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Hintergrund der Erfindung
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I. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf den Betrieb
einer entfernten Einheit bzw. Ferneinheit in einem Mehrfachzugriffssystem und
bezieht sich insbesondere auf die Leistungseinsparung bei einer
Ferneinheit.
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II. Beschreibung des Standes
der Technik
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In
einem drahtlosen Telefonkommunikationssystem kommunizieren viele
Benutzer über
einen drahtlosen Kanal, um mit anderen drahtlosen und drahtgebundenen
Telefonsystemen in Verbindung zu treten. Kommunikation über den
drahtlosen Kanal kann mittels einer Vielzahl von Mehrfachzugriffstechniken
erfolgen. Diese Mehrfachzugriffstechniken beinhalten Zeitmultiplex-Vielfachzugriff (time
division multiple access = TDMA), Frequenzmultiplex-Vielfachzugriff (frequency
division mulitple access = FDMA) und Codemultiplex-Vielfachzugriff
(code division multiple access = CDMA). Die CDMA-Technik hat viele Vorteile. Ein beispielhaftes
CDMA-System ist in dem US-Patent
Nr. 4,901,307, erteilt am 13. Februar 1990 an K. Gilhousen et al.,
betitelt „SPREAD
SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR
TERRESTRIAL REPEATERS",
dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung zugewiesen und hiermit
unter Bezugnahme aufgenommen, beschrieben.
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In
dem eben erwähnten
Patent wird eine Vielfachzugriffstechnik offenbart, bei der eine
große Anzahl
von Mobiltelefonsystembenutzern, die jeweils einen Transceiver besitzen, über Satellitenrepeater, luftgestützte Repeater
oder terrestrische Basisstationen mittels CDMA-Spreizspektrumkommunikationssignalen
kommunizieren. Durch Verwendung von CDMA-Kommunikationen kann das
Frequenzspektrum mehrere Male wiederverwendet werden, was einen
Anstieg in der Systembenutzerkapazität erlaubt.
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In
dem zellularen CDMA-System sieht jede Basisstation eine Abdeckung
für einen
begrenzten geographischen Bereich vor und verknüpft bzw. verbindet die entfernten
Einheiten in ihrem Abdeckungsbereich über einen zellularen System-Switch
mit dem öffentlich
geschalteten Telefonnetzwerk (public switched telephone network
= PSTN). Wenn sich eine Ferneinheit in den Abdeckungs- bzw. Versorgungsbereich
einer neuen Basisstation bewegt, wird das Routing des Anrufs der
Ferneinheit an die neue Basisstation transferiert. Der Signalübertragungsweg von
der Basisstation zu der Ferneinheit wird als die Vorwärtsverbindung
(forward link) und der Signalübertragungsweg
von der Ferneinheit zu der Basisstation wird als Rückwärtsverbindung
(reverse link) bezeichnet.
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In
einem beispielhaften CDMA-System sendet jede Basisstation ein Pilotsignal
mit einem gemeinsamen Pseudozufallsrausch- bzw. PN-Spreizcode (pseudorandom
noise = PN) der in der Codephase von dem Pilotsignal anderer Basisstationen
einen Versatz aufweist. Während
des Systembetriebes wird die Ferneinheit mit einer Liste von Codephasenversatzen
versehen, die Nachbarbasisstationen entsprechen, die die Basisstation,
durch die die Kommunikation aufgebaut ist, umgeben. Die Ferneinheit
ist mit einem Suchelement ausgerüstet,
dass die Signalstärke
des Pilotsignals von einer Gruppe von Basisstationen inklusive der
Nachbarbasisstationen erfasst bzw. verfolgt. Ein Verfahren und System
zum Vorsehen von Kommunikation mit einer Ferneinheit durch mehr
als eine Basisstation während
des Handoff- bzw. Übergabeprozesses
ist in dem US-Patent Nr, 5,267,261, betitelt „MOBILE ASSISTED SOFT HANDOFF
IN A CDMA CELLULAR COMMUNICATION SYSTEM" erteilt am 30. November 1993, dem Rechtsnachfolger
der vorliegenden Erfindung zugewiesen, offenbart. Unter Verwendung
dieses Systems wird die Kommunikation zwischen der Ferneinheit und
dem Endbenutzer nicht durch eine eventuelle Übergabe von einer Originalbasisstation
zu einer nachfolgenden Basisstation unterbrochen. Diese Art von
Handoff kann als „soft" bzw. „weiche" Übergabe betrachtet werden,
da die Kommunikation mit der nachfolgenden Basisstation aufgebaut
wird, bevor die Kommunikation mit der Originalbasisstation beendet
wird. Wenn die Ferneinheit sich in Kommunikation mit zwei Basis stationen
befindet, kombiniert die Ferneinheit die Signale, die sie von jeder
Basisstation empfängt,
auf dieselbe Art und Weise wie die Mehrwegesignale von einer gemeinsamen
Basisstation kombiniert werden.
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In
einem typischen makrozellularen System kann ein Systemsteuerelement
eingesetzt werden um ein einzelnes Signal für den Endbenutzer von den Signalen,
die von jeder Basisstation empfangen werden, zu erzeugen. Innerhalb
einer jeden Basisstation, können
Signale, die von einer gemeinsamen Ferneinheit empfangen werden,
kombiniert werden, bevor sie decodiert werden und somit kann der
volle Vorteil der empfangenen Mehrfachsignale erlangt werden. Das
decodierte Ergebnis von jeder Basisstation wird an das Systemsteuerelement
vorgesehen. Sobald ein Signal decodiert wurde, kann es nicht „kombiniert" mit anderen Signalen
werden. Somit muss das Systemsteuerelement zwischen der Vielzahl
von decodierten Signalen wählen,
die von jeder Basisstation, mit der Kommunikation mit einer einzelnen
Ferneinheit aufgebaut ist, erzeugt werden. Das am vorteilhafteste
decodierte Signal wird aus dem Satz von Signalen von den Basisstationen
ausgewählt
und die nicht ausgewählten
Signale werden einfach verworfen.
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Ein
Soft-Handoff mit Unterstützung
der Ferneinheit operiert basierend auf der Pilotsignalstärke von
mehreren Sätzen
von Basisstationen, und zwar gemessen durch die Ferneinheit. Der
Aktivsatz ist ein Satz von Basisstationen, durch den eine aktive
Kommunikation aufgebaut ist. Der Kandidatensatz ist ein Satz von
Basisstationen, der aus dem Nachbarsatz oder dem verbleibenden Satz
ausgewählt
wird, und zwar wenn die Basisstation eine Pilotsignalstärke mit einem
ausreichenden Signalpegel für
den Aufbau einer Kommunikation besitzt. Der Nachbarsatz ist ein Satz
von Basisstationen, der eine aktive Basisstation umgibt, und weist
Basisstationen auf, die mit einer hohen Wahrscheinlichkeit eine
Signalstärke
mit ausreichendem Pegel um eine Kommunikation aufzubauen, besitzen.
Der verbleibende Satz bzw. Restsatz weist alle Basisstationen in
dem System auf, die nicht zu dem Aktiv-, Kandidaten- oder Nachbar-Satz gehören. Wenn
die Kommunikation anfänglich
aufgebaut wird, kommuniziert eine Ferneinheit durch eine erste Basisstation
und der Aktivsatz enthält
nur die erste Basisstation. Die Ferneinheit überwacht die Pilotsignalstärken der
Basisstation des Aktivsatzes, des Kandidatensatzes, des Nachbarsatzes
und des verbleibenden Satzes. Wenn ein Pilotsignal einer Basisstation
in dem Nachbarsatz oder den verbleibenden Satz einen vorbestimmten
Schwellenpegel überschreitet,
wird die Basisstation zu dem Kandidatensatz addiert. Die Ferneinheit
kommuniziert eine Nachricht zu der ersten Basisstation um die neue
Basisstation zu identifizieren. Ein Systemsteuerelement entscheidet
ob Kommunikation zwischen der neuen Basisstation und der Ferneinheit
aufgebaut werden soll. Sollte das Systemsteuerelement entscheiden die
Kommunikation aufzubauen, sendet das Systemsteuerelement eine Nachricht
an die neue Basisstation mit Identifizierungsinformation über die
Ferneinheit und ein Befehl Kommunikation mit ihr aufzubauen. Eine
Nachricht wird ebenfalls an die Ferneinheit durch die erste Basisstation
gesendet. Die Nachricht identifiziert einen neuen Aktivsatz, der
die erste und die neue Basisstation enthält. Die Ferneinheit sucht nach
Informationssignalen, die von der neuen Basisstation gesendet werden
und Kommunikation wird mit der neuen Basisstation ohne Beendigung
der Kommunikation durch die erste Basisstation aufgebaut. Dieser
Prozess kann mit zusätzlichen
Basisstationen fortgeführt
werden.
