DE19681600C2 - Aktivitätssteuerung für eine mobile Station in einem drahtlosen Übertragungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die elektrische Telekommunikation und spezieller drahtlose Kommunikationssysteme, wie Zellen- und Satellitenfunksysteme für verschiedene Betriebsmodi (analog, digital, dual-mode, etc.) und Zugriffstechniken, wie den Viel­ fachzugriff mit Frequenzteilung (FDMA; Frequency Division Mul­ tiple Access), den Vielfachzugriff mit Zeitteilung (TDMA; Time Divisional Multiple Access), den Vielfachzugriff mit Codetei­ lung (CDMA; Code Divisional Multiple Access) und hybride FDMA/TDMA/CDMA-Techniken. Besonderes Augenmerk legt die vor­ liegende Erfindung auf Techniken zum Verbessern des Empfangs und der Übertragung von Information.

Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Umgebungen, in de­ nen das System der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann. Diese allgemeine Beschreibung soll einen allgemeinen Überblick über bekannte Systeme und die zugehörige Terminolo­ gie verschaffen, so daß man ein besseres Verständnis der Er­ findung erhält.

In Nordamerika werden digitale Übertragungs- und Vielfachzu­ griffstechniken, wie TDMA, momentan von einem digitalen zel­ lularen Funktelefonsystem vorgesehen, das Digital Advanced Mobile Phone Service (D-AMPS) genannt wird, wobei einige der Eigenschaften dieses Dienstes in der Interimsnorm TIA/EIA/IS- 54-B "Dual-Mode Mobile Station-Base Station Compatibility Standard" spezifiziert sind, die von der Telecommunication Industry Association und der Electronical Industry Association (TIA/EIA) veröffentlicht wurde und auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird. Aufgrund der großen vorhandenen Grundmen­ ge an Verbrauchergeräten, die nur im analogen Bereich mit dem Vielfachzugriff mit Frequenzteilung (FDMA) arbeiten, ist TIA/­ EIA/IS-54-B eine Dual-Mode-Norm (analog und digital), die die analoge Kompatibilität ebenso wie die Fähigkeit zur digitalen Übertragung vorsieht. Die TIA/EIA/IS-54-B-Norm sieht z. B. so­ wohl analoge FDMA-Sprachkanäle (AVC; Analog Voice Channel) als auch digitale TDMA-Verkehrskanäle (DTC; Digital Traffic Chan­ nel) vor. Die AVCs und die DTCs werden durch Frequenzmodula­ tion von Funkträgersignalen realisiert, die Frequenzen in der Nähe von 800 Megaherz (MHz) haben, so daß jeder Funkkanal eine spektrale Breite von 30 kHz hat.

Bei einem zellularen TDMA-Funktelefonsystem wird jeder Funkka­ nal in eine Reihe von Zeitschlitzen oder Zeitkanälen aufge­ teilt, von denen jeder einen Informationsburst (Informations- Signalbündel) von einer Datenquelle enthält, z. B. einen digi­ tal codierten Teil eines Gesprächs. Die Zeitschlitze werden in aufeinanderfolgenden TDMA-Blöcke mit einer vorgegebenen Dauer zusammengefaßt. Die Anzahl der Zeitschlitze in jedem TDMA- Block ist auf die Anzahl der verschiedenen Benutzer bezogen, welche gleichzeitig den Funkkanal benutzen können. Wenn jeder Schlitz in einem TDMA-Block einem anderen Benutzer zugewiesen wird, ist die Dauer eines TDMA-Blocks gleich der minimalen Zeitspanne zwischen aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen, die demselben Benutzer zugewiesen sind.

Die demselben Benutzer zugewiesenen aufeinanderfolgenden Zeit­ schlitze, die auf dem Funkfrequenzträger normalerweise nicht aufeinanderfolgende Zeitschlitze sind, bilden den digitalen Verkehrskanal des Benutzers, der als ein dem Benutzer zugewie­ sener logischer Kanal betrachtet werden kann. Wie unten mit weiteren Einzelheiten beschrieben ist, können auch digitale Steuerkanäle (DCCH; Digitaled Control Channel) zur Übertragung von Steuersignalen vorgesehen werden, und ein solcher DCCH ist ein logischer Kanal, der von einer Folge von üblicherweise nicht aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen auf dem Funkträger gebildet wird.

Bei nur einer von vielen möglichen Ausführungsformen eines TDMA-Systems gemäß der obigen Beschreibung sieht die TIA/­ EIA/IS-54-B-Norm vor, daß jeder TDMA-Block aus sechs aufein­ anderfolgenden Zeitschlitzen besteht und eine Dauer von 40 Millisekunden (ms) hat. Jeder Funkkanal kann somit drei bis sechs DTCs (z. B. 3 bis 6 Telefongespräche) abhängig von den Ursprungsgeschwindigkeiten der Sprachcodierer/Decodierer (Co­ dec), die zum digitalen Codieren des Gesprächs verwendet wer­ den, übertragen. Solche Sprach-Codec können entweder mit vol­ ler oder mit halber Rate (Geschwindigkeit) arbeiten. Ein DTC benötigt für die volle Rate zweimal so viele Zeitschlitze wäh­ rend einer gegebenen Zeitspanne wie ein DTC, der mit der hal­ ben Rate arbeitet, und bei der TIA/EIA/IS-54-B-Norm verwendet jeder Vollraten-DTC, zwei Schlitze jedes TDMA-Blocks, d. h. den ersten und den vierten, den zweiten und den fünften oder den dritten und den sechsten der sechs Schlitze eines TDMA-Blocks. Jeder Halbraten-DTC verwendet nur einen Zeitschlitz jedes TDMA-Blocks. Während jedes DTC-Zeitschlitzes werden 324 Bit übertragen, von denen der Hauptteil, 260 Bit, auf die Sprachausgabe des Codec zurückgeht, einschließlich Bits, die aus einer Fehlerkorrekturcodierung der Sprachausgabe stammen, und die verbleibenden Bits werden für Sicherheitszeiten und Verwaltungssignale für solche Zwecke wie die Synchronisierung verwendet.

Man wird sehen, daß das zellulare TDMA-System in einem Puffer- und-Burstmodus oder einem diskontinuierlichen Übertragungsmo­ dus arbeitet: Jede mobile Station sendet (und empfängt) nur während ihrer zugewiesenen Zeitschlitze. Bei der vollen Ge­ schwindigkeit oder Rate kann eine mobile Station z. B. während des Schlitzes 1 senden, während Schlitz 2 empfangen, während Schlitz 3 leerlaufen, während Schlitz 4 senden, während Schlitz 5 empfangen und während Schlitz 6 leerlaufen und dann während der nachfolgenden TDMA-Blöcke diesen Zyklus wiederho­ len. Die mobile Station, die batteriebetrieben sein kann, kann daher während der Zeitschlitze, in denen sie weder sendet noch empfängt, abgeschaltet oder "schlafen", um Energie zu sparen.

Zusätzlich zu Sprach- oder Verkehrskanälen sehen zellulare Funkübertragungssysteme auch Ruf(Paging)/Zugriffs- oder Steu­ erkanäle vor, um Nachrichten zum Aufbauen eines Anrufs zwi­ schen Basisstationen und mobilen Stationen zu übertragen. Bei der TIA/EIA/IS-54-B-Norm gibt es z. B. 21 reservierte analoge Steuerkanäle (ACC; Analog Control Channel), welche vorgegebene feste Frequenzen für das Senden und den Empfang haben, die in der Nähe von 800 MHz liegen. Da man diese ACCs immer bei den­ selben Frequenzen findet, können sie von den mobilen Stationen leicht lokalisiert und überwacht werden.

Während eines Ruhezustands (d. h. eingeschaltet, jedoch nicht während des Sendens oder des Empfangs eines Anrufs) stellt sich eine mobile Station in einem TIA/EIA/IS-54-B-System z. B. auf den stärksten Steuerkanal ein und überwacht diesen dann regelmäßig (im allgemeinen der Steuerkanal der Zelle, in wel­ cher die mobile Station sich zur Zeit befindet), und sie kann einen Anruf über die entsprechende Basisstation empfangen oder tätigen. Wenn sich die mobile Station im Ruhezustand von einer Zelle zur nächsten bewegt, wird sie schließlich die Funkver­ bindung auf dem Steuerkanal der "alten" Zelle "verlieren" und sich auf den Steuerkanal der "neuen" Zelle einstellen. Die anfängliche Einstellung und die nachfolgende Neueinstellung auf Steuerkanäle werden beide automatisch durch Abtasten der verfügbaren Steuerkanäle bei ihren bekannten Frequenzen durch­ geführt, um den "besten" Steuerkanal zu finden. Wenn ein Steu­ erkanal mit guter Empfangsqualität gefunden wurde, bleibt die mobile Station auf diesen Kanal eingestellt, bis sich die Qua­ lität wieder verschlechtert. Auf diese Weise bleiben die mobi­ len Stationen mit dem System "in Berührung".

