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Diese
Erfindung betrifft Verbesserungen an Kommunikationssystemen und
Verfahren in einem drahtlosen Diskret-Mehrtonspreizspektrumskommunikationssystem.
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Drahtlose
Kommunikationssysteme wie zelluläre
und persönliche
Kommunikationssysteme operieren über
begrenzten Spektralbandbreiten. Sie müssen die knappe Bandbreitenressource
hocheffizient ausnutzen, um gute Dienste für eine große Zahl von Benutzern zu bieten.
Das Codemultiplexzugriff(CDMA)-Protokoll wurde von drahtlosen Kommunikationssystemen
genutzt, um begrenzte Bandbreiten effizient zu nutzen. Das Protokoll
verwendet einen eindeutigen Code zur Unterscheidung des Datensignals
jedes Benutzers von den Datensignalen anderer Benutzer. Die Kenntnis
des eindeutigen Codes, mit dem eine spezifische Information überragen wird,
erlaubt die Separation und Rekonstruierung der Mitteilungen der
einzelnen Benutzer an der Empfangsseite des Kommunikationskanals.
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Die
adaptive Strahlenbündelungstechnologie
ist zu einer viel versprechenden Technologie für Anbieter drahtloser Dienste
geworden, um umfangreiche Versorgung, hohe Kapazität und Dienst
hoher Qualität
anzubieten. Auf der Grundlage dieser Technologie kann ein drahtloses
Kommunikationssystem seine Versorgungsfähigkeit, Systemkapazität und Leistung
beträchtlich
verbessern.
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Das
persönliche
drahtlose Zugangsnetzwerk-(PWAN)-System, das in den US-Patenten
Nr. 6659923, 6621851, 6480522, 6600776, 6584144, 5933421 und 6560209
beschrieben wird, verwendet adaptive Strahlenbündelung in Kombination mit
einer Form des CDMA-Protokolls, das als Diskret-Mehrtonspreizspektrum (DMT-SS) bekannt
ist, um effiziente Kommunikationen zwischen einer Basisstation und
einer Pluralität
von entfernten Einheiten bereitzustellen (der Begriff „Diskret-Mehrton-Stapelträger" (DMT-SC) wird auch
zur Bezugnahme auf dieses Protokoll verwendet). Es muss jede Anstrengung
unternommen werden, um zu vermeiden, dass normale Verkehrskanäle hoher
Priorität
mit Systemmanagement-Informationen, die eine niedrigere Priorität aufweisen,
belastet werden. Ein Beispiel von Systemmanagement-Informationen
ist die Charakterisierung von Kanalqualitätsfaktoren, die nicht unmittelbar
zur Steuerung der Echtzeitoperation des Netzwerks benötigt werden.
Was benötigt
wird, ist ein Weg zur Entlastung der Kommunikation von Systemmanagement-Informationen
aus Verkehrskanälen
hoher Priorität.
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Q.
Chen et al offenbaren in „Performance
of a Coded Multi-Carrier DS-CDMA System in Multi-Path Fading Channels" eine Mehrträger-Übertragungstechnik für DS-CDMA.
Das US-Patent Nr. 5130987 offenbart ein Frequenzsprung-Paketübertragungssystem.
Keines der Dokumente spricht jedoch die Übertragung von Systemmanagement-Informationen
an.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Kommunikationsverfahren, wie in
Anspruch 1 beansprucht, und ein Kommunikationssystem, wie in Anspruch
11 beansprucht, bereit.
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Die
hierin offenbarte Erfindung ist ein neues Verfahren, um die effizienteste
Verwendung der knappen spektralen Bandbreite in einem drahtlosen Diskret-Mehrtonspreizspektrumskommunikationssystem
vorzunehmen. Jede entfernte Station und jede Basisstation im Netzwerk
erstellt einen Fehlererkennungscode wie einen zyklischen Redundanzcode (CRC)
an jedem Datenblock, der über
die Verkehrskanäle übertragen
werden soll. Der für
einen gegebenen Datenblock berechnete CRC-Wert ist eine eindeutige
Zuordnung des Datenblocks, der den Datenblock charakterisiert. Jede
Veränderung
in dem Datenblock resultiert in einem veränderten CRC-Wert. Jeder zu übertragene Datenblock
wird mit einer Blocknummer nummeriert, um ihn von anderen Datenblocks,
die von einer Sendestation übertragen werden,
zu unterscheiden. Eine Datennachricht wird gebildet, indem der Datenblock
mit der Blocknummer verkettet wird. Ein CRC-Wert wird für jeden
Datenblock berechnet. Eine Fehlererkennungsnachricht wird gebildet,
indem der CRC-Wert mit der Blocknummer verkettet wird. Die Sendestation
erstellt die Datennachricht, indem sie Datenvektoren bildet, die unter
Verwendung des Diskret-Mehrtonspreizspektrum-(DMT-SS)-Protokolls
gespreizt werden, um die Datennachricht über eine Pluralität von diskreten Tonfrequenzen
zu verteilen, wodurch ein Spreizsignal für den Verkehrskanal gebildet
wird. In Übereinstimmung
mit der Erfindung erstellt die Sendestation die Fehlererkennungsnachricht
für Übertragung über den
Verbindungssteuerungskanal des Netzwerks. Die Sendestation erstellt
die Fehlererkennungsnachricht, indem sie einen Verbindungssteuerungskanalvektor
bildet, der unter Verwendung des Diskret-Mehrtonspreizspektrum-(DMT-SS)-Protokolls gespreizt
wird, um die Datennachricht über
eine Pluralität
von diskreten Tonfrequenzen zu verteilen, wodurch ein Spreizsignal
für den
Verbindungssteuerungskanal gebildet wird. Ein Verbindungssteuerungskanal
wird mit Kommunikationssitzungen unter Verwendung der Verkehrskanäle assoziiert.
