DE60126113T2

DE60126113T2 - Funkkommunikationssystem mit reduzierter datenrate auf dem broadcast-kanal

Info

Publication number: DE60126113T2
Application number: DE60126113T
Authority: DE
Inventors: Richard Christopher Danville UHLIK; Michael Portola Valley Youssefmir; D. Mitchell Mountain View TROTT; H. Craig Redwood City BARRATT
Original assignee: Arraycomm LLC
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2021-09-27
Also published as: US8089925B1; AU2001293143A1; US8532048B2; EP1325655A2; US20120099459A1; DE60126113D1; WO2002028121A2; JP2004511143A; CN1478367A; EP1325655B1; KR100795424B1; KR20030033085A; US7158493B1; JP4865185B2; WO2002028121A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung findet auf Funkkommunikationssysteme Anwendung, in denen mehrere abgesetzte Endgeräte Sprache oder Daten mit einer Basisstation kommunizieren und, speziell, auf solche Systeme, in denen die Basisstationen einen Broadcast-Kanal mit einer sehr niedrigen Datenrate verwenden.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Mobilfunkkommunikationssysteme wie zellulare Sprechfunksysteme haben typisch eine Basisstation zur Verwendung durch mobile abgesetzte Endgeräte wie zellulare Telefone oder drahtlose Web-Geräte verfügbar. Die Basisstation sendet typisch einen Broadcast-Kanal (BCH). Der BCH wird an alle abgesetzten Endgeräte ausgestrahlt, egal ob sie auf dem Netzwerk registriert sind oder nicht und informiert die abgesetzten Endgeräte über das Netzwerk. Um Zugriff auf das Netzwerk zu erhalten, muss sich ein abgesetztes Endgerät normalerweise auf den BCH abstimmen und diesen lauschen, bevor es auf das Netzwerk zugreift. Ein abgesetztes Endgerät wird typisch einen Bereich wahrscheinlicher Frequenzen scannen, wenn es Zugriff auf das Netzwerk erhalten möchte, bis es den stärksten BCH findet. Es wird dann die Information im BCH verwenden, um Zugriff auf das Netzwerk zu bekommen.
Der BCH ist typisch mit Daten über das Netzwerk gefüllt, um die Informationsmenge zu reduzieren, die an ein spezielles abgesetztes Endgerät beim Zugriffs,- Registrier-, Authentifizierungs- und Anmeldevorgang gesendet werden muss. Folglich braucht das abgesetzte Endgerät, nach der Registrierung, keine weitere Information außer einer spezifischen Kanalzuweisung von einem bereits bekannten Kanalsatz, um einen Anruf zu initiieren.
Der Broadcast-Kanal (BCH) wird typisch mit einem relativ hohen Energiepegel gesendet, sodass ihn jedes abgesetzte Endgerät an jedem Ort innerhalb des Bereichs der Basisstation klar empfangen kann. Der hohe Energiepegel und die hohe Datenrate machen es in Kombination wahrscheinlich, dass der Broadcastgkanal andere Kommunikationskanäle des Funkkommunikationssystems stören wird. Wenn mehrere verschiedene Basisstationen vorhanden sind, die auf einem oder mehreren Broadcast-Kanälen senden, sind die Möglichkeit und der Grad von Störung größer.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung reduzieren die, durch den Broadcast-Kanal verursachte Störung. Dies gestattet weniger der Kanalressourcen auf den Broadcast-Kanal zu dedizieren und mehr der Kanalressourcen, auf die Kommunikationskanäle zu dedizieren. In einer Ausführungsform wird der Broadcas-Kanal an alle abgesetzten Endgeräte gesendet, die in den Bereich der Basisstation eintreten, während andere Kommunikationen direkt an das beabsichtigte abgesetzte Endgerät auf einem Kanal gesendet werden, der viel weniger Störung anderer abgesetzter Endgeräten erzeugt. In solch einer Ausführungsform reduziert die vorliegende Erfindung, durch Senden weniger Daten auf dem Broadcast-Kanal und mehr Daten auf einem spezifisch gerichteten Kanal, die Störung des Broadcast-Kanals noch mehr.
Die EP0928119 bezieht sich auf ein Kommunikationssystem mit einem ersten Kanal zum Broadcasting an eine Mehrheit von Mobilstationen und einen zweiten Kanal zum Senden weiterer Information wie Software-Updates, um das Problem zu lösen die Kapazität des ersten Kanals zu erhöhen ohne Netzwerkverwaltungsdaten (Overheads) zu erhöhen.
Die WO 98/14024 bezieht sich auf ein Kommunikationssystem, in dem die Basisstation kein rundstrahlendes Broadcast-Signal sendet, sondern ein Richtstrahl-BCCH-Signal an einen Benutzer, als Reaktion auf eine Anfrage von jenem Benutzer, sendet.
Die WO 98/53561 bezieht sich auf ein Kommunikationssystem, in dem eine Basisstation gemeinsame Information in einer omnidirektionalen Broadcastmeldung sendet und dann gerichtet einen Farbcode sendet, der ein strahlspezifischer Bezeichner ist.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt Verfahren und Vorrichtungen, wie in den Ansprüchen dargelegt, bereit.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird beispielhaft und nicht einschränkend in den Abbildungen der zugehörigen Zeichnungen veranschaulicht, in denen gleiche Bezugszeichen für ähnliche Elemente benutzt werden und in denen:
Die 1 ein Diagramm ist, das eine beispielhafte Architektur eines Funkkommunikationssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
die 2 ein Diagramm ist, dass Übertragungsmuster eines Mehrkanalsenders räumlicher Diversity gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
die 3 ist ein Blockdiagramm, das einen Vielfachzugriffsprozessor räumlicher Diversity gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
die 4 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Basisstation, an der eine Ausführungsform der Erfindung implementiert werden kann;
die 5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Broadcastbursts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
die 6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Konfigurationsanfrage-Burststruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
die 7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Konfigurationsmeldungs-Burststruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
die 8 ist ein Diagramm, das eine Kommunikationsfolge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
GRUNDSTRUKTUR
Die 1 zeigt ein Beispiel eines Funkkommunikationssystems oder Netzwerks, in dem eine Reihe von Teilnehmersprechstellen, ebenso als abgesetzte Endgeräte oder Benutzerendgeräte bezeichnet, (symbolisch als Handapparate gezeigt) 20, 22, 24 von einer Basis 100 bedient werden, die an ein Weitverkehrsnetz (WAN) 56 zum Bereitstellen erforderlicher Datenservices und Verbindungen angeschlossen sein könnten, die extern des unmittelbaren Funksystems sind. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Funkkommunikationssysteme und könnte ein drahtloses Netzwerk für ortsfesten Zugriff oder mobilen Zugriff sein, das Raummultiplex-Vielfachzugriffstechnologie (SDMA-) in Kombination mit Vielfachzugriffssystemen, wie beispielsweise Zeitvielfachzugriff (TDMA), Frequenzvielfachzugriff (FDMA) und Codevielfachzugriff (CDMA) verwendet. Vielfachzugriff lässt sich mit Frequenzduplexverfahren (FDD) oder Zeitduplexverfahren (TDD) kombinieren. Ein Koppelnetz 58 koppelt mit einem WAN 56 zum Bereitstellen von Mehrkanal-Duplexbetrieb mit dem WAN durch Schalten ankommender WAN-Daten auf Leitungen 60 der Basisstation 100 und Schalten abgehender Signale von der Basisstation 100 auf Leitungen 54 zum WAN (Weitverkehrsnetz). Ankommende Leitungen 60 werden auf die Signalmodulatoren 62 angewandt, die modulierte Signale 64 für jede Teilnehmersprechstelle produzieren, an welche die Basisstation sendet. Ein Satz Raummultiplexwichtungen für jede Teilnehmersprechstelle wird 74 auf die jeweiligen modulierten Signale in Raummultiplexem 66 angewandt, um Raummultiplexsignale 68 zu produzieren, die durch eine Bank von Mehrkanalsendern 70 unter Verwendung einer Sendeantennengruppe 18 gesendet werden sollen. Der SDMA-Prozessor (SDMAP) 48 produziert und verwaltet räumliche Signaturen für jede Teilnehmersprechstelle für jeden konventionellen Kanal, berechnet Raummultiplex- und Demultiplexwichtungen zur Verwendung durch die Raummultiplexer 66 und Raumdemultiplexer 46 und verwendet die empfangenen Signalmessungen 44, um einen Kanal für eine neue Verbindung zu selektieren. Auf diese Weise werden die Signale von den gegenwärtigen aktiven Teilnehmersprechstellen, von denen einige auf demselben konventionellen Kanal aktiv sein könnten, getrennt und Störung und Rauschen unterdrückt. Bei Kommunikation von der Basisstation zu den Teilnehmersprechstellen wird eine auf die gegenwärtigen aktiven Teilnehmersprechstellenverbindungen zugeschnittene optimierte Mehrkeulen-Antennencharakteristik und Störsituation geschaffen. Ein Beispiel eines Sendeantennenmusters, das geschaffen werden könnte, ist in der 2 gezeigt. Geeignete Technologien zum Erzielen solch eines räumlich gerichteten Strahls sind, zum Beispiel, in den US-Patent-Nrn. 5.828.658, ausgestellt am 27. Okt. 1998 an Ottersten et al. und 5.642.353, ausgestellt am 24. Juni 1997 an Roy, III et al beschrieben.