Während des Ruhezustands muß eine mobile Station den Steuerka­ nal auf Rufnachrichten überwachen, die an sie gerichtet sind. Wenn z. B. ein normaler (festverdrahteter) Telefonbenutzer ei­ nen mobilen Benutzer anruft, wird der Anruf von dem öffentli­ chen Vermittlungs-Telefonnetz (PSTN; Public Switch Telefon Network) zu einem mobilen Schaltzentrum (MSC; Mobile Switching Center) geleitet, das die gewählte Nummer analysiert. Wenn die gewählte Nummer für gültig erklärt wird, fordert das MSC alle oder einen Teil der Nummern von Funkbasisstationen an, um die angerufenen mobile Station zu rufen, indem sie über ihre je­ weiligen Steuerkanäle Rufnachrichten sendet, welche die mobile Identifikationszahl (MIN; Mobile Identification Number) der angerufenen mobilen Station enthalten. Jede bereitstehende mobile Station, die eine Rufnachricht empfängt, vergleicht die empfangene MIN mit ihrer eigenen gespeicherten MIN. Die mobile Station mit der passenden gespeicherten MIN sendet eine Ruf­ antwort über den speziellen Steuerkanal zur Basisstation, wel­ che die Rufantwort an das MSC weitergibt.

Bei Empfang der Rufantwort wendet das MSC einen AVC oder einen DTC aus, welche der Basisstation, die die Rufantwort empfangen hat, zur Verfügung stehen, schaltet einen entsprechenden Funk- Sender/Empfänger (Transceiver) in dieser Basisstation ein und veranlaßt die Basisstation, über den Steuerkanal eine Nach­ richt zu der angerufenen mobilen Station zu senden, welche die angerufenen mobile Station anweist, sich auf den ausgewählten Sprach- oder Verkehrskanal einzustellen. Wenn sich die mobile Station einmal auf den ausgewählten AVC oder DTC eingestellt hat, wird eine Durchverbindung für den Anruf aufgebaut.

Die Leistungsfähigkeit von Systemen mit ACCs, die in der TIA/­ EIA/IS-54-B-Norm spezifiziert ist, wurde in einem System mit digitalen Steuerkanälen (DCCH) verbessert, das in der TIA/EIA/IS-136-Norm spezifiziert ist, auf die hier ausdrück­ lich Bezug genommen wird. Mit DCCHs kann jeder TIA/EIA/IS-54- B-Funkkanal nur DTCs, nur DCCHs oder eine Mischung aus DTCs und DCCHs führen. Innerhalb des TIA/EIA/IS-136-B-Rahmens kann jede Funkträgerfrequenz bis zu drei DTC/DCCH, die mit volelr Rate arbeiten, oder sechs DTC/DCCH, die mit halber Rate arbei­ ten, oder jede Kombination daraus, z. B. einen Vollraten- und vier Halbraten-DTC/DCCH, haben.

Im allgemeinen muß die Übertragungsrate des DCCHs jedoch nicht gleich der halben Rate oder der vollen Rate sein, die in der TIA/EIA/IS-54-B-Norm spezifiziert ist, und die Länge der DCCH- Schlitze muß nicht gleichmäßig und nicht gleich der Länge der DTC-Schlitze sein. Der DCCH kann auf einem TIA/EIA/IS-54-B- Funkkanal definiert sein, und er kann z. B. aus jedem n-ten Schlitz in dem Strom aus aufeinanderfolgenden TDMA-Schlitzen bestehen. In diesem Fall kann die Länge jedes DCCHs gleich oder ungleich 6,67 ms sein, was der Länge eines DTC-Schlitzes gemäß der TIA/EIA/IS-54-B-Norm entspricht. Alternativ (und ohne Beschränkung auf andere Möglichkeiten) können diese DCCH- Schlitze auf andere dem Fachmann bekannte Weise definiert wer­ den.

Bei den zellularen Telefonsystemen ist ein Luftverbindungspro­ tokoll notwendig, damit eine mobile Station mit den Basissta­ tionen und dem MSC kommunizieren kann. Das Verbindungsproto­ koll wird dazu verwendet, zellulare Telefonanrufe zu starten und zu empfangen. Das Übertragungs-Verbindungsprotokoll wird in der Datenübertragungsindustrie allgemein als Schicht 2-Pro­ tokoll bezeichnet, und seine Funktion umfaßt die Eingrenzung oder Einrahmung von Blöcken der Schicht 3-Nachrichten. Diese Schicht 3-Nachrichten können zwischen miteinander kommunizie­ renden, mit dem gleichen Schicht 3-Protokoll arbeitenden Ein­ heiten, die in den mobilen Stationen und den zellularen Schaltsystemen liegen, hin- und hergeschickt werden. Die phy­ sische Schicht (Schicht 1) definiert die Parameter des physi­ schen Übertragungskanals, z. B. Funkfrequenzabstände, Modula­ tionseigenschaften und dergleichen. Die Schicht 2 definiert die Techniken, die für die richtige Übertragung von Informa­ tion innerhalb der Beschränkungen des physischen Kanals not­ wendig sind, z. B. Fehlerkorrektur und -erfassung und derglei­ chen. Die Schicht 3 definiert die Prozeduren für den Empfang und die Verarbeitung der Information, die über den physischen Kanal übertragen wird.

Die Kommunikation zwischen den mobilen Stationen und dem zel­ lularen Schaltsystem (den Basisstationen und dem MSC) kann grundsätzlich mit Bezug auf die Fig. 1, 2(a) und 2(b) be­ schrieben werden. Fig. 1 zeigt schematisch mehrere Schicht 3- Nachrichten 11, Schicht 2-Blöcke 13 und Schicht 1-Kanalbursts oder Zeitschlitze 15. In Fig. 1 kann jede Gruppe aus Kanal­ bursts, die jeder Schicht 3-Nachricht entspricht, einen logi­ schen Kanal bilden, und wie oben beschrieben würden die Kanal­ bursts für eine gegebene Schicht 3-Nachricht üblicherweise nicht auf aufeinanderfolgenden Schlitzen in einem TIA/EIA/136- Träger liegen. Andererseits könnten die Kanalbursts auch auf­ einanderfolgen; sobald ein Zeitschlitz endet, könnte der näch­ ste Zeitschlitz beginnen.

Jeder Schicht 1-Kanalburst 15 enthält einen vollständigen Schicht 2-Block sowie weitere Informationen, wie Fehlerkorrek­ turinformation und anderer Verwaltungsinformation, die für den Betrieb der Schicht 1 benutzt wird. Jeder Schicht 2-Block ent­ hält wenigstens einen Teil einer Schicht 3-Nachricht sowie Verwaltungsinformation, die für den Betrieb der Schicht 2 be­ nutzt wird. Obwohl dies in Fig. 1 nicht gezeigt ist, enthält jede Schicht 3-Nachricht verschiedene Informationselemente, die als der Hauptgehalt der Nachricht betrachtet werden kön­ nen, einen Kopfabschnitt zum Identifizieren des jeweiligen Nachrichtentyps und möglicherweise Füllelemente.

Jeder Schicht 1-Burst und jeder Schicht 2-Block wird in mehre­ re verschiedene Felder aufgeteilt. Im speziellen enthält jedes längenbegrenzte DATEN-Feld (DATA) in jedem Schicht 2-Block die Schicht 3-Nachricht 11. Da Schicht 3-Nachrichten abhängig von der Menge der in der Schicht 3-Nachricht enthaltenen Informa­ tion verschiedene Längen haben, können mehrere Schicht 2- Blöcke für die Übertragung einer einzigen Schicht 3-Nachricht notwendig sein. Als ein Resultat können auch mehrere Schicht 1-Kanalbursts notwendig sein, um die gesamte Schicht 3-Nach­ richt zu übertragen, weil zwischen den Kanalbursts und den Schicht 2-Blöcken eine 1 : 1-Entsprechung besteht.