Normalerweise trägt
der Verbindungssteuerungskanal Steuerungsinformationen, die von
den Sende- und Empfangsstationen während einer Sitzung unter Verwendung
der Verkehrskanäle
benötigt
werden. Seine Kapazität
wird jedoch nicht ausgenutzt. In Übereinstimmung mit der Erfindung
darf der Zeitpunkt der Übertagung
der Fehlererkennungsnachricht vom Zeitpunkt der Übertagung der Datennachricht
unterschiedlich sein. Dies gestattet die Übertragung der Fehlererkennungsnachrichten,
wenn Kapazität
im Verbindungssteuerungskanal verfügbar ist. Die Empfangsstation
puffert die Fehlererkennungsnachrichten, die sie vom Verbindungssteuerungskanal
empfängt,
so dass sie über
ihre Blocknummern zugänglich
sind. Wenn die Empfangsstation eine Datennachricht im Verkehrskanal
empfängt,
führt sie
eine CRC-Berechnung
am Datenblock in der Nachricht durch, um einen resultierenden neuen
CRC-Wert zu erhalten. Der neue CRC-Wert wird auch an der Empfangsstation
mit der Blocknummer gepuffert, so dass er über seine Blocknummer zugänglich ist.
Wenn dann sowohl die empfangene Fehlernachricht als auch der neue
CRC-Wert an der Empfangsstation verfügbar sind, werden sie über ihre
gemeinsame Blocknummer in Übereinstimmung
gebracht. Der empfangene CRC-Wert in der Fehlererkennungsnachricht
wird mit dem neuen CRC, der aus dem empfangenen Datenblock berechnet
wurde, verglichen. Wenn der Vergleich ergibt, dass eine Differenz in
den Werten besteht, wird ein Fehlersignal erzeugt. Das Fehlersignal
kann in verschiedenen Weisen verarbeitet und verwendet werden. Das
Fehlersignal kann ein negatives Bestätigungssignal initiieren, das von
der Empfangsstation zurück
zum Sender zu senden ist und den Sender auffordert, die Datenblockübertragung
zu wiederholen. Das Fehlersignal kann eine Aktualisierung in den
Spreizungs- und Entspreizungsgewichten an der Empfangsstation initiieren, um
zu versuchen, den Signal- und
Interferenzen-Rauschabstand des Verkehrskanals zu verbessern. Das
Fehlersignal kann einen Alarm initiieren, der für andere Echtzeitsteuerung
zu verwenden ist. Oder das Fehlersignal kann für die Zusammenstellung eines
längerfristigen
Berichts zur Qualität
des Verkehrskanals protokolliert werden.
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Gegenwärtig verfügt die Erfindung über vorteilhafte
Anwendungen im Bereich der drahtlosen Kommunikation wie zelluläre Kommunikation
oder persönliche
Kommunikation, in dem Bandbreite im Vergleich zur Anzahl der Benutzer
und ihren Anforderungen knapp ist. Derartige Anwendungen können in mobilen,
festen oder minimal mobilen Systemen angewandt werden. Die Erfindung
kann jedoch auch vorteilhaft auf andere, nicht drahtlose Kommunikationssysteme
angewandt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 ein
Architekturdiagramm des PWAN-Systems, einschließlich von entfernten Stationen,
die zu einer Basisstation übertragen.
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2 ein
Architekturdiagramm der entfernten Station X als ein Sender.
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3 ein
Architekturdiagramm der Basisstation Z als ein Empfänger.
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4 ein
ausführlicheres
Architekturdiagramm der Vektorauflösung und CRC-Vergleichslogik
an einer empfangenden Station.
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5 ein
Architekturdiagramm der Basisstation Z als ein Sender.
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6 ein
Architekturdiagramm der entfernten Station X als ein Empfänger.
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7 ein
Flussdiagramm, das die entfernte Station als den Sender und die
Basisstation als den Empfänger
darstellt.
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8 ein
Flussdiagramm, das die Basisstation als den Sender und die entfernte
Station als den Empfänger
darstellt.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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1 zeigt
ein Architekturdiagramm des persönlichen
drahtlosen Zugangsnetzwerk-(PWAN)-Systems, das in den angeführten US-Patenten
Nr. 6359923, 6621851, 6480522, 5933421 und 6560209 beschrieben wird.
Zwei Benutzer, Alice und Bob, befinden sich an der entfernten Station
X und möchten
ihre jeweiligen Datennachrichten zu der Basisstation Z übertragen.
Station X befindet sich in gleichen Abständen von den Antennenelementen
A, B, C und D der Basisstation Z. Zwei andere Benutzer, Chuck und
Dave, befinden sich an der entfernten Station Y und möchten auch
ihre jeweiligen Datennachrichten zu der Basisstation Z übertragen.