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Wenn
die Ferneinheit bzw. entfernte Einheit durch mehrere Basisstationen
kommuniziert, fährt sie
damit fort, die Signalstärken
der Basisstationen des Aktivsatzes, des Kandidatensatzes, des Nachbarsatzes
und des verbleibenden Satzes zu überwachen.
Sollte die Signalstärke,
die einer Basisstation des Aktivsatzes entspricht, eine vorbestimmte
Zeitperiode lang unter einen vorbestimmten Schwellenwert bzw. Schwelle
fallen, generiert die Ferneinheit eine Nachricht und sendet diese
um dieses Ereignis zu berichten. Das Systemsteuerelement empfängt diese
Nachricht durch zumindest eine der Basisstationen, mit der die Ferneinheit
kommuniziert. Das Systemsteuerelement kann entscheiden, dass Kommunikationen
durch die Basisstation, die eine schwache Pilotsignalstärke besitzt,
terminiert werden.
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Das
Systemsteuerelement generiert, wenn es entschieden hat Kommunikationen
durch eine Basisstation zu terminieren, eine Nachricht, um einen neuen
Aktivsatz von Basisstationen zu identifizieren. Der neue Aktivsatz
enthält
nicht die Basisstation, durch die die Kommunikation terminiert werden
soll. Die Basisstation, durch die Kommunikation aufgebaut ist, sendet
eine Nachricht an die Ferneinheit. Das Systemsteuerelement kommuniziert
außerdem Information
an die Basisstation, um Kommunikationen mit der Ferneinheit zu terminieren.
Die Kommunikationen der Ferneinheit werden somit nur durch Basisstationen,
die in dem neuen Aktivsatz identifiziert sind, gelenkt.
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Da
die Ferneinheit mit dem Endbenutzer durch zumindest eine Basisstation
zu jeder Zeit während
des gesamten Soft-Handoff-Prozesses kommuniziert, erfolgt keine
Unterbrechung in der Kommunikation zwischen der Ferneinheit und
dem Endbenutzer. Ein Soft-Handoff liefert signifikante Vorteile
aufgrund der inhärenten „Make-Before-Break"- bzw. „Herstellen-Bevor-Unterbrechen"-Technik gegenüber der herkömmlichen „Break-Before-Make"- bzw. „Unterbrechen-vor-Herstellen"-Technik, die in
anderen zellularen Kommunikationssystemen eingesetzt wird.
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In
einem drahtlosen Telefonsystem ist die Maximierung der Kapazität des Systems
bezeichnet durch die Anzahl der Telefonanrufe, die gleichzeitig bearbeitet
werden können,
extrem wichtig. Die Systemkapazität in einem Spreizspektrumsystem
kann maximiert werden, wenn die Sendeleistung einer jeden Ferneinheit
so gesteuert wird, dass jedes gesendete Signal an dem Basisstationsempfänger mit demselben
Pegel ankommt. In einem tatsächlichen System
darf jede Ferneinheit mit dem minimalen Signalpegel senden, der
ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis
erzeugt, welches eine akzeptable Datenwiedergewinnung erlaubt. Wenn
ein Signal, das durch eine Ferneinheit gesendet wird, an dem Basisstationsempfänger mit
einem Leistungspegel der zu niedrig ist ankommt, dann kann die Bitfehlerrate
gegebenenfalls zu hoch sein, um hoch qualitative Kommunikation zu
erlauben, und zwar aufgrund von Interferenz von den anderen Ferneinheiten.
Andererseits, wenn das von der Ferneinheit gesendete Signal einen
zu hohen Leistungspegel besitzt, wenn es an der Basisstation empfangen
wird, ist zwar die Kommunikation mit der bestimmten Ferneinheit
akzeptabel. Jedoch agiert dieses Hochleistungssignal als Interferenz
zu anderen Ferneinheiten. Diese Interferenz kann nachteilig Kommunikationen
mit anderen Ferneinheiten beeinflussen.
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Daher,
um die Kapazität
in einem beispielhaften CDMA-Spreizspektrumsystem
zu maximieren, wird die Sendeleistung einer jeden Ferneinheit innerhalb
des Abdeckungsbereichs einer Basisstation durch die Basisstation
gesteuert, um dieselbe nominale Empfangssignalleistung an der Basisstation zu
erzeugen. In dem Idealfall ist die gesamte Signalleistung, die an
der Basisstation empfangen wird, gleich zu der nominalen Leistung,
die von jeder Ferneinheit empfangen wird, multipliziert mit der
Anzahl von Ferneinheiten, die innerhalb des Abdeckungsbereiches
der Basisstation senden, plus der Leistung, die an der Basisstation
von Ferneinheiten in dem Abdeckungsbereich von benachbarten Basisstationen empfangen
wird.
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Der
Wegverlust in dem Funkkanal kann durch zwei separate Phänomene charakterisiert
werden: durchschnittlicher Wegverlust und Fading bzw. Schwund. Die
Vorwärtsverbindung
von der Basisstation zu der Ferneinheit operiert auf einer unterschiedlichen
Frequenz als die Rückwärtsverbindung
von der Ferneinheit zu der Basisstation. Da die Vorwärtsverbindungs-
und Rückwärtsverbindungsfrequenzen innerhalb
desselben allgemeinen Frequenzbandes liegen, existiert eine signifikante
Korrelation zwischen dem durchschnittlichen Wegverlust von den zwei
Verbindungen. Andererseits ist Schwund ein für die Vorwärtsverbindung und die Rückwärtsverbindung
unabhängiges
Phänomen
und variiert als eine Funktion der Zeit.
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In
einem beispielhaften CDMA-System, schätzt jede Ferneinheit den Wegverlust
der Vorwärtsverbindung
basierend auf der Gesamtleistung an der Eingabe zu der Ferneinheit.
Die Gesamtleistung ist die Summe der Leistung von allen Basisstationen,
die auf derselben Frequenzzuordnung operieren, und zwar wie es von
der Ferneinheit wahrgenommen wird. Von der Schätzung des durchschnittlichen
Vorwärtsverbindungswegverlustes
setzt die Ferneinheit den Sendepegel des Rückwärtsverbindungssignals. Sollte
der Rückwärtsverbindungskanal von
einer Ferneinheit sich plötzlich
verbessern im Vergleich zu dem Vorwärtsverbindungskanal für dieselbe
Ferneinheit, und zwar aufgrund von unabhängigem Schwund der zwei Kanäle, wird
das Signal, wie es an der Basisstation von dieser Ferneinheit empfangen
wird, in seiner Leistung ansteigen. Dieser Anstieg in Leistung bewirkt
zusätzliche
Interferenz gegenüber
allen Signalen, die sich dieselbe Frequenzzuordnung teilen. Daher
würde ein
schnelles Ansprechen der Sendeleistung der Ferneinheit auf plötzliche
Verbesserungen in dem Kanal die Systemperformance verbessern. Daher
ist es nötig,
dass die Basisstation kontinuierlich zu dem Leistungssteuerungsmechanismus
der Ferneinheit beiträgt.
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Die
Sendeleistung der Ferneinheit kann weiterhin durch eine oder mehrere
Basisstationen gesteuert werden. Jede Basisstation, mit der sich
die Ferneinheit in Kommunikation befindet, misst die empfangene
Signalstärke
von der Ferneinheit. Die gemessene Signalstärke wird mit einem gewünschten
Signalstärkepegel
für die
bestimmte Ferneinheit verglichen. Ein Leistungsanpassungsbefehl
wird von jeder Basisstation generiert und an die Ferneinheit auf
der Vorwärtsverbindung
gesendet. Ansprechend auf den Leistungsanpassungsbefehl der Basisstation erhöht die Ferneinheit
oder senkt die Ferneinheit die Ferneinheitssendeleistung um einen
vorbestimmten Betrag. Durch dieses Verfahren wird ein schnelles Ansprechen
auf eine Veränderung
in dem Kanal bewirkt und die durchschnittliche Systemperformance wird
verbessert. Es sei anzumerken, dass in einem typischen zellularen
System die Basisstationen nicht eng miteinander verbunden sind und
jede Basisstation in dem System nicht den Leistungspegel kennt, mit
dem andere Basisstationen das Signal der Ferneinheit empfangen.