Wenn mehr als ein Kanalburst zum Senden einer Schicht 3-Nach­ richt notwendig ist, sind die mehreren Bursts oder Signalbün­ del, wie oben erwähnt, üblicherweise keine aufeinanderfolgen­ den Bursts auf dem Funkkanal. Darüberhinaus sind die mehreren Bursts nicht einmal normalerweise aufeinanderfolgende Bursts, die für den speziellen Lokalkanal reserviert sind, der zum Übertragen der Schicht 3-Nachricht verwendet wird. Da zum Emp­ fangen, Verarbeiten und Reagieren auf jeden empfangenen Burst Zeit notwendig ist, werden die für die Übertragung einer Schicht 3-Nachricht notwendigen Bursts üblicherweise in einem gestaffelten Format gesendet, daß schematisch in Fig. 2(a) gezeigt ist und oben in Verbindung mit der TIA/EIA/IS-136-Norm beschrieben wurde.

Fig. 2(a) zeigt ein allgemeines Beispiel eines Vorwärts- (oder Abwärtsverbindungs)-DCCH (Downlink-DDCH), der als eine Folge von Zeitschlitzen 1, 2, . . ., N, . . . konfiguriert ist, die in den aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen 1, 2, . . . ent­ halten sind, die auf einer Trägerfrequenz gesendet werden. Diese DCCH-Schlitze können als ein Funkkanal definiert werden, wie der gemäß TIA/EIA/IS-136 definierte, und sie können, wie in Fig. 2(a) gezeigt, z. B. aus jedem n-ten Schlitz einer Rei­ he von aufeinanderfolgenden Schlitzen bestehen. Jeder DCCH- Schlitz hat eine Dauer, die gleich 6,67 ms sein kann oder nicht, was der Länge eines DTC-Schlitzes gemäß der TIA/EIA/IS- 136-Norm entspricht.

Wie in Fig. 2(a) gezeigt, können die DCCH-Schlitze in Super­ blöcken (SF; Super Frames) organisiert sein, und jeder Super­ block umfaßt mehrere logische Kanäle, die unterschiedliche Arten von Information tragen. Einer oder mehrere DCCH-Schlitze können jedem logischen Kanal in dem Superblock zugeordnet wer­ den. Das Beispiel des Abwärtsverbindungs-Superblocks in Fig. 2(a) umfaßt drei logische Kanäle: einen Sende-Steuer-Kanal (BCCH; Broadcast Control Channel) mit zwei aufeinanderfolgen­ den Schlitzen für Verwaltungsnachrichten; einen Rufkanal (PCH; Paging Channel) mit einem Schlitz für Rufnachrichten; und ei­ nen Zugriffs-Reaktionskanal (ARCH; Access Response Channel) mit einem Schlitz für Kanalzuweisungen und andere Nachrichten. Die verbleibenden Zeitschlitze können bei dem Beispiel des Superblocks der Fig. 2(a) für andere logische Kanäle reser­ viert werden, wie zusätzliche Rufkanäle PCH oder andere Kanä­ le. Da die Anzahl der mobilen Stationen normalerweise wesent­ lich größer ist als die Anzahl der Schlitze in dem Superblock, wird jeder Rufschlitz zum Rufen mehrerer mobiler Stationen verwendet, die eine eindeutige Eigenschaft gemeinsam haben, z. B. die letzte Ziffer der MIN.

Fig. 2(b) zeigt ein bevorzugtes Informationsformat für die Schlitze eines Vorwärts-DCCH. Die in jedem Schlitz übertragene Information umfaßt mehrere Felder, und Fig. 2(b) gibt die An­ zahl der Bits in jedem Feld über diesem Feld an. Die in dem SYNC-Feld gesendeten Bits werden auf herkömmliche Weise dazu verwendet, den korrekten Empfang der codierten Superblockphase (CSFP; Coded Superframe Phase) und der DATEN-Felder (DATA) sicherzustellen. Das SYNC-Feld umfaßt ein vorgegebenes Bitmu­ ster, das von den Basisstationen dazu verwendet wird, den An­ fang des Schlitzes zu finden. Die gemeinsam genutzte Kanal­ rückführung (SCF; Shared Channel Feedback) wird zum Steuern eines Direktzugriffskanals (RACH; Random Access Channel) ver­ wendet, der von den mobilen Stationen für die Anforderung des Zugangs zu dem System verwendet wird. Das CSFP-Feld führt ei­ nen codierten Superblock-Phasenwert mit, der es den mobilen Stationen ermöglicht, den Anfang jedes Superblocks zu finden. Dies ist nur ein Beispiel für das Informationsformat bei den Schlitzen des Vorwärts-DCCH.

Um einen effizienten Betrieb im Schlafmodus und eine schnelle Auswahl der Zellen zu ermöglichen, kann der BCCH in mehrere Unterkanäle aufgeteilt werden. Es ist eine BCCH-Struktur be­ kannt, welche es der mobilen Station ermöglicht, eine minimale Informationsmenge zu lesen, wenn sie eingeschaltet wird (oder wenn sie sich auf einen DCCH aufschaltet (lock-on)), bevor sie auf das System zugreifen kann (einen Anruf senden oder empfan­ gen kann). Nach dem Einschalten muß eine mobile Station im Ruhezustand regelmäßig nur ihre zugewiesenen PCH-Schlitze überwachen (üblicherweise einen in jedem Superblock); die mo­ bile Station kann während der anderen Schlitze "schlafen". Das Verhältnis der Zeit, welche die mobile Station mit dem Lesen von Rufnachrichten verbringt, zu der Zeit, die sie im Schlaf­ modus ist, ist steuerbar und stellt einen Kompromiß zwischen der Verzögerung beim Aufbau eines Anrufs und dem Energiever­ brauch dar.

Da jeder TDMA-Zeitschlitz eine bestimmte feste Informations­ kapazität hat, trägt jeder Burst oder jedes Signalbündel übli­ cherweise nur einen Teil einer Schicht 3-Nachricht, wie oben erklärt wurde. In der Aufwärts-Verbindungsrichtung versuchen mehrere mobile Stationen mit dem System im Konkurrenzbetrieb zu kommunizieren, während mehrere mobile Stationen auf Schicht 3-Nachrichten warten, die von dem System in der Abwärts-Ver­ bindungsrichtung gesendet werden. Bei bekannten Systemen muß jede gegebene Schicht 3-Nachricht mit sovielen TDMA-Kanal­ bursts übertragen werde, wie zum Senden der gesamten Schicht 3-Nachricht notwendig sind.

Digitale Steuer- und Verkehrskanäle sind aus solchen Gründen wünschenswert wie der Unterstützung längerer Schlafperioden für die mobilen Einheiten, die zu einer längeren Lebensdauer der Batterien führen.

Die Funktionalität der digitalen Verkehrskanäle und der digi­ talen Steuerkanäle wurde erweitert, um die Kapazität des Sy­ stems zu optimieren und um hierarchisch Zellenstrukturen zu unterstützen, d. h. Strukturen von Makrozellen, Mikrozellen, Pikozellen etc. Der Begriff "Makrozelle" bezeichnet im allge­ meinen einen Zelle mit einer Größe, die vergleichbar den Grö­ ßen der Zellen in einem üblichen zellularen Telefonsystem sind (z. B. mit einem Radius von wenigstens ungefähr einem Kilome­ ter), und die Begriffe "Mikrozelle" und "Pikozelle" bezeichnen algemein zunehmend kleinere Zellen. Eine Mikrozelle kann z. B. einen öffentlichen Innen- oder Außenbereich abdecken, z. B. ein Kongreßzentrum oder eine belebte Straße, und eine Pikozelle kann den Flurbereich eines Büros oder ein Geschoß eines Hoch­ hauses abdecken. Aus Sicht der Funkabdeckung können sich Ma­ krozellen, Mikrozellen und Pikozellen voneinander unterschei­ den oder einander überlappen, um unterschiedliche Verkehrsmu­ ster und Funkumgebungen zu verarbeiten.

Fig. 3 ist ein Beispiel für ein hierarchisches oder mehr­ schichtiges zellulares System. Eine Schirm-Makrozelle 10, die durch eine hexagonale Form dargestellt ist, bildet eine zel­ lulare Deckstruktur. Jede Schirmzelle kann eine darunterlie­ gende Mikrozellenstruktur enthalten. Die Schirmzelle 10 umfaßt die Mikrozelle 20, welche durch den innerhalb der gepunkteten Linie eingeschlossenen Bereich dargestellt ist, und die Mikro­ zelle 30, welche durch den innerhalb der getrichelten Linie eingeschlossenen Bereich dargestellt ist, und die beide Berei­ chen entsprechen, die sich an städtischen Straßen entlang er­ strecken, und sie umfaßt die Pikozellen 40, 50 und 60, die einzelne Geschosse eines Gebäudes abdecken. Der Schnittpunkt der zwei Straßen, der von den Mikrozellen 20 und 30 abgedeckt wird, kann ein Bereich mit hoher Verkehrskonzentration sein und somit einen "heißen" Punkt darstellen.

