Digitale Steuer- und Verkehrskanäle sind aus bestimmten Gründen erwünscht, wie beispielsweise Unterstützen längerer Schlafperioden der Mobileinheiten, was eine längere Batterielebensdauer bewirkt, als ein Beispiel. Digitale Verkehrskanäle und digitale Steuerkanäle haben eine Funktionalität erweitert, zum Optimieren einer Systemkapazität und Unterstützen hierarchischer Zellenstrukturen, d. h. Strukturen mit Makrozellen, Mikrozellen, Pikozellen, etc. Der Ausdruck "Makrozelle" bezeichnet allgemein eine Zelle mit einer Größe, die vergleichbar mit den Größen von Zellen in einem bekannten zellularen Telefonsystem ist (z. B. ein Radius von mindestens ungefähr 1 Kilometer), und die Ausdrücke "Mikrozelle" und "Pikozelle" bezeichnen allgemein schrittweise kleinere Zellen. Beispielsweise könnte eine Mikrozelle einen öffentlichen Innen- oder Außenbereich abdecken, z. B. ein Versammlungszentrum oder eine geschäftige Straße, und eine Pikozelle könnte einen Bürokorridor oder ein Stockwerk in einem Hochhaus abdecken. Vom Standpunkt einer Funkabdeckung können Makrozellen, Mikrozellen und Pikozellen sich von einander abgrenzen oder können einander überlappen, um unterschiedliche Verkehrsmuster oder Funkumgebungen zu handhaben.
Fig. 3 zeigt ein exemplarisches, hierarchisches oder Multischicht-Zellularsystem. Eine Schirmmakrozelle 10, dargestellt durch eine hexagonale Form, stellt eine Überlagerungszellularstruktur dar. Jede Schirmzelle kann eine darunterliegende Mikrozellstruktur enthalten. Die Schirmzelle 10 umfasst eine Mikrozelle 20, dargestellt durch den Bereich, der innerhalb der gepunkteten Linie enthalten ist, und eine Mikrozelle 30, dargestellt durch den Bereich, der in der gestrichelten Linie entsprechend den Bereichen entlang Stadtstraßen enthalten ist, und Pikozellen 40, 50 und 60, die individuelle Ebenen eines Gebäudes abdecken. Die Schnittstelle der zwei Stadtstraßen, abgedeckt durch die Mikrozellen 20 und 30, kann ein Bereich einer dichten Verkehrskonzentration sein, und somit könnte er einen Hotspot darstellen.
Fig. 4 stellt ein Blockdiagramm eines exemplarischen zellularen Mobilfunktelefonsystems dar, einschließlich einer exemplarischen Basisstation 110 und Mobilstation 120. Die Basisstation umfasst eine Steuer- und Verarbeitungseinheit 130, die mit dem MSC 140 verbunden ist, das seinerseits mit dem PSTN (nicht gezeigt) verbunden ist. Allgemeine Gesichtspunkte solcher zellularer Funktelefonsysteme sind im Stand der Technik bekannt, wie beschrieben durch das US- Patent Nr. 5,175,867 an Wejke et al., mit dem Titel "Neighbor-Assisted Handoff in a Cellular Communication System", das in diese Anmeldung mittels Bezugnahme einbezogen ist.
Die Basisstation 110 handhabt eine Vielzahl von Sprachkanälen durch einen Sprachkanaltransceiver 150, der durch die Steuer- und Verarbeitungseinheit 130 gesteuert wird. Weiter umfasst jede Basisstation einen Steuerkanaltransceiver 160, der dazu in der Lage sein kann, einen oder mehr als einen Steuerkanal zu handhaben. Der Steuerkanaltransceiver 160 wird durch die Steuer- und Verarbeitungseinheit 130 gesteuert. Der Steuerkanaltransceiver 160 sendet Steuerkanalinformation über den Steuerkanal der Basisstation oder Zelle zu Mobilgeräten, die auf diesen Steuerkanal eingestellt sind. Es versteht sich, dass die Transceiver 150 und 160 als eine einzelne Vorrichtung implementiert sein können, wie der Sprach- und Steuertransceiver 170, zur Verwendung mit DCCHs und DTCs, die die gleiche Funkträgerfrequenz teilen.
Die Mobilstation 120 empfängt die auf einem Steuerkanal ausgesendete Information an ihrem Sprach- und Steuerkanaltransceiver 170. Dann beurteilt die Verarbeitungseinheit 180 die empfangene Steuerkanalinformation, die die Charakteristiken von Zellen enthält, die Kandidaten für die Mobilstation sind, sich darauf einzustellen, und bestimmt, auf welche Zelle sich dieses Mobilgerät einklinken sollte. Vorteilhafterweise umfasst die empfangene Steuerkanalinformation nicht nur absolute Information bezüglich der Zelle, mit der sie in Verbindung steht, sondern enthält weiter relative Information bezüglich anderen Zellen, die in der Nähe der Zelle liegen, mit der der Steuerkanal verknüpft ist, wie im US-Patent 5,353,332 an Raith et al. beschrieben, mit dem Titel "Method and Apparatus for Communication Control in a Radiotelephone System", die in dieser Anmeldung mittels Bezugnahme einbezogen ist.