Auf die 1 zurückkommend, kombinieren räumliche Demultiplexer 46 von den Mehrkanalempfängern 42 und der zugehörigen Antennengruppe 19 empfangene Signalmessungen 44 gemäß räumlichen Demultiplexwichtungen 76, wobei ein separater Satz von Demultiplexwichtungen für jede Teilnehmersprechstelle angewandt wird, die mit der Basisstation kommuniziert. Die Ausgaben der räumlichen Demultiplexer 46 sind räumlich getrennte Signale 50 für jede Teilnehmersprecherstelle, die mit der Basisstation kommuniziert. In einer alternativen Ausführungsform werden die Demultiplex- und Demodulationsverarbeitung zusammen in einer nichtlinearen multidimensionalen Signalverarbeitungseinheit durchgeführt. Die demodulierten empfangenen Signale 54 werden dann dem Schaltnetzwerk 58 und dem WAN 56 verfügbar gemacht. Die Mehrkanalempfänger empfangen außerdem Timing-Signale von GPS-Satelliten (Global Positioning System) oder ein anderes Funkpräzisionstaktsignal, das dann dem SDMAP (Raummultiplex-Vielfachzugiffsprozessor) für präzises Timing bereitgestellt wird, das über alle Basisstationen im System synchronisiert ist.
In einer FDMA-System-Implementierung ist jeder Mehrkanalempfänger und jeder Mehrkanalsender fähig, Mehrfrequenzkanäle zu handhaben. In anderen Ausführungsformen könnten die Mehrkanalempfänger 42 und Mehrkanalsender 70 stattdessen Vielfachzeitschlitze, wie in einem TDMA-System, Vielfachcode, wie in einem CDMA-System oder eine Kombination dieser gut bekannten Vielfachzugriffstechniken handhaben.
Die 3 zeigt eine Aufgliederung eines Raummultiplex-Vielfachzugriffssignalprozessors (SDMAP) 48. Die Funktion des SDMAP umfasst das Bestimmen, wie viele Signale in einem speziellen Kanal gegenwärtig sind, Schätzen von Signalparametern, wie der räumlichen Position der Sender (d.h., Ankunftsrichtungen (DOAs) und des Abstands von der Basisstation) und Bestimmen der richtigen Raumdemultiplex- und Multiplexanordnungen. Die Eingänge 44 zum SDMAP schließen Ausgänge der Basisstationsempfänger, einer für jede Empfangsantenne ein. In einer Ausführungsform führen die Empfänger Quadraturerkennung der Signale wie in gegenwärtigen Systemen durch, in welchem Fall es gleichphasige Komponenten (I) und Quadraturkomponentenausgabe (Q) (Signale) von jedem Kanal hinter jeder Antenne ausgegeben werden. In einer weiteren Ausführungsform wird eine einzelne abwärtsumgesetzte Komponente, I oder Q oder eine Kombination davon verwendet. In einer Ausführungsform digitalisieren die Empfänger die Daten, bevor sie an den SDMAP weitergeleitet werden. In einer weiteren Ausführungsform wird Digitalisierung im Datenverdichter 160 durchgeführt.
In einer Ausführungsform der Erfindung vollbringt der SDMAP seine Aufgabe, indem er zuerst Schätzungen wichtiger signalbezogener Parameter, wie beispielsweise deren Ankunftsrichtungen (DOAs), erlangt ohne zeitliche Eigenschaften des Signals auszunutzen. Dies ist, beispielsweise, in Situationen angemessen, wo analoge Modulationsanordnungen zum Einsatz kommen und wenig über die Signalwellenform bekannt ist. In einer zweiten Ausführungsform können bekannte Trainingsfolgen, die für den Zweck der Kanalentzerrung in digitale Datenströme platziert werden, im Zusammenhang mit Sensorgruppeninformation benutzt werden, um Signalparameterschätzungen wie beispielsweise Ankunftsrichtungen (DOAs) und Signalenergiepegel zu berechnen. Diese Information wird dann verwendet angemessene Wichtungen 76 für einen Raumdemultiplexer zu berechnen, der in dieser Ausführungsform als ein linearer Bündler, d.h., eine Wichtungs- und Summenoperation, implementiert ist. In einer dritten Ausführungsform werden Ankunftszeit (TOA) bezogene Parameter vom Parameterschätzer im Zusammenhang mit Signalkorrelationsparametern verwendet, um zu ermitteln, welche Signale Mehrwegversionen eines gemeinsamen Signals sind. Relative Verzögerungen werden dann so berechnet, dass die Signale kohärent kombiniert werden können und folglich die Qualität der geschätzten Signale weiter erhöhen.
Jedoch in einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung wird die Funktion des Raumdemultiplexers im Zusammenhang mit der Schätzung anderer Quellenparameter, wie beispielsweise den Ankunftsrichtungen (DOAs) durchgeführt. Als ein Beispiel einer solchen Ausführungsform dieses Typs können die konstante Moduluseigenschaft (d.h., konstante Amplitude) verschiedener Kommunikationssignale wie digitale phasenumgetastete (PSK) und analoge FM-Wellenformen zusammen mit Eigenschaften der Gruppe von Empfangsantennen ausgenutzt werden, simultan die Quellenwellenformen sowie deren Ankunftsrichtungen (DOAs) mithilfe von Mehrkanal-Constant-Modulusalgorithmen (CMA) geschätzt, die auf dem Fachgebiet gut bekannt sind.
In einer weiteren Ausführungsform können verlängerte Kalman-Filter, ebenso auf dem Fachgebiet gut bekannt, verwendet werden, um diese und ähnliche Eigenschaften auszunutzen. In diesen und ähnlichen Ausführungsformen wird die Funktion des Raumdemultiplexers 46 vom SDMAP 48 übernommen und die Ausgaben 76 des SDMAP sind räumlich entmultiplexte Signale, die an die Demodulatoren zu senden sind.
Wiederum auf die 3 bezugnehmend, wird Datenverdichtung 160 durchgeführt, um die Datenmenge zu reduzieren und umfasst, in einer Ausführungsform, Akkumulieren einer Muster-Kovarianzmatrix, was Summen äußerer Produkte der abgetasteten Empfängerausgaben in einem speziellen Kanal involviert. Hiernach werden diese abgetasteten Ausgaben als Datenvektoren bezeichnet und es gibt einen solchen Datenvektor bei jeder Abtastzeit für jeden der Kanäle, die einer speziellen Basisstation zugeordnet sind. In einer weiteren Ausführungsform sind die verdichteten Daten einfach die unverarbeiteten Datenvektoren. Wenn I- und Q-Signale 44 von den Empfängern ausgegeben werden, ist jeder Datenvektor eine Sammlung von of „m_r", komplexer Zahlen, eine für jedes der "m_r" Empfänger/Antennenpaare.
In einer dritten Ausführungsform umfasst Datenverdichtung ebenso die Verwendung bekannter Signalinformation wie Trainingsfolgen, die in drahtlosen digitalen Systemen und Mobileinheits-Transponderreaktionen in gegenwärtigen analogen Systemen zugegen sind, um die Ankunftszeit (TOA) eines deutlichen periodischen Signalmerkmals zu berechnen, einen Parameter, der wertvolle Information bezüglich des Abstands zwischen Zellenstandorten und dem drahtlosen Sender enthält, die in dieser Ausführungsform ausgenutzt wird.