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels eines zellularen mobilen Funktelephonsystems mit dem Beispiel einer Basissta­ tion 110 und einer mobilen Station 120. Die Basisstation um­ faßt eine Steuer- und Verarbeitungseinheit 130, die mit dem MSC 140 verbunden ist, der seinerseits mit dem PSTN (nicht ge­ zeigt) verbunden ist. Die grundsätzlichen Aspekte solcher zel­ lularer Funktelephonsysteme sind im Stand der Technik bekannt und z. B. in der US 5,175,867 von Wejke et al., mit dem Titel "Neighbor-Assisted Handoff in Cellular Communication System" beschrieben, auf die hier Bezug genommen wird.

Die Basisstation 110 verarbeitet mehrere Sprachkanäle über ei­ nen Sprachkanal-Transceiver (Sender-Empfänger) 150, der von der Steuer- und Verarbeitungseinheit 130 gesteuert wird. Jede Basisstation umfaßt auch einen Steuerkanal-Transceiver 160, der mehr als einen Steuerkanal verarbeiten kann. Der Steuerka­ nal-Transceiver 160 wird von der Steuer- und Verarbeitungsein­ heit 130 gesteuert. Der Steuerkanal-Transceiver 160 sendet Steuerinformation über den Steuerkanal der Basisstation oder Zelle zu mobilen Stationen, die auf diesen Steuerkanal ge­ schaltet (locked) sind. Man wird verstehen, daß die Transcei­ ver 150 und 160 als eine einzige Einrichtung, wie der Sprach- und Steuer-Transceiver 170, realisiert und zusammen mit den DCCHs und DTCs eingesetzt werden können, welche dieselbe Funk­ trägerfrequenz verwenden.

Die mobile Station 120 empfängt die Information, die auf einem Steuerkanal gesendet wurde, bei ihrem Sprach- und Steuerkanal- Transceiver 170. Dann bewertet die Verarbeitungseinheit 180 die empfangene Steuerkanalinformation, welche die Eigenschaf­ ten der Zellen umfaßt, die Kandidaten für das Aufschalten der mobilen Station sind, und sie ermittelt, auf welche Zelle die mobile Station geschaltet werden soll. Vorzugsweise umfaßt die empfangene Steuerkanalinformation nicht nur absolute Informa­ tion in Bezug auf die Zelle, zu der sie gehört, sondern auch relative Information in Bezug auf andere Zellen in der Nähe der Zelle, zu welcher der Steuerkanal gehört, wie in der US 5,353,332 von Raith et al., mit dem Titel "Method and Apparatus for Communication Control in a Radiotelephone Sy­ stem" beschrieben ist, auf die hier Bezug genommen wird.

Um die "Sprechzeit" des Benutzers zu erhöhen, d. h. die Lebens­ dauer der Batterie der mobilen Station, kann ein digitaler Vorwärtssteuerkanal (Basisstation zu mobiler Station) vorge­ sehen werden, der Nachrichtentypen übertragen kann, welche für die heutigen analogen Vorwärtssteuerkanäle (FOCC; Forward Con­ trol Channel) spezifiziert sind, jedoch in einem Format, daß es einer mobilen Station im Ruhezustand erlaubt, Verwalungs­ nachrichten zu lesen, wenn sie sich auf den FOCC schaltet, und danach nur, wenn die Information sich geändert hat; zu allen anderen Zeiten schläft die mobile Station. In einem solchen System werden einige Nachrichtentypen von den Basisstationen häufiger gesendet als andere, und die mobilen Stationen müßten nicht jede gesendete Nachricht lesen.

Die durch die TIA/EIA/IS-54-B- und TIA/EIA/IS-136-Normen spe­ zifizierten Systeme gehören zur Durchschalte-Vermittlungstech­ nologie, die eine Art der "verbindungsorientierten" Datenüber­ tragung ist, die eine physische Rufverbindung einrichtet und diese Verbindung solange aufrechterhält, wie die kommunizie­ renden Endsysteme auszutauschende Daten haben. Die direkte Verbindung eines Schaltkreisschalters dient als offene Leitung (Pipeline) die es den Endsystemen erlaubt, den Schaltkreis für jeden geeigneten Zweck zu verwenden. Während die durchgeschal­ tete Datenübertragung für Anwendungen mit konstanter Band­ breite gut geeignet sein mag, ist sie bei Anwendungen mit niedriger Bandbreite und Bildung von Signalbündeln (Bursts) relativ ineffizient.

Die Paketvermittlungstechnologie, die verbindungsorientiert (z. B. X.25) oder "verbindungslos" (z. B. das Internetprotokoll "IP") sein kann, erfordert keinen Aufbau und Abbau einer phy­ sischen Verbindung und steht somit in deutlichem Gegensatz zur Durchschalte-Vermittlungstechnologie. Dadurch verringert sich die Datenwartezeit, und die Effizienz eines Kanals bei der Verarbeitung relativ kurzer, burst-artiger oder interaktiver Transaktionen erhöht sich. Ein verbindungsloses Paketvermitt­ lungsnetzwerk verteilt die Leitwegfunktionen auf mehrere Leit­ wegeinrichtungen und verhindert so mögliche Verkehrsengpässe, die auftreten könnten, wenn eine zentrale Schaltstelle verwen­ det wird. Die Daten werden mit einer geeigneten Adressierung der Endsysteme "paketiert" und dann in unabhängigen Einheiten über den Datenpfad gesendet. Zwischensysteme, die manchmal als "Router" bezeichnet werden und zwischen den kommunizierenden Endsystemen liegen, treffen Entscheidungen über die beste zu wählende Route für jedes Paket einzeln. Leitwegentscheidungen werden auf zahlreiche Merkmale gestützt, einschließlich der folgenden: kostengünstigste Route oder Kostenmaß; Kapazität der Verbindung; Anzahl der auf eine Übertragung wartenden Pa­ kete; Sicherheitsanforderungen für die Verbindung; Betriebs­ zustand eines Zwischensystems (Knotens).

Die Datenübertragung entlang einer Route, welche Wegmaße be­ rücksichtigt, im Gegensatz zu einem Aufbau mit einem einzelnen Schaltkreis, ermöglicht Flexibilität bei der Anwendung und Übertragung. Dies entspricht auch der Art und Weise, wie die meisten üblichen lokalen Netze (LAN; Local Area Network) und Fernnetze (WAN; Wide Area Network) sich in der Unternehmens­ welt entwickelt haben. Die Paketvermittlung eignet sich für die Datenübertragung, weil viele der verwendeten Anwendungen und Geräte, wie Tastaturterminals, interaktiv sind und Daten in Signalbündeln übertragen. Anstatt das ein Kanal leerläuft, während ein Benutzer mehr Daten in das Terminal eingibt oder eine Pause macht, um über ein Problem nachzudenken, verzahnt die Paketvermittlung mehrerer Sendungen von verschiedenen Ter­ minals auf dem Kanal.

Die Paketdaten führen zu einer größeren Robustheit des Netzes, weil sie unabhängig von dem Weg sind und der Router alternati­ ve Wege wählen kann, wenn ein Netzknoten ausfällt. Die Paket­ vermittlung ermöglicht daher eine bessere Ausnutzung der Netz­ leitungen. Die Pakettechnologie bietet die Möglichkeit, dem Endverbraucher die Kosten auf der Grundlage der übertragenen Datenmenge anstelle der Verbindungszeit zu berechnen. Wenn die Anwendung des Endverbrauchers so konzipiert ist, daß sie die Luftverbindung gut ausnutzt, wird die Anzahl der übertragenen Pakete minimal. Wenn der Verkehr jedes einzelnen Benutzers auf einem Minimum gehalten wird, kann der Bereitsteller des Dien­ stes (Serviceprovider) die Kapazität des Netzes nachhaltig erhöhen.

Paketnetze werden üblicherweise aufgrund der in der Industrie üblichen Datennormen konzipiert und auf diese gestützt, wie das Modell der systemfreien Schnittstelle (OSI; Open Systen Interface) oder das TCP/IP-Protokoll. Diese Normen wurden wäh­ rend vieler Jahre, ob offiziell oder de facto, entwickelt, und die Anwendungen, die mit diesen Protokollen arbeiten, stehen überall zur Verfügung. Das Hauptziel der Netze, die sich auf diese Normen stützen, ist es, eine Verbindung mit anderen Net­ zen möglich zu machen. Das Internet ist heute das offensicht­ lichste Beispiel für die Verfolgung dieses Ziels der normge­ bundenen Netze.