Um die Benutzer-"Gesprächszeit", d. h. die Batterielebensdauer der Mobilstation, zu verlängern, kann ein digitaler Vorwärtssteuerkanal (Basisstation zu Mobilstation) bereitgestellt werden, der die Typen von Nachrichten führen kann, bestimmt für momentane Analogvorwärtssteuerkanäle (FOCC), jedoch in einem Format, was es einer leerlaufenden Mobilstation erlaubt, Overheadnachrichten zu lesen, wenn sie sich auf den FOCC einklinkt, und danach nur zu lesen, wenn die Information sich geändert hat; das Mobilgerät schläft zu einem anderen Zeitpunkt. In einem solchen System werden manche Arten von Nachrichten durch die Basisstationen öfter als andere Arten ausgesendet, und Mobilstationen müssen nicht jede Nachrichtensendung lesen.
Die durch die TIA/EIA/IS-54-B und TIA/EIA/IS-136-Standards spezifizierten Systeme beziehen sich auf schaltungsvermittelte Technologie, was eine Art von "verbindungsorientierte" Kommunikation ist, die eine physikalische Gesprächsverbindung einrichtet, und diese Verbindung so lange aufrecht erhält, wie die kommunizierenden Endsysteme Daten auszutauschen haben. Die direkte Verbindung einer Schaltungsvermittlung dient als eine offene Pipeline, was es den Endsystemen erlaubt, die Schaltung für alles zu verwenden, was auch immer als geeignet erachtet wird. Während schaltungsvermittelte Datenkommunikation für Konstantbandbreitenanwendungen gut geeignet sein kann, ist dies relativ ineffizient für niedrige Bandbreiten und "stoßartige" Anwendungen.
Eine Paketvermittlungstechnologie, die verbindungsorientiert sein kann (z. B. X.25) oder "verbindungslos" (z. B. das Internetprotokoll "IP") erfordert nicht das Einrichten und Absetzen einer physikalischen Verbindung, was einen starken Kontrast zu schaltungsvermittelter Technologie bildet. Dieses reduziert die Datenlatenz und erhöht die Effizienz eines Kanals bei der Handhabung relativ kurzer, stoßweiser oder interaktiver Transaktionen. Ein verbindungsloses Paketvermittlungsnetzwerk verteilt die Weiterleitungsfunktionen auf multiple Leiteinrichtungen, wodurch mögliche Verkehrsflaschenhälse vermieden werden, die auftreten könnten, wenn ein zentraler Vermittlungsknoten verwendet wird. Daten sind "paketgebunden", mit der geeigneten Endsystemadressierung, und werden dann in unabhängigen Einheiten entlang des Datenpfads übermittelt. Dazwischen gelagerte Systeme, manchmal "Router" genannt, und zwischen den kommunizierenden Endsystemen angeordnet, fällen Entscheidungen hinsichtlich der geeignetsten Route, die auf einer Partnerpaket-Basis zu nehmen ist. Routenentscheidungen werden auf eine Anzahl von Charakteristiken gegründet, einschließlich: Route mit geringsten Kosten oder Kostenmaße; Kapazität der Verbindung; Nummer von Paketen, die auf eine Übermittlung warten; Sicherheitsanforderungen für die Verbindung; und einem Zwischensystem-(Knoten)- Betriebszustand.
Eine Paketübermittlung entlang einer Route, die Pfadmaße in Betracht zieht, im Gegensatz zu einer Einzelschaltungsvermittlung, liefert Anwendungs- und Kommunikationsflexibilität. So haben sich auch die meisten Standard-Lokalbereichnetzwerke (LAN) und Weitbereichnetzwerke (WAN) im Geschäftsleben entwickelt. Eine Paketvermittlung ist für eine Datenkommunikation geeignet, da viele verwendete Anwendungen und Vorrichtungen, wie beispielsweise Tastaturendgeräte, interaktiv sind und Daten in Bursts übermitteln. Anstatt dass ein Kanal im Leerlauf ist, während ein Benutzer weitere Daten in das Endgerät eingibt oder pausiert, um über ein Problem nachzudenken, werden durch eine Paketvermittlung multiple Übermittlungen von mehreren Endgeräten auf dem Kanal zwischeneinander angeordnet.
Paketdaten liefern höhere Netzwerkrobustheit, aufgrund einer Pfadunabhängigkeit und der Fähigkeit der Router, alternative Pfade auszuwählen, falls ein Netzwerkknoten fehlerhaft ist. Eine Paketvermittlung erlaubt es daher, Netzwerkleitungen effizienter zu nutzen. Eine Pakettechnologie eröffnet die Möglichkeit, dem Endnutzer eine Rechnung basierend auf einer übermittelten Datenmenge zu stellen, anstatt einer Verbindungszeit. Falls die Endnutzeranwendung dazu ausgelegt ist, eine effiziente Nutzung der Luftverbindung zu tätigen, dann wird die Anzahl von übermittelten Paketen minimal sein. Falls der Verkehr eines jeden individuellen Benutzers auf einem Minimum gehalten wird, hat der Dienstanbieter die Netzwerkkapazität effektiv erhöht.
Paketnetzwerke sind normalerweise ausgelegt und basieren auf industrieweiten Standards, wie das Open System Interface (OSI) (offene Systemschnittstelle) Modell oder der TCP/IP Protokollstapel. Diese Standards wurden, ob formal oder in der Praxis, für viele Jahre entwickelt, und Anwendungen, die diese Protokolle verwenden, sind allgemein verfügbar. Der Hauptgesichtspunkt von standardbasierten Netzwerken ist es, eine Interkonnektivität mit anderen Netzwerken zu erzielen. Das Internet ist heute das bekannteste Beispiel für eine Verfolgung dieses Ziels mit einem standardbasierten Netzwerk.