Verdichtete Daten 162 werden zu einem Signaldetektor 164 zur Erkennung der Zahl von Signalen geleitet, die im Kanal vorliegen. In einer Ausführungsform werden statistische Erkennungsanordnungen im Zusammenhang mit Information von einem SDMA-Controller 72 verwendet, um die Zahl der im Kanal vorhandenen Quellen zu schätzen. Diese Information und die (verdichteten) Daten 168 werden zu einem Parameterschätzer 170 geleitet, wo Schätzungen von Signalparametern, einschließlich der, die sich auf die Quellenpositionen (z.B., DOAs und Reichweite) beziehen, erhalten werden.
Ortsbezogene Parameterschätzungen 172 werden zu einem Quellentracker 174 geleitet. In einer Ausführungsform ist es die Funktion des Quellen-Trackers, die Positionen jedes der Sender als eine Funktion der Zeit im Auge zu behalten. Dies wird durch bekannte nicht lineare Filterungstechniken wie dem vorgenannten verlängerten Kalmanfilter (EKF) implementiert. In einer weiteren Ausführungsform werden außerdem Geschwindigkeiten und Beschleunigungen jeder der drahtlosen Einheiten in einem speziellen Kanal verfolgt. Eingaben in den EKF umfassen, in einer Ausführungsform, die Ankunftsrichtungen (DOAs) und Ankunftszeiten (TOAs) von der lokalen Basisstation. In einer weiteren Ausführungsform werden DOA- und TOA-Messungen von anderen nahen Zellstandorten, die ebenso Übertragungen von den mobilen Einheiten empfangen, zusammen mit bekannten Positionen der Zellstandorte inkorporiert, um die Schätzungsgenauigkeit des EKF weiter zu verbessern, wie dies auf dem Fachgebiet gut bekannt ist. Die Ausgaben des Trackers 174 werden zusammen mit den (verdichteten) Daten 176 zu einem Raumdemultiplexer-Controller 178 zum Steuern der Funktion des Raumdemultiplexers und zum einem Raummultiplexer-Controller 180 gesendet, um die Funktion des Raummultiplexers zu steuern.
Die 4 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Funkkommunikationssystems, das sich zum Implementieren der vorliegenden Erfindung eignet. Dieses System ist typisch an ein Schaltnetzwerk und WAN ähnlich dem System der 1 wie beispielsweise dem Schaltnetzwerk 58 und WAN 56 gekoppelt. In der 4 wird eine Mehrheit von Antennen 103 verwendet, zum Beispiel vier Antennen, obwohl andere Zahlen von Antennen selektiert werden könnten. Die Ausgänge der Antennen sind an einen Duplexerschalter 107 angeschlossen, der in diesem TDD-System ein Zeitschalter ist. Zwei mögliche Implementierungen des Schalters 107 sind als ein Frequenzduplexer in einem Frequenzduplexsystem (FDD) und als ein Zeitschalter in einem Zeitduplexsystem (TDD). Bei Empfang werden die Antennenausgänge über den Schalter 107 an einen Empfänger 205 angeschlossen und werden von HF-Empfängermodulen („RX") 205 analog von der Trägerfrequenz (beispielsweise von ca. 1,9 GHz) auf eine FM-Zwischenfrequenz ("IF"/„ZF") von beispielsweise 384 kHz abwärts gemischt. Dieses Signal wird dann durch Analog-Digital-Umsetzer ("ADCs") 209 mit, beispielsweise, 1,536 MHz digitalisiert (abgetastet). Es wird nur der reale Teil des Signals abgetastet. Somit kann das digitale Signal, in komplexer Zeigernotation, als das komplex bewertete IF- bzw. ZF-Signal mit 384 kHz zusammen mit einem Bild mit –384 kHz sichtbar gemacht werden. Die endgültige Abwärtsumsetzung auf Basisband wird digital durch Multiplizieren des Nur-Echt-Signals von 1,536 Millionen Samples pro Sekunde (MSPS) mit einem 384 kHz komplexen Zeiger durchgeführt. Das Ergebnis ist ein komplex bewertetes Signal, welches das komplex bewertete Basisbandsignal plus ein Bild mit, beispielsweise, –2 × 384 = –768 kHz enthält. Dieses unerwünschte negative Frequenzbild wird digital gefiltert, um das komplex bewertete Basisbandsignal zu produzieren, das mit 1,536 MHz abgetastet wurde. GC2011-Digitalfilter der GrayChip Inc. können zum Implementieren der Abwärtsumsetzung und der digitalen Filterung benutzt werden, wobei letztere (endliche Stoßantwort) FIR-Filterungstechniken verwendet. Dies ist als Block 213 gezeigt. Die speziellen, oben vorgeschlagenen Frequenzen werden sind als Beispiel bereitgestellt. Die Erfindung lässt sich einer breiten Vielfalt von HF- und ZF-Trägerfrequenzen und -bändern anpassen.
Im vorliegenden Beispiel gibt es vier abwärts umgesetzte Ausgangswerte von der GC2011-Digitalfiltervorrichtung 213 jeder Antenne, nämlich einen pro Empfangszeitschlitz. Die spezielle Zahl der Zeitschlitze lässt sich den Netzwerkbedürfnissen entsprechend variieren. Obwohl das vorliegende Beispiel vier Aufwärtsverbindungs- und vier Abwärtsverbindungszeitschlitze für jeden TDD-Rahmen verwendet, wurden wünschenswerte Ergebnisse ebenso mit drei Zeitschlitzen für die Aufwärts- und Abwärtsverbindung in jedem Rahmen erzielt. Für jeden der vier Empfangszeitschlitze werden die vier abwärts umgesetzten Ausgangswerte von den vier Antennen an eine digitale Signalprozessorvorrichtung 217 (DSP) (hiernach "Zeitschlitzprozessor genannt") zur Weiterverarbeitung, einschließlich Kalibrierung, in Übereinstimmung mit einem Gesichtspunkt dieser Erfindung, gespeist. Vier digitale Signalprozessorvorrichtungen von Motorola des Typs DPS 56303 können als Zeitschlitzprozessoren, jeweils einer pro Empfangszeitschlitz, verwendet werden.
Die Zeitschlitzprozessoren 217 führen mehrere Funktionen, einschließlich der Folgenden durch: Überwachen der Empfangssignalenergie; Frequenzversatzschätzung und Zeitausrichtung; intelligente Antennenverarbeitung, einschließlich Bestimmen von Wichtungen für jedes Antennenelement, um ein Signal von einem speziellen abgesetzten Benutzer zu bestimmen; und Demodulation des bestimmten Signals.
Die Ausgangsgröße des Zeitschlitzprozessors 217 sind demodulierte Burstdaten für jeden der vier Empfangszeitschlitze. Diese Daten werden einen Hostprozessor DSP 231 gesendet, dessen Hauptfunktion ist, alle Elemente des Systems zu steuern und als Schnittstelle für die Verarbeitung auf höherer Ebene zu fungieren, d.h. die Verarbeitung, die sich damit befasst, welche Signale zur Kommunikation in all den verschiedenen Kontroll- und Servicekommunikationskanälen erforderlich sind, die im Kommunikationsprotokoll des Systems definiert sind. Der Host-DSP 231 kann ein DSP des Typs 56303 von Motorola sein. Außerdem senden Zeitschlitzprozessoren die vorbestimmten Empfangswichtungen an den Host-DSP 231. Die Hauptfunktionen des Host-DSP 231 umfassen speziell:
Unterhalten von Zustands- und Timing-Information;
Empfangen von Aufwärtsverbindungs-Burstdaten von den Zeitschlitzprozessoren 217;
Programmieren der Zeitschlitzprozessoren 217;
Verarbeiten der Aufwärtsverbindungssignale, einschließlich Entschlüsseln, Entscrambeln, Fehlerkorrekturcodeprüfen und Burst-Dekonstruktion der Aufwärtsverbindung;
Formatieren des Aufwärtsverbindungssignals zur Verarbeitung auf höherer Ebene in anderen Teilen der Basisstation zu senden ist;
Formatieren von Servicedaten und Verkehrsdaten zur Verarbeitung auf höherer Ebene in der Basisstation;
Empfangen von Abwärtsverbindungsmeldungen und Verkehrsdaten von den anderen Teilen der Basisstation;
Verarbeiten von Abwärtsverbindungsbursts (Burstkonstruktion, Codieren, Scrambeln und Verschlüsselung);
Formatieren und Senden von Abwärtsverbindungsbursts an einen Sende-Controller/Modulator, der als 237 gezeigt ist;
Programmieren des Sende-Contollers/Modulators 237, einschließlich Bestimmen und Senden von Sendewichtungsvektoren an den Sende-Controller/Modulator 237;
Steuern des als 233 gezeigten HF-Controllers; und
Unterhalten und Melden von Modemstatusinformation und Steuern der Synchronisation.
