NO334219B1 - Effektstyringsprotokoll for en reversforbindelse med svært variabel datahastighet i et trådløst kommunikasjonssystem - Google Patents

Description

Den økende bruk av trådløse telefoner og personlige datamaskiner har ført til et tilsvarende behov for avanserte telekommunikasjonstjenester som tidligere ble antatt bare å være ment for bruk i spesialiserte applikasjoner. 11980-årene ble trådløs talekommunikasjon tilgjengelig for et bredt publikum gjennom det celledelte telefonnettverket. Slike tjenester ble først vanligvis ansett å være forretnings-mannens eksklusive område, pga. forventede høye abonnementskostnader. Det samme var også tilfelle for adgangen til fjerndistribuerte datanett. Helt til svært nylig kunne bare forretningsfolk og store institusjoner ha råd til de nødvendige datamaskiner og aksess-linjeutstyr. Som resultat av den utstrakte tilgjengelighet når det gjelder begge teknikker, ønsker nå den vanlige befolkning i økende grad ikke bare å få adgang til nettverk slik som Internet og private intranett, men også å aksessere slike nettverk på trådløs måte. Dette angår spesielt brukerne av bærbare datamaskiner, "laptop-datamaskiner", håndholdte, personlige digitale "assis-tenter" o.l., som ville foretrekke å aksessere slike nettverk uten å være hengt fast i en telefonledning.

Det foreligger fremdeles ingen bredt tilgjengelig og tilfredsstillende løsning for å tilveiebringe billig høyhastighets-aksess til Internet, private intranett og andre nettverk som benytter den eksisterende, celledelte, trådløse infrastrukturen. Denne situasjonen er mest sannsynlig et resultat av flere uheldige omstendighe-ter. En ting er at den vanlige måten å tilveiebringe høyhastighets-datatjeneste på i et forretningsmiljø over et ledningsnettverk, ikke lett lar seg tilpasse til tjenesten med talekvalitet som er tilgjengelig i de fleste hjem eller kontorer. Slike standard-datatjenester med høy hastighet lar seg heller ikke lett benytte for effektiv overfør-ing over celledelte, trådløse håndsett av standard type. Dessuten ble det eksisterende, celledelte nettverket opprinnelig utformet bare for å gi taletjenesten Som resultat ligger hovedtrykket i nåværende, digitale, trådløse kommunikasjonsplaner på tale, selv om visse planer, slik som IS-95B, faktisk gir en viss grad av asymme-trisk oppførsel for å kunne oppta dataoverføring. Datahastigheten på en fremover-trafikkanal for IS-95B kan f.eks. justeres i inkrementer fra 1.2 kbps opp til 0.6 kbps for såkalt "Rate Set 1" (hastighetssett 1), og i inkrementer fra 1.8 kbps opp til 14.4 kbps for "Rate Set 2" (hastighetssett 2). På reversforbindelsens trafikkanal er imidlertid datahastigheten fast på 4.8 kbps.

Eksisterende systemer gir derfor typisk en radiokanal som kan oppta maksimale datahastigheter bare i området 14.4 kilobit per sekund (kbps) på sitt beste, i fremoverretning. En kanal med så lav datahastighet byr seg ikke direkte frem for overføring av data med hastigheter på 28.8 eller t.o.m. 56.6 kbps, som nå er vanlig tilgjengelig ved bruk av billige lednings-modemer, for ikke å snakke om enda høy-ere hastigheter, slik som 128 kbps, som er tilgjengelig med utstyr av type ISDN (Integrated Services Digital Network, tjenesteintegrert digitalt nett). Datahastigheter på slike nivåer er raskt i ferd med å bli de laveste aksepterbare hastigheter for slike aktiviteter som lesing (browsing) av nettsider. Andre typer datanettverk som benytter byggeblokker med høyere hastighet, slik som tjenesten xDSL (Digital Subscriber Line, digital abonnentlinje), er nå også i ferd med å bli tatt i bruk i USA.

Selv om slike nettverk var kjent da de celledelte systemene opprinnelig ble tatt i bruk, er det for det meste ingen mulighet for å tilveiebringe datatjenester med høyere hastighet over de celledelte nettverkenes topologier. I trådløse miljøer er uheldigvis aksess til kanalene for mange abonnenter dyr, og det er konkurranse om dem. Om multiaksess tilveiebringes ved hjelp av tradisjonell FDMA (Frequency Division Multiple Access, frekvensdelt multiaksess) som benytter analog modula-sjon på en gruppe radiobærebølger, eller ved hjelp av nyere digitale modulasjons-planer som tillater deling av en radiobærebølge ved bruk av TDMA (Time Division Multiple Access, tidsdelt multiaksess) eller CDMA (Code Division Multiple Access, kodedelt multiaksess), er radiospekterets karakter at det er et medium som forventes å bli delt. Dette er helt ulikt det tradisjonelle miljøet for dataoverføring, hvor led-ningenes båndbredde er relativt stor, og derfor ikke vanligvis er ment å bli delt mellom flere.

Multiaksess-planer av type CDMA anses vanligvis, i teorien, å gi mest effektiv bruk av radiospekteret. CDMA-systemer virker imidlertid bare godt når individuelle sendingers effektnivåer kontrolleres omhyggelig. Nåværende trådløse CDMA-systemer, slik som IS-95B, benytter to forskjellige typer effektstyring i opplink-retning for å sikre at et signal fra en gitt abonnentenhet som ankommer til basestasjonen, ikke interfererer på ødeleggende måte med signalene som ankommer fra andre abonnentenheter. I en første prosess som omtales som "open loop power control" (effektstyring med åpen sløyfe), opprettes et grovt estimat av det riktige effektstyrings-nivået ved hjelp av selve mobilabonnent-enheten. Etter at en sam-tale er opprettet, og når mobiltelefonen beveger seg rundt i en celle, vil spesielt banetapet mellom abonnentenheten og basestasjonen fortsette å forandre seg. Mobiltelefonen fortsetter å overvåke mottakingseffekten, og å justere sin sende effekt. Spesielt måler mobilenheten et effektnivå på fremoverlink-signalet slik det mottas fra basestasjonen, og den innstiller så sin reverslink-effekt i samsvar med dette. Hvis f.eks mottakings-effektnivået er relativt svakt, antar således mobilenheten da at den er relativt langt fra basestasjonen, og den øker sitt effektnivå. Det omvendte er også tilfelle, ved at et signal som mottas med relativt høyt nivå, indikerer at mobilenheten er relativt nær basestasjonen, og den bør derfor sende med redusert effekt.

