DE69737401T2 - Verfahren und Apparat zur Registrierung eines Kommunikationsterminals in einem Satellitenkommunikationssystem - Google Patents

Verfahren und Apparat zur Registrierung eines Kommunikationsterminals in einem Satellitenkommunikationssystem Download PDF

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät zur Kommunikation, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, das Registrieren eines Kommunikationsendgeräts mit einem Satellitenkommunikationssystem.
  • Allgemeiner Stand der Technik
  • Bei einigen Satelliten- und erdgebundenen Mobilkommunikationssystemen sind Endgeräte verfügbar, die sowohl Sprach- als auch Datenkommunikation vorsehen. Zum Beispiel sind einige GSM-Mobiltelefone mit Datenendgeräten, wie zum Beispiel tragbaren Computern, verbindbar. Während eines Datenanrufs unter Verwendung derartiger mobiler Endgeräte werden dem Datenanruf auf ähnliche Weise wie einem Sprachanruf TDMA-Schlitze zugewiesen, so dass sowohl in der Vorwärts- als auch der Rückwärtsrichtung eine Verbindung mit konstanter Bandbreite errichtet wird. Mobile Satellitensysteme wie zum Beispiel die Satellitenkommunikationssysteme Inmarsat-BTM, Inmarsat-CTM und Inmarsat-MT M ermöglichen Datenkommunikationsvorgänge mit fester Bandbreite.
  • Derartige Systeme sind für den Austausch einiger Arten von Daten geeignet, jedoch sind sie in erster Linie für Sprachkommunikation konzipiert, die eine konstante, symmetrische Datenrate benötigt. Derartige Systeme sind nicht für sowohl Daten- als auch Sprachkommunikation optimiert.
  • Es besteht eine zunehmende Nachfrage nach Datenkommunikationsvorgängen, die es erfordern, intermittierende Datenbursts mit hoher Datenrate zu senden oder zu empfangen, während zu anderen Zeitpunkten nur eine Kommunikation mit niedriger Datenrate benötigt wird. Zum Beispiel ist es im Fall der Verwendung eines Web-Browsers wünschenswert, angeforderte Seiten so schnell wie möglich auf das Benutzerendgerät herunterzuladen, jedoch ist in der Vorwärts richtung nur wenig oder keine Bandbreite erforderlich, während der Benutzer die heruntergeladene Seite liest. Eine derartige Nutzung ist auch sehr asymmetrisch, da der Benutzer nur Anfragen für neue Seiten oder kleine Datenmengen in der Rückwärtsrichtung zu senden braucht. Die Nutzung derartiger Anwendungen für das GSM-System ist unzufriedenstellend, da während einiger Zeit während des Datenanrufs die zugeteilte Bandbreite nicht genutzt wird, während dann, wenn große Datenmengen herunter geladen werden, die zugeteilte Bandbreite unzureichend ist.
  • Ferner wäre es wünschenswert, es zu ermöglichen, dass mehrere Anrufe gleichzeitig durch dasselbe mobile Endgerät handhabbar sind. Zum Beispiel kann es ein Mobilanwender während eines Telefonanrufs wünschen, auf Daten von einer Online-Datenbank Bezug zu nehmen oder ein eingehendes Fax zu empfangen.
  • In US 4, 256, 925 ist ein Satellitenkommunikationssystem für variable Datenrate beschrieben. Bei diesem System wird ein Satellit für Kommunikationsvorgänge zwischen mehreren Bodenstationen verwendet. Jede Bodenstation fordert einen Anteil der gesamten Kanalkapazität entsprechend der Verkehrsbelastung von Sprach- und Datenanrufen zu dieser Bodenstation an. Eine Bezugsstation im Netzwerk teilt die Kanalkapazität zwischen den Stationen zu.
  • In US 5,363,374 ist ein ATM (asynchronous transfer mode = asynchroner Übertragungsmodus)-Satellitenkommunikationssystem beschrieben. Jede Bodenstation fordert sporadisch eine Verbindung mit dem Kommunikationssystem an, und eine zentrale Verwaltungsstation bestimmt entsprechend der verfügbaren Bandbreite, ob die Verbindung zu akzeptieren oder zurückzuweisen ist.
  • Das Dokument GB 2 270 815 A offenbart ein zellulares Mobilfunksystem, das ein Mehrfachzugriffsprotokoll mit Paketre servierung zum Realisieren eines Dienstes mit variabler Bitrate vorsieht. Die mobilen Endgeräte stehen bei dem Zugriff auf dieselben Zeitschlitze, über die sie Information senden wollen, in Wettbewerb. Um variable Bitraten zu unterstützen, verfügen die Endgeräte über die Fähigkeit, mehrere Schlitze in jedem vorgegebenen Rahmen zu reservieren. Im selben Rahmen können sowohl Sprach- als auch Datenanrufe unterstützt werden, wobei für Datenverkehr für größere Effizienz eine größere Burstgröße verwendet wird, während für Sprachverkehr eine kleinere Burstgröße verwendet wird, um die Verzögerung in Zusammenhang mit dem Warten auf genügend Information aus einer Sprachcodierung zu verringern.
  • Das Dokument EP 0 713 347A offenbart ein System zum Übertragen von STM- und ATM-Verkehr auf einem breitbandigen Kommunikationsnetz, wie zum Beispiel einem Faser/Koaxial-Netz oder einem drahtlosen Netz, bei dem Mobilstationen von einer Basisstation zur Rückkopplung abhängen. ATM-Anrufe können von konstanter Bitrate, von verzögerungssensitiver variabler Bitrate, von verzögerungstoleranter variabler Bitrate oder auf Wettbewerb gestützt sein. Anrufen mit verzögerungssensitiver variabler Bitrate werden Zeitschlitze entsprechend einer statisch gewichteten, inkrementellen Bandbreitenbestimmung zugeteilt, die den vorhandenen Verkehr mit variabler Bitrate und die statistischen Eigenschaften der Anforderung eines neuen Anrufs berücksichtigt. Dem ATM-Verkehr wird eine garantierte Mindestbandbreite zugewiesen, und jede freie Bandbreite wird vorhandenen ATM-Anrufen zugeteilt oder dazu verwendet, einen neuen ATM-Anruf zuzulassen.