Der HF-Controller 233 ist an das HF-System angeschaltet, das als Block 245 gezeigt ist, und produziert außerdem eine Reihe von Timing-Signalen, die sowohl vom HF-System als auch vom Modem verwendet werden. Die speziellen vom HF-Controller 233 durchgeführten Aufgaben umfassen:
Produzieren von Timing-Signalen für das HF-System (RX und TX) und anderer Teile des Modems;
Lesen von Sendeleistungsüberwachungswerten;
Schreiben von Sendeleistungssteuerwerten;
Produzieren des Schaltkastensteuersignals für den Duplexer 107; und
Lesen von automatischen Verstärkungssteuerwerten (AGC).
Der HF-Controller 233 empfängt Timing-Parameter und andere Einstellungen für jeden Burst vom Host-DSP 231.
Der Sende-Controller/Modulator 237 empfängt Sendedaten, jeweils vier Symbole, vom Host-DSP 231. Der Sende-Controller verwendet diese Daten, um analoge ZF-Ausgaben zu produzieren, die an die HF-Sendermodule (TX) 245 gesendet werden. Die speziellen Operationen, die der Sende-Controller/Modulator 237 durchführt, sind:
Umsetzen von Datenbits in ein komplexes moduliertes Signal;
Aufwärtsumsetzen auf eine ZF-Frequenz unter Verwendung, beispielsweise, eines GrayChip 2011;
4-faches Oversampling (Überabtastung) des ZF-Signals;
Multiplizieren dieses 4-fach überabgetasteten (over-sampled) komplexen Signals mit Sendewichtungen, die vom Host-DSP 231 erhalten wurden; und
Umsetzen des Echtteils der resultierenden komplex bewerteten Wellenformen über Digital-Analog-Umsetzer ("DACs"), die Teil des Sende-Controllers/Modulators 237 sind, zu analogen Sende-Wellenformen, die zu den Sendemodulen 245 gesendet werden.
Die Sendemodule 245 setzen die Signale aufwärts auf die Übertragungsfrequenz um und verstärken die Signale. Die verstärkten Übertragungssignalausgangsgrößen werden, über den Duplexer/Zeitschalter 107, an die Antennen 103 gesendet.
BROADCAST-KANAL (BCH)
Das System der vorliegenden Erfindung wird für jedes Benutzerendgerät oder abgesetzte Endgerät vom Broadcast-Kanal BCH initiiert, der als ein Burst von der Basisstation an alle potenziellen Benutzerendgeräte gesendet wird. Der BCH-Burts wird, anders als die Verkehrskanalbursts, in alle Richtungen gesendet, wo Benutzerendgeräte sein könnten, typisch omnidirektional aber das spezielle Strahlungsdiagramm wird vom Netzwerk abhängen. Folglich wird der BCH-Burst mehr Störung auf dem System als räumlich gerichtete Kanäle oder Verkehrskanäle TCH geringerer Leistung hervorrufen. Aus diesem Grund werden die Daten- und Modulationseigenschaften der BCH-Kanäle selektiert, Störung zu minimieren. Ein Beispiel einer Broadcast-Burststruktur ist in der 5 gezeigt. Einige der wichtigen BCH-Bursteigenschaften sind Folgende. Der BCH ist rechenbetont leicht durch Scannen in Echtzeit ohne Kenntnis von Zeitschlitzgrenzen zu finden. Er kommuniziert genügend Grundinformation, um einen anschließenden Austausch von der Konfigurationsanforderung CR und der Konfigurationsmeldung CM zwischen der Basisstation und dem Benutzerendgerät zu ermöglichen. Der BCH stellt außerdem allen Benutzerendgeräten guten Frequenzversatz und Timing-Aktualisierungsinformation bereit, selbst wenn der BCH nicht speziell auf irgendein spezielles Benutzerendgerät gerichtet ist.
Die Tabelle 1 unten fasst den Inhalt eines Beispiels eines BCH-Bursts, wie in der 5 gezeigt, zusammen. TABELLE 1
Die Trainingssymbole für Frequenz- und Timing-Korrektur können, gemäß einem der vielen auf dem Fachgebiet gut bekannten Ansätze eingestellt werden. Sie können außerdem kombiniert, mit einer Synchronisationsfolge ausgetauscht oder eliminiert werden.
Die Broadcast-Informationssymbole sind aus einer 15-Bit-Broadcast-Meldung konstruiert, die moduliert und zu einer 256-Bitfolge codiert wird. Die Zahl der Symbole sowie die Struktur und Folge gesendeter Bits lässt sich variieren, um einer breiten Palette von Anwendungen zu entsprechen. Die gegenwärtig beschriebene Ausführungsform ist ausgewählt worden, um die Menge der im BCH gesendeten Information zu minimieren sowie die Bitrate zu minimieren. Die Broadcast-Kanal-Informationssymbole stellen die Information bereit, die für ein Benutzerendgerät nötig ist, um eine Konfigurationsmeldung von der Basisstation anzufordern. Sie stellen außerdem Information bereit, um Benutzerendgerät-Verbindungsübergabeentscheidungen zu führen.
Jede Broadcast-Meldung wird mit der unten in der Tabelle 2 gezeigten Information in einen Broadcast-Burst eingemappt. TABELLE 2
BStxPwr ist die effektive isotrop gestrahlte Leistung der Broadcast-Meldung. Diese Zahl zeigt die Leistung an, die von der Basisstation, unter Berücksichtigung der in der Basisstation verfügbaren Zahl von Verstärkern und Diversity-Antennen, gesendet wurde. Für einen 10-Antennen-Broadcast-Kanal, ist die Basisstationsleistung gleich (2·BStxPwr + 10) dBm.
BSCC ist der Basisstations-Farbcode (Color Code), der vom Benutzerendgerät verwendet wird, um Trainingsdaten für Aufwärtsverbindungs-Bursts zu selektieren und um Broadcasts verschiedener Basisstationen zu unterscheiden. In einer Ausführungsform gibt es bis zu 128 verschiedene mögliche Farbcodes. Die Farbcodes können verwendet werden eine Basisstation an einem verschiedenen Ort oder einen verschiedenen Modulator/Demodulatorsatz am gleichen Ort anzuzeigen.
BSload ist die Belastung auf die Basisstation, die vom Benutzerendgerät verwendet wird, zu bestimmen, wie häufig Direktzugriffsmeldungen zu senden sind. BSload ist eine Anzeige der Menge ungenutzter Kapazität, welche die Basisstation hat. Sie kann anders als die Zahl aktiv registrierter Teilnehmer sein, weil Teilnehmer verschiedene Mengen Verkehrskapazität benötigen können. BSload repräsentiert die Sende- und Empfangsbitraten jedes Modems der Basisstation über einen Zeitraum einiger Minuten, gemessen gegen die maximal mögliche Belastung.