Men siden fremover- og reverslinkene er på forskjellige frekvenser, er effektstyring med åpen sløyfe inadekvat og for langsom til å kompensere for hurtig Rayleigh-fading. Siden Rayleigh-fading er frekvensavhengig, kan m.a.o. ikke effektstyring med åpen sløyfe alene kompensere for Rayleigh-fadingen fullstendig i CDMA-systemer.

Som resultat av dette benyttes også effektstyring med lukket sløyfe til å kompensere for effektfluktuasjoner. Så snart mobilenheten oppnår aksess til en trafikkanal og begynner å kommunisere med basestasjonen, overvåker basestasjonen, i prosessen med lukket sløyfe, hele tiden nivået for mottatt effekt på reversforbindelsen. Hvis forbindelseskvaliteten begynner å svekkes, sender basestasjonen en kommando til mobilenheten via fremoverforbindelsen, om å øke sitt effektnivå. Hvis forbindelseskvaliteten indikerer overdreven effekt på reversforbindelsen, beordrer basestasjonen mobilenheten om å senke effekten.

I standarden IS-95B sender basestasjonen slike effektstyringskommandoer til mobilenheten ved bruk av en spesielt kodet melding som sendes på en trafikkanal på fremoverlinken. Disse innleirede meldingene inneholder effektstyrings-kom-mandoer i form av såkalt effektstyrings-biter (power control bits, PCB-er). Graden av effektøkning og effektminskning for hver bit spesifiseres nominelt som +1dB og -1dB. Mobilenhetens respons på disse effektstyrings-bitene forventes vanligvis å være svært rask, for å kompensere for hurtig Rayleigh-fading. Av denne grunn sendes disse bitene direkte over trafikkanalen. Spesielt innføres eller "punkteres" visse utvalgte biter fra basisbånd-strømmen i trafikkstrømmen, for å tilveiebringe en separat underkanal for effektstyring med en hastighet på 800 bit per sekund. Mobilenheten mottar således kontinuerlig effektstyrings-biter for hvert 1.25 ms, via slik bit-punktering.

Det er nylig utviklet visse optimaliseringer av CDMA-systemer for dataover-føring. Disse systemene benytter visse allokeringsplaner for kanaler med kodet fase, som fjerner kanaler med kodet fase når de ikke er i bruk, og så gjen-tilordner dem for å gi mer effektiv bruk av radiospekteret. Ideelt kan kanaler med kodet fase tildeles så raskt som mulig til forskjellige forbindelser, mens radiofrekvens-signalering som er nødvendig, minimaliseres. En virtuell forbindelse må imidlertid holdes åpen mellom hver mobilenhet og basestasjonen, enten en kanal med kodet fase er i bruk eller ikke. Ellers er det nødvendig f.eks. å oppnå synkronisering på nytt, hver gang en kanal blir tildelt til eller tatt bort fra en spesiell forbindelse.

Særlig for tilfellet med forsøk på å implementere signalering med effektstyring med lukket sløyfe, er det uheldigvis ingen aktiv trafikkanal som man kan inn-leire effektstyrings-biter i for hvert 1.25 millisekund. Dette ville være upraktisk å måtte skaffe riktig effektnivå på nytt, hver gang en ny kodefase-kanal ble tildelt.

Det er derfor ønskelig å opprettholde riktig effektnivå på reversforbindelsen, også når kodefase-kanaler blir de-allokert fra en spesiell forbindelse.

US5056109A angår en fremgangsmåte og et apparat for styring av over-føringseffekt i et CDMA mobiltelefonsystem.

I et første aspekt tilveiebringer oppfinnelsen en fremgangsmåte for bruk i en basestasjon for å tilveiebringe effektstyring over dynamisk tilordnede returforbindelseskanaler som angitt i krav 1.

I et andre aspekt tilveiebringer oppfinnelsen en kodedelt multiaksess (CDMA-) basestasjon som angitt i krav 13.

I et tredje aspekt tilveiebringer oppfinnelsen en kodedelt multiaksess (CDMA-) brukeranordning som angitt i krav 25.

I et fjerde aspekt tilveiebringer oppfinnelsen en fremgangsmåte for bruk i en kodedelt multiaksess (CDMA-) brukeranordning, for å tilveiebringe effektstyring over dynamisk tilordnede returforbindelseskanaler som angitt i krav 37.

Foretrukkede utførelsesformer av oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav.

Foreliggende oppfinnelse er en teknikk for implementering av et kodedelt multiaksess-system som tilordner kodede trafikkanaler dynamisk på behovsbasis. Denne teknikken opprettholder et kjent sendeeffekt-nivå for reverslink-kanalens utstyr, også når abonnentenheten har gått inn i standby-modus hvor ingen trafikkanaler er aktive.

Dette oppnås i standby-modus ved å få basestasjonen til å måle visse kvali-tetsparametere for et vedlikeholds-hjerteslagssignal som sendes periodisk på en reverskanal fra en abonnentenhet når den er i standby-modus. Hjerteslagssignalet er et minimums-signal som sendes med en hastighet som bare er tilstrekkelig til å opprettholde kodefase-låsning mellom abonnentenheten og basestasjonen. Has-tigheten som hjerteslagssignalene sendes med, avhenger av den foreventede maksimumshastighet for fysisk bevegelse av abonnentenheten. I systemer som forventes å støtte mobilitet av typen med ganghastighet, behøver hjerteslagssignalet f.eks. bare å bli sendt med noen sekunders mellomrom.