Station Y ist geografisch entfernt von Station X und befindet sich
nicht in gleichen Abständen
von den Antennenelementen A, B, C und D der Basisstation Z. Die
entfernten Stationen X und Y und die Basisstation Z verwenden die
als Diskret-Mehrtonspreizspektrum (DMT-SS) bekannte Form des CDMA-Protokolls,
um effiziente Kommunikationen zwischen der Basisstation und der
Pluralität
von entfernten Stationseinheiten bereitzustellen. Dieses Protokoll
wird in 1 als Mehrton-CDMA bezeichnet.
In diesem Protokoll wird das Datensignal des Benutzers durch einen
Satz von gewichteten diskreten Frequenzen oder Tönen moduliert. Die Gewichte sind
Spreizungsgewichte, die das Datensignal über viele diskrete Töne, die
einen breiten Bereich von Frequenzen abdecken, verteilen. Die Gewichte
sind komplexe Zahlen, wobei der Realteil zur Modulierung der Amplitude
eines Tons wirkt, während
der Komplexteil des Gewichts zur Modulierung der Phase des gleichen
Tons wirkt. Jeder Ton im gewichteten Tonsatz trägt das gleiche Datensignal.
Mehrere Benutzer an der übertragenden
Station können
den gleichen Tonsatz zur Übertragung
ihrer Daten verwenden, aber jeder der Benutzer, die den Tonsatz
gemeinsam nutzen, hat einen anderen Satz von Spreizungsgewichten.
Der gewichtete Tonsatz eines bestimmten Benutzers wird zur Empfangsstation übertragen,
wo er mit Entspreizungsgewichten, die mit den Spreizungsgewichten
des Benutzers in Zusammenhang stehen, verarbeitet wird, um das Datensignal
des Benutzers wiederherzustellen. Für jede der örtlich getrennten Antennen
am Empfänger
werden die empfangenen Mehrtonsignale aus Zeitbereichssignalen in
Frequenzbereichssignale umgewandelt. Entspreizungsgewichte werden
jeder Frequenzkomponente der Signale, die von den einzelnen Antennenelementen
empfangen wurden, zugeordnet. Die Werte der Entspreizungsgewichte
werden mit den empfangenen Signalen kombiniert, um eine optimierte
Annäherung
von einzelnen übertragenen
Signalen, die durch einen bestimmten Mehrtonsatz und Übertragungsort charakterisiert
sind, zu erhalten. Das PWAN-System verfügt über insgesamt
2560 diskrete Töne
(Träger), die
in gleichmäßigen Abständen in
8 MHz der verfügbaren
Bandbreite im Bereich von 1850 bis 1990 MHz angeordnet sind. Der
Abstand zwischen den Tönen beträgt 3,125
kHz. Die Töne
des gesamten Satzes sind aufeinander folgend von 0 bis 2559 nummeriert, beginnend
mit dem Ton der niedrigsten Frequenz. Die Töne werden außerdem zum
Tragen von Verkehrsnachrichten und Overheadnachrichten zwischen
der Basisstation und der Pluralität von entfernten Einheiten
verwendet. Die Verkehrstöne
sind in 32 Verkehrspartitionen unterteilt, wobei jeder Verkehrskanal
mindestens eine Verkehrspartition von 72 Tönen erfordert.
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Zusätzlich verwendet
das PWAN-System Overheadtöne
zur Herstellung von Synchronisierung und zur Weiterleitung von Steuerungsinformationen zwischen
der Basisstation und den entfernten Einheiten. Ein gemeinsamer Verbindungskanal
(CLC) wird von der Basis zur Übertragung
von Steuerungsinformationen zu den entfernten Einheiten verwendet.
Ein gemeinsamer Zugangskanal (CAC) wird zur Übertragung von Nachrichten
von der entfernten Einheit zur Basis verwendet. Jedem Kanal ist
eine Gruppierung von Tönen
zugeordnet. Diese Overheadkanäle
werden gemeinsam von allen entfernten Einheiten verwendet, wenn
sie Steuerungsnachrichten mit der Basisstation austauschen.
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Im
PWAN-System wird das Zeitduplexverfahren (TDD) von der Basisstation
und der entfernten Einheit verwendet, um Daten und Steuerungsinformationen
in beide Richtungen über
den gleichen Mehrtonfrequenzkanal zu übertragen.
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Übertragung
von der Basisstation zur entfernten Einheit wird als Vorwärtsübertragung
bezeichnet und Übertragung
von der entfernten Einheit zur Basisstation wird als Rückwärtsübertragung
bezeichnet. Die Zeit zwischen wiederkehrenden Übertragungen von entweder der
entfernten Einheit oder der Basisstation ist die TDD-Periode. In
jeder TDD-Periode erfolgen vier aufeinander folgende Übertragungsbursts
in jeder Richtung. Daten werden in jedem Burst unter Verwendung
von mehreren Tönen übertragen.
Die Basisstation und jede entfernte Einheit müssen mit der TDD-Taktstruktur
synchronisiert werden und ihr entsprechen und sowohl die Basisstation
als auch die entfernte Einheit müssen
mit einer Rahmenstruktur synchronisiert werden. Alle entfernten
Einheiten und Basisstationen müssen synchronisiert
sein, so dass alle entfernten Einheiten zur gleichen Zeit übertragen
und dann alle Basisstationen zur gleichen Zeit übertragen. Wenn eine entfernte
Einheit anfangs eingeschaltet wird, erfasst sie die Synchronisierung
von der Basisstation, so dass sie Steuerungs- und Verkehrsnachrichten
innerhalb des vorgeschriebenen TDD-Zeitformats austauschen kann.