Paketnetzwerke, wie das Internet oder ein Firmen-LAN, sind integrale Bestandteile einer heutigen Geschäftstätigkeit und von Kommunikationsumgebungen. Da eine mobile Computerverarbeitung in diesen Umgebungen allgegenwärtig wird, sind drahtlose Dienstanbieter, wie beispielsweise solche, die den TIA/EIA/IS-136 verwenden, am besten positioniert, um einen Zugriff auf diese Netzwerke bereitzustellen. Nichts desto weniger sind die Datendienste, die für zellulare Systeme bereitgestellt oder vorgeschlagen werden, normalerweise auf dem schaltungsvermittelten Betriebsmodus gegründet, unter Verwendung eines fest zugewiesenen Funkkanals für jeden aktiven Mobilnutzer.
Einige wenige Ausnahmen für Datendienste für zellulare Systeme basierend auf dem schaltungsvermittelten Betriebsmodus werden in den folgenden Dokumenten beschrieben, die Paketdatenkonzepte enthalten.
US-Patent Nr. 4,887,265 und "Packet Switching in Digital Cellular Systems", Proc. 38 IEEE Vehicular Technology Conference, Seiten 414-418 (Juni 1988) beschreiben ein zellulares System, das geteilte Paketdatenfunkkanäle bereitstellt, von denen jeder in der Lage ist, multiple Datenrufe unterzubringen. Eine Mobilstation, die einen Paketdatendienst anfordert, wird einem bestimmten Paketdatenkanal zugeordnet, unter Verwendung von im Wesentlichen regulärer zellularer Signalisierung. Das System kann Paketzugangspunkte (PAPS) enthalten, um mit Paketdatennetzwerken eine Schnittstelle aufzuweisen. Jeder Paketdatenfunkkanal ist mit einem speziellen PAP verbunden, und ist somit in der Lage, Datenrufe zu multiplexen, die mit diesem PAP verknüpft sind. Übergaben (Handovers) werden durch das System auf eine Weise initiiert, die im Wesentlichen gleich einer Übergabe ist, die in dem gleichen System für Sprachruf verwendet wird. Ein neuer Übergabetyp wird für solche Situationen hinzugefügt, in denen die Kapazität eines Paketkanals nicht ausreichend ist.
Diese Dokumente sind datenruforientiert und basieren auf einer Verwendung einer system-initiierten Übergabe auf eine regulären Sprachrufen ähnliche Art. Eine Anwendung dieser Prinzipien zum Bereitstellen von Universalpaketdatendiensten in einem TDMA-Zellularsystem würde Spektraleffizienz- und Leistungsnachteile mit sich bringen.
Das US-Patent Nr. 4,916,691 beschreibt eine Zellularfunksystemarchitektur mit einem neuen Paketmodus und neuen Prozeduren für ein Leiten (Sprache und/oder Daten) von Paketen zu einer Mobilstation. Basisstationen, öffentliche Vermittlungen über Stammschnittstelleneinheiten und eine zellulare Steuereinheit sind miteinander über ein WAN verbunden. Die Routingprozedur basiert auf Mobilstation initiierten Übergaben und auf einem Hinzufügen zu dem Header eines Pakets, das von einer Mobilstation übermittelt wird (während eines Gesprächs), eines Identifizierers der Basisstation, durch die das Paket hindurchtritt. Im Falle einer erweiterten Zeitperiode zwischen aufeinanderfolgenden Benutzerinformationspaketen von einer Mobilstation kann die Mobilstation zusätzliche Steuerpakete zum Zwecke einer Übermittlung von Zellenortsinformation übermitteln.
Die zellulare Steuereinheit ist vornehmlich bei einer Rufeinrichtung einbezogen, wenn diese dem Ruf eine Rufsteuernummer zuordnet. Sie benachrichtigt dann die Mobilstation hinsichtlich der Rufsteuernummer und der Stammschnittstelleneinheit der Rufsteuernummer und des Identifizierers der anfänglichen Basisstation. Während eines Gesprächs werden Pakete dann direkt zwischen der Stammschnittstelleneinheit und der momentan bedienenden Basisstationen geleitet.
Das in dem US-Patent Nr. 4.916,691 beschriebene System ist nicht direkt mit den speziellen Problemen einer Bereitstellung von Paketdatendiensten in TDMA- Zellularsystemen verwandt.
"Packet Radio in GSM", European Telecommunications Standards Institute (ETSI) T Doc SMG 4 58/93 (12. Februar 1993) und "A General Packet Radio Service Proposed for GSM" präsentiert während eines Seminars mit dem Titel "GSM in a Futur Competitive Environment", Helsinki, Finnland (13. Oktober 1993) erläutern ein mögliches Paketzugriffsprotokoll für Sprachen und Daten im GSM. Diese Dokumente beziehen sich direkt auf TDMA-Zellularsysteme, d. h. GSM, und obwohl sie eine mögliche Organisation eines optimierten geteilten Paketdatenkanals erläutern, befassen sie sich nicht mit Gesichtspunkten einer Integrierung von Paketdatenkanälen in einer Gesamtsystemlösung.