Forbindelseskvalitets-parametrene er fortrinnsvis en måling av bitfeilhyppighet, men kan også være en måling av støynivå, eller en måling av signaleffekt-nivå.

Forbindelseskvalitets-informasjonen sendes da fra basestasjonen til abonnentenheten, vanligvis formattert som en forbindelseskvalitets-rapportmelding. Forbindelseskvalitets-rapportene sendes på en fremoverforbindelsesoppkallingskanal eller -synkroniseringskanal til en abonnentenhet som er i standby-modus.

Abonnentenheten bruker så forbindelseskvalitets-informasjonen som en parameter for en logisk avgjørelseskrets eller -funksjon som endelig bestemmer sendeeffekt-nivået for den tilknyttede reversforbindelsen.

De forannevnte og andre mål, trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av den følgende, mer spesielle beskrivelse av foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen, slik som illustrert i de vedføyde tegningene, hvor de samme henvis-ningstegn viser til de samme deler i de forskjellige figurene. Fig. 1 er et blokkdiagram over et trådløst kommunikasjonssystem som gjør bruk av et båndbredde-styringssystem iht. oppfinnelsen. Fig. 2 er et diagram som viser hvordan underkanaler blir tilordnet innenfor en gitt radiofrekvens-kanal for en foroverforbindelse. Fig. 3 er et diagram som viser hvordan underkanaler tilordnes innenfor en gitt RF-kanal med en reversforbindelse. Fig. 4 er et tilstandsdiagram for et forbindelseskvalitets-meldingssystem iht. oppfinnelsen.

Idet det nå ses nærmere på tegningene, er fig. 1 et blokkdiagram over et system 100 for å gi data- og taletjeneste med høy hastighet over en trådløs for bindelse, ved å integrere "sømløst" en digital dataprotokoll, slik som eksempelvis ISDN, med en digitalt modulert trådløs tjeneste, slik som CDMA.

Systemet 100 består av to forskjellige typer komponenter, innbefattende abonnentenheter 101-1, 101-2 ..., 101-u (kollektivt abonnent- eller mobilenhetene 101) og en eller flere basestasjoner 170. Abonnentenhetene 101 og basestasjon-ene 170 samvirker for å tilveiebringe de funksjoner som er nødvendige for å gi trådløse datatjenester til en bærbar datamaskinanordning 110, slik som en "laptop"-datamaskin, bærbar datamaskin, personlig digital "assistent" (PDA) e.l. Basestasjonen 170 samvirker også med abonnentenhetene 101 for å tillate overføring av data mellom abonnentenheten og det offentlige telefonnettet (PSTN) 180.

Mer spesielt tilveiebringes også data- og/eller taletjenester ved hjelp av abonnentenheten 101 forden bærbare datamaskinen 110, samt en eller flere andre anordninger slik som telefoner 112-1, 112-2 (kollektivt omtalt her som telefoner 112). Telefonene 112 kan selv i sin tur være forbundet med andre modemer og datamaskiner som ikke vises i fig. 1.1 vanlig språkbruk når det gjelder ISDN, omtales den bærbare datamaskinen 110 og telefonene 112 som terminalutstyr

(TE, Terminal Equipment). Abonnentenheten 101 tilveiebringer de funksjoner som omtales som NT-1 (Network Termination Type 1, nettverks-terminering av type 1). Den illustrerte abonnentenheten 101 er spesielt ment å fungere med en ISDN-forbindelse av type med såkalt "grensesnitt med grunnleggende hastighet" (BRI, Basic Rate Interface), som gir to bærer-kanaler (B-kanaler) og en enkelt datakanal (D-kanal), med vanlig betegnelse "2B+D".

Selve abonnentenheten 101 består av et ISDN-modem 120, en anordning som her omtales som en protokoll-omformer 130 som utfører de forskjellige funksjoner iht. oppfinnelsen, innbefattende "juksing" (spoofing) 132 og båndbredde-styring (bandwidth management, BW-mgt) 134, en CDMA-sender/mottaker 140 og en abonnentenhet-antenne 150. De forskjellige komponentene i abonnentenheten 101 kan realiseres med diskrete anordninger, eller som en integrert enhet. F.eks. kan et eksisterende, vanlig ISDN-modem 120, lett tilgjengelig fra et antall produ-senter, benyttes sammen med eksisterende CDMA-sender/mottakere 140.1 dette tilfellet tilveiebringes de spesielle funksjonene fullstendig av protokoll-omformeren 130, som kan selges som separat anordning. Alternativt kan ISDN-modemet 120, protokoll-omformeren 130 og CDMA-sender/mottakeren 140 være integrert som en komplett enhet, og selges som en eneste abonnentenhet-anordning 101. Andre typer grensesnittforbindelser slik som Ethernet eller PCMCIA, kan benyttes for å forbinde datamaskinanordningen med protokoll-omformeren 130.

ISDN-modemet 120 omformer data- og talesignaler mellom terminalutstyret 110 og 112 til et format som kreves av "U"-grensesnittet for standard ISDN. U-grensesnittet er et referansepunkt i ISDN-systemer, som betegner et punkt for koplingen mellom nettverks-termineringen (NT) og telefonselskapet.

Protokoll-omformeren 130 utfører "juksing" 132 og grunnleggende funksjoner for båndbredde-styring 134. Generelt består juksing 132 av sikring av at abonnentenheten 101 er synlig for terminalutstyret 110,112 som er forbundet med det offentlige telefonnettet 180 på den andre siden av basestasjonen 170, hele tiden. Båndbredde-styringsfunksjonen 134 er ansvarlig for allokering og de-allokering av CDMA-radiokanaler 160, innbefattende styring av den totale båndbredden som tildeles til en gitt sesjon ved dynamisk å tilordne under-deler av CDMA-radiokanal-ene 160 på en måte som også beskrives mer komplett nedenfor.