In einer Ausführungsform teilen sich alle Basisstationen im Funkkommunikationssystem den BCH-Kanal. Bei Einsatz des 7-Bit-BSCC können bis zu 128 Basisstationen untergebracht werden. Der BCH ist ein Zeitduplexkanal mit einem Wiederholungsrahmen. Der Kanal ist eine einzelne HF-Trägerfrequenz, die für Aufwärts- und Abwärtsverbindung benutzt wird. Für Umgebungen hoher Störbeeinflussung oder für höhere Robustheit kann der BCH Frequenzen nach einer vorbestimmten Anordnung überspringen oder auf mehreren verschiedenen Frequenzen wiederholt werden. Der Wiederholungsrahmen schließt den Abwärtsverbindungs-BCH für jede Basisstation mit der Bezeichnung BS1 usw. wie unten in der Tabelle 3 gezeigt, ein. Der nächste Rahmen umfasst die Aufwärtsverbindungs-Konfigurationanforderung CR, mit CR1 usw. bezeichnet und die Abwärtsverbindungs-Konfigurationsmeldung CM, die mit CM1 usw. bezeichnet ist. Jeder Rahmen umfasst außerdem eine Reihe reservierter Schlitze, die unten als leere Kasten gezeigt sind. Diese Schlitze können für Datenverkehr verwendet werden, wenn der Broadcast-Kanal ebenso für Verkehr, für andere Steuerungsmeldungen verwendet wird oder reserviert werden, um Störung auf anderen Kanälen im Netzwerk zu reduzieren. Die Rahmen werden für jede jeweilige Basisstation 1 bis 128 wiederholt, um einen Superrahmen, wie es nachstehend eingehender besprochen, zu bauen. Nach der letzten CM, d.h. CM128, wiederholt sich der Superrahmen und beginnt wieder mit dem nächsten Superrahmen und dem BCH für die Basisstation 1. TABELLE 3
Eine Basisstation kann als eine Ansammlung von Basisstationsmodems betrachtet werden, die einer Gruppe zusammenhängender HF-Träger dienen. Als andere Möglichkeit kann eine Basisstation eine Installation mit einem Satz Modems an einem einzigen Standort sein. Für andere Systemkonfigurationen kann jeder Modemmodulator/-demodulatorsatz 52, 62 als eine Basisstation erachtet werden. Jeder Basisstation ist ein unverwechselbarer 32-Bit-Basisstationsbezeichner, BSID, zugeordnet. Der BSID wird verwendet, einen Basisstations-Farbcode wie folgt abzuleiten: BSCC = BSID mod 128. Als eine Funktion des BSCC, überspringt eine Basisstation Frequenzen, strahlt BCH aus, lauscht auf Aufwärtsverbindungs-CR und sendet Abwärtsverbindungs-CM. Innerhalb einer geografischen Region, wo sich Funkübertragungen überlappen, sollte der BSID so zugeordnet werden, dass der BSCC unverwechselbar zugeordnet ist. Keine Basisstation sollte fähig sein, routinemäßig Benutzerendgeräte zu sehen, die mit einer Basisstation desselben Farbcodes kommunizieren. Ebenso solle kein Benutzerendgerät fähig sein, zwei Basisstationen zu sehen, denen derselbe BSCC zugeordnet ist. Die Gesamtzahl von Basisstationen sowie die Zahl von Rahmen in einem Superrahmen, die Zahl von Schlitzen in einem Rahmen und die speziellen Schlitze, die zum Senden von BCH-Bursts, CRs und CMs verwendet werden, lassen sich passend für spezielle Anwendungen modifizieren.
Um die Datenrate von BCH-Bursts noch weiter zu minimieren, können der BSCC und die BSload vom BCH-Burst entfernt werden. Der BCH-Burst enthält dann nur Training oder Synchronisation und BStxPwr, die einzige Information, die sich direkt auf Verbindungsübergabeentscheidungen bezieht. Das Benutzerendgerät kann immer noch verschiedene Basisstationen zur Auswahl und für Verbindungsübergabeentscheidungen, beruhend auf den empfangenen BCH-Bursts, unterscheiden und vergleichen. Das Benutzerendgerät kann außerdem seine CR-Meldung an eine spezielle Basisstation, wie in der 3 auf Basis von Timing gezeigt, richten. Für ein einzelnes Basisstationssystem können die BStxPwr-Bits außerdem gelöscht werden. Ist nur eine Basisstation vorhanden, ist es nicht erforderlich, Streckendämpfung zu bewerten, sondern nur ob das Signal empfangen werden kann. Die übrige Netzwerkinformation kann nach der Registrierung erfahren werden, die nachstehend beschrieben wird. Als andere Möglichkeit kann, da der BCH den BSCC umfasst, das Benutzerendgerät programmiert werden den BSCC zu lesen und anzunehmen, dass BCH-Bursts mit einem gemeinsamen BSCC von der gleichen Basisstation stammen. Auf diese Weise kann das Benutzerendgerät ein abgekürztes Rahmenwiederholungsintervall lernen und die zur Registrierung beim System benötigte Zeit reduzieren.
REGISTRIERUNG
Ein Benutzerendgerät formt eine Registrierung genannte Beziehung mit einer Basisstation. Diese Registrierung beginnt durch Lauschen auf den Broadcast-Kanal und endet mit einer Verbindungsübergabe, einer Zeitsperre oder Trennung. Der erste Registrierungsschritt wird von einem abgesetzten Endgerät durch Senden des Konfigurationsanforderungsbursts CR und Empfangen einer Konfigurationsmeldung CM erzielt. Die CM enthält grundlegende Konfigurationsparameter wie beispielsweise Parameter für Sprungfolgeberechnung. Mittels der Information von der CM, öffnet das Benutzerendgerät dann einen nicht authentifizierten Strom mithilfe einer Direktzugriffs-Registrierungsanforderung „RA-rreq". Dieser nicht authentifizierte Bitstrom trägt nur Inband-Signalisierungsdaten, die zur Vervollständigung der Registrierung und Zuordnung eines Registrierbezeichners „RID" und eines Funkrufbezeichners „PID" verwendet werden. Mithilfe des am Ende des Registrierstroms zugeordneten Registrierbezeichners RID kann das Benutzerendgerät nachfolgende Bitströme öffnen und es kann Registrierungen beenden. Das Benutzerterminal kann außerdem nachfolgende Bitströme öffnen, in denen es Pakete senden kann, die verwendet werden „Netzwerk Logon" (Anmeldung) zu einem Internet Service Provider (ISP) durchzuführen.
Während des Registrierbitstroms werden Identitäten und Fähigkeiten ausgetauscht, Betriebsparameter werden eingestellt und ein RID und PID zugeordnet. Später könnte eine neue Netzwerksitzung geschaffen und an diesen RID angehängt werden oder eine bestehende Sitzung könnte übergeben werden. Diese Übergabe könnte von einer anderen Basisstation, einem anderen Basisstationsmodem auf der gleichen Basisstation (Lastumschaltung) oder selbst von einer schlafenden Sitzung auf dem gleichen Basisstationsmodem sein. Die speziellen Details der Registrierung sind hier nur als Beispiele gezeigt. Viele andere Registrierszenarios sind innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung ebenso möglich.
Bezugnehmend auf die 8, wird das Rahmen-Timing durch die Basisstationen hergestellt, die im Bereich sind und auf einem vorprogrammierten HF-Träger senden. Der Träger könnte ein Frequenzsprung- oder Spread-Spektrumträger sein. Es wird jedoch bevorzugt, dass der Träger leicht zu finden sein soll und in die Benutzerendgeräte werden soll. Die Basisstationen oder Basisstation, wenn nur eine vorhanden ist, verwenden GPS oder eine andere präzise übliche Timing-Referenz, um den Rahmentakt 300 zu herzustellen. GPS-Takt bietet den Vorteil, dass er genau synchronisiert ist und allen Basisstationen billig zur Verfügung steht. Dieses gestatten, dass sich alle der Basisstationen, mit nur einer minimalen Schutzzeit im BCH zwischen Basisstationen, den BCH teilen können. Die Basisstationen bauen dann den oben beschriebenen BCH-Rahmen 302 und senden in ihren jeweils zugeordneten Schlitzen 304. Wenn sich ein Benutzerendgerät einschaltet, tastet es diesen gut bekannten, optional vorprogrammierten HF-Träger ab, um das grundlegende Rahmen-Timing 308 und Synchronisation 310 zu finden. Das Benutzerendgerät tastet diesen Träger auf BCH-Bursts ab und baut eine RSSI-Map 312 (Received Signal Strength Indicator/Empfangssignalstärkeanzeiger). Anhand dieser BCH-RSSI-Map und anderer Faktoren, selektiert das Benutzerendgerät die stärkste oder beste Basisstation 314. Außerdem verwendet es den BCH, um seine Oszillatorfrequenz präzise einzustellen und seine Rahmen-Timing-Referenz 308, 310 einzustellen. Dies geschieht mithilfe der Synchronisations- und Taktfolgen im oben beschriebenen BCH-Burst. Mithilfe seines Benutzerendgeräts oder abgesetzten Endgeräts ID (UM) baut es dann 316 und sendet 320 eine Konfigurationsanforderung CR zeitbezogen auf den BCH-Burst für jene stärkste oder beste Basisstation. In einer Ausführungsform wird die CR mithilfe des BSCC, der im BCH von der selektierten Basisstation 318 empfangen wurde, gescrambelt.