Paketnetze, wie das Internet oder ein Unternehmens-LAN, sind integrale Bestandteile der heutigen Geschäfts- und Kommunika­ tionsumgebung. Mit der Zunahme von mobilen Rechnern in diesen Umgebungen sind die drahtlosen Serviceprovider, wie die, wel­ che die TIA/EIA/IS-136-Norm verwenden, in der besten Position, um den Zugang zu diesen Netzen vorzusehen. Gleichwohl stützen sich die Datendienste, welche für zellulare System vorgesehen oder vorgeschlagen wurden, im allgemeinen auf den Durchschal­ tevermittlungs-Betriebsmodus, bei dem ein eigener Funkkanal für jeden aktiven mobilen Benutzer verwendet wird.

Einige wenige Ausnahmen zu den Datendiensten für zellulare Sy­ steme, die auf der Grundlage des Durchschaltevermittlungs-Be­ triebsmodus arbeiten, sind in den folgenden Dokumenten be­ schrieben, die die Paketdaten-Konzepte betreffen.

Die US 4,887,265 und "Packet Switching in Digital Cellular Systems", Proceedings der 38. IEEE Vehicular Technology Confe­ rence, Seiten 414-418 (Juni 1988) beschreiben ein zellulares System, das mehrfach genutzte Paketdaten-Funkkanäle vorsieht, von denen jeder mehrere Datenanrufe aufnehmen kann. Eine mobi­ le Station, welche den Paketdatendienst anfordert, wird einem bestimmten Paketdatenkanal zugewiesen, indem eine im wesentli­ chen regelmäßige zellulare Signalgebung verwendet wird. Das System kann Paketzugangspunkte (PAP; Packet Access Point) für die Bildung von Schnittstellen zu Paketdatennetzen aufweisen. Jeder Paketdaten-Funkkanal ist mit einem bestimmten PAP ver­ bunden und kann somit zu diesem PAP gehörende Datenanrufe im Multiplexbetrieb vermitteln. Übergaben werden von dem System auf ähnliche Weise ausgelöst wie Übergaben, die in demselben System für Sprachanrufe verwendet werden. Eine neue Art der Übergabe wird für solche Fälle vorgesehen, daß die Kapazität eines Datenkanals nicht ausreichend ist.

Diese Dokumente sind datenanruf-orientiert und stützen sich auf die Verwendung von Übergaben, die von dem System ausgelöst werden, ähnlich wie bei normalen Sprachanrufen. Die Anwendung dieser Grundsätze auf den Aufbau eines Allzweck-Paketdaten­ dienstes in einem zellularen TDMA-System würde zu Nachteilen bei der Spektrumseffizienz und der Leistung führen.

Die US 4,916,691 beschreibt eine neue zellulare Funksystem­ architektur mit Paketmodus und ein neues Verfahren zum Leiten von (Sprach- und/oder Daten)-Paketen zu einer mobilen Station. Basisstationen, öffentliche Schaltstellen, die über Verbin­ dungsschnittstelleneinheiten laufen, und zellulare Steuerein­ heiten sind über ein WAN miteinander verbunden. Die Leitweg­ prozedur stützt sich auf von den mobilen Stationen ausgelöste Übergaben und die Hinzufügung eines Identifikationselementes der. Basisstation, durch die das Paket geht, zu dem Kopfteil jedes Paketes, das (während eines Anrufs) von einer mobilen Station gesendet wird. Im Falle einer längeren Zeitspanne zwi­ schen aufeinanderfolgenden Benutzerinformationspaketen von einer mobilen Station, kann die mobile Station zusätzliche Steuerpakete senden, um Zellenstandortinformation mitzuteilen.

Die zellulare Steuereinheit ist hauptsächlich mit dem Einrich­ ten des Anrufs befaßt, wenn sie dem Anruf eine Rufsteuernummer zuweist. Sie informiert dann die mobile Station über die Ruf­ steuernummer und die Vermittlungsschnittstelleneinheit über die Rufsteuernummer und das Identifikationselement der An­ fangs-Basisstation. Während eines Anrufs werden dann Pakete direkt zwischen der Vermittlungs-Schnittstelleneinheit und der momentan zuständigen Basisstation weitergeleitet.

Das in der US 4,916,691 beschriebene System betrifft nicht direkt die spezifischen Probleme beim Vorsehen von Paketdaten­ diensten in zellularen TDMA-Systemen.

"Packet Radio in GSM", European Telecommunications Standards Institute (ETSI) T Doc SMG 4 58/93 (12. Februar 1993) und "A General Packet Radio Service Proposed for GSM", vorgestellt während eines Seminars mit dem Titel "GSM in a Future Competi­ tive Environment", Helsinki, Finnland (13. Oktober 1993) um­ reißt ein mögliches Paketzugriffsprotokoll für Sprache und Daten im GSM. Diese Dokumente betreffen direkt zellulare TDMA- Systeme, d. h. GSM, und obwohl sie eine mögliche Organisation eines optimierten mehrfach genutzten Paketdatenkanals umrei­ ßen, befassen sie sich nicht mit den Aspekten der Integration von Paketdatenkanälen in einer Systemgesamtlösung.

"Packet Data over GSM network", T Doc SMG 1 238/93, ETSI (28. September 1993) beschreibt ein Konzept für Paketdatendienste im GSM gestützt auf zunächst die Verwendung einer üblichen GSM-Signalgebung und Berechtigungsvergabe, um einen virtuellen Kanal zwischen einer mobilen Paketstation und einem "Agenten" einzurichten, der den Zugriff auf die Paketdatendienste hand­ habt. Die normale Signalgebung wird für einen schnellen Kanal­ aufbau und eine schnelle Kanalfreigabe modifiziert, und die normalen Verkehrskanäle werden dann für die Übertragung von Paketen verwendet. Dieses Dokument betrifft direkt zellulare TDMA-Systeme, da sich das Konzept jedoch auf die Verwendung einer "Schnellschalt"-Version der vorhandenen GSM-Verkehrska­ näle stützt, hat es Nachteile in bezug auf die Spektrumseffi­ zienz und die Paketübertragungsverzögerung (insbesondere für kurze Nachrichten), wenn man es mit einem Konzept vergleicht, das sich auf optimierte mehrfach benutzte Paketdatenkanäle stützt.

Die Cellular Digital Packet Data (CDPD) Systemspezifikation, Version 1,0 (Juli 1993), auf die hier ausdrücklich Bezug ge­ nommen wird, beschreibt ein Konzept für Paketdatendienste, das verfügbare Funkkanäle in den derzeitigen Advanced Mobile Phone Service (AMPS) Systemen, d. h. dem nordamerikanischen analogen zellularen System, verwendet. CDPD ist eine umfassende, sy­ stemungebundene (offene) Spezifikation, die von einer Gruppe von Mobilfunkbetreibern in den USA unterzeichnet wurde. Die behandelten Punkte umfassen externe Schnittstellen, Luftver­ bindungs-Schnittstellen, Dienste, Netzarchitektur, Netzmanage­ ment und Verwaltung.

Das spezifizierte CDPD-System stützt sich in großem Umfang auf eine Infrastruktur, die unabhängig von der existierenden AMPS- Infrastruktur ist. Gemeinsamkeiten mit den AMPS-Systemen sind auf die Verwendung derselben Art von Funkfrequenzkanälen und derselben Basisstationsanlagen (die von CDPD verwendete Basis­ station kann neu und CDPD-spezifische sein) und den Einsatz einer Signalgebungsschnittstelle für die Koordination der Ka­ nalzuweisungen zwischen den beiden Systemen beschränkt.

Der Leitweg eines Pakets einer mobilen Station wird zunächst auf die Vermittlung des Pakets zu einem Heimnetzknoten (Home Mobile Data Intermediate System, MD-IS) gestützt, der mit ei­ nem Heimatortregister (HLR; Home Location Register) ausgestat­ tet ist, wobei hierzu die Adresse der mobilen Station verwen­ det wird; dann wird das Paket, wenn nötig, zu einem besuchten Dienst-MD-IS geleitet, und zwar gestützt auf die HLR-Informa­ tion; und schließlich wird das Paket von dem Dienst-MD-IS über die momentane Basisstation übertragen, wenn die mobile Station ihre Dienst-MD-IS ihrem Zellenstandort mitteilt.