"Packet Data over GSM Network", T Doc SMG 1 238/93, ETSI (28. September 1993) beschreibt ein Konzept mit einer Bereitstellung von Paketdatendiensten im GSM, auf der Grundlage einer Verwendung einer regulären GSM-Signalisierung und Authentisierung, um einen virtuellen Kanal zwischen einer Paketmobilstation und einem "Agenten" einzurichten, der einen Zugriff auf Paketdatendienste handhabt. Mit einer für eine schnelle Kanaleinrichtung und Freigabe modifizierten, regulären Signalisierung werden reguläre Verkehrskanäle dann für eine Paketübermittlung verwendet. Dieses Dokument betrifft direkt TDMA-Zellularsysteme, da jedoch das Konzept auf der Verwendung einer "schnellen Vermittlungs"-Version existierender GSM-Verkehrskanäle gegründet ist, hat es Nachteile hinsichtlich einer Spektraleffizienz und Paketübermittlungsverzögerungen (insbesondere für kurze Nachrichten) im Vergleich mit einem Konzept, das auf optimiert geteilten Paketdatenkanälen basiert.
Cellular Digital Packet Data (CDPD) System Specification, Release, 1.0 (July 1993), das hierin ausdrücklich mittels Bezugnahme einbezogen ist, beschreibt ein Konzept für eine Bereitstellung von Paketdatendiensten, das verfügbare Funkkanäle in momentanen Advanced Mobile Phone Service (AMPS) Systemen verwendet, d. h. dem nordamerikanischen Analogzellularsystem. CDPD ist eine umfassende offene Spezifikation, die durch eine Gruppe von U.S.- Zellularbetreibern unterstützt wird. Abgedeckte Punkte umfassen externe Schnittstellen, Luftverbindungsschnittstellen, Dienste, eine Netzwerkarchitektur, ein Netzwerkmanagement und eine Administration.
Das spezifizierte CDPD-System gründet in einem hohen Ausmaß auf einer Infrastruktur, die von der existierenden AMPS- Infrastruktur unabhängig ist. Gemeinsamkeiten mit AMPS- Systemen sind auf die Verwendung des gleichen Typs von Funkfrequenzkanälen gegründet, und den gleichen Basisstationsorten (die Basisstation, die durch CDPD verwendet wird, kann neu sein und CDPD-spezifisch), und einer Anwendung einer Signalisierungsschnittstelle für ein Koordinieren von Kanalzuordnungen zwischen den zwei Systemen.
Ein Leiten eines Pakets zu einer Mobilstation gründet zuerst auf einer Leitung des Paket, basierend auf der Mobilstationsadresse, zu einem Heimatnetzwerkknoten (Home Mobile Data Intermediate System (Heimatmobildatenzwischensystem), MD-IS), der mit einem Home Location Register (HLR) (Heimatortsregister) ausgestattet ist; falls notwendig, wird dann das Paket zu einer besuchten und dienstbereitstellenden MD-IS basierend auf HLR- Information geleitet; und zuletzt wird das Paket von der bedienenden MD-IS über die momentane Basisstation übermittelt, basierend auf einem Report der Mobilstation bezüglich deren Zellenort an ihr bedienendes MD-IS.
Obwohl die CDPD-Systemspezifikation nicht direkt mit den speziellen Problemen einer Bereitstellung von Paketdatendiensten in TDMA-Zellularsystemen, die durch diese Anmeldung angesprochen werden, verwandt ist, können die Netzwerkgesichtspunkte und Konzepte, die in der CDPD- Systemspezifikation beschrieben werden, als eine Grundlage für die Netzwerkgesichtspunkte verwendet werden, die für ein Luftverbindungsprotokoll in Übereinstimmung mit dieser Erfindung benötigt werden.
Das CDPD-Netzwerk ist dazu ausgelegt, eine Erweiterung von existierenden Datenkommunikationsnetzwerken und des AMPS- Zellularnetzwerks zu sein. Existierende verbindungslose Netzwerkprotokolle können verwendet werden, um auf das CDPD- Netzwerk zuzugreifen. Da das Netzwerk immer als sich entwickelnd betrachtet wird, verwendet es ein offenes Netzwerkdesign, das die Hinzufügung eines neuen Netzwerkschichtprotokolls erlaubt, wenn erforderlich. Die CDPD-Netzwerkdienste und Protokolle sind auf die Netzwerkschicht des OSI-Modells und darunter beschränkt. Damit wird eine Entwicklung von oberen Schichtprotokollen und Anwendungen ermöglicht, ohne das darunterliegende CDPD- Netzwerk zu ändern.
Vom Standpunkt eines Mobilnutzers ist das CDPD-Netzwerk eine drahtlose Mobilerweiterung traditioneller Netzwerke, sowohl für Daten als auch für Sprache. Unter Verwendung eines CDPD- Dienstanbieternetzwerkdienstes ist der Teilnehmer in der Lage, nahtlos auf Datenanwendungen zuzugreifen, von denen viele auf traditionellen Datennetzwerken liegen können. Das CDPD-System kann als zwei miteinander verbundene Dienstsätze betrachtet werden: CDPD-Netzwerkunterstützungsdienste und CDPD-Netzwerkdienste.
CDPD-Netzwerkunterstützungsdienste führen Aufgaben durch, die notwendig sind, um das CDPD-Netzwerk zu erhalten und zu administrieren. Die Dienste sind: Buchführungsserver; Netzwerkmanagementsystem; Nachrichtenübermittlungsserver; und Authentisierungsserver. Diese Dienste werden definiert, um eine Interoperabilität unter Dienstanbietern zu erlauben. Da sich das CDPD-Netzwerk technisch über dessen ursprüngliche AMPS-Infrastruktur hinaus entwickelt, wird angenommen, dass die Unterstützungsdienste unverändert bleiben sollen. Die Funktionen der Netzwerkunterstützungsdienste sind notwendig für ein beliebiges Mobilnetzwerk und unabhängig von der Funkfrequenz (RF-Technologie).