Wenn die beabsichtigte Basisstation die CR erfolgreich empfängt und Kapazität verfügbar hat, entscrambelt sie die CR 322 und bestimmt die räumliche Signatur des Benutzerendgeräts 324. Das Benutzerendgerät empfängt einen Konfigurationsmeldungs-Burst CM als Antwort 326. Die unten ausführlicher beschriebene CM enthält genügend Information damit das Benutzerendgerät seine Distanz und die HF-Streckendämpfung zur Basisstation erfahren kann, seinen Zeitsteuerungsvorlauf korrigieren kann, seine Leistungssteuerung justieren kann und die Parameter des Frequenzsprungs (z.B. Rahmennummerierung und BSCC) 328 lernen kann. Mehrere Basisstationen könnten mit einer CR sondiert werden, um die naheste oder beste Basisstation zu finden. Auf dieser Information von der CM beruhend, kann das Benutzerendgerät, wenn es Daten zu senden hat, eine Sitzung mit einer Direktzugriffs-Registrierungsanforderung RA-rreq 330 starten. Wenn Ressourcen verfügbar sind, sendet die Basisstation eine Zugriffszuordnung (Access Assignment) AA 332 an das Benutzerendgerät und ordnet einen Verkehrskanal zu. Die Basisstation und das Benutzerendgerät tauschen verschiedene Zugriffssteuerparameter, einschließlich Verschlüsselungsschlüssel, auf diesem hergestellten Strom aus. Abschließend werden ein RID (Registrierbezeichner) und ein PID (Funkrufbezeichner) zugeordnet. Mit diesem RID kann das Benutzerendgerät sichere Bitströme herstellen (z.B. RA-rts/AA-cts) in welchen es Internetpakete 334 sendet und empfängt.
Der Verkehrskanal schließt eine Datenbestätigungsmeldung (DA) oder eine Datenungültigkeitsantwort (DI) auf jedes gesendete Datenpaket ein. Die DA- und DI-Meldungen werden als Teil des nächsten Datenpakets vom Empfänger im nächsten Schlitz gesendet. In einem Zeitduplexrahmen verwenden die Basisstation und das Benutzerendgerät abwechselnde Schlitze bzw. Slots 336, 338, 340, 342, wie dies in der 8 gezeigt ist. Folglich lassen sich die Daten, wenn irgendwelche Schlitze nicht richtig empfangen werden, schnell erneut senden. Dies reduziert die Größe der Datenpuffer an den jeweiligen Basisstations- und Benutzerendgerätmodems. Wie in den Tabellen 3 und 4 gezeigt, gehen Aufwärtsschlitze den Abwärtsschlitzen immer voran und es gibt eine Schutzzeit zwischen den beiden, um irgendwelche Synchronisationsfehler oder unvorhergesehene Ausbreitungsverzögerungen zu berücksichtigen. In einer Ausführungsform sendet jede Seite Datenpakete in drei Schlitzen, wobei jeder Schlitz Perioden stufenweisen Anstiegs und stufenweisen Abfalls sowie Synchronisationsbits umfasst, wie dies auf dem Fachgebiet gut bekannt ist. TABELLE 4
Das Benutzerendgerät tastet den BCH periodisch ab, um seine RSSI- und BSCC-Map zu aktualisieren. Wenn es eine bessere Basisstation erkennt, könnte es eine CR an diese neue Basisstation senden und möglicherweise seine Netzwerksitzung übergeben. Wenn erfolgreiche Bitstrominitiierung zu viele Male versagt, tritt das Benutzerendgerät in einen Zeitsperrzustand. Aus dem Zeitsperrzustand heraus könnte es versuchen über RA-rreq einen RID wiederzugewinnen, unter Verwendung einer CR seinen Timing-Vorlauf aufzufrischen, eine neue Basisstation zu finden, an die es durch Scannen bzw. Abtasten des BCH übergeben könnte oder sogar von vorne anfangen grundlegendes Rahmen-Timing neu zu erwerben. Wenn diese Wiederherstellung erfolgreich ist, könnte das Benutzerendgerät fähig sein seine Netzwerksitzung fortzusetzen, indem es eine Netzwerksitzungsübergabe an die neue Basisstation vervollständigt.
ÜBERLEGUNGEN HINSICHTLICH DER KANÄLE
In einer Ausführungsform ist das Netzwerk konzipiert, Raummultiplex-Vielfachzugrifftechnologien und speziell intelligente Antennengruppen-Signal-verarbeitung maximal zu nutzen. Um zu helfen verlässliche räumliche Kanäle in einem äußerst dichten Frequenzwiederbenutzungsmuster zu unterhalten, verwendet das Netzwerk Zeitduplex TDMA wo Aufwärts- und Abwärtsverbindungsübertragungen immer auf derselben Frequenz sind. Außerdem wird, weil viele Benutzerendgeräte nur eine Antenne haben und omnidirektional senden und empfangen, außer für den, ein Aufwärtsverbindungsburst immer empfangen, bevor ein Abwärtsverbindungsburst gesendet werden muss. Dies ermöglicht genaueres räumliches Richten von Abwärtsverbindungsbursts. Eine Aufwärtsverbindungs-Trainingsfolge ist in jeden Aufwärtsverbindungsburst eingebettet, um einigermaßen schnellen Frequenzsprung trotz irgendwelcher Dekorrelation des räumlichen Kanals mit Frequenz.
Die Frequenzsprungfolge könnte eine von vielen verschiedenen, auf dem Fachgebiet gut bekannten, Folgen sein. Die Parameter der Frequenzsprunganordnung sind dem Benutzerendgerät anfänglich unbekannt. Dies maximiert die Flexibilität des Netzwerks und verringert die Flexibilität des Benutzerendgeräts. Wie unten erläutert, werden die Frequenzsprungparameter dem Benutzer im CM-Burst gesendet.
Die Robustheit der Frequenzsprunganordnung und die Verkehrsfähigkeiten des Systems werden verbessert, wenn mehr Frequenzträger der Fregenzsprunganordnung zugeteilt werden können. Der BCH-Trägerist als Teil der Frequenzsprunganordnung inbegriffen und wird, demzufolge, als ein Verkehrskanal verwendet. Da eine beliebige Basisstation einen BCH-Burst nur einmal pro Rahmen sendet und da Verkehr räumlich auf einen speziellen Benutzer gerichtet ist, kann eine Basisstation Verkehrskanaldatenbursts während des BCH-Bursts einer anderen Basisstation senden, ohne Benutzerendgeräten signifikante Störung hinzuzufügen, die auf BCH-Bursts auf benachbarten Kanälen lauschen. Normalerweise wird das Benutzerendgerät, an das der Verkehrsdatenburst gerichtet ist, nicht auf BCH-Bursts lauschen, weil es bereits in einer Verkehrssitzung ist.
Weil in der vorliegenden Ausführungsform 128 Basisstationen vorhanden sind, wobei jede einem verschiedenen Schlitz des BCH zugeordnet ist, ist es unwahrscheinlich, dass der 128ste Teil des BCH, der einer speziellen Basisstation zugeordnet wird, einen speziellen Kanal in der Frequenzsprung-Verkehrskanalanordnung überlappen wird, während jener Kanal für Verkehr benutzt wird. Wenn dies jedoch der Fall ist, strahlt die Basisstation ihren BCH-Burst zu ihrer zugeordneten Zeit aus, lauscht auf CR-Meldungen zu ihrer zugeordneten Zeit und sendet CM-Bursts in ihrem zugeordneten Schlitz. Dies stellt weiteren konsistenten Betrieb des Netzwerks sicher. Jedoch für ein Benutzerendgerät wird die Verwendung des BCH-Trägers als einen BCH seine Verkehrskanalsitzung unterbrechen. Folglich wird es, statt einen Datenpaketburst von der Basisstation zu erhalten, den BCH-Burst erhalten. Selbst wenn das Benutzerendgerät diesen Burst nicht als BCH erkennt, wird es ihn sofort dahingehend erkennen, dass er ein ungültiges Format für das erwartete Datenpaket hat. Demzufolge wird es, im nächsten Aufwärtsverbindungsrahmen, eine "Daten ungültig" (DI) Meldung mit seinen Bursts senden und die Basisstation wird das früher erwartete Datenpaket im nächsten verfügbaren Rahmen im Verkehrskanal senden. In der vorliegenden Timing-Anordnung wird derselbe Schlitz im nächsten Rahmen mit einem Konfigurationsmeldungsschlitz für jene Basisstation zusammenfallen. Derselbe Schlitz wird im nächsten Rahmen mit dem zugeordneten BCH-Schlitz einer anderen Basisstation zusammenfallen. Wenn sich jedoch der zweite Schlitz ebenso mit der BCH-Zuordnung der Basisstation überlappt, kann dasselbe Protokoll wieder gelten. Das abgesetzte Endgerät wird wiederum eine DI-Meldung senden und nach dem der zugeordnete BCH-Schlitz vorbei ist, wird die Basisstation den erwarteten Datenburst senden. Durch Verlassen auf das Bestätigungsprotokoll kann die Datenkapazität des Netzwerks erhöht werden, um den größten Teil des BCH einzuschließen, ohne die Komplexität der Signalisierungs- oder Verarbeitungsressourcen zu erhöhen.