Obwohl die CDPD-Systemspezifikation sich nicht direkt auf die spezifischen Probleme bezieht, die beim Vorsehen von Paketda­ tendiensten in zellularen TDMA-Systemen entstehen und mit de­ nen sich diese Anmeldung befaßt, können die Aspekte und Kon­ zepte des Netzes, welche in der CDPD-Systemspezifikation be­ schrieben sind, als eine Grundlage für die Netzwerkaspekte verwendet werden, die für das Luftverbindungs-Protokoll gemäß dieser Erfindung benötigt werden.

Das CDPD-Netz ist als Erweiterung bestehender Datenübertra­ gungsnetze und des zellularen AMPS-Netzes konzipiert. Existie­ rende verbindungslose Netzprotokolle können für den Zugriff auf das CDPD-Netz verwendet werden. Da man davon ausgeht, daß sich das Netz immer weiter entwickelt, verwendet es ein offe­ nes oder systemungebundenes Netzdesign, welches das Hinzufügen weiterer Netzschichtprotokolle erlaubt, wenn dies zweckmäßig ist. Die CDPD-Netzdienste und -protokolle sind auf die Netz­ werkschicht des OSI-Modells und darunter beschränkt. Diese Maßnahme erlaubt es, daß die Protokolle und Anwendungen der höheren Schichten entwickelt werden können, ohne das darunter­ liegende CDPD-Netz zu verändern.

Aus Sicht des Nutzers der mobilen Station ist das CDPD-Netz eine drahtlose mobile Vergrößerung der traditionellen Netze für sowohl Daten als auch Sprache. Durch Verwenden der Netz­ dienste eines CDPD-Serviceproviders kann der Benutzer nahtlos auf Datenanwendugen zugreifen, von denen viele in traditionel­ len Datennetzen liegen können. Das CDPD-System kann als zwei verbundene Dienstgruppen betrachtet werden: CDPD-Netzunter­ stützungsdienste und CDPD-Netzdienste.

Die CDPD-Netzuntersützungsdienste führen Aufgaben durch, wel­ che zum Warten und Verwalten des CDPD-Netzes notwendig sind. Diese Dienste umfassen: Buchhaltungsserver; Netzmanagementsy­ steme; Nachrichtenübertragungsserver; und Berechtigungsverga­ beserver. Diese Dienste werden definiert, um die Interopera­ bilität zwischen den Serviceprovidern zu ermöglichen. Wenn sich das CDPD-Netz technisch über seine ursprünglich AMPS-In­ frastruktur hinaus entwickelt, wird erwartet, daß die Netzun­ terstützungsdienste unverändert bleiben. Die Funktionen der Netzunterstützungsdienste sind für jedes mobile Netzwerk not­ wendig und unabhängig von Hochfrequenztechnologie (RF; Radio Frequency).

Es sind Systeme bekannt, welche die Paketdatenfunktion mit z. B. dem GSM-System kombinieren, wie in dem Dokument WO 95/16330 A1 beschrieben. Weiterhin sind Systeme bekannt, welche eine Form eines Schlaf- oder Energiesparmodus umfassen, wie in den Dokumenten WO 94/13089 A1 und EP 0 615 364 A1 beschrieben. Keines dieser Systeme beschreibt jedoch die Kombination von CDPD-Paketdatenfunktionen mit den D-AMPS-Systemen oder regt diese an.

CDPD-Netzdienste sind Datenübertragungsdienste, welche es den Benutzern ermöglichen, mit Datenanwendungen zu kommunizieren. Zusätzlich können eine oder beide Enden der Datenübertragungs­ einrichtungen mobil sein.

Zusammengefaßt gibt es einen Bedarf an Systemen, welche All­ zweck-Paketdatendienste in zellularen D-AMPS-Systemen vorse­ hen, die sich auf mehrfach benutzte Paketdatenkanäle stützen, welche für die Paketdaten optimiert sind. Diese Anwendung richtet sich auf Systeme und Verfahren, welche die Vorteile eines verbindungsorientierten Netzes, wie das durch die TIA/­ EIA/IS-136-Norm definierte, und eines verbindungslosen Paket­ datennetzes in sich vereinigen. Ferner betrifft die Erfindung den Zugriff auf das CDPD-Netz.

Gemäß eines Aspekts der Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern eines Aktivitätsmodus einer mobilen Station vor­ gesehen, nachdem das System eine Transaktion mit der mobilen Station ausgelöst oder beendet hat. Der Aktivitätsmodus entspricht einer Bedingung, ob die mobile Station "wach" bleibt oder in einen Schlafmodus geht, was dem System bekannt gemacht werden muß. Wenn die mobile Station nicht sofort in den Schlafmodus geht, kann die Basisstation erwarten, daß die mobile Station alle Nichtsende-Kanalschlitze auf dem Vorwärts­ steuerkanal liest. Wenn die mobile Station im Schlafmodus ist, liest die mobile Station nur ihre zugewiesenen Rufschlitze. Die mobile Station darf nicht in den Schlafmodus gehen, bis nicht eine vorgegebene Aktivitätszeitspanne verstrichen ist; während der Aktivitätszeit liest die mobile Station weiter alle Schlitze. Als eine Folge kann die mobile Station sofort Pakete empfangen und dadurch Aufbauzeit sparen, welche die Ansprechzeit der mobilen Station verlängert.

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutli­ cher aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. In den Figuren zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht mehrerer Schicht 3- Nachrichten, Schicht 2-Blöcke und Schicht 1- Kanalbursts oder -Zeitschlitze;

Fig. 2(a) zeigt einen Vorwärts-DCC, der als eine Reihe von Zeitschlitzen konfiguriert ist, welche in den mit der Trägerfrequenz gesendeten aufein­ anderfolgenden Zeitschlitzen enthalten sind;

Fig. 2(b) zeigt ein Beispiel eines IS-136-DCCH-Feld- Schlitzformats;

Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines hierarchischen oder mehrschichtigen zellularen Systems;

Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm eines beispielhaften zellularen Funktelefonsystems mit einer Basis­ station und einer mobilen Station;

Fig. 5 zeigt ein Beispiel einer möglichen Abbildungs­ folge;

Fig. 6 (a) bis 6(c) zeigen Beispiele für Funktionsmodi der mobilen Station; und

Fig. 7 zeigt ein Beispiel eines Intramodus- und eines Intermodus-Aufrufs.

Die Erfindung betrifft die Realisierung von Protokollen und Prozeduren für die verbindungslose Übertragung zwischen der mobilen Station und einer Basisstation. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Luftschnittstellen-Protokoll und die zugehörigen Prozeduren für die mobile Station, die für paketierte Daten notwendig sind, welche sich auf die IS-136- Norm stützen. Das Protokoll und die Prozeduren ähneln gemäß einem Aspekt dieser Erfindung dem Betrieb des digitalen Steuerkanals (DCCH) der IS-136-Norm, weil die IS-136 dazu kon­ zipiert wurde, z. B. eine verbindungslose Übertragung im Rahmen eines Kurznachrichtendienstes zwischen zwei Punkten auf dem DCCH vorzusehen. Gestützt auf diese Tatsache wurden das IS- 136-Protokoll und die Prozeduren erweitert, um mit dieser Aus­ führungsform der Erfindung paketorientierte Dienste zu unter­ stützen. Allgemeiner gesprochen betrifft die Erfindung die Übertragung zwischen einer Basisstation und Netzwerkeinheiten unter Verwendung eines normierten oder privaten Paketnetzes oder unter Verwendung eines verbindungsorientierten Proto­ kolls, da keine Annahmen über das Netz getroffen werden. Der Netzwerkaspekt der CDPD-Spezifikation ist ein Beispiel, das bei der Realisierung dieser Erfindung eingesetzt werden kann.

Um die Flexibilität der Funktionsmerkmale zu maximieren und die Terminalrealisierung auf besondere Anwendungen in bestimm­ ten Ausführungsformen der Erfindung zuzuschneiden, werden ver­ schiedene Bandbreitenzuweisungen vorgesehen. Eine solche Band­ breitenzuweisung ist ein bewirteter PDCH (hosted PDCH), der ein zusätzlicher logischer Unterkanal auf dem digitalen IS- 136-Steuerkanal ist. Der bewirtete PDCH erlaubt einen minima­ len Realisierungsaufwand, schafft jedoch nur eine begrenzte Durchsatzgeschwindigkeit oder -rate. Drei weitere Bandbreiten­ zuweisungen, die auf dem überlassenen PDCH vorgesehen werden, sind ein PDCH mit voller Rate, ein PDCH mit doppelter Rate und ein PDCH mit dreifacher Rate. Ein PDCH kann auf demselben Trä­ ger mit IS-136-DCCHs und DTCs bis zu der Geschwindigkeits- oder Ratengrenze gemischt werden, die drei Kanälen mit voller Rate entspricht.