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Wenn
eine Ferneinheit sich in Kommunikation mit mehr als einer Basisstation
befindet, werden Leistungsanpassungsbefehle von jeder Basisstation vorgesehen.
Die Ferneinheit agiert auf diese mehreren Basisstationsleistungsanpassungsbefehle
um Sendeleistungspegel zu vermeiden, die nachteilig mit anderen
Ferneinheitskommunikationen interferieren können und die dennoch eine ausreichende
Leistung vorsehen, um Kommunikation von der Ferneinheit zu zumindest
einer der Basisstationen zu unterstützen. Dieser Leistungssteuerungsmechanismus
wird dadurch erreicht, dass die Ferneinheit ihren Sendesignalpegel
nur erhöht,
wenn jede Basisstation, mit der sich die Ferneinheit in Kommunikation
befindet, einen Anstieg im Leistungspegel anfragt. Die Ferneinheit
senkt ihren Sendesignalpegel, wenn eine beliebige Basisstation,
mit der sich die Ferneinheit in Kommunikation befindet, anfragt,
dass die Leistung gesenkt wird. Ein System zur Basisstations- und
Ferneinheitsleistungssteuerung ist in dem US-Patent Nr. 5,056,109,
betitelt „METHOD
AND APPARATUS FOR CONTROLLING TRANSMISSION POWER IN A CDMA CELLULAR
MOBILE TELEPHONE SYSTEM",
erteilt am 8. Oktober 1991 und dem Rechtsnachfolger der vorliegenden
Erfindung zugewiesen, offenbart.
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Es
ist ebenfalls wünschenswert,
die relative Leistung, die in jedem Datensignal gesendet durch die
Basisstation verwendet wird, zu steuern, und zwar ansprechend auf
Steuerinformation, die von jeder Ferneinheit gesendet wird. Der
primäre
Grund zum Vorsehen einer solchen Steuerung ist es, die Tatsache
zu berücksichtigen,
dass in bestimmten Positionen die Vorwärtskanalverbindung ungewöhnlich benachteiligt
sein kann. Wenn nicht die Leistung, die zu der benachteiligten Ferneinheit
gesendet wird, erhöht
wird, kann die Signalqualität
unakzeptabel werden. Ein Beispiel für eine solche Position bzw.
Standort ist ein Punkt, an dem der Wegverlust zu einer oder zwei
benachbarten Basisstationen fast derselbe ist wie der Wegverlust
zu der Basisstation, die mit der Ferneinheit kommuniziert. An solch
einer Position würde
die Gesamtinterferenz um das Dreifache gegenüber der Interferenz, die von
einer Ferneinheit an einem Punkt relativ nahe zu ihrer Basisstation
wahrgenommen wird, erhöht
werden. Zusätzlich
schwindet die Interferenz, die von den benachbarten Basisstationen
kommt, nicht im Einklang mit dem Signal von der aktiven Basisstation,
wie es der Fall wäre
für Interferenz,
die von der aktiven Basisstation kommt. Eine Ferneinheit, die sich
in einer solchen Situation befindet, kann 3 bis 4 dB zusätzliche
Signalleistung von der aktiven Basisstation benötigen, um eine adäquate Performance
zu erreichen.
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Zu
anderen Zeiten könnte
die Ferneinheit so positioniert sein, dass das Signal-zu-Interferenzverhältnis ungewöhnlich gut
ist. In solch einem Fall könnte
die Basisstation das gewünschte
Signal mit einer niedrigeren als der normalen Sendeleistung senden,
was die Interferenz zu anderen Signalen, die durch das System gesendet
werden, reduzieren würde.
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Um
die obigen Ziele zu erreichen, kann eine Signal-zu-Interterenz-Messfähigkeit
innerhalb des Empfängers
der Ferneinheit vorgesehen werden. Diese Messung wird durch Vergleichen
der Leistung des gewünschten
Signals mit der Gesamtinterferenz und Rauschleistung ausgeführt werden.
Wenn das gemessene Verhältnis
kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, sendet die Ferneinheit eine
Anfrage an die Basisstation nach zusätzlicher Leistung auf dem Vorwärtsverbindungssignal.
Wenn das Verhältnis
den vorbestimmten Wert überschreitet,
sendet die Ferneinheit eine Anfrage nach einer Leistungsreduzierung.
Ein Verfahren, mit der der Empfänger
der Ferneinheit die Signal-zu-Interferenz-Verhältnisse überwachen
kann ist die Überwachung
der Rahmenfehlerrate (frame error rate = FER) des resultierenden Signals.
Ein anderer Weg ist das Messen der Anzahl von Löschungen die beim Empfang bekannt
gegeben werden.
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Die
Basisstation empfängt
die Leistungsanpassungsanfragen von jeder Ferneinheit und reagiert durch
Anpassung der Leistung, die dem entsprechenden Vorwärtsverbindungssignal
zugeordnet ist, um einen vorbestimmten Betrag. Die Anpassung ist typischerweise
klein, wie zum Beispiel in der Größenordnung von 0,5 bis 1,0
dB oder um die 12%. Die Veränderungsrate
der Leistung kann etwas langsamer sein als die, die von der Rückwärtsverbindung
verwendet wird, zum Beispiel einmal pro Sekunde. In dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
ist der dynamische Bereich der Anpassung typischerweise begrenzt,
wie zum Beispiel zwischen 4 dB weniger als Nominalsendeleistung
und ungefähr
6 dB mehr als die Nominalsendeleistung.
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Die
Basisstation sollte außerdem
die Leistungsanfragen, die von anderen Ferneinheiten getätigt werden,
bei der Entscheidung, ob den Anfragen einer bestimmten Ferneinheit
zugestimmt wird oder nicht, berücksichtigen.
Wenn die Basisstation zum Beispiel mit voller Kapazität belastet
ist, könnten
Anfragen nach zusätzlicher
Leistung befolgt werden, aber nur mit 6% oder weniger anstelle der
normalen 12%. In diesem Bereich würde ein Antrag auf eine Reduzierung
in der Leistung dennoch mit der normalen 12% Veränderung befolgt werden.
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Als
die Originalzellulartelefonlizenzen durch die Regierung erteilt
wurden, war eine der Beschränkungen
hinsichtlich der Verwendung des Spektrums diejenige, dass die Provider
nicht Nachrichten- bzw. Verteilungssystemdienste (dispatching system
services) vorsehen können.
Aufgrund der großen
Vorteile des CDMA-Systems und der inhärenten Kosten und Probleme
hinsichtlich Aufstellung und Unterhaltung von privaten Nachrichtensystemdiensten,
untersucht die Regierung dieses Thema erneut. Die Regierung selbst
würde von
solchen Diensten erheblich profitieren.
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Während typische
drahtlose und drahtgebundene Telefondienste einen Point-to-Point- bzw. Punkt-zu-Punkt-Dienst
vorsehen, sehen Nachrichtendienste einen Einen-zu-Vielen-Dienst
vor. Eine verbreitete Verwendung von Nachrichtendiensten sind lokale
Polizeifunksysteme, Taxientsendungssysteme, The Federal Bureau of
Intelligence (FBI) und bei Geheimdienstoperationen und im Allgemeinen militärische Kommunikationssysteme.
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Das
Grundmodell eines Nachrichtensystems bzw. Vermittlungssystems besteht
aus einem Rundrufnetz von Benutzern. Jeder Rundrufnetzbenutzer überwacht
ein gemeinsames Rundrufvorwärtsverbindungssignal
(common broadcast forward link signal). Wenn ein Netzbenutzer zu
sprechen wünscht,
drückt er
einen Push-To-Talk-(PTT)-Knopf. Typischerweise wird die Sprache
des sprechenden Benutzers von der Rückwärtsverbindung über die
Rundrufvorwärtsverbindung
gelenkt. Idealerweise erlaubt das Nachrichtensystem einen leitungsgebundenen
und drahtlosen Zugriff auf das System.