CDMA-sender/mottakeren 140 aksepterer dataene fra protokoll-omformeren 130, og reformaterer disse data på passende form for sending gjennom en abonnentenhet-antenne 150 over CDMA-radiolinken 160-1. CDMA-sender/mottakeren 140 kan virke over bare en enkelt radiofrekvens-kanal på 1.2288 MHz, eller alternativt, i en foretrukket utførelsesform, kan den være av-stembar over flere slike kanaler.

CDMA-signalsendinger blir så mottatt og behandlet av basestasjon-utstyret 170. Basestasjon-utstyret 170 består vanligvis av flerkanal-antenner 171, flere CDMA-sender/mottakere 172 og en funksjon 174 for båndbreddestyring (bandwidth management, BW-mgt). Båndbreddestyringen 174 styrer tildelingen av CDMA-radiokanaler 160 og underkanaler, på en måte som er analog med abonnentenheten 101. Basestasjonen 170 kopler så de demodulerte radiosignalene til det offentlige telefonnettet (PSTN) 180 på en måte som er velkjent innen teknikken. F.eks. kan basestasjonen 170 kommunisere med PSTN 180 over et hvilket som helst antall forskjellige effektive kommunikasjonsprotokoller, slik som ISDN med primærhastighet, eller andre LAPD-baserte protokoller slik som IS-634 eller V5.2.

For så å fortsette kort med henvisning til fig. 1, innebærer derfor båndbreddestyringen 134 og 174 at man får CDMA-sender/mottakeren 140 til å sløyfesende tilbake databiter over ISDN-kommunikasjonsbanen, for å lure (spoof) terminalut styret 110, 112 til å tro at en tilstrekkelig bred, trådløs kommunikasjonslink 160 hele tiden er tilgjengelig. Det er imidlertid bare når det faktisk er data tilstede fra terminalutstyret til den trådløse sender/mottakeren 140, at trådløs båndbredde er tildelt. Derfor behøver ikke en nettverkslags-forbindelse å tildele den tilordnede, trådløse båndbredden gjennom hele kommunikasjons-sesjonen. Dvs., når data ikke blir presentert på terminalutstyret til nettverksutstyret, de-allokerer båndbredde styringsfunksjonen 134 innledningsvis tilordnet radiokanal-båndbredde 160, og gjør den tilgjengelig for en annen sender/mottaker og en annen abonnentenhet 101.

Man vi også forstå at datasignaler går i to retninger over CDMA-radiokanalene 160. M.a.o. koples datasignaler som mottas fra PSTN 180, til den bærbare datamaskinen 110 i såkalt fremoverlink-retning, og datasignaler med opphav i den bærbare datamaskinen 110 koples til PSTN 180 i såkalt reverslink-retning. Foreliggende oppfinnelse involverer spesielt måten man implementerer en effektstyrings-mekanisme på for reverslink-kanalene.

For å forstå bedre hvordan båndbreddestyringen 134 og 174 oppnår den dynamiske tildelingen av radiokanaler, skal det nå ses på fig. 2. Denne figuren illustrerer en mulig frekvensplan for de trådløse fremoverforbindelsene 160 iht. oppfinnelsen. Spesielt kan en vanlig sender/mottaker 170 avstemmes, etter ordre, til en hvilken som helst kanal på 1.2288 MHz innenfor en mye større båndbredde, slik som opptil 30 MHz. I tilfellet med plassering i eksisterende, celledelte radiofre-kvensbånd, gjøres disse kanalene vanligvis tilgjengelige i området fra 800 til 900 MHz. For trådløse systemer av typen personlig kommunikasjon (PCS) tildeles kanalene vanligvis i området fra omkring 1.8 til 2.0 GHz. I tillegg er det vanligvis to samhørende bånd som er aktive samtidig, adskilt av et sikkerhetsbånd, slik som 80 MHz; og de to samhørende båndene danner full dupleks-forbindelse i fremover- og reversretning.

Hver av CDMA-sender/mottakerne, slik som sender/mottakeren 140 i abonnentenheten 101, og sender/mottakerne 172 i basestasjonen 170, er i stand til å avstemmes på et hvilket som helst gitt tidspunkt til en gitt radiofrekvens-kanal. Det forstås generelt at eksempelvis en radiofrekvens-bærebølge på 1.2288 MHz på sitt beste gir en total ekvivalent med kontinuerlig sending med maksimal datahastighet på omkring 500 til 600 kbps, innen akseptable begrensninger for bitfeilhyppighet.

For å gjøre mer effektiv bruk av den tilgjengelige båndbredden, inndeles imidlertid hver radiokanal på 1.2288 MHz på reversforbindelsen i et relativt høyt antall underkanaler. I det illustrerte eksempelet inndeles båndbredden i 64 underkanaler 300, hvor hver gir en datahastighet på 8 kbps. En gitt underkanal 300 implementeres fysisk ved å kode en sending med en av et antall forskjellige pseu-dovilkårlige koder og/eller kodefaser som kan tilordnes. F.eks. kan de 64 underkanalene 300 defineres innenfor en eneste CDMA-radiofrekvensbærebølge ved å benytte en forskjellig kodefase for hver definert underkanal 300.

Som ovenfor nevnt tildeles underkanaler 300 bare når det er nødvendig. F.eks. innvilges flere underkanaler 300 i tidsperioder hvor en spesiell ISDN-abonnentenhet 101 ber om at store datamengder skal overføres. Disse underkanalene 300 blir hurtig frigjort i tidsperioder hvor abonnentenheten 101 er relativt lett be-lastet.