CDPD-Netzwerkdienste sind Datenübertragungsdienste, die es Teilnehmern erlauben, mit Datenanwendungen zu kommunizieren. Zusätzlich können ein Ende oder beide Enden der Datenkommunikation mobil sein.
Zusammenfassend gesagt, besteht eine Notwendigkeit für ein System, das Universalpaketdatendienste in D-AMPS- Zellularsystemen bereitstellt, basierend auf einer Bereitstellung von gemeinsam genutzten Paketdatenkanälen, optimiert für Paketdaten. Diese Anwendung ist auf Systeme und Verfahren gerichtet, die die kombinierten Vorteile eines verbindungsorientierten Netzwerkes, wie das in dem TIA/EIA/IS-136-Standard beschriebene, und von verbindungslosen Paketdatennetzwerken bereitstellen.
Ein wesentlicher Gesichtspunkt in solchen Systemen ist die Zuordnung von Kanälen oder Bandbreite. Ein Beispiel solch einer Kanalzuordnung für IS-136 ist die Mobile Assisted Channel Allocation (MACA) (mobilstationsunterstützte Kanalzuordnung). In IS-136 wird eine MACA-Nachricht empfangen, bevor der Verkehrskanal zugeordnet wird, und wird typischerweise auf dem Broadcaststeuerkanal (BCCH) gesendet. Beispielsweise können Prozeduren, die beim Erstellen von verbindungs- oder reservierungsbasierten Zugriffsversuchen verwendet werden, in einer Zugriffsparameternachricht auf dem schnellen BCCH gesendet werden. Beispiele von solchen IS-136 Zufallszugriffsparametern umfassen maximal Belegt/Reserviert- Information, maximal Wiederholungsversuchsinformation, maximal Wiederholungsinformation, und einen maximal Stoppzähler. Da MACA-Berichte verwendet werden, bevor Verkehrskanäle zugeordnet werden, liefert MACA keine Information, nachdem die Mobilstation auf das System zugreift.
Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt von Zellulartelefonkommunikationssystemen ist eine Ausgleichung, die dazu verwendet wird, Irregularitäten oder Unzulänglichkeiten in dem Funkmedium zu kompensieren. Ein Ausgleicher (Equalizer) wird hauptsächlich in Empfangsschaltungen zum Zwecke einer Reduzierung der Effekte einer Multipfadausbreitung, und, in einem zellularen System, der Effekte einer relativen Bewegung zwischen dem Transmitter und Empfänger verwendet. Dieses wird beispielsweise in der WO 88/05981 beschrieben, die sich auf ein TDMA-System bezieht, das eine sogenannte adaptive Ausgleichung enthält. Die Einstellung des in dem Funkempfänger enthaltenen Ausgleichers ist durch Synchronisierungsworte bedingt, die mit von dem Funktransmitter übermittelten Datenworten zeitgemultiplext sind. Mit der Hilfe dieser Synchronisierungsworte kann der Ausgleicher so eingestellt werden, dass er die Dispersionseigenschaften des Mediums kompensiert. Funkempfänger, die Ausgleicher enthalten, werden oft für eine Kommunikation mit einer hohen Symbolrate (> 100 kBit/s) verwendet, deren Bitempfindlichkeit aufgrund einer Multipfadausbreitung größer ist als die Bitempfindlichkeit für eine Kommunikation mit niedrigerer Symbolrate. Ein Nachteil einer Verwendung von Ausgleichern ist es, dass diese eine Empfängerkomplexität und einen Energieverbrauch erhöhen.
Die Abwesenheit eines Ausgleichers liefert den Vorteil einer Ermöglichung einer Anwendung einer nicht-kohärenten Demodulation, was einen geringeren Komplexitätsgrad im Empfänger und einen geringeren Stromverbrauch zur Folge hat. Zusätzlich wird ein robuster Empfänger mit schnell variierenden Funkkanälen, aufgrund von hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten, erhalten. Der Nachteil liegt in der Tatsache, dass die Demodulation nicht mit einer Zeitdispersion ausgeführt werden kann, was einen beträchtlichen Anteil der Symbolzeit darstellt. Die EP-A- 0 415 897 beschreibt ein Verfahren, bei dem eine Empfangsschaltung einer Mobiltelefonvorrichtung die ankommenden Basisbandsignale demoduliert und ausgeglichen wird, um für die Unzulänglichkeiten (Multipfadausbreitung) des Funkmediums zwischen einer Basisstation und einer Mobiltelefonvorrichtung zu kompensieren. Es ist jedoch nicht immer notwendig, die demodulierten Signale auszugleichen, beispielsweise bei niedrigen Symbolraten oder im Falle einer Monopfadausbreitung. In Übereinstimmung mit der EP-A- 0 415 897 wird die Zeitdispersion der empfangenen Signale vor einer Demodulation abgeschätzt, und eine Demodulation mit einer Ausgleichung wird bewirkt, wenn festgestellt wird, dass die Zeitdispersion höher als ein gegebener Wert ist, wohingegen eine Demodulation ohne Ausgleichung bewirkt wird, wenn die Zeitdispersion(Zeitverbreitung) einen niedrigeren Wert hat. Dieses ermöglicht es, die durch die Empfangsschaltung verbrauchte Energie zu reduzieren, insbesondere in einem Abhörmodus.