  • Das Dokument EP 0 637 185 betrifft ein lokales Datennetz (Local Area Network – LAN) mit asynchroner Übermittlung (Asynchronous Transfer Mode – ATM), das einen Funkkanal mit breiter Abstrahlung (wide-beam) und eine Anzahl von Punktstrahlkanälen verwendet. Um eine Verbindung zwischen zwei Funkendgeräten herzustellen, wird der Funkkanal mit breiter Abstrahlung als gemeinsamer Steuerungskanal für Metasignalgabe verwendet. Ein Steuergerät fragt die Funkendgeräte ab und empfängt die Abfragesignale und die Bestätigung. Aufgrund dieser Signalgabe bestimmt das Steuergerät, welcher Punktstrahlbereich das Funkendgerät abdeckt, und es wird eine Verbindung zu dem Funkendgerät, das den festgelegten Punktstrahl verwendet, hergestellt.
  • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Registrierung eines mobilen Endgeräts in einem Satellitenkommunikationssystem vorgesehen, das sowohl Punktstrahlen als auch einen Globalstrahl aufweist, bei dem das Endgerät zunächst versucht, im zuletzt verwendeten Punktstrahlkanal zu kommunizieren und sich nur in dem Globalstrahl erneut registriert, um eine neue Zuweisung eines Punktstrahlkanals zu erhalten, falls der letzte Punktstrahlkanal nicht empfangen werden kann.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Nun werden Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • 1 ist ein schematisches Diagramm eines Satellitenkommunikationssystems;
  • 2 ist ein Diagramm einer durch die Ausführungsform in 1 verwendeten Protokollschichtstruktur;
  • 3 ist ein Diagramm der Struktur eines TDMA-Rahmens gemäß dem Luftschnittstellenprotokoll der Ausführungsform aus 1;
  • 4 ist ein Diagramm der Zustände des mobilen Endgeräts bei der Ausführungsform aus 1, und sie zeigt die möglichen Übergänge zwischen diesen;
  • 5 ist ein Flussdiagramm des Betriebs des mobilen Endgeräts, beginnend mit dem Nichtlokalisierungszustand aus 4;
  • 6 ist ein Flussdiagramm des Betriebs des mobilen Endgeräts, beginnend mit dem Leerlaufzustand aus 4;
  • 7 ist ein Flussdiagramm des Betriebs des mobilen Endgeräts, beginnend mit dem Signalgabezustand aus 4; und
  • 8 ist ein Flussdiagramm des Betriebs des mobilen Endgeräts, beginnend mit dem aktiven Zustand aus 4.
  • Systemüberblick
  • 1 zeigt schematisch ein mobiles Endgerät, das über einen Satelliten 12 mit einem Netzwerk-Verwaltungszentrum 18 verbunden ist, das dem mobilen Endgerät Bandbreite zuteilt und es mit einem erdgebundenen Netzwerk 22 verbindet. Bei dieser Ausführungsform umfasst das mobile Endgerät 2 über einen tragbaren Rechner, auf dem eine Anzahl verschiedener Kommunikationsanwendungen 4a, 4b, 4c, 4d laufen kann. Die Anwendungen können zum Beispiel eine Sprachtelefonie-Anwendung, eine Internetanwendung, eine Faksimileanwendung und eine ATM-Anwendung sein. Jede dieser Anwendungen nutzt standardmäßige Anwendungsprogrammierschnittstellen (API), wie zum Beispiel Winsock für den Internetzugriff, TAPI für Telefonieanwendungen und CAPI für ISDN-Anwendungen. Die Schnittstellen zu derartigen Anwendungen sind schematisch durch das Bezugszeichen 12 in der 1 dargestellt. Auf dem mobilen Endgerät 2 laufende Treibersoftware 6 wandelt API-Protokolle in spezifische Protokolle um, die für das Satellitenkommunikationssystem konzipiert sind. Im mobilen Endgerät 2 ist eine physikalische Schnittstelle 14 mit einer Schnittstellenkarte 8, wie zum Beispiel einer PC (früher PCMCIA)-Karte, versehen. Die Schnittstellenkarte 8 weist einen Funkfrequenz-Modulator/-Demodulator auf, der mit einer Antenne 10 verbunden ist. Dieser Funkfrequenz-Modulator/-Demodulator ist in der Lage, auf einem ersten Frequenzkanal zu empfangen und gleichzeitig auf einem zweiten Frequenzkanal zu senden.
  • Die Antenne 10 befindet sich im Überdeckungsbereich eines Punktstrahls B, der von einem Satelliten 12 erzeugt wird, der zum Beispiel ein geostationärer Satellit mit mehrstrahligen Empfangs-/Sende-Antennen zum Empfangen und Senden von Signalen in jedem von mehreren Punktstrahlen B sein kann. Jeder Punktstrahl B transportiert mehrere Frequenzkanäle sowohl in Vorwärts- als auch Rückwärtsrichtung. Der Satellit empfängt und sendet ebenfalls mit einem Globalstrahl G, der eine Überdeckungsfläche aufweist, die sich im Wesentlichen oder vollständig über die Überdeckungsbereiche der Punktstrahlen B erstreckt. Der Globalstrahl G transportiert mindestens einen Vorwärts- und einen Rückwärts-Frequenzkanal.
  • Die zwischen der Antenne 10 und dem Satelliten 12 übertragenen RF-Signale entsprechen einem Luftschnittstellenprotokoll 13, das nachfolgend ausführlicher beschrieben wird. Der Satellit 12 wirkt als Relaisstation und wandelt Kanäle von Mehrfach-Punktstrahlen B in Kanäle in einem Hauptstrahl F und umgekehrt um. Der Hauptstrahl F sorgt über eine Bodenstationsantenne 14 für eine Übertragungsstrecke zwischen dem Satelliten 12 und einer Bodenstation 16. Das Luftschnittstellenprotokoll über den Hauptstrahl F ist in der 1 mit 13F gekennzeichnet.