Foreliggende oppfinnelse angår spesielt opprettholdelse av reversforbindelsen slik at et sendeeffekt-nivå for underkanalene ikke behøver å bli gjenopprettet hver gang underkanaler blir tatt bort og så gitt tilbake.

Fig. 3 er et diagram som illustrerer hvordan underkanalene blir tilordnet på

reverslinken. Det er ønskelig å benytte et eneste radiobærebølge-signal på reversforbindelsen, i den grad det er mulig, for å begrense effektforbruk, og for å ta vare på mottaker-resursene som må gjøres tilgjengelige i basestasjonen. Derfor velges en enkelt kanal 350 på 1.2288 MHz fra det tilgjengelige radiospekteret.

Et relativt høyt antall N, slik som 1000 individuelle abonnentenheter, blir da støttet ved å benytte en eneste, lang pseudostøy-kode (pseudonoise, PN) på en spesiell måte. Først utvelges et antall p faser for koden blant 2<42->1 tilgjengelige forskjellige kodefaser. De p kodefase-skiftene blir så benyttet til å tilveiebringe p underkanaler. Deretter inndeles hver av de p underkanalene videre i s tidsluker. Derfor er det maksimale antall som kan støttes av abonnentenheter som kan støttes, N, p ganger s. Bruk av samme PN-kode med forskjellige faser og tidsluker gir mange forskjellige underkanaler, hvilket tillater bruk av en eneste rake-mottaker i basestasjonen 104.

I det ovennevnte kanaltildelings-systemet forventes radioresurser å bli allokert på basis etter behov. Man må imidlertid også ta i betraktning det faktum at, for å sette opp en ny CDMA-kanal, må normalt en gitt reverslink-kanal gis tid ikke bare til å oppnå kodefase-låsning, men også til å tilpasse sin sending til riktig effektnivå. Foreliggende oppfinnelse unngår behovet for å vente på at hver kanal skal oppnå dette hver gang den blir satt opp, ved hjelp av flere mekanismer som beskrives mer fullstendig i det følgende. Generelt er teknikken å sende et vedlikeholdssignal med tilstrekkelig hyppighet for hver underkanal, også når den er i standby-modus; dvs. selv i fravær av datatrafikk.

Et siktemål er her å minimalisere størrelsen av hver tidsluke, hvilket i sin tur maksimaliserer antallet abonnenter som kan opprettholdes i ledig-modus (idle mode). Størrelsen t av hver tidsluke bestemmes av den minste tid det tar å garantere faselåsning mellom senderen i abonnentenheten og mottakeren i basestasjonen. Spesielt må en kode-korrelator i mottakeren motta et vedlikeholds- eller "hjerteslags"-signal som består av minst et visst antall vedlikeholds-biter i en viss tidsenhet. Som et grensetilfelle sendes dette hjerteslagssignalet ved å sende minst en bit fra hver abonnentenhet på hver reversforbindelse på et forhåndsbestemt tidspunkt, f.eks. dets utpekte tidsluke på en forhåndsbestemt av de N underkanalene.

Den minste tidsluke-varigheten t avhenger derfor av et antall faktorer, inn-befattet signal/støy-forholdet og den forventede maksimumshastighet for abonnentenheten i cellen. Når det gjelder signal/støyforhold, så avhenger dette av

hvor Eb er energien per bit, No er det omgivende støygulvet, og lo er den innbyr-des interferens fra andre kodede sendinger i de andre underkanalene på reversforbindelsen som deler samme spektrum. Vanligvis krever lukking av forbindelsen integrasjon over 8 chip-tider i mottakeren, og det er vanligvis nødvendig med 20 ganger denne tiden for å garantere deteksjon. Derfor er det vanligvis nødvendig med omkring 160 chip-tider for å motta det kodede signalet korrekt på reversforbindelsen. For en kode på 1.2288 MHz er Tc, chip-tiden, 813,33 ns, slik at denne

minste integrasjonstiden er omkring 130^s. Dette fastsetter i sin tid den absolutte minste varighet for en databit, og derfor den minste varighet for en luke-tid, t. Den minste luke-tiden på 130 ^is betyr at maksimalt 7692 tidsluker kan gjøres tilgjengelige i sekundet for hvert fasekodet signal.

Så snart kode-faselåsning er oppnådd, bestemmes varigheten av hjerteslagssignalet ved å betrakte innfangnings- eller låsningsområdet for kode- faselåsningskretsene i mottakeren i basestasjonen. Mottakeren har f.eks. vanligvis en PN-kodekorrelator som går med kode-chiphastigheten. Et eksempel på en slik kodekorrelator benytter en forsinkelses-låsesløyfe som består av en tidlig/sent-detektor. Et sløyfefilter styrer denne sløyfens båndbredde, og dette bestemmer i sin tur hvor lenge kodekorrelatoren må tillates å fungere før den kan garantere faselåsning. Denne sløyfe-tidskonstanten bestemmer hvor mye "dirring" Gitter) som kan tolereres i kodekorrelatoren, slik som omkring 1/8 av en chip-tid, Tc.

I den foretrukne utførelsesformen er systemet 100 ment å støtte såkalt nomadisk mobilitet. Dvs., funksjon med høy mobilitet i bevegelige kjøretøyer, hvilket er vanlig i celledelt telefoni, er ikke forventet å være nødvendig. Den typiske bruker av en bærbar datamaskin som er aktiv, beveger seg heller i bare rask spaserhastighet på omkring 7,2 km/t. Ved en hastighet på 7,2 km/t, som tilsvarer en hastighet på 2 m/sek, vil en bruker bevege seg 31 meter på 1/8 av chiptiden (Tc) 1/1.2288 MHz. Det vil derfor ta omkring 31 meter dividert på 2 meter, eller omkring 15 sekunder for en slik bruker å bevege seg en avstand som er tilstrekkelig lang for ham, til et punkt hvor kode-fasesynkroniseringssløyfen ikke kan garanteres å forbli låst. Derfor, så lenge et fullstendig synkroniseringssignal sendes på en gitt reversforbindelses-kanal for hvert 15 sekund, vil reverslink-sløyfen bli ved-likeholdt. I praksis foretrekkes det ikke å skyve dette helt til grensen, og et synkroniserings-hjerteslagssignal blir sendt en gang for et antall sekunder.