Das Protokoll und die Prozeduren für die verbindungslose Übertragung zwischen mobiler Station und Basisstation gemäß dieser Erfindung zielen auf die Maximierung der Leistung. Eine wünschenswerte Funktionserweiterung dieser Erfindung ist die. Einführung von PDCH-Rufbereichen (Paging-Bereiche) und eine Registrierung wie bei IS-136, welche die Möglichkeit schafft, Schicht 3-Nachrichten zu senden, die für die verbindungslose Übertragung auf einem verbindungsorientierten DTC definiert sind, das Vorsehen von IS-136-Rufanzeigeelementen während der Übertragung auf dem PDCH und das Vorsehen einer eigenen PDCH- Benachrichtigung während der Übertragung auf einem DTC. Im folgenden ist eine mögliche Gruppe von bestimmten Protokollen und Prozeduren zum Verbessern verschiedener Aspekte der ver­ bindungslosen Übertragung zwischen mobilen Stationen und Basisstationen erläutert.

Für ein besseres Verständnis ist eine mögliche Abbildungs- oder Konvertierungsfolge in Fig. 5 dargestellt, die einen reservierten (oder überlassenen) digitalen PDCH als ein Bei­ spiel zeigt, wie eine Schicht 3-Nachricht auf mehrere Schicht 2-Blöcke abgebildet wird, sowie ein Beispiel der Abbildung eines Schicht 2-Blockes auf einen FPDCH-Zeitschlitz oder Zeit- Block und ein Beispiel einer Zeitschlitz-Abbildung auf einen PDCH-Kanal. Die Längen der Zeitschlitze des Vorwärts-PDCH (FPDCH) und der Signalbündel (Bursts) des Rückwärts-PDCH (RPDCH) sind fest, obwohl es drei Formen RPDCH-Signalbündeln geben kann, die unterschiedliche feste Längen haben. Es wird angenommen, daß sich die FPDCH-Zeitschlitze in Fig. 5 in der physischen Schicht befinden. Bei der vorliegenden Erfindung ist die TDMA-Blockstruktur genauso wie bei dem IS-136-DCCH und dem DTC. Im Interesse eines maximalen Durchsatzes wird ein zusätzliches FPDCH-Schlitzformat spezifiziert, wenn ein Kanal mit mehrfacher Rate verwendet wird (PDCH mit doppelter Rate und PDCH mit dreifacher Rate). Wie der Fachmann verstehen wird, erlaubt dieses beispielhafte Luftschnittstellenprotokoll dank seiner flexiblen Abbildung von sowohl Paketdaten als auch Sprachprotokollen einen Mehrfachmodus-Terminalbetrieb, der im folgenden beschrieben ist.

Fig. 6(a) zeigt die mobile Station, die als ein Nur-Pakete- Terminal aktiviert ist. Fig. 6(a) zeigt ein Beispiel, bei dem der Nur-PDCH-Betriebsmodus von der mobilen Station aktiviert wird, indem zunächst ein DCCH gefunden und der BCCH gelesen wird, um den Zeiger zu dem Baken-PDCH zu finden (Schritt 1). Die mobile Station registriert sich zu diesem Zeitpunkt nicht auf dem DCCH. Wenn die mobile Station die Lage des Baken-PDCH identifiziert hat und auf diesem wartet (z. B. mit Hilfe eines Zeigers zu dem Baken-PDCH, wie in Fig. 6(a) gezeigt), geht die mobile Station in einen aktiven Modus und kann sich selbst registrieren, wie durch Schritt 2 dargestellt. Eine Folge der Registrierung ist, daß die mobile Station von dem System zu einem anderen PDCH umgeleitet werden kann. Die mobile Station bleibt im aktiven Modus, in dem sie alle Zeitschlitze auf ih­ rem zugehörigen PDCH liest, bis ein Aktivitäts-Zeitgeber abge­ laufen ist, wie durch Schritt 3 dargestellt. Die mobile Sta­ tion geht dann in einen passiven oder Schlafmodus, in dem we­ niger als alle Zeitschlitze gelesen werden, wie durch Schritt 4 dargestellt. Auf diese Weise wird die mobile Station bei der Registrierung als ein Nur-Paket-Terminal aktiviert.

Fig. 6(b) zeigt ein Beispiel einer mobilen Station, die sich sowohl in dem D-AMPS- als auch dem PDCH-Betriebsmodus regi­ striert hat, wobei der voreingestellte Modus D-AMPS ist. Fig. 6(b) betrifft eine Folge von Ereignissen, die sowohl einen PDCH-Ruf als auch einen D-AMPS-Ruf umfassen. Wenn die mobile Station in einem IS-136-Schlafmodus ist und eine Rufnachricht empfangen wird, die eine PDCH-Endtransaktion (terminating transaction) anzeigt, d. h. eine Paketdaten-Transaktion wird ausgelöst, bewegt sich die mobile Station von dem DCCH zu ih­ rem vorher zugeordneten PDCH und geht in einen aktiven Modus, wie in Fig. 6(b) durch Schritt 1 dargestellt. Nach Beendigung der PDCH-Transaktion und nach dem Ablaufen eines Aktivitäts- Zeitgebers geht die mobile Station in einen passiven Modus, wie durch Schritt 2 dargestellt. Nachdem ein zweiter Passivi­ täts-Zeitgeber abgelaufen ist, während sich die mobile Station in dem passiven Modus befindet, kehrt die mobile Station zu dem anfänglichen DCH zurück, wie durch Schritt 3 dargestellt. Wenn die mobile Station in eine IS-136-Schlafmodus ist und ein Ruf empfangen wird, der eine D-AMPS-Endtransaktion anzeigt, bei der mit dieser mobilen Station ein Sprachanruf durchge­ führt werden soll, wird der mobilen Station ein Verkehrskanal für diesen Sprachanruf zugewiesen, wie durch Schritt 4 darges­ tellt. Nach Beendigung des Sprachanrufs kehrt die mobile Sta­ tion in den IS-136-Schlafmodus zurück, wie durch Schritt S dargestellt. Man wird sehen, daß es diese Schritte der mobilen Station ermöglichen, entweder als Sprach- oder als Paketdaten­ terminal angerufen zu werden.

Ein Beispiel einer mobilen Station, die als ein nur-Paket-Ter­ minal aufgerufen wird, ist in Fig. 6(c) gezeigt. Wie in Schritt 1 der Fig. 6(c) gezeigt, wird eine Rufnachricht emp­ fangen, die eine PDCH-Endtransaktion anzeigt. Nachdem die PDCH-Endtransaktion beendet ist und ein Inaktivitäts-Zeitgeber abgelaufen ist, geht die moblie Station in einen passiven Mo­ dus, wie durch Schritt 2 gezeigt. Da der aktive IS-136-Modus von dem nur-Paketdaten-Terminal nicht genutzt wird, wird die­ ser Modus nicht eingesetzt, wie in Fig. 6(c) gezeigt. Das Terminal kann noch den BCCH auf dem IS-136-DCCH lesen, wie in Fig. 6(c) gezeigt. Auf dem BCCH des IS-136-DCCH (Mutter-DCCH) gesendete Verwaltungsinformation kann z. B. von dem mobilen Terminal gelesen werden. Auf diese Weise arbeitet die moblie Station als ein nur-Paketdaten-Terminal.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren vorgese­ hen, das es der mobilen Station ermöglicht, eine schnelle An­ sprechzeit auf empfangene Befehle und Daten zu erreichen. Bei einer Ausführungsform wird eine Steuerung des Aktivitätsmodus der mobilen Station vorgesehen. Spezieller informiert die mo­ bile Station bei einer Transaktion, wie einer Registrierungs­ nachricht, das System über ihren beabsichtigten Betriebsmodus. In einem Betriebsmodus, z. B. dem Paketdatenmodus, wird die mobile Station während einer vorgegebenen Aktivitätszeitspanne in einen Aktivitätsmodus gesetzt, und während dieser Aktivi­ tätszeit wird die mobile Station während einer vom Benutzer wählbaren Dauer "wach" gehalten. Während dieser Periode liest die mobile Station alle Zeitschlitze in dem Superblock außer den Sende-Zeitschlitzen. Als Folge spricht die mobile Station schneller auf empfangene Daten höherer Anwendungsschichten an, und die Aufbau- oder Einrichtzeit reduziert sich, es wird je­ doch mehr Energie verbraucht, weil die mobile Station mehr als nur ihre zugewiesenen Rufschlitze liest.