  • Das Netzwerk-Verwaltungszentrum 18 ist mit der Bodenstation 16 verbunden, und es beinhaltet eine Anzahl verschiedener Service-Adapter 20a, 20b, 20c, 20d, die eine Schnittstelle zu erdgebundenen Netzwerken 22, wie zum Beispiel PSTN (öffentliches Fernsprechwählnetz), ATM-Netzwerken oder ISDN vorsehen. Zu den Dienstadaptern 20 kann zum Beispiel ein Telefonieadapter 20a gehören, der einen Codec zum Umwandeln von Sprachsignalen in einem PSTN in Daten im Netzwerk-Verwaltungszentrum 18 und umgekehrt enthält. Ein Faksimile-Service-Adapter 20b kann Faksimileprotokolle realisieren, wie sie in den ITU-Empfehlungen T.30 und T.4 festgelegt sind, und er kann ein Modem zur Kommunikation über ein PSTN enthalten. Ein Internet-Service-Adapter 20c realisiert TCP/IP-Protokolle, und ein ATM-Service-Adapter 20d realisiert ATM-Protokolle. Diese Standardprotokolle und Schnittstellen sind in 1 gemeinsam mit II bezeichnet.
  • Das mobile Endgerät 2 ermöglicht es, mehrere, verschiedene Kommunikationsarten über das Satellitenkommunikationssystem aufzubauen, wie Telefonie, Internet, Fax und ATM. Diese Anwendungen können gleichzeitig laufen. Die jeder Anwendung zugeteilte Bandbreite kann in der Vorwärts- und der Rückwärtsrichtung während eines Anrufs unabhängig variiert werden, wie dies unten beschrieben wird.
  • Luftschnittstellenprotokolle
  • Die Realisierung der Luftschnittstellenprotokolle 13 und 13F, wie von der Treibersoftware 6 des mobilen Endgeräts 2 und vom Netzwerk-Verwaltungszentrum 18 ausgeführt, wird nun unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben. Die Protokollstruktur wird hinsichtlich "Schichten" beschrieben, die zusammenwirken, wie es in 2 dargestellt ist.
  • Die oberste Schicht verfügt über eine Schlitzverwaltungsschicht 28, die Daten D von den Anwendungen 4 oder den Service-Adaptern 20 empfängt und Daten D an diese sendet. Die Daten werden in Schlitzen 5, von denen jeder eine Zelle aufweist, formatiert, wie es in 3 dargestellt ist. Jede Zelle C verfügt über einen Kopf H und Daten D mit jeweils fester Länge. Die Schlitzverwaltungsschicht 28 formatiert Daten in derartige Zellen enthaltende Schlitze und aus diesen heraus, und sie tauscht die Schlitze mit einer TDMA-Schicht 26 aus, die den zeitlichen Ablauf des Sendens und Empfangen der Schlitze S innerhalb von TDMA-Rahmen FR steuert, die an eine physikalische Schicht 24 gesendet oder von dieser empfangen werden.
  • Die physikalische Schicht 24 entspricht der Schnittstelle 14, der Schnittstellenkarte 8 und der Antenne 10, und sie sieht eine physikalische Schnittstelle zwischen der Treibersoftware 6 und der Luftschnittstelle 13 vor, oder sie entspricht der Bodenstationsantenne 14 und der Bodenstation 16, die in ähnlicher Weise eine physikalische Schnittstelle zwischen dem Netzwerk-Verwaltungszentrum 18 und dem Satelliten 12 vorsehen. In beiden Fällen wandelt die physikalische Schicht 24 die Rahmen FR in Radiofrequenzsignale RF und umgekehrt um.
  • Die Schlitze S enthalten, zusätzlich zu den Verkehrsdaten D, Signalgabeinformationen, die dazu verwendet wird, Anrufe aufzubauen und die Zuweisung von Bandbreite während eines Anrufs zu variieren. Die Erzeugung und der Empfang dieser Signale erfolgt durch eine Sitzungsverwaltungs-Protokollschicht 30, die mit der Schlitzverwaltungsschicht 28 und der TDMA-Schicht 26 zusammenwirkt, um Signalgabeinformationen innerhalb der Zellen C, im Kopf H und/oder als Daten D zu empfangen oder zu senden.
  • Wie in 3 dargestellt, wird jeder TDMA-Rahmen in einem Format gesendet oder empfangen, das 18 Schlitze S1....S18 aufweist, die jeweils eine Zelle C aufweisen, wobei ein Schutzband G jeden Schlitz abtrennt. Jeder Schlitz S enthält ebenfalls Synchronisier- und Steuerinformationen, die dazu verwendet werden, den Zeitablauf der Schlitze zu erfassen, und die hier nicht weiter erörtert werden.
  • Jeder Schlitz S kann einem beliebigen mobilen Endgerät 2, mit dem ein Anruf aufgebaut wurde, unter Steuerung durch das Netzwerk-Verwaltungszentrum 18 zugewiesen werden.
  • Alternativ kann in jedem Schlitz mehr als eine Zelle übertragen werden, wobei jede Zelle einem anderen Anruf demselben oder von demselben mobilen Endgerät oder sogar einem anderen mobilen Endgerät zugewiesen werden kann.
  • Anrufverwaltung
  • Die verschiedenen Zustände, die das mobile Endgerät 2 während des Betriebs durchläuft, sind in 4 dargestellt. Um mit dem mobilen Endgerät 2 zu kommunizieren, ermittelt das Netzwerk-Verwaltungszentrum 18, in welchem Punktstrahl B sich das mobile Endgerät 2 befindet. Wenn das mobile Endgerät 2 das erste Mal verwendet wird oder wenn es sich seit seiner letzten Verwendung in einen anderen Punktstrahl B bewegt hat, befindet sich das mobile Endgerät 2 in einem "Nichtlokalisierungs"-Zustand. Wenn das mobile Endgerät 2 einen Punktstrahlkanal erfasst hat, jedoch keinerlei Anrufe tätigt, befindet es sich in einem "Leerlauf"-Zustand. Wenn mit dem mobilen Endgerät 2 ein erster Anruf aufgebaut wird, wird es in einen „Signalgabe"-Zustand versetzt, sofern der Aufbau des Anrufs nicht fehlschlägt, in welchem Fall es in den "Leerlauf"-Zustand zurückkehrt. Wenn der erste Anruf aufgebaut wurde, wird das mobile Endgerät in einen „aktiven" Zustand versetzt, und es verbleibt in diesem, bis alle Anrufe beendet sind, wobei das mobile Endgerät 2 dann erneut in den "Leerlauf"-Zustand versetzt wird. Wenn der Kontakt mit dem Punktstrahlkanal verloren geht, kehrt das mobile Endgerät 2 in den Nichtlokalisierungszustand zurück. Die einzelnen Zustände werden nun ausführlich beschrieben.