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Es
sei anzumerken, dass der Leistungssteuerungsmechanismus für entfernte
Einheiten, die als Punkt-zu-Punkt-Einheiten agieren, wie oben beschrieben,
nicht direkt auf Nachrichtensysteme anwendbar ist. In einem Nachrichtensystem
hört eine Vielzahl
von Ferneinheiten zu demselben Vorwärtsverbindungssignal. In einem
Nachrichtensystem ist die Mehrzahl der Ferneinheiten passiv (d.
h. sie hören
nur zu) zu einem gegebenen Zeitpunkt. Es sei weiterhin anzumerken,
dass längere
Zeitperioden auftreten können,
in denen der Vorwärtsverbindungsrundrufkanal
keine Sprachinformation sendet. Die vorliegende Erfindung zieht
einen Vorteil aus signifikanter Ruhezeit um den Leistungsverbrauch
der Ferneinheit zu reduzieren.
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Ein
Verfahren zur Reduzierung des Leistungsverbrauchs einer Ferneinheit
in einem Nachrichtensystem ist durch die
US 5,128,938 offenbart.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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In
einem Push-To-Talk-System ist die Fähigkeit von Ferneinheiten beim
Einsatz aktiv zu bleiben ohne Batterien austauschen zu müssen sehr
wichtig. Es ist außerdem
wichtig die Ansprechzeit bzw. Latenzzeit zwischen dem Drücken eines Push-To-Talk-Knopfes
bei einer Ferneinheit und Empfang des entsprechenden Audiosignals
an den anderen Ferneinheiten auf ein akzeptables Maß zu beschränken. Daher
durchschreiten die Ferneinheiten eine Anzahl von Zuständen während des
Betriebs. Wenn eine Zeitperiode, in der keine Sprachinformation
auf dem Vorwärtsverbindungsrundrufkanal gesendet
wird, abläuft,
tritt die Ferneinheit in einen Schlafzustand. In dem Schlaf- bzw.
Ruhezustand senkt die Ferneinheit ihren Leistungsverbrauch durch Begrenzen
der Zeit, in der sie den Vorwärtsverbindungsrundrufkanal überwacht.
Innerhalb des Schlafzustandes gibt es eine Anzahl von Unterzuständen mit
jeweils unterschiedlichen Schlitzzyklen für einen unterschiedlichen Leistungsverbrauchspegel
und Push-To-Talk-Ansprechverhalten. Wenn eine beliebige Ferneinheit
in dem Netz ihren Push-To-Talk-Knopf niederdrückt, wird das gesamte System
aufgeweckt. Die Leistungssteuerung fährt mit dem Betrieb in dem Schlaf zustand
fort, so dass wenn das System aufwacht, es bereit ist mit dem Normalbetrieb
zu beginnen.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Die
Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden noch
offensichtlicher aus der unten folgenden detaillierten Beschreibung, wenn
diese in Zusammenhang mit den Zeichnungen gesehen wird, wobei die
Zeichnungen Folgendes zeigen:
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1 zeigt
ein typische Nachrichten- bzw. Dispatch-System;
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2 ist
ein Flussdiagramm, das die Leistungssteuerung für den Vorwärtsrundrufkanal gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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3 ist
ein Zustandsdiagramm, das Zustände
der Ferneinheit sowie die Stimuli bzw. Anregungen zeigt, die einen Übergang
zwischen den Zuständen
bewirken können;
und
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4 ist
ein Zustandsdiagramm, das die Zustände der Ferneinheit und die
Anregungen zeigt, die einen Übergang
zwischen den Zuständen
bewirken können,
wobei der Schlafzustand durch die Basisstation gesteuert wird.
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Beschreibung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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1 zeigt
ein typisches Nachrichten- bzw. Verteilersystem (dispatch system).
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
können
Ferneinheiten 10, 20, 22 und 24 als
beides, Nachrichteneinheiten und Punkt-zu-Punkt-Telefone agieren.
In 1 ist die Ferneinheit 10 momentan ein
aktiver Sprecher und Ferneinheiten 20, 22 und 24 sind
momentan passive Zuhörer.
Basisstationen 30, 32 und 34 sehen den Rundrufvorwärtsverbindungskanal
zu Ferneinheiten 20, 22 und 24 vor. Basisstation 30 liefert
einen zugeordneten Verkehrskanal (dedictated traffic channel) für Ferneinheit 10.
Der zugewiesene Verkehrskanal ist ähnlich zu dem Vorwärtsverbindungsrundrufkanal mit
der Ausnahme dass Ferneinheit 10 nicht sein eigenes Sprachsignal
empfangen kann. Basis station 30 empfängt außerdem ein Rückwärtsverbindungssignal
von der aktiven Ferneinheit 10. Mobilfunkvermittlungsstelle
bzw. mobile switching center (MSC) 38 koordiniert die Signalgebung
zu und von den Basisstationen. Kommunikationsmanager 40 steuert das
Netz wie z. B. die Prioritisierung von Anfragen, wenn zwei der Ferneinheiten
zur gleichen Zeit die „Push-To-Talk"- bzw. PTT-Taste bzw. -Knopf drücken. In
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
findet die Air-Interface- bzw. Funkschnittstellensignalisierung und
Modulation gemäß dem Codemultiplex-Vielfachzugriffssystem
(code division multiple access = CDMA) statt, dass in „Mobile
Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband
Spread Spectrum Cellular Systems",
TIA/EIA/IS-95, worauf im Allgemeinen als IS-95 Bezug genommen wird,
beschrieben ist. In IS-95 wird auf die Ferneinheit als Mobilstation
Bezug genommen.
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Es
ist bekannt auf dem Fachgebiet, dass Basisstationen sektorisiert
sein können,
wie zum Beispiel in drei Sektoren. Wenn der Ausdruck Basisstation
im Folgenden verwendet wird, ist impliziert, dass der Ausdruck sich
auf eine gesamte Basisstation oder einen einzelnen Sektor oder eine
multisektorisierte Basisstation beziehen kann. In 1 besitzt die
aktive Ferneinheit 10 eine aufgebaute bidirektionale Verbindung
mit Basisstation 30. Um aktiv zu werden, sendet Ferneinheit 10 eine
Zugriffskanalnachricht, mit der ein Verkehrskanal beantragt wird an
Basisstation 30. Die Zugriffsnachricht wird auf dem Zugriffskanal
gesendet. Der Zugriffskanal ist ein Rückwärtsverbindungskanal, der von
den Ferneinheiten verwendet wird für das Kommunizieren mit der Basisstation.
Der Zugriffskanal wird verwendet für den Austausch von kurzen
Signalisierungsnachrichten, wie zum Beispiel Anrufsherkunft, Antworten
auf Pages bzw. Funkrufe und Registrierung. Ein Zugriffsversuch wird
von einer Ferneinheit in einer Serie von Zugriffsversuchen (access
probes) gesendet. Jeder Zugriffsversuch trägt dieselbe Information, wird
jedoch mit einem höheren
Leistungspegel als der vorhergehende gesendet. Die Zugriffsversuche
werden fortgesetzt, bis eine Basisstationsbestätigung an der Ferneinheit empfangen
wird.
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Der
Zugriffskanal ist ein gemeinsamer geschlitzter Zufallszugriffskanal
(shared slotted random access channel). Nur eine Ferneinheit kann
erfolgreich zu einem Zeitpunkt den Zugriffskanal verwenden. Außerdem,
da jeder sukzessive Zugriffsversuch mit einem erhöhten Leistungspegel
im Vergleich zu dem vorherigen gesendet wird und der Zugriffskanal nicht
leistungsgesteuert wird, agiert der Zugriffskanal als Interferenz
gegenüber
anderen Rückwärtsverbindungssignalen.
Aus diesen Gründen
ist es vorteilhaft, die Anzahl von Zugriffsversuchen auf einem Minimum
zu halten.