ZUSAMMENFASSUNG

Wenn eine Mobilstation entwickelt wird, muss der Mobilstationshersteller einen Kompromiss machen zwischen einem potentiellen Nutzerwunsch, mit der schnellstmöglichen Rate zu kommunizieren, und dem Wunsch des Herstellers, eine Mobilstation mit geringer Komplexität herzustellen, d. h. eine Mobilstation, die mit einer geringen Rate arbeitet. In Übereinstimmung mit einem Gesichtspunkt dieser Erfindung können die Belange von sowohl dem Benutzer als auch dem Hersteller durch einen Zeitdispersionskompensator berücksichtigt werden, der mit der höchstmöglichen Rate kommunizieren kann, wenn Bedingungen günstig sind.
Insbesondere liefert ein Gesichtspunkt der Erfindung ein Verfahren zum Korrigieren von nachteiligen Auswirkungen einer Zeitdispersion in einem Kommunikationssystem, welches die Schritte umfasst: Zuordnen einer ersten Übertragungsrate zu einer Mobilstation; Erfassen, an der Mobilstation, einer Zeitdispersion bei einer Übermittlung, die mehr als das ist, das durch einen einstellbaren Kompensator in der Mobilstation kompensiert werden kann; Anfordern einer geringeren Rate einer Übermittlung, wenn eine Zeitdispersion erfasst wird, die mehr als die ist, die kompensiert werden kann; Senden einer Anzeige einer zweiten Übertragungsrate, die geringer als die erste Übertragungsrate ist, zu der Mobilstation; und Einstellen des Kompensators, um so die erfasste Zeitdispersion zu kompensieren.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Korrigieren von nachteiligen Auswirkungen einer Zeitdispersion in einem Kommunikationssystem die Schritte: Zuordnen einer ersten Übertragungsrate zu einer Mobilstation; Erfassen, an der Mobilstation, einer Zeitdispersion bei einer Übertragung, die geringer als die ist, die durch einen einstellbaren Kompensator in der Mobilstation kompensiert werden kann; Anfordern einer höheren Übertragungsrate, wenn die Zeitdispersion, die geringer als die ist, die kompensiert werden kann, festgestellt wird; Senden einer Anzeige einer zweiten Übertragungsrate, die höher als die erste Übertragungsrate ist, zu der Mobilstation; und Einstellen des Kompensators, um so die erfasste Zeitdispersion zu kompensieren.
In beiden Fällen kann der Kompensator ein Rake(Rechen)empfänger sein, und kann eingestellt werden durch ein Einstellen der Anzahl von in dem RAKE-Empfänger verwendeten Abgriffen. Alternativ kann der Kompensator ein Ausgleicher sein, insbesondere ein Viterbi-Ausgleicher und kann eingestellt werden durch ein Ändern der Anzahl von in dem Viterbi-Ausgleicher verwendeten Zuständen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung des Anmelders ergeben sich durch ein Lesen dieser Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen:
Fig. 1 veranschaulicht schematisch eine Vielzahl von Schicht 3 Nachrichten, Schicht 2 Rahmen und Schicht 1 Kanalbursts, oder Zeitschlitzen;
Fig. 2(a) zeigt einen Vorwärts-DCC, der als eine Abfolge von Zeitschlitzen konfiguriert ist, enthalten in aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen, die auf einer Trägerfrequenz ausgesendet werden;
Fig. 2(b) zeigt ein Beispiel eines IS-136 DCCH- Feldschlitzformats;
Fig. 3 veranschaulicht eine exemplarisches hierarchisches oder Multischicht-Zellularsystem;
Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm eines beispielhaften zellularen Mobilfunktelefonsystems, einschließlich einer beispielhaften Basisstation und Mobilstation;
Fig. 5 veranschaulicht ein Beispiel einer möglichen Zuordnungssequenz;
Fig. 6 veranschaulicht ein Beispiel einer PDCH- Neuzuweisung;
Fig. 7 veranschaulicht einen bekannten RAKE-Empfänger;
Fig. 8 veranschaulicht einen bekannten Ausgleicher; und
Fig. 9 veranschaulicht ein Datenflussdiagramm in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Um ein Verständnis zu erleichtern, wird in Fig. 5 eine mögliche Sequenz für eine Zuordnung von Nachrichten einer höheren Ebene in Nachrichten einer niedrigeren Ebene veranschaulicht, und es wird ein bestimmtes PDCH-Beispiel gezeigt, wie eine Schicht 3 Nachricht (die von höheren Schichten abgeleitet sein kann, wie beispielsweise ein Rahmen in Übereinstimmung mit dem CDPD- Mobildatenverbindungsprotokoll) in mehrere Schicht 2 Rahmen abgebildet wird, und ein Beispiel einer Schicht 2 Rahmenabbildung auf einen Vorwärts-PDCH-Zeitschlitz, und ein Beispiel einer Zeitschlitzabbildung auf einen PDCH-Kanal (siehe auch Fig. 2 (a), 2 (b) und 2 (c)). Es versteht sich für den Fachmann, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Abbildungssequenz beschränkt ist, sondern auch auf andere Abbildungssequenzen zutrifft. Die Länge der Vorwärtspaketdatenkanal-(FPDCH)-Zeitschlitze und Rückpaketdatenkanal-(RPDCH)-Bursts ist festgelegt, obwohl drei Formen von RPDCH-Bursts vorhanden sein können, die unterschiedliche festgelegte Längen aufweisen. Von dem FPDCH- Schlitz und dem Vollraten-PDCH wird angenommen, dass sie auf der physikalischen Schicht in Fig. 5 liegen. Diese Beschreibung nimmt an, dass die TDMA-Rahmenstruktur die gleiche ist wie die des IS-136 DCCH und DTC. Im Interesse eines maximalen Durchsatzes, wenn ein Multiratenkanal verwendet wird (Doppelraten-PDCH oder Dreifachraten-PDCH), wird ein anderes FPDCH-Schlitzformat festgelegt, wie in Fig. 5 gezeigt. Für weitere Details bezüglich dieser beispielhaften physikalischen Schichtstruktur wird der interessierte Leser auf die WO 97/151m156 verwiesen.
Der digitale Steuerkanal (DCH) des IS-136 wird verwendet, um einen PDCH-Betrieb anzuzeigen. Fig. 6 veranschaulicht das Verhältnis zwischen PDCHs, die zu einer Zelle gehören (oder genauer gesagt, die einen gemeinsamen Mutter-DCCH aufweisen), und DCCHs in unterschiedlichen Zellen (genauer gesagt, angezeigt in der DCCH-Nachbarliste als Kandidaten für eine DCCH-Neuauswahl). Eine Mobilstation geht immer zuerst auf einen DCCH-Kanal bei einer anfänglichen Zellenauswahl. Auf dem DCCH ist die Unterstützung für den PDCH angezeigt. Falls der DCCH eine Unterstützung für einen oder mehr bestimmte PDCHs anzeigt, ist die Trägerfrequenz von einem PDCH (Beacon(Funkfeuer)-PDCH) bereitgestellt. Die Mobilstation registriert sich dann selbst auf dem Beacon-PDCH und kann durch das System einem anderen bestimmten PDCH neu zugewiesen werden.