Die entfernte Einheit muss außerdem
Frequenz- und Phasensynchronisierung
für die DMT-SS-Signale
erfassen, so dass die entfernte Einheit mit der gleichen Frequenz
und Phase wie die Basisstation arbeitet.
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Ausgewählte Töne innerhalb
jedes Tonsatzes werden als Pilottöne bestimmt, die über das
Frequenzband verteilt sind. Pilottöne tragen bekannte Datenmuster,
die eine genaue Kanalbeurteilung ermöglichen. Die Folge von Pilottönen, die
bekannte Amplituden und Phasen aufweisen, haben einen bekannten
Pegel und sind um etwa 30 kHz voneinander entfernt angeordnet, um
eine genaue Repräsentation des
Kanalverhaltens (d. h. die Amplituden- und Phasenverzerrung, die
durch die Charakteristika des Kommunikationskanals eingeführt werden) über das gesamte Übertragungsband
bereitzustellen.
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung erstellt jede entfernte Station und jede Basisstation
in dem Netzwerk einen Fehlererkennungscode wie einen zyklischen
Redundanzcode (CRC) an jedem Datenblock, der über die Verkehrskanäle übertragen werden
soll. Eine Vielzahl von Fehlererkennungscodes kann in Übereinstimmung
mit der Erfindung verwendet werden. Polynomische Codes, auch bekannt
als zyklische Redundanzcodes, werden für die Erfindung bevorzugt.
Der Sender und Empfänger müssen vor
der Kommunikation hinsichtlich eines Generatorpolynoms übereinstimmen.
Eine Prüfsumme
wird für
einen Datenblock auf der Grundlage des Generatorpolynoms berechnet.
Die Prüfsumme
ist eine eindeutige Zuordnung des Datenblocks. Änderungen am Bitmuster des
Datenblocks resultieren in einer anderen Prüfsumme. Beispiele der Fehlererkennungscodes
für die
bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung sind in Tanenbaum, „Computer
Networks", zweite
Ausgabe, Prentice-Hall, 1989, angegeben. Der für einen gegebenen Datenblock
berechnete CRC-Wert ist eine eindeutige Zuordnung des Datenblocks,
der den Datenblock charakterisiert. Jede Änderung im Datenblock resultiert
in einen anderen CRC-Wert. Jeder zu sendende Datenblock wird mit
einer Blocknummer nummeriert, um ihn von anderen Datenblocks, die
von einer Sendestation gesendet werden, zu unterscheiden. Eine Datennachricht
wird gebildet, indem der Datenblock mit der Blocknummer verkettet
wird. Ein CRC-Wert wird für jeden
Datenblock berechnet. Eine Fehlererkennungsnachricht wird gebildet,
indem der CRC-Wert mit der Blocknummer verkettet wird. Die Sendestation
erstellt die Datennachricht, indem sie Datenvektoren bildet, die
unter Verwendung des Diskret-Mehrtonspreizspektrum-(DMT-SS)-Protokolls
gespreizt werden, um die Datennachricht über eine Pluralität von diskreten
Tonfrequenzen zu verteilen, wodurch ein Spreizsignal für den Verkehrskanal
gebildet wird. Den Sendestation erstellt in Übereinstimmung mit der Erfindung
die Fehlererkennungsnachricht zur Übertragung über den Verbindungssteuerungskanal des
Netzwerks. Die Sendestation erstellt die Fehlererkennungsnachricht,
indem sie einen Verbindungssteuerungskanalvektor bildet, der unter
Verwendung des Diskret-Mehrtonspreizspektrum-(DMT-SS)-Protokolls
gespreizt wird, um die Datennachricht über eine Pluralität von diskreten
Tonfrequenzen zu verteilen, wodurch ein Spreizsignal für den Verbindungssteuerungskanal
gebildet wird. Ein Verbindungssteuerungskanal ist mit Kommunikationssitzungen
unter Verwendung der Verkehrskanäle
assoziiert. Normalerweise trägt
der Verbindungssteuerungskanal Steuerungsinformationen, die von
den Sende- und Empfangsstationen während einer Sitzung unter Verwendung
der Verkehrskanäle
benötigt
werden. Seine Kapazität
wird jedoch nicht ausgenutzt. In Übereinstimmung mit der Erfindung
darf der Zeitpunkt der Übertragung
der Fehlererkennungsnachricht vom Zeitpunkt der Übertragung der Datennachricht
unterschiedlich sein. Dies gestattet die Übertragung der Fehlererkennungsnachrichten,
wenn Kapazität
im Verbindungssteuerungskanal verfügbar ist. Die Empfangsstation
puffert die Fehlererkennungsnachrichten, die sie vom Verbindungssteuerungskanal
empfängt,
so dass sie über
ihre Blocknummern zugänglich
sind. Wenn die Empfangsstation eine Datennachricht im Verkehrskanal
empfängt,
führt sie
eine CRC-Berechnung
am Datenblock in der Nachricht durch, um einen resultierenden neuen
CRC-Wert zu erhalten. Der neue CRC-Wert wird auch an der Empfangsstation
mit der Blocknummer gepuffert, so dass er über seine Blocknummer zugänglich ist.