  • Nichtlokalisierungszustand
  • Es werden jetzt Übergänge vom Nichtlokalisierungszustand unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
  • Wird das mobile Endgerät 2 aktiviert, d.h. eingeschaltet oder auf andere Weise in die Lage versetzt zu kommunizieren, stimmt die Treibersoftware 6 als Erstes die Schnittstellenkarte 8 auf die Frequenz des Punktstrahls B ab, der zuletzt zur Kommunikation verwendet wurde (Schritt 34), falls eine vorherige Kommunikation stattgefunden hat. Wenn die Schnittstellenkarte 8 in diesem Punktstrahl B empfangen kann, stellt die Treibersoftware 6 fest, ob eine der Anwendungen 4 angefordert hat, dass vom mobilen Endgerät 2 ein abgehender Anruf aufgebaut werden sollte (Schritt 36). Falls dies der Fall ist, wird das mobile Endgerät 2 in den Signalgabezustand versetzt; andernfalls wird es in den Leerlaufzustand versetzt.
  • Wenn die Schnittstellenkarte 8 Signale auf der Frequenz des zuvor verwendeten Punktstrahls B nicht empfangen kann, wird sie auf die Vorwärts- und Rückwärtsfrequenzen des vom Satelliten 12 empfangenen Globalstrahls G abgestimmt (Schritt 38). Dann überträgt das mobile Endgerät 2 im Rückwärtskanal des Globalstrahls eine "Login"-Nachricht (Schritt 40). Die Login-Nachricht beinhaltet Kennungsinformationen, die sowohl das mobile Endgerät 2 als auch dessen aktuellen Benutzer kennzeichnen, gemeinsam mit Standortinformationen, die dem Netzwerk-Verwaltungszentrum 18 ausreichen, um zu ermitteln, in welchem Punktstrahl D sich das mobile Endgerät 2 befindet. Diese Informationen können vom Benutzer des mobilen Endgeräts eingegeben werden (d.h. dadurch, dass er angibt, in welchem Land sich das mobile Endgerät 2 befindet), oder sie können durch eine Positionierungseinrichtung in dem mobilen Endgerät 2, wie einen GPS(Global Positioning System)-Empfänger hergeleitet werden. Vorzugsweise reichen die Positionierungsinformationen aus, um zu erkennen, in welchem Punktstrahl B sich das mobile Endgerät 2 befindet, jedoch sind sie nicht ausreichend genau, um es Lauschern zu ermöglichen, das mobile Endgerät 2 genau zu lokalisieren, wodurch ein Sicherheitsrisiko entstehen würde. Wenn eine der Anwendungen 4 einen aufzubauenden Anruf angefordert hat, kann die Login-Nachricht auch anzeigen, dass das mobile Endgerät 2 beabsichtigt, einen Anruf aufzubauen.
  • Dann wartet das mobile Endgerät 2 auf eine Antwort vom Netzwerk-Verwaltungszentrum 18 im Vorwärtskanal des Globalstrahls G (Schritt 42). Die Antwort vom Netzwerk-Verwaltungszentrum 18 beinhaltet Kennungsinformationen, so dass die Antwort mit der Login-Nachricht in Beziehung gesetzt werden kann, Punktstrahlkanal-Kennungsinformationen, die den Frequenzkanal kennzeichnen, der vom mobilen Endgerät 2 für Kommunikation im Punktstrahl B, in dem es sich befindet, zu verwenden ist, und Informationen über die zeitliche Abfolge, die aus der zeitlichen Abfolge der von der Bodenstation 16 empfangenen Login-Nachricht hergeleitet werden, um das mobile Endgerät 2 beim Synchronisieren mit der zeitlichen Abfolge der Rahmen FR zu unterstützen. Wenn das mobile Endgerät 2 in der Login-Nachricht angezeigt hat, dass ein Anruf aufzubauen ist, weist die Antwort eine Markierung auf, die in einer Schlitzaushandlungsphase verwendet wird, wie dies später beschrieben wird.
  • Dann wird die Schnittstellenkarte 8 auf den durch die Antwort angegebenen Punktstrahlkanal abgestimmt (Schritt 44). Wenn gegenwärtig keine Anrufe weder vom noch an das mobile Endgerät angefordert werden, wird das mobile Endgerät 2 in den Leerlaufzustand versetzt, während es weiterhin den Punktstrahl-Vorwärtskanal überwacht, andernfalls wird es in den Signalgabezustand versetzt (Schritt 46).
  • Leerlaufzustand
  • Im Leerlauf zustand, wie in 6 dargestellt, erkennt das mobile Endgerät 2 fortlaufend, ob es in der Lage ist, Rahmen im angegebenen Punktstrahlkanal korrekt zu empfangen (Schritt 48). Wenn es dazu nicht mehr in der Lage ist, wird die Treibersoftware 6 in den Nichtlokalisierungszustand versetzt. Andernfalls erkennt das mobile Endgerät 2, ob eine der Anwendungen 4 den Aufbau eines abgehenden Anrufs anfordert (Schritt 50). Falls dies der Fall ist, sendet das mobile Endgerät 2 eine Anforderungsnachricht (Schritt 52) in einem für eine derartige Signalgabe vorgesehenen Schlitz S im Punktstrahl-Rückwärtskanal. Die Zuteilung derartige Schlitze S wird vom Netzwerk-Verwaltungszentrum 18 im Punktstrahl-Vorwärtskanal regelmäßig angezeigt. Der Zugriff auf derartige Schlitze wird durch ein mit Schlitzen arbeitendes Aloha-Zugriffsschema bestimmt, mit der Möglichkeit einer Kollision, falls zwei mobile Endgeräte 2 versuchen, im selben Schlitz zu übertragen, in welchem Fall das Netzwerk-Verwaltungszentrum 18 keine der Anforderungsnachrichten empfängt. Die Anforderungsnachricht enthält Kennungsinformationen zum Kennzeichnen des mobilen Endgeräts 2.