Bei der Entwicklung einer Mobilstation muss der Mobilstationhersteller einen Komprimiss tätigen zwischen einem potentiellen Nutzerwunsch, mit der schnellstmöglichen Rate zu kommunizieren, und dem Herstellerwunsch, eine Mobilstation mit geringer Komplexität, d. h. geringen Kosten, herzustellen. Ein Problem, das alle Kommunikationssysteme haben, ist es, dass sie mit einer Zeitdispersion fertig werden müssen. Eine Zeitdispersion, oder Echos, treten auf, wenn ein Signal über eine Luftschnittstelle übermittelt wird. Es ist wichtig, dass darauf hingewiesen wird, dass eine Zeitdispersion unabhängig von der Rate einer Übertragung auftritt, d. h. der Anzahl von Zeitschlitzen oder Codes. Somit ist in diesem Zusammenhang Rate nicht als die Bruttobitrate über die Luftschnittstelle definiert, sondern vielmehr als die Anzahl von Zeitschlitzen, die einer Mobilstation in einem TDMA-System zugeordnet sind, und die Anzahl von Codes, die einer Mobilstation in einem TDMA-System zugeordnet sind. Als ein Ergebnis kann eine Mobilstation oder Basisstation nicht die Auswirkungen einer Zeitdispersion auslöschen, in dem ganz einfach die Rate reduziert wird, mit der das Signal übermittelt wird. Somit benötigen Kommunikationssysteme Zeitdispersionskompensatoren, um die Zeitdispersionsauswirkungen von übertragenen Signalen zu kompensieren. Ein Zeitdispersionskompensator könnte einen Ausgleicher in TDMA-Systemen oder ein RAKE-Empfänger in CDMA- Systemen sein, ist jedoch darauf beschränkt. Ein Diagramm eines bekannten RAKE-Empfängers ist in Fig. 7 veranschaulicht, und ein Diagramm eines bekannten Ausgleichers ist in Fig. 8 veranschaulicht. Eine Beschreibung des allgemeinen Betriebs eines RAKE-Empfängers und eines Ausgleichers sind im Stand der Technik bekannt und werden hierin nicht beschrieben.
Mit dem Kompromiss zwischen einem Nutzerwunsch mit der schnellstmöglichen Rate zu kommunizieren, und dem Herstellerwunsch, eine Mobilstation mit geringer Komplexität herzustellen, könnte ein Hersteller entscheiden, eine Mobilstation mit einem Zeitdispersionskompensator zu entwickeln, der mit der maximal möglichen Rate arbeiten kann. In solch einem Design wird die Mobilstation komplexer und als ein Ergebnis teuer. Alternativ könnte der Zeitdispersionskompensator ausgelegt sein, nur mit einer niedrigen Rate zu arbeiten, was eine weniger komplexe Mobilstation zur Folge hat, die mit nur der geringen Rate kommunizieren kann. Die vorliegende Erfindung erlaubt jedoch, dass die weniger komplexe Mobilstation mit der hohen Rate kommuniziert, wenn die Bedingungen günstig sind, wie in Fig. 9 veranschaulicht. Beispielsweise kann die weniger komplexe Mobilstation (die einen Zeitdispersionskompensator mit einer begrenzten Fähigkeit aufweist) in einem System mit einer maximalen Rate kommunizieren, wenn Bedingungen günstig sind und eine Zeitkompensation nicht erforderlich ist. Wenn sich die Bedingungen verschlechtern, erfährt die Mobilstation Zeitdispersionsprobleme, die sie nicht kompensieren kann, aufgrund der begrenzten Kapazität des Kompensators (95). In Reaktion auf die erfasste Zeitdispersion (93) kann die Mobilstation eine Anfrage (96) an das System schicken, und nach einer geringeren Kommunikationsrate fragen. Die Mobilstation wartet dann für eine Anzeige durch eine Basisstationsnachricht (97) hinsichtlich der Rate, die ausgewählt wurde. Sobald die Mobilstation die Anzeige empfangen hat, beginnt die Mobilstation damit, mit der neuen Rate (98, 94) zu arbeiten. Während die Zeitdispersion auch die geringerratige Kommunikation beeinflussen wird, kann die Komplexität des Kompensators, der notwendig ist, die Zeitdispersion zu handhaben, aufgrund der geringeren Kommunikationsrate vermindert werden (98) (durch Verwendung von weniger Abgriffen in einem RAKE-Empfänger oder weniger Zuständen oder anderer Information in einem Ausgleicher, was ermöglicht, dass die Kompensation schneller durchgeführt wird).
Die Mobilstation kann auch eine höhere Übertragungsrate anfordern. Beispielsweise muss bei GSM ein Empfänger in der Lage sein, einen Vollratenkanal zu handhaben, um Dispersionen in einem Bereich von 0 Mikrosekunden (As) bis 16 As zu kompensieren. Die Komplexität des Ausgleichers ist abhängig von mindestens der Größe einer Zeitdispersion, die angetroffen wird, und der Anzahl von Symbolen pro Zeiteinheit, die verarbeitet wird. Somit kann dann, falls die Dispersionsgröße geringer als 16 As ist, die Anzahl von Zeitsymbolen pro Zeiteinheit, die verarbeitet werden, erhöht werden, ohne die grundlegende Komplexität des Ausgleichers zu verändern. Falls beispielsweise eine Mobilstation, die mit voller Rate arbeitet (d. h. mit einem Ausgleicher, der Dispersionen bis hinauf zu 16 As kompensieren kann) feststellt, dass die Zeitdispersionsgröße geringer als 8 As ist, dann kann typischerweise die Anzahl von Symbolen, die verarbeitet wird, verdoppelt werden. In solch einer Situation kann der Kompensator programmiert werden, weniger Abgriffe zu verwenden, Zustände, etc., um so mehr Symbole zu verarbeiten. Als ein Ergebnis kann die Vollratenmobilstation nun mit einem Doppelratenkanal arbeiten. Die Mobilstation kann diese Eigenschaften verwenden, um den höchstratigen Kanal anzufordern, den sie handhaben kann. Sogar während eines Rufeinrichtungsvorgangs kann solch eine Anforderung getätigt werden, auf der Grundlage einer Überwachung des Steuerkanals durch die Mobilstation und ein Bestimmen von Kanalbedingungen.
Mit der so beschriebenen Erfindung ist es offensichtlich, dass dieselbe auf verschiedene Arten verändert werden kann. Solche Veränderungen sollen nicht als ein Abweichen von der Erfindung betrachtet werden, und alle solche Abwandlungen, die dem Fachmann offensichtlich sind, sollen innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche liegen.