Fig. 4 er et tilstandsdiagram som viser et sett operasjoner som utføres av basestasjonen 170 og abonnentenheter 101. Sekvensen av tilstander som det gås inn i for basestasjonen 170, illustreres generelt på venstre side av figuren, og til-standssekvensen for abonnentenheten 101 på høyre side.

I en første tilstand 400 initialiseres abonnentenheten 101, slik som ved å slå på dens batterieffekt. abonnentenheten 101 sender så en igangsettelsesmelding til basestasjonen 170. I denne igangsettelses-tilstanden 402 utfører abonnentenheten system-bestemmelse, innhenting av pilotkanal, innhenting av synkroniseringskanal og andre taktstyringsfunksjoner, slik som f.eks. spesifisert gjennom luftgrensesnitt-standarden for IS-95B. I virkeligheten bestemmer abonnentenheten 101 typen system den fungerer i, f.eks. en dobbeltmodus-CDMA eller analog modus, oppnår innhenting av pilotkanalen ved å synkronisere sine taktstyrings-kretser, og foretar også en lignende taktstyringsfunksjon på synk-kanalen. I tillegg kan en innledende startverdi for revers-effektnivå for åpen sløyfe bestemmes, slik som ved å måle et effektnivå som mottas på en fremoverlink, slik det er kjent i teknikken. Hvis abonnentenheten 101 kan utføre alle disse oppgavene innen en viss, spesifisert tidsperiode, kan den på vellykket måte gå inn i en standby-modustilstand 403.

Etter at den er initialisert, kan abonnentenheten 101 informere basestasjonen 120 om dens vellykkede fullføring av slike oppgaver, ved å sende en igangsettings-melding 430 til basen 170. Basestasjonen 120 går så inn i en tilstand 450, hvor den tildeler en reverslink-vedlikeholdskanal til den spesielle abon-nenten 101. Dette kan gjøres etter erkjennelse av pilot og synkronisering, ved å sende en kodefase p og tidsluke s som skal benyttes for denne spesielle abonnentenheten, i en melding. En slik melding kan f.eks. sendes på fremoverlink-oppkallingskanalen som abonnentenheten fortsetter å overvåke under sin standby-modustilstand 403.

Også mens den er i standby-tilstanden 403, går abonnentenheten 101, så snart et effektnivå for åpen sløyfe er fastsatt, periodisk inn i en tilstand 404 hvor det sendes en hjerteslags-melding til basestasjonen 120 over reversforbindelsen.

Så snart basestasjonen 170 mottaren slik hjerteslags-melding, gården inn i en tilstand 452, hvor den bestemmer en forbindelseskvalitets-metrikk for reverslink-signalet som mottas fra abonnentenheten 101.

Så, i tilstand 454, sendes denne reverslink-kvalitetsmetrikken som en linkkvalitets-rapportmelding (LQR) over reverslinken til abonnentenheten 101. LQR-meldingen sendes over en oppkallings- eller synk-kanal, siden det ikke er noen trafikkanal som er tilgjengelig under standby-modus.

LQR kan f.eks. inneholder 8 biter med informasjon. Linkkvalitets-metrikken kan være en bitfeilhyppighet, et støy-energinivå uttrykt som Eb/N0i, eller et effektnivå.

Ved mottaking av LQR går abonnentenheten inn i en tilstand 406, hvor den beregner sitt revers-effektnivå, ved bruk av den mottatte LQR og annen informasjon.

Abonnentenheten fortsetter så å iterere, gjennom tilstandene 404 til 407, for å opprettholde et passende effektnivå mens den er i standby-modus, helt til abonnentenheten mottar en melding som indikerer at den skal gå inn i aktiv modus, eller på annen måte forlate sin standby-modus.

På basestasjon-siden gjentas på lignende vis tilstandene 452, 454 og 456 for hver av abonnentenhetene som er i standby-modus, mens den er i ledig-tilstand (idle state).

Hjerteslags-signalet 435 sendes til synkroniseringsmelding på den tilordnede vedlikeholdskanal med en datahastighet som bare behøver å være tilstrekkelig rask til å tillate at abonnentenheten 101 opprettholder synkronisering med basestasjonen 170. Hjerteslags-signalet varighet bestemmes ved å ta i betraktning innfangningsområdet for kode-faselåsningskretsene og mottakerkretsene og basestasjonen 170.

I en foretrukket utførelsesform er systemet ment å støtte såkalt nomadisk mobilitet. Dvs. at man ikke forventer å støte på operasjon med relativt høy mobilitet, slik som i bevegelige kjøretøyer, hvilket er vanlig for celledelt telefoni. Den typiske bruker av en bærbar datamaskin forventes heller å forbli oppkoplet bare mens han beveger seg omkring med rask spaserhastighet, på omkring 7 km/t. I denne situasjonen vil en bruker bevege seg omtrent 30 meter, og 1/8 av chip-tiden ved 1.2288 MHz. Det tar derfor omkring 30 meter delt på 2 meter, eller omkring 15 sekunder for en slik bruker å bevege seg en avstand som er lang nok til et punkt hvor det ikke kan garanteres kode-fasesynkronisering. Derfor, så lenge et komplett hjerteslags-signal og effektstyrings-ord for en gitt reverslink-kanal blir ut-vekslet for hvert 15 sekund, vil reverslinken forbli ved det ønskelige effektnivå for en lukket sløyfe.

For ytterligere informasjon vedrørende arrangementet med hjerteslags-signalet, vises det til samtidig eksisterende internasjonal søknad nr. PCT/US99/11607 med tittel "Fast Acquisition of Traffic Channels for a Highly Vari-able Data Rate", inngitt 26. mai 1999 og overdratt til samme rettighetsinnehaver som herværende oppfinnelse.