Wenn dann sowohl die empfangene Fehlernachricht als auch der neue
CRC-Wert an der Empfangsstation verfügbar sind, werden sie über ihre
gemeinsame Blocknummer in Übereinstimmung
gebracht. Der empfangene CRC-Wert in der Fehlererkennungsnachricht
wird mit dem neuen CRC, der aus dem empfangenen Datenblock berechnet
wurde, verglichen. Wenn der Vergleich ergibt, dass ein Unterschied
in den Werten besteht, wird ein Fehlersignal erzeugt. Das Fehlersignal
kann in verschiedenen Weisen verarbeitet und verwendet werden. Das
Fehlersignal kann ein negatives Bestätigungssignal initiieren, das
von der Empfangsstation zurück
zum Sender zu senden ist und den Sender auffordert, die Datenblockübertragung
zu wiederholen. Das Fehlersignal kann eine Aktualisierung in den
Spreizungs- und Entspreizungsgewichten an der Empfangsstation initiieren,
um zu versuchen, den Signal- und
Interferenzen-Rauschabstand des Verkehrskanals zu verbessern. Das
Fehlersignal kann einen Alarm initiieren, der für Echtzeitsteuerung zu verwenden
ist. Oder das Fehlersignal kann für die Zusammenstellung eines längerfristigen
Berichts zur Qualität
des Verkehrskanals protokolliert werden.
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2 zeigt
ein Architekturdiagramm der entfernten Station X als ein Sender.
Alice und Bob geben jeweils Daten in die entfernte Station X ein.
Die Daten werden zu dem Vektorbildungspuffer 202 und außerdem zum
Generator 204 für
den zyklischen Redundanzcode übertragen.
Datenvektoren werden von dem Puffer 202 zu dem Trelliscodierer 206 ausgegeben.
Die Datenvektoren befinden sich in der Form einer Datennachricht,
die durch Verkettung eines 64-KBit-Datenblocks mit seiner seriell
zugeordneten Blocknummer gebildet wurden. Die von dem CRC-Generator 204 zu
dem Trelliscodierer 206 ausgegebenen LCC-Vektoren sind
in der Form einer Fehlererkennungsnachricht, die durch Verkettung des
CRC-Werts mit der Blocknummer gebildet wurden. Die Trellis-codierten
Datenvektoren und LCC-Vektoren werden dann zu dem Spektralspreizungsprozessor 208 ausgegeben.
Die resultierenden Datentöne
und LCC-Töne
werden dann von dem Prozessor 208 zu dem Sender 210 zur Übertragung zu
der Basisstation ausgegeben.
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Die
ersten vier Schritte im Flussdiagramm 700 von 7 zeigen
die Schritte an der entfernten Station X, wenn sie der Sender ist.
Die Schritte in dem Übertragungsverfahren
von einer entfernten Station zu einer Basisstation bestehen erstens
darin, dass die entfernte Station in Schritt 710 einen CRC-Wert
an dem Datenblock erzeugt, eine Datenblocknummer dem CRC-Wert zuordnet
und den CRC-Wert und die Blocknummer in eine Fehlernachricht verkettet,
die als ein Vektor in den Verbindungssteuerungskanal (LCC) eingegeben
wird. In Schritt 720 führt
die entfernte Station dann eine Trelliscodierung des CRC-Verbindungssteuerungskanalvektors und
der Datenblockvektoren durch. In Schritt 730 führt die
entfernte Station eine Spektralspreizung des Trellis-codierten CRC-Verbindungssteuerungskanalvektors
und der Datenblockvektoren durch. In Schritt 740 überträgt die entfernte
Station dann den CRC-Verbindungssteuerungskanalton
und die Datenblocktöne
zu der Basisstation.
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Das
in den angeführten
US-Patenten Nr. 5933421 und 6560209 beschriebene persönliche drahtlose
Zugangsnetzwerk-(PWAN)-System bietet eine ausführlichere Beschreibung eines
Hochkapazitätsmodus,
in dem eine Verkehrspartition in einem Verkehrskanal verwendet wird.
Die Basis überträgt Informationen
an mehrere entfernte Einheiten in ihrer Zelle. Die Übertragungsformate
sind für
einen 64-kBit/s-Verkehrskanal,
zusammen mit einem 4-kbps-Verbindungssteuerungskanal (LCC) zwischen
der Basis und einer entfernten Einheit. Die binäre Quelle liefert Daten mit
64 kBit/s zum Sender der Übertragungsvorrichtung.
Dies wird in einem Übertragungsburst
in 48 Bits übersetzt.
Die Informationsbits werden entsprechend eines Dreifach-Datenverschlüsselungsnorm-(DES)-Algorithmus
verschlüsselt.
Die verschlüsselten
Bits werden dann in einem Datenverwürfelungsblock verwürfelt. Ein Bit-zu-Oktal-Umwandlungsblock
wandelt die verwürfelte
Binärsequenz
in eine Sequenz von 3-Bit-Symbolen um. Die Symbolsequenz wird in
16 Symbolvektoren umgewandelt. Der Begriff Vektor bezieht sich im
Allgemeinen auf einen Spaltenvektor, der im Allgemeinen komplex
ist. Ein Symbol von dem LCC wird hinzugefügt, um einen Vektor von 17
Symbolen zu bilden.