  • Auf die Anforderungsnachricht hin sendet das Netzwerk-Verwaltungszentrum 18 eine "Willkommen"-Nachricht mit einer Markierung, die als vorübergehender Kennungscode für das mobile Endgerät 2 verwendet wird. Wenn das mobile Endgerät 2 die Willkommensnachricht erkennt (Schritt 54), wird es in den Signalgabezustand versetzt; andernfalls wird die Anforderung nach einem vorgegebenen Zeitraum wiederholt (Schritt 52). Der Zeitraum wird nach jeder nicht erfolgreichen Anforderung verlängert (Schritt 52), und er enthält eine Zufallskomponente, um einen wiederholten Konflikt für denselben Rückwärtskanalschlitz mit anderen mobilen Endgeräten zu vermeiden, die Anforderungsnachrichten senden. Nach einer vorgegebenen Anzahl nicht erfolgreicher Anforde rungen wird das Endgerät 2 in den Leerlaufzustand zurückversetzt.
  • Wenn ein vom erdgebundenen Netzwerk 22 herrührender Anruf mit dem mobilen Endgerät 2 verbunden werden soll, sendet das Netzwerk-Verwaltungszentrum 18 Kennungsinformationen über den Punktstrahl-Vorwärtskanal an das mobile Endgerät 2, um anzuzeigen, dass ein eintreffender Anruf aufzubauen ist. Wenn das mobile Endgerät 2 einen derartigen eintreffenden Anruf erkennt (Schritt 56), wird es in den Signalgabezustand versetzt; andernfalls, wenn keine eintreffenden oder abgehenden Anrufe vorliegen, verbleibt das mobile Endgerät 2 im Leerlaufzustand.
  • Signalgabezustand
  • Im Signalgabezustand erfolgt, wie in 7 dargestellt, ein Aufbauprotokollaustausch (Schritt 48), bei dem Nutzerauthentifizierungsinformationen von dem mobilen Endgerät 2 an das Netzwerk-Verwaltungszentrum 18 gesendet werden und die Adressen der angerufenen und der anrufenden Partei ausgetauscht werden. Für jede Richtung des Anrufs werden eine gewährleistete Bitrate (CBR = committed bit rate) und eine maximale Bitrate (MBR = maximum bit rate) errichtet. Die gewährleistete Bitrate ist eine Bitrate, die während des ganzen Anrufs garantiert ist. Die maximale Bitrate ist die maximale Rate, die dem neuen Anruf in einem beliebigen Stadium während des Anrufs zugewiesen werden kann. Diese Variablen werden vom Netzwerk-Verwaltungszentrum 18 während des Anrufs dazu verwendet, um die Anzahl der dem mobilen Endgerät 2 zugeteilten Schlitze zu bestimmen. Die MBR und die CBR in jeder Richtung können entsprechend der Art des Anrufs und/oder entsprechend einer Anforderung durch das mobile Endgerät 2 während des Anrufaufbaus bestimmt werden. Wenn zum Beispiel der Anruf eine für Webzugriff durch das mobile Endgerät 2 zu verwendende Internetverbindung ist, werden in der Rückwärtsrichtung eine niedrige CBR und MBR eingestellt, während in der Vorwärtsrichtung eine niedrige CBR und eine hohe MBR eingestellt werden, wobei der Pegel der MBR entsprechend einer Anforderung vom mobilen Endgerät 2 eingestellt wird.
  • Wenn aus irgendeinem Grund ein Aufbau fehlschlägt (Schritt 50), z. B. weil die angeforderte gewährleistete Bitrate im Punktstrahl B nicht verfügbar ist oder weil das Netzwerk-Verwaltungszentrum 18 nicht in der Lage ist, den Anruf über das erdgebundene Netzwerk zu verbinden, kehrt das mobile Endgerät 2 in den Leerlaufzustand zurück.
  • Nach dem Aufbauaustausch kann das mobile Endgerät 2 neu auf einen anderen Kanal innerhalb des Punktstrahls B abstimmen (Schritt 52), wenn der während des Aufbaus zugewiesene Kanal nicht derselbe wie der für den Anruf verwendete Kanal ist. Wenn der Aufbau erfolgreich ist, wird das mobile Endgerät 2 in den aktiven Zustand versetzt.
  • Aktiver Zustand
  • Wenn sich das mobile Endgerät 2 einmal in dem aktiven Zustand befindet, kann zwischen dem mobilen Endgerät 2 und dem Netzwerk-Verwaltungszentrum 18 ein zusätzlicher Signalgabevorgang erfolgen, um einen Anruf zu beenden, um Gebühreninformationen oder Systeminformationen auszutauschen, um mehr oder weniger Bandbreite für einen Anruf anzufordern oder um einen anderen Anruf aufzubauen. Diese Informationen werden vorzugsweise in einem oder mehreren der Zeitschlitze gesendet, die dem mobilen Endgerät 2 bereits zugewiesen sind. Alternativ kann das Netzwerk-Verwaltungszentrum 18 in der Vorwärtsrichtung Signalgabeinformation in einer Zelle C eines Schlitzes S, der für kein mobiles Endgerät 2 festgelegt ist, senden und in der Kopfinformation dieser Zelle anzeigen, dass die Zelle an das mobile Endgerät 2 gerichtete Signalgabeinformationen enthält.
  • In 8 ist ein Beispiel für einen Protokollaustausch dargestellt, wie er im aktiven Zustand des mobilen Endgeräts 2 erfolgen kann. Das mobile Endgerät 2 erkennt, ob ein eintreffender oder abgehender Anruf beendet wurde (Schritt 58). Wenn dies der Fall ist, erkennt es (Schritt 60), ob nun keine eintreffenden oder abgehenden Anrufe vorliegen. Wenn dies der Fall ist, wird das mobile Endgerät 2 in den Leerlaufzustand versetzt, während es auf den aktuellen Punktstrahl-Vorwärtskanal und -rückwärtskanal abgestimmt bleibt; andernfalls verbleibt es im aktiven Zustand.