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Wenn
die Ferneinheit 10 eine Kommunikationsverbindung aufgebaut
hat, empfängt
sie die Signalisierung des Vorwärtsrundrufkanals
auf einem zugewiesenen Vorwärtsverbindungsverkehrskanal.
Auf diese Art und Weise überwacht
eine Ferneinheit 10 nicht den Vorwärtsverbindungsrundrufkanal
und empfängt
alle Nachrichtensysteminformationen auf ihrem eigenen zugewiesenen
Vorwärtsverbindungsverkehrskanal.
Die Ferneinheit 10 kommuniziert auf einem zugewiesenen
Rückwärtskanal
zurück
zur Basisstation 30. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird die Leistungssteuerung auf den Vorwärts- und Rückwärtsverbindungen wie beschrieben
gemäß dem IS-95
ausgeführt.
Da die Ferneinheit 10 ihren eigenen Vorwärtsverbindungssignalweg
besitzt, kann die für
die Ferneinheit spezifische Nachrichtengebung in der Signalisierung
enthalten sein. Wenn die Ferneinheit 10 zum Beispiel in
der Lage ist, als beides betrieben zu werden, als Nachrichtensystemferneinheit
und als Punkt-zu-Punkt-Telefoneinheit, kann
die Ferneinheit 10 auf dem Vorwärtsverbindungsverkehrskanal
informiert werden, dass ein ankommender Punkt-zu-Punkt-Anruf in Richtung der Ferneinheit 10 gelenkt
wird.
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Andererseits
haben in 1 die passiven Ferneinheiten 20, 22 und 24 nicht
ein aufgebautes Rückwärtsverbindungssignal
zu einer der Basisstationen. Es sei anzumerken, dass wenn Ferneinheiten 20, 22 und 24 vollständig passiv
sind, die einzelnen Basisstationen nicht wissen, ob die Ferneinheiten
in ihren entsprechenden Versorgungsbereichen sind. Sogar dann, wenn
eine Ferneinheit sich bei der Basisstation registriert, wenn sie
in den Versorgungsbereich einer Basisstation eintritt, hat die Basisstation keine
Mittel festzustellen, wann die Ferneinheit den Basisstationsversorgungsbereich
verlassen hat.
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Sogar
dann wenn Ferneinheiten 20, 22 und 24 passiv
sind, können
sie immer noch den Zugriffskanal verwenden, um mit den Basisstationen
zu kommunizieren. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen verwenden
die passiven Ferneinheiten 20, 22 und 24 den
Zugriffskanal um der Basisstation zu signalisieren, wenn sie mehr
Leistung von dem Vorwärtsverbindungsrundrufkanal
benötigen.
Innerhalb der Leistungsanfragezugriffsnachricht können mehrere Signalpegel-
oder Qualitätsanzeigen
enthalten sein. Zum Beispiel kann ein Feld vorgesehen sein, das
die Stärke
anzeigt, mit der die Ferneinheit das Pilotsignal von der Basisstation
wahrnimmt oder es kann ein Feld geben, das die Stärke oder
Qualität
anzeigt, mit der die Ferneinheit den Vorwärtsverbindungsrundrufkanal
wahrnimmt. Es kann ein Feld geben, das die Signalstärke oder
Qualität
von beidem, dem Pilotkanal und dem Vorwärtsverbindungsrundrufkanal
anzeigt. Es kann ein Feld geben, das die Differenz zwischen der
Pilotsignalstärke
und der Vorwärtsverbindungsrundrufkanalstärke oder
das Verhältnis
hiervon anzeigt.
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Ein
zellulares Standardsystem besteht aus einer Vielzahl von Basisstationen,
von denen jede Kommunikation zu Ferneinheiten vorsieht, die sich innerhalb
eines begrenzten Abdeckungs- bzw. Versorgungsbereiches befinden.
Zusammen liefert die Vielzahl von Basisstationen eine Abdeckung
für einen
gesamten Dienstbereich. Wenn ein Nachrichtensystem von einer Leasing-Gruppe geleast wird,
kann die Leasing-Gruppe sich gegebenenfalls wünschen, eine Abdeckung über den
gesamten Dienstbereich vorzusehen. Wenn jedoch das Vorwärtsverbindungsrundrufsignal
von jeder Basisstation in dem System zu jedem Zeitpunkt gesendet
wird, können
die Kosten des Systems ziemlich hoch sein. Eine effizientere und
wirtschaftlichere Art und Weise, die eine höhere Gesamtkapazität für das System
vorsieht, ist es, den Vorwärtsverbindungsrundrufkanal
nur in solchen Basisstationen zu senden, in denen sich eine Ferneinheit
befindet und den Vorwärtsverbindungsrundrufkanal
mit dem minimalen Pegel zu senden, der nötig ist, um eine zuverlässige Kommunikation
vorzusehen.
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Wenn
der Vorwärtsverbindungsrundrufkanal nicht
gesendet wird, stehen die entsprechenden Ressourcen für andere
Punkt-zu-Punkt- oder Rundrufbenutzer (broadcast users) zur Verfügung. Zusätzlich sind
die anderen Benutzer in dem Abdeckungsbereich der Basisstation,
die nicht den Vorwärtsverbindungsrundrufkanal
senden, nicht der Interferenz hiervon ausgesetzt. Es sei daran erinnert,
dass das Pilotsignal kontinuierlich von jeder Basisstation gesendet wird
unabhängig
davon, ob der Vorwärtsverbindungsrundrufkanal
gesendet wird.
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Übergabe
bzw. Handoff von Kommunikation zwischen Basisstationen ist in dem
Broadcast- bzw. Rundrufmodus ebenfalls anders im Vergleich dazu wenn
die Ferneinheit als Punkt-zu-Punkt-Einheit operiert. Wie im Detail
oben beschrieben ist, wird, wenn die Ferneinheit als Punkt-zu-Punkt-Einheit
betrieben wird, die Übergabe
mit Bezug auf einen Satz von Pilotsignalstärkenmessungen, die durch die
Ferneinheit durchgeführt
werden, gesteuert. Der Aktivsatz ist ein Satz von Basisstationen,
durch die eine aktive Kommunikation aufgebaut ist. Der Kandidatensatz
ist ein Satz von Basisstationen, der von dem Nachbarsatz oder dem
verbleibenden Satz ausgewählt
wird, und zwar Basisstationen, die eine Pilotsignalstärke mit
einem ausreichenden Signalpegel besitzen, um Kommunikationen aufzubauen.
Der Nachbarsatz ist ein Satz von Basisstationen, der eine aktive
Basisstation umgibt, und Basisstationen aufweist, die mit hoher
Wahrscheinlichkeit eine Signalstärke mit
ausreichendem Pegel haben um Kommunikation aufzubauen. Der verbleibende
Satz weist alle Basisstationen in dem System auf, die nicht Mitglied
des Aktiv-, Kandidaten- oder Nachbarsatzes sind.
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Wenn
eine Ferneinheit als Punkt-zu-Punkt-Einheit betrieben wird, wird
der Nachbarsatz von Basisstationen gegenüber dem verbleibenden Satz
bevorzugt, und zwar insofern, als dass die Pilotsignale, die dem
Nachbarsatz von Basisstationen entsprechen, mit einer höheren Frequenz
bzw. häufiger
ge sucht werden als die Pilotsignale, die dem verbleibenden Satz
entsprechen. Zum Beispiel wird in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
zuerst der gesamte Nachbarsatz gesucht und dann wird ein Mitglied
des verbleibenden Satzes gesucht. Als zweites wird wiederum der
gesamte Nachbarsatz gesucht und das nächste nachfolgende Mitglied
des verbleibenden Satzes wird gesucht. Der Betrieb fährt dann
zyklisch fort.
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Wenn
die Ferneinheit eine aktive Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung
aufgebaut hat, sendet das Systemsteuerelement, das sich in der Mobilfunk-Vermittlungsstelle
befindet, jeder Ferneinheit eine Liste von Basisstationen, die den Nachbarsatz
beinhaltet. Der Nachbarsatz ist abhängig von der Position der Ferneinheit.
Insofern weist der Nachbarsatz einen unterschiedlichen Satz von Basisstationen
in einer Ferneinheit auf als denjenigen, den der Nachbarsatz für eine andere
Ferneinheit aufweist. Das Systemsteuerelement kann die individualisierte
Liste von Basisstationen des Nachbarsatzes zu der entsprechenden
Ferneinheit über
den aufgebauten Vorwärtsverbindungsverkehrskanal senden.