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Der
17-Symbol-Vektor wird Trellis-codiert. Die Trelliscodierung beginnt
mit dem höchstwertigen Symbol
(erstes Element des Vektors) und wird sequentiell bis zu dem letzten
Element des Vektors (das LCC-Symbol) fortgesetzt. Dieser Prozess
setzt Faltungscodierung ein, die das eingegebene Symbol (eine Ganzzahl
zwischen 0 und 7) in ein anderes Symbol (zwischen 0 und 15) umwandelt
und das codierte Symbol ihrem korrespondierenden 16QAM-(oder 16PSK-)Signalkonstellationspunkt
zuordnet. Der Ausgang des Trelliscodierers ist daher ein Vektor
von 17 Elementen, wobei jedes Element ein Signal innerhalb des Satzes
von 16QAM-(oder 16PSK-)Konstellationssignalen ist. (Der Begriff
Signal bezieht sich im Allgemeinen auf einen Signalkonstellationspunkt.)
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Ein
Verbindungswartungspilotsignal (LMP) wird hinzugefügt, um einen
18-Signal-Vektor zu bilden, mit dem LMP als die ersten Elemente
des Vektors. Der resultierende (18 × 1) Vektor wird mit einer (18 × 18) Vorwärtsverschmierungsmatrix
vormultipliziert, um einen (18 × 1)
Vektor b zu erhalten.
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Vektor
b wird elementweise mit dem (18 × 1) Verstärkungspreemphasevektor multipliziert,
um einen weiteren (18 × 1)
Vektor, c, zu erhalten, wobei p den Verkehrskanalindex bezeichnet
und eine Ganzzahl ist. Vektor c wird mit einem (1 × 32) Vorwärts-Orts-
und -Spektralspreizungsvektor nachmultipliziert, um eine (18 × 32) Matrix
R(p) zu erhalten. Die Zahl 32 resultiert aus der Multiplikation
des Spektralspreizungsfaktors 4 und des Ortsspreizungsfaktors 8.
Die 18 × 32
Matrizen, die zu allen getragenen Verkehrskanälen (in der gleichen Verkehrspartition) korrespondieren,
werden dann kombiniert (addiert), um die resultierende 18 × 32 Matrix
S zu erzeugen.
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Die
Matrix S wird (durch Gruppen von vier Spalten) in acht (18 × 4) Untermatrizen
zerlegt (A0 bis A7).
(Die Indices 0 bis 7 korrespondieren mit den Antennenelementen, über die
die Symbole schließlich übertragen
werden.) Jede Untermatrix wird Tönen
innerhalb einer Verkehrspartition zugeordnet.
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Eine
niedrigere physikalische Ebene platziert die Basisbandsignale in
diskrete Fouriertransfer-(DFT)-Frequenzbereiche,
wo die Daten in den Zeitbereich umgewandelt und zu ihren korrespondierenden
Antennenelementen (0 bis 7) für
Funkübertragung
gesendet werden.
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Dieser
Prozess wird für
die nächsten
48 Bits von Binärdaten,
die im nächsten
Vorwärtsübertragungsburst
zu übertragen
sind, von Anfang an wiederholt.
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3 zeigt
ein Architekturdiagramm der Basisstation Z als ein Empfänger. Die
Datentöne
und LCC-Töne
werden an den Antennen A, B, C und D der Basisstation empfangen.
Der Empfänger 310 leitet
die Datentöne
und LCC-Töne
zu dem Spektral- und Ortsentspreizungsprozessor 312. Die
entspreizten Signale werden dann von dem Prozessor 312 zu dem
Trellisdecodierer 314 ausgegeben. Die Datenvektoren 400, 400' und 400'' werden dann zu dem Vektorzerlegungspuffer 316,
der in 4 mit mehr Details dargestellt ist, ausgegeben.
Die LCC-Vektoren 400, 402' und 402'' werden
zu dem CRC-Vergleichsprozessor 320,
der in 4 mit mehr Details dargestellt ist, ausgegeben.
Alices Daten und Bobs Daten werden von dem Puffer 316 zu
dem öffentlichen
Fernsprechnetz (PSTN) ausgegeben. Alices Daten und Bobs Daten werden
außerdem
in den CRC-Generator 318 eingegeben. Der CRC-Generator 318 berechnet
einen neuen CRC-Wert für
jeden 64-KBit-Datenblock und gibt den neuen CRC-Wert und die Blocknummer
an den Puffer 406 des CRC-Vergleichsprozessors 320 aus. 4 zeigt
ein ausführlicheres
Architekturdiagramm der Vektorzerlegung und CRC-Vergleichslogik
an einer Empfangsstation. Die Empfangsstation puffert die Fehlererkennungsnachrichten,
die sie von dem Verbindungssteuerungskanal empfängt, in dem CRC-Vergleichsprozessor 320,
so dass sie nach ihren Blocknummern N, N+1, N+2 usw. zugänglich sind.
Wenn die Empfangsstation eine Datennachricht in dem Verkehrskanal empfängt, führt sie
eine CRC-Berechnung an dem Datenblock in der Nachricht mit CRC-Generator 318 durch,
um einen resultierenden neuen CRC-Wert zu erhalten. Der neue CRC-Wert
wird in Puffer 406 an der Empfangsstation mit der Blocknummer
gepuffert, so dass er nach seiner Blocknummer zugänglich ist. Wenn
dann sowohl die empfangene Fehlernachricht als auch der neue CRC-Wert
an der Empfangsstation verfügbar
sind, werden sie von Selektor 404 nach ihrer gemeinsamen
Blocknummer in Übereinstimmung gebracht.