  • Das mobile Endgerät 2 erkennt auch, ob irgendwelche zusätzlichen Anrufe aufzubauen sind (Schritt 62), die im Fall eines abgehenden Anrufs entweder durch eine der Anwendungen 4 signalisiert werden, oder die im Fall eines eintreffenden Anrufs in einer Vorwärtsrichtungszelle C vom Netzwerk-Verwaltungszentrum 18 angezeigt werden. Das mobile Endgerät 2 ermittelt durch Signalgabeaustausch mit dem Netzwerk-Verwaltungszentrum 18, ob die für den neuen Anruf gewährleistete Bitrate verfügbar ist (Schritt 64). Falls nicht, ermittelt die Treibersoftware 6, ob eine niedrigere CBR als die angeforderte CBR geeignet und für den neuen Anruf verfügbar ist (Schritt 66). Wenn dies der Fall ist, wird der neue Anruf aufgebaut (Schritt 68), indem dem neuen Anruf innerhalb derselben Frequenzkanäle zusätzliche Schlitze zusätzlich zu denjenigen zugewiesen werden, die bereits anderen, mit dem mobilen Endgerät 2 verbundenen Anrufen zugewiesen sind.
  • Wenn die untere gewährleistete Bitrate nicht verfügbar oder annehmbar ist, wird der Anruf beendet (Schritt 70), und das mobile Endgerät 2 verbleibt in dem aktiven Zustand, sofern keine anderen Anrufe ablaufen, in welchem Fall in den Leerlaufzustand eingetreten wird.
  • Wenn die angeforderte Kapazität im Frequenzkanal, auf den das mobile Endgerät gegenwärtig abgestimmt ist, nicht verfügbar ist, sie jedoch in einem anderen Kanal verfügbar ist, kann das Netzwerk-Verwaltungszentrum 18 dem mobilen Endgerät 2 signalisieren, dass die Wahlmöglichkeit besteht, auf einen anderen Kanal abzustimmen und Schlitze in diesem Kanal neu zuzuweisen. Wenn das mobile Endgerät 2 akzeptiert, stimmt es neu auf den neuen Kanal ab, und es empfängt in diesem Kanal eine neue Schlitzzuweisung vom Netzwerk-Verwaltungszentrum 18.
  • Während sich das mobile Endgerät 2 im aktiven Zustand befindet, kann eine der Anwendungen 4 in einen Zustand versetzt werden, in dem die Treibersoftware 6 erkennt, dass zusätzliche Bandbreite benötigt wird (Schritt 72). Die Anwendung kann zum Beispiel beginnen, eine größere Grafik- oder Audiodatei auszugeben. In diesem Fall signalisiert das mobile Endgerät 2 in einem der zugewiesenen Schlitze des Rückwärtskanals, dass in der Rückwärtsrichtung zusätzliche Schlitze benötigt werden (Schritt 74). Wenn die aktuelle, diesem Anruf zugewiesene Bitrate kleiner als die maximale Bitrate ist und im Frequenzkanal, auf den das mobile Endgerät 2 abgestimmt ist, zusätzliche Kapazität verfügbar ist, weist das Netzwerk-Verwaltungszentrum 18 weist dem Anruf in der Rückwärtsrichtung zusätzliche Schlitze zu und signalisiert an das mobile Endgerät, welche zusätzlichen Schlitze in der Rückwärtsrichtung verwendet werden können.
  • Schlitzzuweisung
  • Nun wird das System ausführlich beschrieben, durch das dem mobilen Endgerät 2 Schlitze sowohl in der Vorwärts- als auch der Rückwärtsrichtung zugewiesen werden. Hat das mobile Endgerät 2 den Nichtlokalisierungszustand verlassen, wird es so abgestimmt, dass es einen Punktstrahl-Frequenzkanal in der Vorwärtsrichtung empfängt und in einem anderen Punktstrahl-Frequenzkanal in der Rückwärtsrichtung sendet. Jedes mobile Endgerät 2 empfängt fortlaufend im Vorwärts-Frequenzkanal, sendet jedoch nur in den Schlitzen des Rückwärtskanals, die diesem mobilen Endgerät zugewiesen wurden, sowie wahlweise in denjenigen Schlitzen, die zum Senden von Anforderungsnachrichten zugewiesen wurden, wie oben beschrieben. Die Vorwärts- und die Rückwärtsschlitze können sowohl Signalgabe- als auch Anrufverkehr enthalten.
  • Wie in 3 dargestellt, weist jede Zelle einen Kopf H und Daten D auf. Der Kopf weist vier Bytes auf, die so formatiert sind, wie unten in der Tabelle 1 dargestellt.
  • Tabelle 1
    Figure 00170001
  • Nachfolgend erfolgt eine Beschreibung der einzelnen, in Tabelle 1 dargestellten Felder.
  • Markierung
  • Das Markierungsfeld enthält die Markierung des mobilen Endgeräts, das den Anruf empfangen soll oder das den Anruf gesendet hat. Wie oben beschrieben, ist die Markierung ein zeitweiliger Kennungscode, der jedem mobilen Endgerät 2 zugewiesen wird, wenn es sich im aktiven oder Signalgabezustand befindet. Wenn das mobile Endgerät 2 in den Leerlaufzustand zurückkehrt, kann seine Markierung vom Netzwerk-Verwaltungszentrum 18 einem anderen mobilen Endgerät 2 zugewiesen werden. Auf diese Weise verringert sich die Anzahl der Bits, die zum Adressieren eines mobilen Endge räts erforderlich ist. Da jeder Rahmen FR eines Frequenzkanals 18 Schlitze enthält, sind nur 18 verschiedene Markierungen erforderlich, um die einzelnen mobilen Endgeräte zu kennzeichnen, die auf diesen Frequenzkanal abgestimmt sind. Sechs Bits sind dem Markierungsfeld zugewiesen, was es erlaubt, für andere Zwecke zusätzliche Markierungen zu verwenden. Eine weitere Markierung kann zum Beispiel anzeigen, dass die Zelle eine Rundübertragungsnachricht enthält, die an alle den Frequenzkanal empfangenden mobilen Endgeräte gerichtet ist, oder zu Signalgabezwecken.
  • Nachdem ein mobiles Endgerät in den Leerlaufzustand zurückgekehrt ist, wird seine Markierung für eine vorbestimmte Periode nicht für eine Neuzuweisung zur Verfügung gestellt, um die Möglichkeit zu vermeiden, dass dieselbe Markierung wegen verlorengegangener Synchronisierung im Anrufzustand zwischen dem Netzwerk-Verwaltungszentrum 18 und dem in den Leerlaufzustand eintretenden mobilen Endgerät für zwei verschiedene mobile Endgeräte auf demselben Frequenzkanal verwendet wird.