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Es
sei jedoch angemerkt, dass in dem Rundruf- bzw. Broadcastmodus der
Vorwärtsverbindungsrundrufkanal
derselbe für
alle Ferneinheiten ist, und als solches die Übertragung der Nachbarsatzinformation
an jede Ferneinheit nicht so elegant im Rundrufmodus ist. Außerdem,
da in dem Rundrufmodus keine Rückwärtsverbindung
mit den Ferneinheiten aufgebaut ist, kennt das Systemsteuerelement
nicht die Position der Ferneinheiten, um einen Nachbarsatz zu bestimmen.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
des Rundrufmodus ist der Nachbarsatz einer jeden Ferneinheit, die
im Rundrufmodus operiert, leer. Auf diese Art und Weise sucht eine
Ferneinheit, die im Rundrufmodus operiert, direkt kontinuierlich
nach dem verbleibenden Satz, während
es den Vorwärtsverbindungsrundrufkanal überwacht. Wenn
die Pilotsignalstärke
eines Mitglieds des aktiven Satzes unter eine Schwelle, T_DROP länger als eine
spezifizierten Zeitbetrag, T_TDROP, fällt, wird der entsprechende
Eintrag in dem Aktivsatz gelöscht und
ein entsprechender Eintrag wird zu dem verbleibenden Satz addiert.
Die Ferneinheit überwacht
nicht länger
den Vor wärtsverbindungsrundrufkanal
von der entsprechenden Basisstation. Es sei angemerkt, dass auf
diese Art und Weise die Verwendung des Kandidatensatzes ebenfalls
eliminiert wird.
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Wenn
das Pilotsignal einer Basisstation, die ein Mitglied des verbleibenden
Satzes ist, eine bestimmte Schwelle, T_ADD, überschreitet, kann die Ferneinheit
einen entsprechenden Eintrag dem Aktivsatz hinzufügen. Die
Ferneinheit demoduliert den Vorwärtsverbindungsrundrufkanal
von dieser Basisstation. Die Ferneinheit beginnt das Diversity-
bzw. Vielseitigkeitskombinieren des Signals von der neu hinzugefügten Basisstation
mit den Signalen von anderen Basisstationen, die sie empfängt. Wenn
die Ferneinheit nicht in der Lage ist, den Vorwärtsverbindungsrundrufkanal
zu demodulieren, kann sie eine Leistungsanfragezugriffsnachricht
an die Basisstation senden.
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Wenn
eine Basisstation eine Leistungsanfragezugriffsnachricht empfängt, wenn
kein Vorwärtsverbindungsrundrufkanal
aufgebaut ist, informiert sie das Systemsteuerelement, das ansprechend
hierauf der Basisstation befehlen kann, den Vorwärtsverbindungsrundrufkanal
mit einem anfänglich
etablierten bzw. Aufbaupegel zu senden.
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Die
Basisstation beginnt Leistungssteuerung gemäß 2 mit Beginn
des Startblocks 50 auszuführen. Block 52 in 2 wird
zu vordefinierten Intervallen ausgeführt. Die Intervalle, bei denen
Block 50 ausgeführt
wird, stellen die Leistungssteuerungsrate des Betriebes ein. In
Block 52 bestimmt die Basisstation ob eine Leistungsanfragezugriffsnachricht
empfangen wurde. Wenn nicht, wird Block 54 ausgeführt, was
die gegenwärtige
Sendeleistung um einen vorbestimmten Betrag, δ, reduziert, wenn dies nicht
die Sendeleistung auf weniger als ein vordefiniertes Minimum MIN
reduziert. Der Ablauf fährt
mit Block 56 fort. In Block 56 wird, wenn die
Basisstationssendeleistung mehr als ein vordefiniertes Zeitintervall,
T, auf einem Minimum war, die Übertragung
des Vorwärtsverbindungsrundrufkanals,
wie es in Block 58 angezeigt ist, terminiert und die Ausführung von 2 endet,
wie es in Block 60 angezeigt ist. Auf diese Art und Weise
eliminiert die Basisstation, wenn alle passiven Fern einheiten den
Abdeckungsbereich einer Basisstation verlassen haben, schlussendlich die Übertragung
des Vorwärtsverbindungsrundrufkanals
durch Senken des Sendepegels auf ein Minimum und durch Senden auf
dem minimalen Pegel für die
vorbestimmte Dauer T. Wiederum zurückkehrend zu Block 56 kehrt
der Ablauf zurück
zu Block 52, wenn der Sendepegel nicht gleich dem Minimum
für mehr
als T war.
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Wenn
eine Leistungsanfragezugriffsnachricht empfangen wurde, geht der
Ablauf von Block 52 zu Block 66 weiter. Wenn die
Senderleistung vor kurzem erhöht
wurde (innerhalb der letzten X Rahmen) kehrt der Ablauf zurück zu Block 52 und
die Anfrage wird ignoriert. Auf diese Art und Weise wird die Leistung
nur einmal erhöht,
wenn zwei Ferneinheiten eine Erhöhung
der Leistung in kurzem Abstand zueinander beantragen. Wenn eine
der beiden Ferneinheiten weiterhin mehr Leistung benötigt, kann
sie erneut eine Anfrage senden. Somit erhöht das System nicht übermäßig den
Leistungspegel des Vorwärtsverbindungsrundrufkanals
zum Nachteil anderer Systembenutzer.
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Wenn
der Sendeleistungspegel nicht innerhalb der letzten X Rahmen erhöht wurde,
bestimmt die Basisstation einen Betrag, Δ, um den die Leistung basierend
auf der Stärke,
mit der die Ferneinheit das Basisstationspilotsignal empfängt, Block 68.
Wenn die Ferneinheit sich der Grenze der Abdeckung nähert, sendet
sie Leistungsanfragezugriffsnachrichten an die Basisstation, um
die Leistung zu erhöhen. Wenn
sie sich aus dem Dienstbereich heraus bewegt, braucht die Basisstation
nicht länger
ein Signal an die Ferneinheit vorzusehen. Der Betrag, Δ, wird zwischen Δ1 und Δ2 basierend
auf den Signalstärkennachrichten,
die von der Ferneinheit gesendet werden, gewählt. Wenn eine Ferneinheit
zum Beispiel einen Anstieg der Leistung anfragt und die Differenz
in dem Leistungspegel zwischen dem Pilotsignal und dem Vorwärtsverbindungsrundrufkanal,
und zwar wie es durch die Ferneinheit gemessen wird, klein ist,
ist die Größe von Δ geringer
als dann, wenn die Differenz in den Leistungspegeln hoch ist. In
Block 70 wird die Sendeleistung um den Betrag, Δ, erhöht oder
auf den Maximalsendewert, MAX erhöht, und zwar basierend darauf,
was immer den geringeren Sendeleistungspegel zur Folge hat. Auf diese
Art und Weise wird die maximale Sendeleistung der Basisstation begrenzt.
Vom Block 70 kehrt der Ablauf zurück zu Block 52. Unter
den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt natürlich auch der Fall, in dem
der Wert von Δ festgelegt
ist.
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Es
sei anzumerken, dass die Systemparameter, T, MIN und MAX, durch
die Leasinggruppe bzw. Betreiber gemäß ihrer Bedürfnisse und Zahlungsfähigkeit
gesetzt werden können.
Zum Beispiel wenn die Central Intelligence Agency, CIA, eine extrem
geheime und gefährliche
Mission ausführt, könnte sie
zum Beispiel den Wunsch haben, dass ein vollständig passiver Ferneinheitsbetrieb
vorgesehen ist, bei dem sogar die Leistungsanfragezugriffsnachrichten
nicht gesendet werden. In solch einem Fall werden MIN und MAX beide
auf Vollleistung gesetzt und T wird auf unendlich gesetzt. Auf diese
Art und Weise senden alle Basisstationen in dem System kontinuierlich
mit der vollen Leistung und die Ferneinheiten in dem Abdeckungsbereich
müssen
nicht Leistungsanfragezugriffsnachrichten senden.