Der empfangene CRC-Wert in der Fehlererkennungsnachricht 402 wird
mittels des Komparators 408 mit dem neuen CRC-Wert, der
aus dem empfangenen Datenblock 400 berechnet wurde, verglichen.
Wenn der Vergleich ergibt, dass eine Differenz in den Werten besteht,
wird von Generator 322 ein Fehlersignal erzeugt. Das Fehlersignal
kann von dem Fehlerprozessor 330 in verschiedenen Weisen verarbeitet
und verwendet werden. Das Fehlersignal kann ein negatives Bestätigungssignal
initiieren, das von der Empfangsstation zurück zum Sender zu senden ist
und den Sender auffordert, die Datenblockübertragung zu wiederholen.
Das Fehlersignal kann eine Aktualisierung in den Spreizungs- und
Entspreizungsgewichten an der Empfangsstation initiieren, um zu
versuchen, den Signal- und
Interferenzen-Rauschabstand des Verkehrskanals zu verbessern. Das
Fehlersignal kann einen Alarm initiieren, der für andere Echtzeitsteuerung
zu verwenden ist. Oder das Fehlersignal kann für die Zusammenstellung eines
längerfristigen
Berichts zur Qualität
des Verkehrskanals protokolliert werden.
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Die
letzten fünf
Schritte in dem Flussdiagramm von 7 zeigen
die Basisstation als den Empfänger.
In Schritt 750 führt
die Basisstation Spektral- und Ortsentspreizung des CRC-Verbindungssteuerungskanaltons
und der Datenblocktöne
durch. In Schritt 760 führt
die Basisstation dann Trellisdecodierung des entspreizten CRC-Verbindungssteuerungskanaltons
und der entspreizten Datenblocktöne durch.
In Schritt 770 erzeugt die Basisstation dann einen neuen
CRC-Wert an dem Datenblock und verwendet die Blocknummer zur Wahl
des korrespondierenden CRC-Vektors, der von dem Verbindungssteuerungskanal
empfangen wurde. In Schritt 780 vergleicht die Basisstation
dann den neuen CRC-Wert, der an dem empfangenen Datenblock berechnet
wurde, mit dem CRC-Vektor, der von dem Verbindungssteuerungskanal
empfangen wurde. In Schritt 790 erzeugt die Basisstation
dann ein Fehlersignal, wenn der neue CRC nicht mit dem empfangenen
CRC übereinstimmt.
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5 zeigt
ein Architekturdiagramm der Basisstation Z als ein Sender und 6 zeigt
ein Architekturdiagramm der entfernten Station X als ein Empfänger. 8 zeigt
ein Flussdiagramm, das die Basisstation als den Sender und die entfernte
Station als den Empfänger
darstellt. Diese drei Figuren illustrieren eine Kommunikationsrichtung,
die der in den 2, 3 und 7 dargestellten
entgegengesetzt ist. Der gleiche Grundsatz der Erfindung gilt für die 5, 6 und 8 wie
die für
die 2, 3 und 7 diskutierten
Grundsätze.
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5 zeigt
ein Architekturdiagramm der Basisstation als ein Sender. Das PSTN
gibt Daten zur Basisstation Z ein. Die Daten werden zu dem Vektorbildungspuffer 502 und
außerdem
zu dem Generator 504 für
den zyklischen Redundanzcode übertragen. Datenvektoren
werden von dem Puffer 502 zu dem Trelliscodierer 506 ausgegeben.
Die Datenvektoren befinden sich in der Form einer Datennachricht,
die durch Verkettung eines 64-KBit-Datenblocks mit seiner seriell
zugeordneten Blocknummer gebildet wurden. Die von dem CRC-Generator 504 zu
dem Trelliscodierer 506 ausgegebenen LCC-Vekoren sind in der
Form einer Fehlererkennungsnachricht, die durch Verkettung des CRC-Werts
mit der Blocknummer gebildet wurden. Die Trellis-codierten Datenvektoren
und LCC-Vektoren werden dann zu dem Spektral- und Ortsspreizungsprozesssor 508 ausgegeben.
Die resultierenden Datentöne
und LCC-Töne werden
dann von dem Prozessor 508 zu dem Sender 210 zur Übertragung
zu der entfernten Station ausgegeben.
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Die
ersten vier Schritte im Flussdiagramm 800 von 8 zeigen
die Schritte an der Basisstation Z, wenn sie der Sender ist. Die
Schritte in dem Übertragungsverfahren
von einer Basisstation zu einer entfernten Station bestehen erstens
darin, dass die Basisstation in Schritt 810 einen CRC-Wert
an dem Datenblock erzeugt, eine Datenblocknummer dem CRC-Wert zuordnet
und den CRC-Wert und die Blocknummer in eine Fehlernachricht verkettet,
die als ein Vektor in den Verbindungssteuerungskanal (LCC) eingegeben
wird. In Schritt 820 führt
die Basisstation dann eine Trelliscodierung des CRC-Verbindungssteuerungskanalvektors
und der Datenblockvektoren durch. In Schritt 830 führt die
Basisstation dann eine Spektralspreizung des Trellis-codierten CRC-Verbindungssteuerungskanalvektors
und der Datenblockvektoren durch. In Schritt 840 überträgt die Basisstation
dann den CRC-Verbindungssteuerungskanalton
und die Datenblocktöne
zu der entfernten Station.