  • Rückwärtszuweisung
  • In der Vorwärtsrichtung enthält dieses Feld die Markierung desjenigen mobilen Endgeräts, das im entsprechenden Schlitz des Rückwärtskanals senden darf, z.B. dem Schlitz mit derselben Ordnung im Rahmen des Rückkehrkanals.
  • Bandbreitenanforderung
  • Dieses Feld wird in der Rückwärtsrichtung dazu verwendet, diejenige Bandbreite anzuzeigen, die vom sendenden mobilen Endgerät 2 für alle seine Anrufe in der Rückwärtsrichtung benötigt wird. Ein Bit des Felds für die Bandbreitenanforderung zeigt an, dass in der Rückwärtsrichtung zu Signalgabezwecken zusätzliche Schlitze benötigt werden, um es so zu ermöglichen, dass eine Signalgabe erfolgt, ohne dass die für gegenwärtig aktive Anrufe verfügbare Bandbreite verringert wird.
  • Virtuelle Kanalkennung (VCI = Virtual Channel Identifier)
  • Dieses Feld kennzeichnet den einzelnen Anruf, dem die Zelle C zugewiesen ist, so dass ein einzelnes mobiles Endgerät mehrere gleichzeitige Anrufe unterstützen kann. Die Treibersoftware 6 erkennt die VCI jeder Zelle C, die an das mobile Endgerät gerichtet ist, und sie lenkt der Inhalt der Zelle an die entsprechende Anwendung 4. In ähnlicher Weise werden Daten von einer aktiven Anwendung einer VCI zugewiesen, wenn von der Treibersoftware 6 eine Formatierung in eine Zelle erfolgt.
  • Nutzsignaltyp-Kennung (PTI = Payload Type Identifier)
  • Dieses Feld ist für ATM-Kompatibilität vorhanden, und es wird vom Satellitenkommunikationssystem transparent weitergeleitet, um ein Zusammenwirken mit erdgebundenen ATM-Diensten über das erdgebundene Netzwerk 22 zu ermöglichen.
  • Zellenverlustpriorität (CLP = Cell Loss Priority)
  • Auch dieses Feld ist für ATM-Kompatibilität vorhanden, und es wird vom Satellitensystem transparent weitergeleitet.
  • Kopffehlersteuerung (HEC = Header Error Control)
  • Dieses Feld enthält einen Prüfwert, der aus den Werten der drei anderen Bytes des Kopfs berechnet wurde, um zu ermöglichen, dass verfälschte Köpfe erkannt werden.
  • Zuteilung von Bandbreite
  • Das Netzwerk-Verwaltungszentrum 18 empfängt die Bandbreitenanforderungsfelder von den einzelnen mobilen Endgeräten 2, die in einem einzelnen Rückwärtsfrequenzkanal senden, und es teilt Rückwärtskanalschlitze entsprechend diesen Bandbreitenanforderungen sowie der gewährleisteten und maximalen Rate für jeden Anruf zu. Die Zuordnung von Schlitzen im Rückwärtskanal wird durch das Rückwärtszuweisungsfeld gekennzeichnet.
  • Das Netzwerk-Verwaltungszentrum 18 ermittelt auch, welche Schlitze an die einzelnen mobilen Endgeräte in der Vorwärtsrichtung adressiert sind, entsprechend der erforderlichen Kapazität in der Vorwärtsrichtung für die einzelnen Anrufe. So kann die in der Vorwärtsrichtung zugeteilte Kapazität unabhängig von der in der Rückwärtsrichtung zugeteilten Kapazität ausgewählt werden, wodurch es möglich ist, asymmetrischen Anrufen nur so viel Kapazität zuzuweisen, wie in jeder Richtung erforderlich ist.
  • Das Netzwerk-Verwaltungszentrum 18 puffert vom Netzwerk 22 zur Übertragung an das mobile Endgerät 2 empfangene Daten, und es bestimmt die Anzahl von Schlitzen, die jedem Anruf in der Vorwärtsrichtung zugewiesen werden und damit die gegenwärtige Vorwärtsbitrate, so dass die gewährleistete Bitrate bereitgestellt wird, jedoch die maximale Bitrate nicht überschritten wird. Die gegenwärtige Vorwärtsbitrate kann entsprechend der Menge der für diesen Anruf im Netzwerk-Verwaltungszentrum gepufferten Daten bestimmt werden, so dass ein Datenburst vom Netzwerk 22 zu einer erhöhten Vorwärtsbitrate führt. Wahlweise kann, wenn selbst nach dem Zuweisen der maximalen Bitrate an alle Anrufe immer noch Kapazität in einem Vorwärtskanal verfügbar ist, die maximale Bitrate dadurch überschritten werden, dass Anrufen, für die große Datenmengen gepuffert sind, weitere Schlitze zugewiesen werden.
  • Durch geeignete Auswahl der gewährleisteten und der maximalen Bitrate für jeden Anruf können verschiedene Anrufsarten realisiert werden. Zum Beispiel kann ein Sprachanruf eine maximale Bitrate aufweisen, die seiner gewährleisteten Bitrate entspricht, wobei es sich um die für das Sprachsignal erforderliche Bitrate handelt. Nicht-Echtzeitanwendungen mit niedriger Bitrate, wie E-Mail, kann eine niedrige gewährleistete Bitrate zugewiesen werden, jedoch eine hohe maximale Bitrate, um eine gepufferte E-Mail im Netzwerk-Verwaltungszentrum 18 auszulesen, wenn eine nicht genutzte Kanalkapazität vorhanden ist.
  • Rechnungsstellungsstrategie
  • Das Netzwerk-Verwaltungszentrum 18 kann Rechnungsstellungsinformationen entsprechend der gewährleisteten und der maximalen Bitrate, wie sie den einzelnen Anrufen zugewiesen sind, zusammenstellen. Die Gebührenrate kann zum Beispiel proportional zur gewährleisteten Bitrate sein, mit einer vergleichsweise kleinen Zusatzgebühr proportional zur maximalen Bitrate. Auf diese Art wird die gesamte Kapazität eines Frequenzkanals zwischen verschiedenen mobilen Benutzern entsprechend ihren Bandbreiteerfordernissen gemeinsam genutzt, wobei Nicht-Echtzeitnutzer mit niedrigerer Priorität weniger Gebühr für den Zugriff auf den Kanal bezahlen.