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Die
Art und Weise, auf die die Ferneinheit bestimmt, dass sie mehr Leistung
benötigt,
ist ähnlich zu
der Art und Weise, die in der Ferneinheit, die gemäß IS-95
betrieben wird, verwendet wird. Zum Beispiel kann die Ferneinheit
eine Rahmenlöschungsrate
mit einer Schwelle vergleichen. Die Ferneinheit kann die Anzahl
von Löschungen
innerhalb eines gleitenden Fensters von Rahmen zählen. Die Ferneinheit kann
die Anzahl von aufeinander folgenden Löschungen zählen. Beliebige andere Verbindungsqualitätsmessungen,
wie zum Beispiel Signal-zu-Rausch-Verhältnis kann verwendet werden, um
zu bestimmen, ob die Ferneinheit mehr Leistung benötigt. Wenn
die Pilotsignalstärke
des entsprechenden Pilotsignals unterhalb von T_DROP liegt, sendet
die Ferneinheit nicht eine Leistungsanfragezugriffsnachricht.
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Während das
Einsparen von Basisstationsressourcen wichtig ist, ist das Einsparen
von Ferneinheitsleistung ebenfalls wichtig. Wenn sich eine Ferneinheit
im Feld, d. h. im Einsatz, befindet, wird die Ferneinheit typischerweise
mit einer Batterie betrieben. Eine Art und Weise um hinsichtlich
Batterieleistung zu sparen, ist es, den Zeitbetrag, mit dem die Ferneinheit
den Vorwärtsverbindungsrundrufkanal überwacht,
zu begrenzen. 3 ist zum Beispiel ein Zustandsdiagramm,
das die Ferneinheitszustände und
die Anregungen, die Übergänge hierzwischen bewirken
können,
zeigt.
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Wenn
ein Netz anfänglich
aufgebaut wird, wählt
eine geeignete Einheit eine Netznummer. Jede Ferneinheit, die sich
an dem Netz beteiligen möchte, ruft
dieselbe Nummer an. Das Wählen
der Nummer könnte
nicht-manuell erfolgen. Es könnte
automatisch ausgeführt
werden, zum Beispiel durch einfaches Anschalten der Einheit. Sie
kann automatisch durch Drücken
einer begrenzten Anzahl von Tasteneingaben gewählt werden. In 3 stellt
Block 100 den Zustand der Ferneinheit, bevor die Netznummer gewählt wird,
dar. „Dienst
wird aktiviert" 116 zeigt
an, dass die Ferneinheit die gewählte
Nummer gesendet hat und die Ferneinheit in den Initialisierungszustand 102 eintritt.
In dem Initialisierungszustand 102 registriert sich die
Ferneinheit und führt
andere Initialisierungsprozeduren gemäß den Abschnitten 6.6.5.5.2 des
IS-95 aus. Ausgehend vom Initialisierungszustand 102 tritt
die Ferneinheit in den Initialisierungsleerlauf- bzw. Idel-Zustand
ein, wenn das Netz noch nicht durch „Rundruf inaktiv" 118 aufgebaut
wurde. Die Ferneinheit verbleibt in dem Initialisierungsleerlaufzustand 104 bis
das Netz aufgebaut ist. Wenn die Ferneinheit informiert wird, dass
das Netz aufgebaut wurde, tritt die Ferneinheit in den Zuhörzustand 106 über „Ferneinheit
wurde gepagt" 122 ein.
Die Ferneinheit kann in den Zuhörzustand 106 direkt
vom Initialisierungszustand 102 über „Rundruf aktiv" 120 eintreten,
wenn das Netz aufgebaut ist.
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Im
Zuhörzustand 106 überwacht
die Ferneinheit kontinuierlich den Vorwärtsverbindungsrundrufkanal.
Wenn keine der Ferneinheiten in dem Netz die PTT-Taste für eine Zeitperiode die größer ist
als T1 drückt, tritt die Ferneinheit
in den Schlafzustand 108 über Timeout bzw. Zeitablauf 124 ein.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
besteht der Schafzustand 108 aus einer Vielzahl von Zuständen. Zum Beispiel
kann der Schlafzustand 108 aus zwei geschlitzten Moduszuständen D1 134 und D2 136 bestehen.
Ausgehend vom Zeitablauf 124 tritt die Ferneinheit in D1 134 ein, indem die Ferneinheit
nicht länger kon tinuierlich
den Vorwärtsverbindungsrundrufkanal überwacht.
Stattdessen überwacht
die Ferneinheit den Vorwärtsverbindungsrundrufkanal
nur einen Bruchteil der Zeit. Zum Beispiel verwendet ein Verfahren,
bei dem der Vorwärtsverbindungsrundrufkanal
nur ein Bruchteil der Zeit überwacht
wird, einen periodischen Schlitzzyklus. Bei Verwendung eines periodischen
Schlitzzykluses überwacht
die Ferneinheit den Vorwärtsverbindungsrundrufkanal
für eine kurze
Zeitperiode alle TD1 Sekunden. Wenn die
Ferneinheit nicht den Vorwärtsverbindungsrundrufkanal überwacht,
schaltet sie einen wesentlichen Teil ihrer Schaltungen ab, was ihren
Leistungsverbrauch wesentlich reduziert. Ein Beispielschlitzzyklus
für Zustand
D1 134 ist 2–3 Sekunden. Da die Ferneinheit den
Vorwärtsverbindungsrundrufkanal
nur alle 2–3 Sekunden überwacht,
gibt es im Durchschnitt eine 1–1,5
Sekunden Ansprechverzögerung
zwischen der Zeit, bei dem ein Signal die Übertragung auf dem Vorwärtsverbindungsrundrufkanal
zu Verfügung steht,
und wenn die Ferneinheit wach ist, um es zu empfangen.
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Wenn
während
der Zeit, in der die Ferneinheit im D1 134 ist,
eine Rundrufwarnung (broadcast alert) von der Ferneinheit empfangen
wird, tritt die Ferneinheit erneut in den Zuhörzustand 106 über Rundrufwarnung 126 ein.
Eine Rundrufwarnung wird generiert wenn ein beliebiges Mitglied
des Netzes die PTT-Taste drückt.
Wenn während
der Zeit, in der die Ferneinheit sich in D1 134 befindet,
keine Rundrufwarnung empfangen wird, tritt nach einer bestimmten Zeitperiode,
T2, die Ferneinheit in D2 136 über Zeitablauf 138 ein.
In D2 136 überwacht die Ferneinheit den Vorwärtsverbindungsrundrufkanal
einen noch kleineren Bruchteil der Zeit lang. Wenn zum Beispiel
ein periodischer Schlitzzyklus verwendet wird, überwacht die Ferneinheit den
Vorwärtsverbindungsrundrufkanal
für eine
kurze Zeitperiode alle TD2 Sekunden. Ein beispielhafter
Schlitzzyklus für
Zustand D1 134 ist 5–10 Sekunden,
wodurch mehr Ferneinheitsleistung auf Kosten von einer noch größeren durchschnittlichen
Ansprechzeit konserviert wird. Wenn während der Zeit, in der die
Ferneinheit sich in D2 136 befindet, eine
Rundrufwarnung von der Ferneinheit empfangen wird, tritt die Ferneinheit
erneut in den Zuhörzustand 106 über Rundrufwarnung 126 ein.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind T1, TD1, T2 und TD2 alle so
programmierbar, dass jeder Netzbenutzer individuell und dynamisch
Kosten gegenüber
der Ansprechzeit abwägen
kann. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
bestimmt jede Ferneinheit einen Schlitzzyklusindex, zum Beispiel
unter Verwendung einer Identifikationszahl der Ferneinheit und einer Hash-Funktion.
Die Ferneinheit verwendet den Schlitzzyklusindex um Auszuwählen, während welcher
Zeitschlitze sie den Vorwärtsverbindungsrundrufkanal überwacht.
Auf diese Art und Weise überwachen
unterschiedliche Ferneinheiten den Vorwärtsverbindungsrundrufkanal
zu verschiedenen Zeiten. Daher muss die Basisstation die Rundrufwarnung eine
ausreichende Dauer lang wiederholen, bis alle Ferneinheiten den
Vorwärtsverbindungsrundrufkanal in
dem Schlafzustand überwachen
bzw. abhören.