Det kan nå forstås hvordan foreliggende oppfinnelse implementerer effektstyring for lukket sløyfe i et kodedelt multiaksess-system som tilordner reverslink-trafikkanaler dynamisk, også når slike trafikkanaler ikke er tildelt. Dette oppnås med basestasjonens bestemmende linkkvalitets-måling basert på et reverslink-mottatt signal som mottas som reaksjon på vedlikeholds-hjetreslagssignaler. Hjerteslagssignalene sendes med en hyppighet som bare er tilstrekkelig rask til å opprettholde kode-faselåsning. Som reaksjon på dette sendes en linkkvalitets- rapportmelding tilbake til abonnentenheten på fremoverforbindelsen, slik som på en oppkallings- eller synk-kanal.

I stedet for ISDN kan andre lednings- og nettverks-protokoller innkapsles, slik som xDSL (Digital Subscriber Loop), Ethernet eller X.25, og derfor kan man med fordel benytte den her beskrevne dynamiske tilordningsplan for trådløse underkanaler.

Claims (48)

1. Fremgangsmåte for bruk i en basestasjon for å tilveiebringe effektstyring over dynamisk tilordnede returforbindelseskanaler, idet fremgangsmåten omfatter: å allokere en returforbindelseskanal til en kodedelt multiaksess (CDMA-) brukeranordning; å dele returforbindelseskanalen inn i flere underkanaler; å motta en melding fra en CDMA-brukeranordning over returforbindelseskanalen, idet CDMA-brukeranordningen er slått på, men ikke sender data aktivt; å bestemme en linkkvalitetsmetrikk for den mottatte meldingen, idet den mottatte meldingen er et vedlikeholdssignal for hver underkanal med en hastighet som er tilstrekkelig til å opprettholde kodefase-låsning mellom brukeranordningen og basestasjonen; og å sende en effektstyringsbit og en tildeling på en fremoverforbindelseskanal som reaksjon på den mottatte melding for adaptivt å styre CDMA-brukeranordningens sendeeffektnivå og datahastighet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor den tilordnede returforbindelseskanalen er den eneste trafikkanalen allokert til CDMA-brukeranordningen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor overføringsraten for meldingen mottatt fra CDMA-brukeranordningen avhenger av CDMA-brukeranordningens maksimalt forventede fysiske bevegelseshastighet.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor linkkvalitetsmetrikken indikerer en bitfeilmåling.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor linkkvalitetsmetrikken indikerer en støynivåmåling.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor linkkvalitetsmetrikken indikerer en signaleffektnivåmåling.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor effektstyringsbiten sendes på en fremoverforbindelsesoppkallingskanal.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor effektstyringsbiten sendes på en synkroniseringskanal.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor effektstyringsbiten sendes på en pilotkanal.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor effektstyringsbiten styrer CDMA-brukeranordningens sendeeffektnivå over returdatakanalen.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor basestasjonen sender og mottar digitale signaler over minst én radiofrekvenskanal ved hjelp av radiosignaler.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 12, hvor hver radiofrekvenskanal omfatter et flertall av underkanaler hvor et flertall av ulike koder er tilordnet for hver underkanal.

13. Kodedelt multiaksess (CDMA-) basestasjon som omfatter: en antenne; en styring konfigurert for å allokere en returforbindelseskanal til en kodedelt multiaksess (CDMA-) brukeranordning, hvor returforbindelseskanalen er inndelt i flere underkanaler; en CDMA-transceiver konfigurert for å motta en melding fra CDMA-brukeranordningen over returforbindelseskanalen, idet CDMA-brukeranordningen er slått på, men ikke sender data aktivt; hvor styringen videre er konfigurert for å bestemme linkkvalitetsmetrikk for den mottatte meldingen, idet den mottatte meldingen er et vedlikeholdssignal for hver underkanal mottatt på returforbindelseskanalen med en hastighet som er tilstrekkelig til å opprettholde kodefase-låsning mellom brukeranordningen og basestasjonen; mens CDMA-transceiveren videre er konfigurert for å sende en effektstyringsbit og en tildeling på en fremoverforbindelseskanal som reaksjon på den mot tatte melding for adaptivt å styre og opprettholde CDMA-brukeranordningens sendeeffektnivå og datahastighet.

14. Basestasjon ifølge krav 13, hvor den tilordnede returforbindelseskanalen er den eneste trafikkanalen allokert til CDMA-brukeranordningen.

15. Basestasjon ifølge krav 13, hvor overføringsraten for meldingen mottatt fra CDMA-brukeranordningen avhenger av CDMA-brukeranordningens maksimalt forventede fysiske bevegelseshastighet.

16. Basestasjon ifølge krav 13, hvor linkkvalitetsmetrikken indikerer en bitfeilmåling.

17. Basestasjon ifølge krav 13, hvor linkkvalitetsmetrikken indikerer en støynivåmåling.

18. Basestasjon ifølge krav 13, hvor linkkvalitetsmetrikken indikerer en signaleffektnivåmåling.

19. Basestasjon ifølge krav 13, hvor effektstyringsbiten sendes på en fremoverforbindelsesoppkallingskanal.

20. Basestasjon ifølge krav 13, hvor effektstyringsbiten sendes på en synkroniseringskanal.

21. Basestasjon ifølge krav 13, hvor effektstyringsbiten sendes på en pilotkanal.

22. Basestasjon ifølge krav 13, hvor effektstyringsbiten styrer CDMA-brukeranordningens sendeeffektnivå over returdatakanalen.

23. Basestasjon ifølge krav 13, hvor basestasjonen sender og mottar digitale signaler over minst én radiofrekvenskanal ved hjelp av radiosignaler.