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6 zeigt
ein Architekturdiagramm der entfernten Station X als ein Empfänger. Die
Datentöne und
LCC-Töne
werden an der Antenne X der entfernten Station empfangen. Der Empfänger 610 leitet
die Datentöne
und LCC-Töne
zu dem Spektralentspreizungsprozessor 612. Die entspreizten
Signale werden dann von dem Prozessor 612 zu dem Trellisdecodierer 614 ausgegeben.
Die Datenvektoren 400, 400' und 400'' von 4 werden
dann zu dem Vektorzerlegungspuffer 616, der in 4 mit
mehr Details dargestellt ist, ausgegeben. Die LCC-Vektoren 402, 402' und 402'' werden zu dem CRC-Vergleichsprozessor 620,
der in 4 mit mehr Details dargestellt ist, ausgegeben.
Daten an Alice und Daten an Bob werden von dem Puffer 616 an
Alice und Bob ausgegeben. Daten an Alice und Daten an Bob werden
außerdem
in den CRC-Generator 618 eingegeben. Der CRC-Generator 618 berechnet
einen neuen CRC-Wert für
jeden 64-KBit-Datenblock und gibt den neuen CRC-Wert und die Blocknummer
an den Puffer 406 des CRC-Vergleichsprozessors 620 aus.
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4 zeigt
ein ausführlicheres
Architekturdiagramm der Vektorzerlegung und CRC-Vergleichslogik an einer Empfangsstation.
Die Empfangsstation puffert die Fehlererkennungsnachrichten, die
sie von dem Verbindungssteuerungskanal empfängt, in dem CRC-Vergleichsprozessor 620,
so dass sie nach ihren Blocknummern N, N+1, N+2 usw. zugänglich sind.
Wenn die Empfangsstation eine Datennachricht in dem Verkehrskanal
empfängt,
führt sie
eine CRC-Berechnung an dem Datenblock in der Nachricht mit CRC-Generator 618 durch,
um einen resultierenden neuen CRC-Wert zu erhalten. Der neue CRC-Wert
wird in Puffer 406 an der Empfangsstation mit der Blocknummer
gepuffert, so dass sie nach ihrer Blocknummer zugänglich ist.
Wenn dann sowohl die empfangene Fehlernachricht als auch der neue CRC-Wert
an der Empfangsstation verfügbar
sind, werden sie von Selektor 404 nach ihrer gemeinsamen
Blocknummer in Übereinstimmung
gebracht. Der empfangene CRC-Wert in der Fehlererkennungsnachricht 402 wird
mittels des Komparators 408 mit dem neuen CRC-Wert, der
aus dem empfangenen Datenblock 400 berechnet wurde, verglichen. Wenn
der Vergleich ergibt, dass eine Differenz in den Werten besteht,
wird von Generator 622 ein Fehlersignal erzeugt. Das Fehlersignal
kann von dem Fehlerprozessor 630 in verschiedenen Weisen
verarbeitet und verwendet werden. Das Fehlersignal kann ein negatives
Bestätigungssignal
initiieren, das von der Empfangsstation zurück zum Sender zu senden ist und
den Sender auffordert, die Datenblockübertragung zu wiederholen.
Das Fehlersignal kann eine Aktualisierung in den Spreizungs- und
Entspreizungsgewichten an der Empfangsstation initiieren, um zu versuchen,
den Signal- und
Interferenzen-Rauschabstand des Verkehrskanals zu verbessern. Das
Fehlersignal kann einen Alarm initiieren, der für andere Echtzeitsteuerung
zu verwenden ist. Oder das Fehlersignal kann für die Zusammenstellung eines
längerfristigen
Berichts zur Qualität
des Verkehrskanals protokolliert werden.
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Die
letzten fünf
Schritte in dem Flussdiagramm von 8 zeigen
die entfernte Station als den Empfänger. In Schritt 850 führt die
entfernte Station Spektral- und Ortsentspreizung des CRC-Verbindungssteuerungskanaltons
und der Datenblocktöne durch.
In Schritt 860 führt
die entfernte Station dann Trellisdecodierung des entspreizten CRC-Verbindungssteuerungskanaltons
und der entspreizten Datenblocktöne
durch. In Schritt 870 erzeugt die entfernte Station dann
einen neuen CRC-Wert an dem Datenblock und verwendet die Blocknummer
zur Wahl des korrespondierenden CRC-Vektors, der von dem Verbindungssteuerungskanal
empfangen wurde. In Schritt 880 vergleicht die entfernte
Station dann den neuen CRC-Wert, der an dem empfangenen Datenblock
berechnet wurde, mit dem CRC-Vektor, der von dem Verbindungssteuerungskanal
empfangen wurde. In Schritt 890 erzeugt die entfernte Station
dann ein Fehlersignal, wenn der neue CRC nicht mit dem empfangenen
CRC übereinstimmt.
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Eine
andere Ausführungsform
wendet die oben beschriebene Erfindung in dem PWAN-Frequenzduplex-Kommunikationssystem
an, das in den oben angeführten
US-Patenten Nr. 5933421 und 6560209 beschrieben wird.
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Obwohl
die bevorzugten Ausführungsformen der
Erfindung vorstehend ausführlich
beschrieben wurden, ist es für
Personen mit durchschnittlichem Fachwissen offenkundig, dass nahe
liegende Modifikationen an der Erfindung vorgenommen werden können, ohne
von seinem Schutzumfang gemäß der Definition
in den angefügten
Patentansprüchen
abzuweichen.