Die Größenordnung der Datenkapazitätserhöhung wird davon abhängen, wie viele der HF-Ressourcen dem BCH dediziert sind und wie viele Basisstationen sich im System befinden. Wenn sich eine kleine Zahl von Basisstationen im System befindet, sodass der BCH-Rahmen eine sehr kurze Wiederholung hat, kann das Netzwerk so konfiguriert werden, dass jeder BCH-Schlitz für BCH benutzt wird, was die Zeitmenge stark reduziert, die ein abgesetzter Benutzer benötigt, um Timing und Synchronisation zu erwerben und eine Konfigurationsanforderung zu senden. Als andere Möglichkeit lässt sich der BCH so konfigurieren, dass nur eine kleine Zahl der möglichen 128 Schlitze für BCH- Bursts verwendet wird und der Rest der Kanalkapazität für Verkehr offen gelassen wird. Wenn sich eine große Zahl (d.h. nahe 128) von Basisstationen im Netzwerk befindet, dann ist es unwahrscheinlich, dass ein Benutzerendgerät in der Lage sein wird BCH-Bursts von mehr als zehn Prozent der möglichen Basisstationen zu empfangen. Folglich können die restlichen neunzig Prozent des Trägers für Datenverkehr verwendet werden, ohne neue Benutzerendgeräte zu beeinträchtigen, die für BCH-Bursts scannen. Die Basisstation kann mit dem BSID oder BSCC der nahe gelegenen Basisstationen programmiert werden, sodass sie keinen Verkehr während der BCH-Schlitze sendet, die jenen Basisstationen zugeordnet sind. Die gleiche, oben beschriebene, DI-Wiederholungsanordnung wird für Konflikte zwischen benachbarten BCH-Schlitzen und dem Verkehrskanal kompensieren.
KONFIGURATIONSANFORDERUNG CR
Ein Beispiel einer Konfigurationsanforderungs-Burststruktur ist in der 6 gezeigt. CR-Bursts werden von Direktzugriffsbursts RA und Verkehrsbursts TCH, teilweise, durch eine spezielle räumliche CR-Trainingsfolge unterschieden. Die CR-Trainingsfolge ist länger als normal und hat periodische Eigenschaften, die das Auffinden von Timing-Ausrichtung speziell rechnerisch effizient macht. Der CR-Burst ist kürzer als ein normaler Aufwärtsverbindungsdatenburst, um Zeitverzögerung bei unbekannter Distanz zwischen dem Benutzerendgerät und der Basisstation zu berücksichtigen. Der CR-Burst ist um 86 μs verkürzt, was eine unkompensierte Zeitverzögerung erlaubt, die einer Entfernung von ca. 15 km entspricht, die ein Benutzerendgerät von der Basisstation weg ist.
Der CR-Burst wird von einem Benutzerendgerät gesendet, das sich in einer von der Basisstation unbekannten Entfernung befindet. Wegen Flugzeiterwägungen ist die Zeitbasis des Benutzerendgeräts relativ zur Basisstation verzögert. Überdies ist seine CR-Übertragung ebenso verzögert, weil sein Timing-Vorlauf noch nicht initialisiert ist. Verkürzen des CR-Bursts um 35 μs wird zulassen, dass er bis zu 35 µs später ankommt, ohne in den nächsten Zeitschlitz überzulaufen. Diese 35 µs bedeuten, dass ein 5300 Meter von der Basisstation entferntes Benutzerendgerät einen CR-Burst senden kann, der völlig innerhalb seines Zeitschlitzes landen wird. Wenn dieser Burst von der Basisstation gesehen und beantwortet wird, wird die entsprechende CM eine Timing-Vorlaufjustierung enthalten, die nachfolgende Datenbursts richtig positionieren wird.
Die Tabelle 5 unten fasst den Inhalt des in der 6 gezeigten beispielhaften CR-Bursts zusammen. Die 82 Informationssymbole sind aus der Konfigurationsanforderungsmeldung unter Verwendung von Modulation und Codierung konstruiert. TABELLE 5
Räumliches CR-Training ist dasselbe für alle Basisstationen und die Basisstation kennt nicht notwendigerweise den Ort des Benutzerendgeräts, bevor sie die CR empfängt. CRs werden von Benutzerendgeräten mit einem festen Versatz (Offset) von BCH-Übertragungen gesendet, wie dies in der Tabelle 3 gezeigt ist. Der resultierende Zeitmultiplex-Registrierkanal unterscheidet leicht CRs, die an verschiedene mehrerer nahe gelegener Basisstationen gesendet wurden. Überdies werden CR und CM durch eine Funktion von BSCC gescrambelt, was sicherstellt, dass, selbst wenn es einige Störung von CRs gibt, die an nahe Basisstationen gesendet werden, der Demodulationserfassungseffekt des BSCC irgendwelche Konflikte löst. In einer Ausführungsform wird das Scrambling durchgeführt, indem die codierte Bitfolge genommen und exklusiv mit der Ausgabe eines linearen Feedback-Umschaltregisters gebilligt wird. Abschließend wird die räumliche Auflösungsfähigkeit der intelligenten Antenne der Basisstation angewandt, irgendwelche verbliebenen Mehrdeutigkeiten in den empfangenen CRs zu lösen.
Eine Konfigurationsanforderungsmeldung wird von der physikalischen Schicht auf eine Konfigurationsanforderungsburst-CR gemappt. Eine Konfigurationsmeldung wird von der physikalischen Schicht auf einen normalen Abwärtsverbindungsburst gemappt. Die Informationssymbole des gegenwärtigen CR-Bursts werden, wie in der Tabelle 6 unten gezeigt, entworfen bzw. festgelegt. Jeder der unten aufgeführten Posten kann gelöscht und später während des Registrierungszyklus oder überhaupt nicht, beruhend auf den Bedürfnissen des Systems, gesendet werden. TABELLE 6
Identität ist ein Satz unverwechselbarer Zufallsbits für jedes Benutzerendgerät der simultane Meldungen von mehrfachen Benutzerendgeräten differenziert. Wegen der Zufälligkeit und großen Zahl von Bits ist es unwahrscheinlich, dass zwei Benutzerendgeräte denselben Identitätscode zur selben Zeit selektieren werden.
„utClass" identifiziert Benutzerendgerätfähigkeiten (höchste Modulationsklasse, Frequenzsprungfähigkeiten, usw.). Diese Folge identifiziert den Typ des Benutzerendgeräts, das die CR gesendet hat. Ein digitaler Handcomputer-Assistent könnte andere Fähigkeiten als ein Desktop-Computer mit einer festen dedizierten Antenne haben. Mit "utClass" lassen sich die verschiedenen Fähigkeiten unterscheiden.
"txPwr" repräsentiert die Leistung, die vom Benutzerendgerät zum Senden des Konfigurationsanforderungsburst verwendet wird. Zum Beispiel ist Benutzerendgerätleistung gleich (2 txPwr – 30) dBm.
CR wird auf dem Kontrollträger, beispielsweise, genau 2265 µs nach Empfang eines Abwärtsverbindungs-BCH-Bursts gesendet. Auf diese Weise kann ein sonst uninitialisiertes Benutzerendgerät CR ohne irgendeine Kenntnis der Frequenzsprungfolgeparameter senden. Der CR-Burst ist kürzer als ein normaler Aufwärtsverbindungs-Zeitschlitz, um unbekannte Flugzeit vom Benutzerendgerät zur Basisstation zu berücksichtigen und kommt typisch spät im Aufwärtsverbindungs-Zeitschlitzempfangsfenster an.