  • Echtzeit-Anrufe
  • Wenn die Schlitzzuteilung für einzelne Anrufe bestimmt wird, berücksichtigt das Netzwerk-Verwaltungszentrum 18, ob der Anruf ein Echtzeit-Anruf (wie zum Beispiel ein Sprachanruf) ist. Für derartige Anrufe sollte die Verzögerung bei der Übertragung zum und vom mobilen Endgerät 2 auf ein Mindestmaß beschränkt bleiben. Daher sind, wenn ein Echtzeit-Anruf mehrere Schlitze in einem Rahmen belegt, diese Schlitze so gleichmäßig wie möglich beabstandet und gleichmäßig über den Rahmen verteilt, um die maximale Verzögerung zu verringern, die bei jedem der Datenwerte bei einem Echtzeit-Anruf auftritt. Die untenstehende Tabelle 2 zeigt zum Beispiel die Schlitzzuordnung für den Fall, dass vier verschiedene Sprachanrufe, V1 bis V4, für vier verschiedene mobile Endgeräte 2 aufgebaut werden, wobei jeder Anruf V vier Schlitze S innerhalb des Rahmens FR belegt, während Tabelle 3 zum Vergleich eine Anordnung zeigt, bei der die jeder Zelle V zugewiesenen Schlitze gruppiert sind.
  • Tabelle 2
    Figure 00220001
  • Tabelle 3
    Figure 00220002
  • In dem in Tabelle 3 dargestellten Fall können die Daten für den jeden Anruf für bis zu einer vollständigen Rahmenzeitdauer gepuffert werden. Im Gegensatz dazu müssen bei dem Verfahren, wie in Tabelle 2 dargestellt, Daten nur für einen kleinen Bruchteil der Rahmenzeitdauer gepuffert werden, wodurch sowohl die Verzögerung als auch die benötigte Puffergröße verringert werden. Daher erhalten Echtzeit-Anrufe beim Zuteilen von Schlitzen Vorrang, um einen regelmäßigen Abstand der relevanten Schlitze über den Rahmen zu erzielen. Nicht-Echtzeitanrufen mit variabler Bandbreite werden dann die restlichen verfügbaren Schlitze so zugeteilt, dass jedem dieser Anrufe die gewährleistete Bitrate zugewiesen wird. Dann wird überschüssige Kapazität entsprechend dem Bedarf durch die mobilen Endgeräte zugeteilt, was von der maximalen Bitrate für jeden Anruf abhängt.
  • Während die obige Ausführungsform unter Bezugnahme auf ein Satellitenkommunikationssystem beschrieben ist, können Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung auch bei erdgebundenen zellularen Kommunikationssystemen angewandt werden. Das mobile Endgerät kann tragbar sein, es kann an einem Fahrzeug angebracht sein, oder es kann Teil einer vorübergehenden oder dauernden Installation sein, wie in einer zeitweiligen Büroeinrichtung oder einer drahtlosen Telefonzelle.
  • Elemente der Ausführungsform sind durch Funktionsblöcke beschrieben. Diese Blöcke entsprechen nicht notwendigerweise diskreten Einheiten, sondern durch eine diskrete Einheit können die Funktionen von mehr als einem Funktionsblock ausgeführt werden, oder die Funktion eines Funktionsblocks kann durch mehr als eine diskrete Einheit ausgeführt werden.
  • Obwohl das bevorzugte Kanalformat TDMA ist, können Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung auch auf CDMA-Kommunikationssysteme angewandt werden.

Claims (2)

  1. Verfahren zum Registrieren eines Kommunikationsendgeräts (2) mit einem Satellitenkommunikationssystem, das einen Satelliten (12) umfasst, der mehrere Punktstrahlen (B) erzeugt, die jeweils mindestens einen Punktstrahl-Übertragungskanal und einen Globalstrahl (G) umfassen, der im Wesentlichen die mehreren Punktstrahlen (B), mindestens einen Globalstrahl-Empfangskanal und mindestens einen Globalstrahl-Übertragungskanal umfasst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Empfang eines Anrufs auf einem der Punktstrahl-Übertragungskanäle; Beendigung des Empfangs des Anrufs; nachfolgende Festlegung, ob der eine Punktstrahl-Übertragungskanal von dem Endgerät (2) empfangen werden kann (2); und falls der eine Punktstrahl-Übertragungskanal nicht empfangen werden kann, Übermittlung einer Registrierungsnachricht in dem Globalstrahl-Empfangskanal; Empfang eines Zuordnungssignals des Punktstrahlkanals in dem Globalstrahl-Übertragungskanal; und Empfang eines weiteren der Punktstrahl-Übertragungskanäle, der gemäß dem Zuordnungssignal des Punktstrahlkanals ausgewählt wird.
  2. Vorrichtung für ein Satellitenkommunikationsendgerät (2) zur Verwendung in einem Satellitenkommunikationssystem, das einen Satelliten (12) umfasst, der mehrere Punktstrahlen (B) erzeugt, die jeweils mindestens einen Punktstrahl-Übertragungskanal und einen Globalstrahl (G) umfassen, der im Wesentlichen die mehreren Punktstrahlen (B), mindestens einen Globalstrahl-Empfangskanal und mindestens einen Globalstrahl-Übertragungskanal umfasst, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: einen Empfänger zum Empfang eines Anrufs auf einem der Punktstrahl-Übertragungskanäle und zum nachfolgenden Beenden des Empfangs des Anrufs; Mittel zur nachfolgenden Bestimmung, ob der eine Punktstrahl-Übertragungskanal von dem Endgerät (2) empfangen werden kann; und, falls der eine Punktstrahl-Übertragungskanal nicht empfangen werden kann, Übermittlung einer Registrierungsnachricht in dem Globalstrahl-Empfangskanal; und Mittel zum Empfang eines Zuordnungssignals des Punktstrahlkanals in dem Globalstrahl-Übertragungskanal und Abstimmung des Empfängers, um einen weiteren der Punktstrahl-Übertragungskanäle zu empfangen, der entsprechend dem Zuordnungssignal des Punktstrahlkanals ausgewählt wird.
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