Claims

1. Ein Verfahren zum Korrigieren von nachteiligen Auswirkungen einer Zeitdispersion in einem Kommunikationssystem, einschließlich einer Zuordnung einer ersten Übertragungsrate (92) zu einer Mobilstation, und Erfassen (93), an der Mobilstation, einer Zeitdispersion bei Übertragungen, gekennzeichnet durch ein Bestimmen (95), ob die erfasste Zeitdispersion bei Übertragungen mehr als die ist, die durch einen einstellbaren Kompensator in der Mobilstation kompensiert werden kann, Anfordern (96) einer geringeren Übertragungsrate, wenn die Zeitdispersion, die mehr als die ist, die kompensiert werden kann, erfasst wird; Senden (97) einer Anzeige einer zweiten Übertragungsrate, die geringer als die erste Übertragungsrate ist, zu der Mobilstation; und Einstellen (98, 94) des Kompensators, um die erfasste Zeitdispersion zu kompensieren.

2. Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensator ein RAKE-Empfänger ist.

3. Das Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensator eingestellt wird durch ein Ändern der Anzahl von Abgriffen, die in dem RAKE-Empfänger verwendet werden.

4. Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensator ein Ausgleicher ist.

5. Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensator ein Viterbi-Ausgleicher ist.

6. Das Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensator durch ein Ändern der Anzahl von Zuständen eingestellt wird, die in dem Viterbi- Ausgleicher verwendet werden.

7. Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Übertragungsrate (92) zugeordnet wird, indem eine erste Zahl von Zeitschlitzen oder Zahl von Kodes für die Übertragung zugeordnet wird.

8. Das Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die geringere Übertragungsrate (96) angefordert wird durch Schicken einer Anforderung nach einer geringeren Zahl von Zeitschlitzen oder Zahl von Kodes für die Übertragung aus der Mobilstation, wenn die Zeitdispersion von dem Kompensator in der Mobilstation innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode nicht kompensiert werden kann.

9. Das Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige der zweiten Übertragungsrate (97) gesendet wird, indem an die Mobilstation eine Anzeige einer zweiten Zahl von Zeitschlitzen oder Zahl von Kodes für die Übertragung gesendet wird, welche geringer ist als die erste Zahl von Zeitschlitzen oder Zahl von Kodes für die Übertragung.

10. Das Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensator eingestellt wird (98, 94) auf der Grundlage der zweiten Zahl von Zeitschlitzen oder Zahl von Kodes für die Übertragung.

11. Das Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anforderung nach einer geringeren Zahl von Zeitschlitzen oder Zahl von Kodes an eine Basisstation gesendet wird, und die Anzeige der zweiten Zahl von gesendet wird.

12. Ein Verfahren zum Korrigieren von nachteiligen Auswirkungen einer Zeitdispersion in einem Kommunikationssystem, einschließlich Zuordnen (92) einer ersten Übertragungsrate zu einer Mobilstation, und Erfassen (93), an der Mobilstation, einer Zeitdispersion bei Übertragungen, gekennzeichnet durch ein Bestimmen (95), ob die erfasste Zeitdispersion bei Übertragungen geringer ist als was durch einen einstellbaren Kompensator in der Mobilstation kompensiert werden kann, Anfordern einer höheren Übertragungsrate, wenn eine Zeitdispersion erfasst wird, die geringer als die ist, die kompensiert werden kann; Senden (97) einer Anzeige einer zweiten Übertragungsrate, die höher als die erste Übertragungsrate ist, zu der Mobilstation; und Einstellen (94) des Kompensators, um so die erfasste Zeitdispersion zu kompensieren.

13. Das Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensator ein RAKE-Empfänger ist.

14. Das Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensator eingestellt wird, indem die Anzahl von in dem RAKE-Empfänger verwendeten Abgriffen geändert wird.

15. Das Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensator ein Ausgleicher ist.

16. Das Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensator ein Viterbi-Ausgleicher ist.

17. Das Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensator eingestellt wird, indem die Anzahl geändert wird.

18. Das Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Übertragungsrate (92) zugeordnet wird, indem eine erste Zahl von Zeitschlitzen oder Zahl von Kodes für die Übertragung zugeordnet wird.

19. Das Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die höhere Übertragungsrate angefordert wird, indem eine Anforderung nach einer höheren Zahl von Zeitschlitzen oder Zahl von Kodes für die Übertragung aus der Mobilstation angefordert wird, wenn die Zeitdispersion innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode von dem Kompensator in der Mobilstation kompensiert werden kann.

20. Das Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige der zweiten Übertragungsrate (97) gesendet wird, indem an die Mobilstation eine Anzeige einer zweiten Zahl von Zeitschlitzen oder Zahl von Kodes für die Übertragung gesendet wird, welche höher ist als die erste Zahl von Zeitschlitzen oder Zahl von Kodes für die Übertragung.

21. Das Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensator auf der Grundlage der zweiten Zahl von Zeitschlitzen oder Zahl von Kodes für die Übertragung eingestellt wird (94).

22. Das Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Anforderung nach einer höheren Zahl von Zeitschlitzen oder Zahl von Kodes an eine Basisstation gesendet wird, und die Anzeige der zweiten Zahl von Zeitschlitzen oder Zahl von Kodes aus der Basisstation gesendet wird.