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Es
sei anzumerken, dass in dem Schlafzustand 108 die Ferneinheit
immer noch eine Leistungssteuerung, wie oben beschrieben, ausführt. Wenn
die Ferneinheit, zum Beispiel wenn sie den Vorwärtsverbindungsrundrufkanal
während
eines Schlitzes in D2 136 überwacht,
den ersten Pegel, mit dem der Vorwärtsverbindungsrundrufkanal
empfangen wird, als nicht ausreichend bestimmt, kann die Ferneinheit
eine Leistungsanfragezugriffsnachricht verwenden, um mehr Leistung
anzufordern ohne dabei den D2 136 Zustand
zu verlassen. Es sei weiterhin angemerkt, dass obwohl das bevorzugte
Ausführungsbeispiel
mit zwei unterschiedlichen Zuständen innerhalb
des Schlafzustands 108 dargestellt ist, eine größere oder
geringere Anzahl von unterschiedlichen Zuständen ebenfalls im Einklang
mit der vorliegenden Erfindung steht.
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Wenn
der Benutzer der Ferneinheit die PTT-Taste selbst niederdrückt, während er
in dem Schlafzustand 108 ist, tritt die Ferneinheit in
den PTT-Zugriffszustand 110 über PTT
niedergedrückt 128 ein.
In dem PTT-Zugriffszustand 110 versucht die
Ferneinheit die Erlaubnis zu bekommen, eine aktiv sprechende Ferneinheit
unter Verwendung des Zugriffskanals zu werden. Wenn diese Ferneinheit den
PTT-Zugriffszustand 110 betritt und versucht auf das System
zuzugreifen, empfangen die anderen Ferneinheiten in demselben Netz
eine Rundrufwarnungsnachricht. Wenn PTT zurückgewiesen wird oder wenn der
Benutzer die PTT-Taste loslässt
bevor ein Verkehrskanal zugewiesen werden kann, tritt die Ferneinheit
in den Zuhörzustand 106 über PTT-Zurückgewiesen/PTT-Freigegeben 132.
Vom Zuhörzustand 106 kann
die Ferneinheit direkt in den PTT-Zugriffszustand 110 über PTT-Niedergedrückt 130 durch
Niederdrücken
der PTT-Taste eintreten.
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Auf
das, was passiert wenn der Benutzer der Ferneinheit schnell die
PTT-Taste niederdrückt und loslässt, während er
im Schlafzustand 108 ist, sei hingewiesen. Nicht nur bringt
dieser Benutzer sich selbst in den Zuhörzustand 106 sondern
lässt die Rundrufwarnung,
die generiert wird, weil er die PTT-Taste niederdrückt und loslässt, alle
Ferneinheiten in dem Netz in den Zuhörzustand wechseln. Auf diese
Art und Weise kann ein gesamtes schlafendes System durch die Aktion
einer einzelnen Ferneinheit aufgeweckt werden. Betreiber, die in
der Verwendung des Systems trainiert sind, können dieses Verfahren benutzen,
um das System aufzuwecken. Wenn zum Beispiel ein Satz von Netzbenutzern
für viele
Tage außer
Einsatz war, kann das System schlafend sein, da die Netzbenutzer
keinen Grund für eine
Kommunikation besitzen, da keinen Aktionen vorgenommen werden. Sobald
ein Betreiber ein Anzeichen dafür
sieht, dass zum Beispiel ein Verdächtiger sich einem Ort nähert, wie
zum Beispiel durch die Annäherung
eines Autos, drückt
er einfach die PTT-Taste und lässt
sie los und das gesamte Netz tritt aus dem Schlafzustand. Wenn ein
beliebiger Netzbenutzer nachfolgend die PTT-Taste niederdrückt um eine
Nachricht zu senden, antwortet das Netz hierauf umgehend.
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Wiederum
zurückkehrend
zu dem PTT-Zugriffszustand 110 tritt, wenn der Benutzer
damit fortfährt
die PTT-Taste niederzudrücken
und die PTT-Anfrage erteilt wird, die Ferneinheit in den Sprechzustand 112 über PTT-Erteilt 140.
Es sei anzumerken, dass wenn einige der Ferneinheiten in dem D2 136 Zustand sind, könnten sie
nicht gegebenfalls zur Verfügung
stehen sofort mit dem Empfang des Signals zu beginnen. Die Betreiber
der Ferneinheiten können trainiert
werden, um entweder das Verfahren hinsichtlich des Niederdrückens und
Loslassen der PTT-Taste für
das Aufwachen des Systems zu verwenden oder einige wenige Sekunden
nach Niederdrücken
der PTT-Taste abzuwarten bevor kritische Information gesprochen
wird. Eine andere Art mit dieser Situation umzugehen wäre es, die
anfängliche Übertragung
von Sprachinformation in der Ausrüstung zu verzögern. Die
Ferneinheit verbleibt in dem Sprechzustand 112 bis der
Benutzer die PTT-Taste loslässt
oder bis die Übertragung
des Benutzers durch einen weiteren Netzbenutzer ersetzt wird, wobei
in diesem Fall die Ferneinheit erneut in den Zuhörzustand 106 über PTT-Freigabe/PTT-Austausch (preempt) 142 eintritt.
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Ein
alternatives Ausführungsbeispiel
der 3 ist in 4 gezeigt.
In 4 wurden Zeitablauf 124, Zeitablauf 138,
D1 134, D2 136 und
Schlafzustand 108 der 3 ausgetauscht.
In 4 verlässt
die Ferneinheit den Zuhörzustand 106 für den Schlafzustand 148,
wenn ein Befehl zum Eintritt in den Schlafmodus empfangen wird,
und zwar über Schlafbefehl
von Basisstation 144. Der Schlafbefehl von der Basisstation
enthält
eine Schlitzzeitdauer, die die Ferneinheit verwendet um zu bestimmen,
wie oft sie den Vorwärtverbindungsrundrufkanal überwacht. Auf
diese Weise können
alle Ferneinheiten befehligt werden gleichzeitig in den Schlafzustand
versetzt zu werden. Wenn das System es wünscht, den Schlafmodus zu verändern, sendet
die Basisstation einen nachfolgenden Schlafbefehl mit einer größeren oder kleineren
Schlitzzeitdauer. Eine Ferneinheit in dem Schlafzustand 148 antwortet
durch Verändern
des Intervalls, in dem sie den Vorwärtsverbindungsrundrufkanal überwacht,
während
sie in dem Schlafzustand 148 verbleibt, und zwar über Schlafbefehl
von Basisstation 146. Die Basisstation lässt einen
ersten Timer bzw. Zähler
dann loslaufen, wenn die PTT-Freigabeanzeige von einem letzten verbleibenden
Sprecher empfangen wird. Wenn der erste Zähler bzw. Timer ausläuft, bevor
eine nachfolgende PTT-Anzeige empfangen wird, kann die Basisstation
einen Schlafmodus mit einem relativ kurzen Schlitzzyklus befehligen.
Nach Ablauf eines zweiten Timers bevor eine PTT-Anzeige empfangen
wird, kann die Basisstation einen Schlafmodus mit einem längeren Schlitzzyklus befehligen.
Wenn ein Ereignis auftritt, das bewirkt, dass das System glaubt,
dass eine PTT-Anzeige bald auftreten könnte, könnte die Schlitzzyklusdauer
gesenkt werden. Ein Beispiel für
solch ein Ereignis ist Tagesanbruch bei einer militärischen
Anwendung oder das Landen eines größeren Pendlerflugzeuges für ein Taxiunternehmen.
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Die
vorhergehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele wird vorgesehen,
um es einem Fachmann zu ermöglichen,
die vorliegende Erfindung auszuführen
oder zu verwenden. Die verschiedenen Modifikationen dieser Ausführungsbeispiele
werden dem Fachmann leicht offensichtlich werden und die Grundprinzipien,
die hierin definiert sind, können
auf andere Ausführungsbeispiele
angewendet werden, ohne dabei erfinderisch tätig zu werden. Daher ist es
nicht beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung auf die hierin
gezeigten Ausführungsbeispiele
begrenzt ist, sondern ihr soll vielmehr der größtmögliche Umfang, der mit den
hierin offenbarten Prinzipien und neuen Merkmalen übereinstimmt,
zugeordnet werden.