Fig. 7 zeigt mögliche Intermodus- und Intramodus-Rufereignis­ se. Der aktive IS-136-Zustand repräsentiert alle IS-136-Zu­ stände, in denen die mobile Station dabei ist, Nachrichten von Punkt zu Punkt (über einen DCCH oder TDC) zu empfangen oder zu senden. Während sie auf dem IS-136-Steuerkanal wartet, kann der mobilen Station eine Paketdaten-Endtransaktion oder eine IS-136-Endtransaktion (mit einem Anruf) angezeigt werden. Wenn die mobile Station umgekehrt auf einem PDCH wartet, kann ihr eine IS-136-Endtransaktion angezeigt werden.

Um schnellere Ansprechzeiten vorzusehen, ist es wünschenswert, wach zu bleiben und alle Zeitschlitze zu lesen; dies ent­ spricht jedoch nicht einer effizienten Verwendung der mobilen Energie. Wenn die mobile Station daher während einer vorgege­ benen Zeit wach bleibt, die von einem Aktivitätszeitgeber ein­ gestellt wird, bevor sie in den Schlafmodus geht, hilft dies, ein effizientes Gleichgewicht zwischen einer schnellen An­ sprechzeit und einem minimalen Energiebedarf zu erreichen. Das System muß wissen, wann die mobile Station in einem Aktivitäs­ modus ist, in dem sie alle Nicht-Sendeschlitze auf dem FPDCH liest und in jedem Zeitschlitz auf sie zugegriffen werden kann, so daß das System mit dem Senden von Nachrichten nicht auf den zugewiesenen Ruf-Zeitschlitz warten muß. Eine Art, dies zu verwalten, ist ein IS-136-Modus, in dem die mobile Station und die Basisstation einander z. B. mit einer Regi­ strierungsnachricht informiert halten. Nach dem Empfang einer vollständigen Schicht 3-Nachricht kann die mobile Station so eingestellt werden, daß sie z. B. während einer Minute wach bleibt, während derer sie alle Nicht-Sendeschlitze auf dem FPDCH liest. Nach dieser Zeitspanne muß der zugewiesene Ruf­ schlitz der mobilen Station verwendet werden (d. h. die mobile Station geht in den Schlafmodus). Dann nach z. B. weiteren 9 Minuten kann die mobile Station zu dem PDCH zurückkehren.

Bei einem anderen Beispiel kann die mobile Station während einer anderen vom Benutzer wählbaren Zeitspanne auf den DCCH zurückkehren, wobei die Zeit von einem Inaktivitätszeitgeber bestimmt wird, der nach dem Ablaufen des Aktivitätszeitgebers aktiviert wird, um die Größe des Energiebedarfs zu berücksich­ tigen, der sich ergibt, wenn die mobile Station mehr als die minimale Anzahl der Schlitze liest (d. h. mehr als nur den Ruf­ schlitz). Nach dem Ablaufen des Inaktivitätszeitgebers und dem Aktivieren des D-AMPS-Modus kehrt die mobile Station zu dem Mutter-DCCH zurück und tritt in den DCCH-Wartezustand ein. Selbstverständlich muß das System wissen, wo die mobile Sta­ tion auf dem DCCH oder dem PDCH wartet. Wenn die mobile Sta­ tion auf dem PDCH wartet, sind zwei Zustände möglich. Ein Zu­ stand ist der Schlafmodus, in dem während jedes Superblocks ein Zeitschlitz gelesen wird. Der Schlafmodus eignet sich je doch nicht zum Vorsehen schneller Ansprechzeiten der mobilen Station.

Ein Vorteil, den diese Erfindung bietet, ist ein verbesserter Dual-Mode-Betrieb, wie der Doppelbetrieb in einem Sprach- und einem Datenmodus. Durch Zurückkehren zu dem Mutter-DCCH und durch Eintreten in den DCCH-Wartezustand können Sprachtrans­ aktionen schneller empfangen werden, wenn Sprachtransaktionen in einem Sprach/Daten-Dual-Mode-Betrieb Priorität gegenüber Datentransaktionen haben. Ein weiterer Vorteil dieser Erfin­ dung besteht darin, daß die Bedingungen für den Intermodus- Anruf begrenzt werden. Damit das Netzwerk nicht zu kompliziert wird, können die Bedingungen für den Intermodus-Anruf begrenzt werden. Um einen Aufruf duchzuführen, wenn nur eine begrenzte Gruppe Zustände für einen Intermodus-Anruf zur Verfügung ste­ hen, bewegt sich die mobile Station gemäß dieser Erfindung zu dem üblichsten Zustand. In Fig. 7 z. B. kann der Intermodus- Anruf von dem IS-136 nicht durchgeführt werden, wenn sich die mobile Station in einem passiven PDCH-Zustand befindet. Bei Rückkehr zu dem Mutter-DCCH und Eintritt in den DCCH-Wartezu­ stand können alle Modi aufgerufen werden.

Ein weiterer Vorteil, den diese Erfindung vorsieht, ist, daß mehr Schlafmodus-Klassen von dem DOCH als von dem PDCH vorge­ sehen werden können. Durch Eintritt in den DCCH-Wartezustand ist es möglich, die mobile Station in einen Schlafmodus zu versetzen, in dem der Energieverbrauch soweit wie möglich re­ duziert wird.

Nachdem die Erfindung nun beschrieben wurde, ist es offen­ sichtlich, daß sie auf viele Arten modifiziert werden kann. Solche Abänderungen sollen nicht als ein Verlassen des Sinns und Bereichs der Erfindung betrachtet werden, und alle Modifi­ kationen, die für den Fachmann offensichlich sind, sollen zum Bereich der folgenden Ansprüche gehören.

Claims (4)

1. Verfahren zum Steuern von Bereitschaftspegeln umfassend einen Wachmodus und einen Schlafmodus einer mobilen Station in einem drahtlosen Übertragungssystem, mit folgen­ den Verfahrensschritten:

• a) Verändern des Bereitschaftspegels, in dem die mobile Station arbeitet, von einem er­ sten Bereitschaftspegel auf einen zweiten Bereitschaftspegel abhängig von dem Ab­ laufen wenigstens eines Zeitgebers, der eine variable Periode hat, die im wesentlichen unabhängig von den Anforderungen des drahtlosen Kommunikationssystems ist; und
• b) Ermitteln des Bereitschaftspegels der mobilen Station bei dem System, wobei die mo­ bile Station während des Wachmodus im wesentlichen alle Zeitschlitze eines Paket­ datenkanals während einer ersten vorgegebenen Zeit liest und während des Schlafmo­ dus zugewiesene Rufschlitze während eines Paketdatenkanals einer zweiten vorgege­ benen Zeit nach der ersten vorgegebenen Zeit liest, wobei nach dem Verstreichen der zweiten vorgegebenen Zeit zu einem digitalen Steuerkanal (DCCH) zurückgekehrt wird und in einen DCCH-Schlafmodus auf dem DCCH eingetreten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der wenigstens eine Zeitgeber eine Zeitspanne hat, die von einem individuellen Benutzer einer mobilen Station wählbar ist.

3. System zum Steuern von Bereitschaftspegeln, welche einen Wachmodus und einen Schlafmodus einer mobilen Station in einem drahtlosen Übertragungssystem umfassen, mit einer Vorrichtung zum Verändern des Bereitschaftspegels, in dem die mobile Station arbeitet, von einem ersten Bereitschaftspegel zu einem zweiten Bereitschaftspegel abhän­ gig von dem Ablaufen wenigstens eines Zeitgebers mit einer variablen Periode;
einer Vorrichtung zum Informieren des Systems über den Bereitschaftspegel der mobilen Station, wobei die mobile Station während des Wachmodus im wesentlichen alle Zeit­ schlitze eines Paketdatenkanals während einer ersten vorgegebenen Zeit liest und während des Schlafmodus die zugewiesenen Rufschlitze eines Paketdatenkanals während einer zweiten vorgegebenen Zeit nach der ersten vorgegebenen Zeit liest; und
einer Vorrichtung zum Zurückkehren zu einem digitalen Steuerkanal (DCCH) nach der zweiten vorgegebenen Zeit und zum Eintreten in einen DCCH-Schlafmodus auf dem DCCH.

4. System nach Anspruch 3, bei dem der wenigstens eine Zeitgeber eine Periode hat, die von einem individuellen Benutzer der mobilen Station wählbar ist.