24. Basestasjon ifølge krav 23, hvor hver radiofrekvenskanal omfatter et flertall av underkanaler hvor et flertall av ulike koder er tilordnet for hver underkanal.

25. Kodedelt multiaksess (CDMA-) brukeranordning som omfatter: en antenne; og en CDMA-transceiver konfigurert for å motta en melding fra en basestasjon som tilordner en underkanal for en returforbindelseskanal allokert av basestasjonen for benyttelse av brukeranordningen; idet CDMA-transceiveren er konfigurert for å sende et vedlikeholdssignal til basestasjonen over den tilordnede underkanal for returforbindelseskanalen på det tidspunkt hvor CDMA-brukeranordningen blir slått på, men ikke sender data aktivt; idet CDMA-transceiveren videre er konfigurert for å motta en effektstyringsbit og en tildeling på en fremoverforbindelseskanal fra basestasjonen som reaksjon på det sendte vedlikeholdssignal og basert på en linkkvalitetsmetrikk for vedlikeholdssignalet, idet effektstyringsbiten for hver underkanal mottas med en hastighet som er tilstrekkelig til å opprettholde kodefase-låsning mellom brukeranordningen og basestasjonen; og en kontrollenhet konfigurert for å adaptivt styre og vedlikeholde sende-effektnivået og datahastighet for CDMA-brukeranordningen ved å bruke den mottatte effektstyringsbit og tildeling.

26. CDMA-brukeranordning ifølge krav 25, hvor den allokerte returforbindelseskanal er den eneste datakanal tildelt CDMA-brukeranordningen.

27. CDMA-brukeranordning ifølge krav 25, hvor overføringsraten av meldingen sendt til basestasjonen avhenger av den maksimalt forventede raten av fysisk bevegelse for CDMA-brukeranordningen.

28. CDMA-brukeranordning ifølge krav 25, hvor effektstyringsbiten mottas på en fremoverforbindelsesoppkallingskanal.

29. CDMA-brukeranordning ifølge krav 25, hvor effektstyringsbiten mottas på en pilotkanal.

30. CDMA-brukeranordning ifølge krav 25, hvor effektstyringsbiten styrer CDMA-brukeranordningens sendeeffektnivå over returdatakanalen.

31. CDMA-brukeranordning ifølge krav 25, hvor linkkvalitetsmetrikken indikerer en bitfeilmåling.

32. CDMA-brukeranordning ifølge krav 25, hvor linkkvalitetsmetrikken indikerer en støynivåmåling.

33. CDMA-brukeranordning ifølge krav 25, hvor effektstyringsbiten mottas på en synkroniseringskanal.

34. CDMA-brukeranordning ifølge krav 25, hvor linkkvalitetsmetrikken indikerer en signaleffektnivåmåling.

35. CDMA-brukeranordning ifølge krav 25, hvor brukeranordningen sender og mottar digitale signaler over minst én radiofrekvenskanal ved hjelp av radiosignaler.

36. CDMA-brukeranordning ifølge krav 35, hvor hver radiofrekvenskanal omfatter et flertall av underkanaler hvor et flertall av ulike koder er tilordnet for hver underkanal.

37. Fremgangsmåte for bruk i en kodedelt multiaksess (CDMA-) brukeranordning, for å tilveiebringe effektstyring over dynamisk tilordnede returforbindelseskanaler, idet fremgangsmåten omfatter: å motta en melding fra en basestasjon som tilordner en underkanal for en returforbindelseskanal allokert av basestasjonen for benyttelse av brukeranordningen; å sende et vedlikeholdssignal til basestasjonen over den tilordnede underkanal for returforbindelseskanalen på det tidspunkt hvor CDMA-brukeranordningen slås på, men ikke sender data aktivt; å motta en effektstyringsbit og en tildeling på en fremoverforbindelseskanal fra basestasjonen som reaksjon på det sendte vedlikeholdssignal og basert på en linkkvalitetsmetrikk for vedlikeholdssignalet, idet effektstyringsbiten for hver underkanal mottas med en hastighet som er tilstrekkelig til å opprettholde kodefase-låsning mellom brukeranordningen og basestasjonen; og å adaptivt styre og opprettholde CDMA-brukeranordningens sendeeffekt-nivå og datahastighet ved å bruke den mottatte effektstyringsbit og tildeling.

38. Fremgangsmåte ifølge krav 37, hvor den allokerte returforbindelseskanal er den eneste datakanal tildelt CDMA-brukeranordningen.

39. Fremgangsmåte ifølge krav 37, hvor overføringsraten av meldingen sendt til basestasjonen avhenger av den maksimalt forventede raten av fysisk bevegelse for CDMA-brukeranordningen.

40. Fremgangsmåte ifølge krav 37, hvor linkkvalitetsmetrikken indikerer en bitfeilmåling.

41. Fremgangsmåte ifølge krav 37, hvor linkkvalitetsmetrikken indikerer en støynivåmåling.

42. Fremgangsmåte ifølge krav 37, hvor linkkvalitetsmetrikken indikerer en signaleffektnivåmåling.

43. Fremgangsmåte ifølge krav 37, hvor effektstyringsbiten mottas på en fremoverforbindelsesoppkallingskanal.

44. Fremgangsmåte ifølge krav 37, hvor effektstyringsbiten mottas på en synkroniseringskanal.

45. Fremgangsmåte ifølge krav 37, hvor effektstyringsbiten mottas på en pilotkanal.

46. Fremgangsmåte ifølge krav 37, hvor effektstyringsbiten styrer CDMA-brukeranordningens sendeeffektnivå over returdatakanalen.

47. Fremgangsmåte ifølge krav 37, hvor CDMA-brukeranordningen sender og mottar digitale signaler over minst én radiofrekvenskanal ved hjelp av radiosignaler.

48. Fremgangsmåte ifølge krav 37, hvor hver radiofrekvenskanal omfatter et flertall av underkanaler hvor et flertall av ulike koder er tilordnet for hver underkanal.