KONFIGURATIONSMELDUNG CM
Die Tabelle 7 unten fasst den Inhalt eines in der 7 gezeigten beispielhaften Konfigurationsmeldungsbursts zusammen. Die 494 Informationssymbole sind aus der Konfigurationsmeldung unter Verwendung von Modulation und Codierung konstruiert. TABELLE 7
Der Konfigurationsmeldungsburst (CM-Burst) wird auf dem BCH-Träger, genau 5 µs nach Senden eines Abwärtsverbindungs-BCH-Bursts gesendet, wann immer die Cr auf dem entsprechenden Aufwärtsverbindungs-Zeitschlitz empfangen wurde. Mithilfe dieses Timings wird die CM auf das anfordernde Benutzerendgerät gerichtet. Die CM wird außerdem in einem räumlich gerichteten Signal, das auf der Analyse der räumlichen Signatur beruht, beispielsweise Parametern wie DOA und TOA der Aufwärtsverbindungs-CR gesendet. Da die CM auf dem BCH-Träger, einem fixierten Zeitversatz vom BCH, gesendet wird, kann ein sonst uninitialisiertes Benutzerendgerät die CM, ohne irgendwelche Kenntnis der Frequenzsprungfolgeparameter, empfangen. Die CM umfasst, als Reaktion auf die CR, unter anderem, die AFN (Absolute Frame Number/Absolute Rahmenzahl), einen größeren dynamischen Timing-Vorlaufjustierungsaussteuerbereich, gröbere Leistungssteuerung und verschiedene Zugriffssteuerparameter. Die Tabelle 8 unten fasst den Inhalt des CM-Bursts, wie in der 7 gezeigt, zusammen. Jeder der unten aufgeführten Posten kann gelöscht oder später während des Registrierzyklus, beruhend auf den Bedürfnissen des Systems, gesendet oder überhaupt nicht gesendet werden. TABELLE 8
Die Bedeutungen der Symbolsätze sind wie folgt:

identity: die Zufallsidentität, die vom Benutzerendgerät in der CR gesendet wurde
pwrCtrl: Leistungsversatz, den das Benutzerendgerät auf künftige Parameteranforderungsbursts und Direktzugriffsbursts anwenden sollte: Versatz = (2 pwrCtrl – 16) dB.
timingAdjust: Timing-Vorlauf, den das Benutzerendgerät auf künftige Direktzugriffsbursts anwenden sollte: Timing-Vorlauf= timingAdjust µs.
AFN: die 10 Bits wenigster Bedeutung der absoluten Rahmenzahl
carrierMask: Bitmap von Trägern, die Verkehrskanäle enthalten
racarrierMask: Bitmap von Trägem, die Direktzugriffskanäle enthalten (Bit wenigster Bedeutung ist Träger 0)
raslotMask: Bitmap von Schlitzen, die Direktzugriffskanäle enthalten (Bit wenigster Bedeutung ist Schlitz 1) Direktzugriffskanäle kommen vor, wo sowohl racarrierMask und raslotMask nicht Null sind
raDec: Absolute Rahmenzahlen (AFNs) sind für Direktzugriffskanäle verfügbar.
hopping (Sprung): wenn gleich 1, springt die Beziehung zwischen physikalischen und logischen Trägem bei jedem Rahmen.

In der obigen Beschreibung werden, für Erläuterungszwecke, zahlreiche spezielle Details dargelegt, um für ein gründliches Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu sorgen. Doch wird es für einen Fachmann offenkundig sein, dass Ausführungsformen der vorliegende Erfindung ohne diese speziellen Details praktiziert werden könnten. In anderen Fällen sind gut bekannte Strukturen und Vorrichtungen in Blockdiagrammform gezeigt.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schließen verschiedene Schritte ein. Die Schritte der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung könnten durch Hardwarekomponenten, wie beispielsweise jene, die in den 1 und 4 gezeigt sind, durchgeführt werden oder könnten in maschinenausführbaren Befehlen enthalten sein, die verwendet werden könnten, um zu bewirken, dass ein Universal- oder Spezialprozessor oder Logikschaltungen, die mit den Befehlen programmiert sind, die Schritte ausführen. Als andere Möglichkeit könnten die Schritte durch eine Kombination von Hardware und Software ausgeführt werden.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung könnten als ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt werden, dass ein maschinenlesbares Medium einschließen könnte, auf dem Befehle gespeichert sind, die verwendet werden könnten einen Computer (oder andere elektronische Vorrichtungen) zu programmieren, einen Vorgang nach der vorliegenden Erfindung auszuführen. Das maschinenlesbare Medium könnte, aber ist nicht darauf beschränkt, Magnetdisketten, optische Disks, CD-ROMs und magneto-optische Disks, ROMs, RAMs, EPROMs, EEPROMs, Magnetkarten oder optische Karten, Flash-Kartenspeicher oder anderen Typ von Medien/maschinenlesbares Medium umfassen, die geeignet sind, elektronische Instruktionen zu sortieren. Überdies könnten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ebenso als ein Computerprogrammprodukt heruntergeladen werden, wobei das Programm von einem fernen Computer auf einen anfordernden Computer mittels Datensignalen über eine Kommunikationsverbindung (z.B., ein Modem oder eine Netzwerkverbindung) transferiert werden könnten, die in einer Trägerwelle oder anderem Fortpflanzungsmedium eingebettet sind.
Wesentlich kann sie, obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang eines drahtlosen dialogfähigen Datensystems für tragbare Handapparate beschrieben worden ist, auf eine breite Palette verschiedener drahtloser Systeme angewandt werden, in denen Daten ausgetauscht werden müssen. Derartige Systeme schließen Sprach-, Video-, Musik- Rundfunkdatensysteme und andere Arten von Datensystemen ohne externe Verbindungen, ein. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können ortsfeste abgesetzte Endgeräte sowie Endgeräte geringer und hoher Mobilität sein. Viele der Verfahren sind in ihrer elementarsten Form beschrieben, aber Schritte können irgendeinem der Verfahren hinzugefügt oder daraus gestrichen werden und Informationen können irgendwelchen der beschriebenen Meldungen hinzugefügt oder von diesen abgezogen werden, ohne vom grundlegenden Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Fachleuten wird offenkundig sein, dass viele weitere Modifikationen und Anpassungen vorgenommen werden können. Die speziellen Ausführungsformen sind nicht bereitgestellt die Erfindung zu beschränken, sondern sie zu veranschaulichen. Der Umfang der vorliegenden Erfindung soll nicht durch die oben bereitgestellten spezifischen Beispiele, sondern nur durch die nachstehenden Ansprüche bestimmt werden.

Claims

Verfahren umfassend: Senden (304) eines Broadcastbursts in einem Broadcastkanal von einer Basisstation (100) eines Funkkommunikationssystems; Empfangen eines Anforderungsbursts (320) von einer Benutzerstation (20); und Senden eines Nachrichtenbursts (326) von der Basisstation zur Benutzerstation, von welcher der Anforderungsburst empfangen wurde; dadurch gekennzeichnet, dass der Broadcastburst keine Beschreibung irgendwelcher der Kanäle aufweist, die zur Kommunikation zwischen der Basisstation und Benutzerstationen verfügbar sind, die bei der Basisstation registriert sind und die Nachricht als Reaktion auf einen Anforderungsburst gesendet wird, wobei die Nachricht eine Beschreibung aller Kanäle einschließt, die zur Kommunikation zwischen der Basisstation und den bei der Basisstation registriert Benutzerstationen zur Verfügung stehen.
Verfahren zur Anforderung von Zugriff auf ein drahtloses Netzwerk, umfassend: Empfangen eines Broadcastbursts einschließlich einer Mehrheit von Zeitfolgen (304) auf einem Broadcastkanal von mindestens einer Basisstation (100); Bestimmen von Netzsynchronisation unter Verwendung der empfangenen Zeitfolgen; Senden eines Anforderungsbursts (320); und Empfangen eines Nachrichtenbursts (326) von einer Basisstation; gekennzeichnet durch Verwenden der Netzsynchronisation zur Bestimmung der Sendezeit des Anforderungsbursts; Senden des Anforderungsbursts zu der bestimmten Zeit; und dadurch, dass der Broadcastburst keine Beschreibung irgendwelcher der Kanäle aufweist, die zur Kommunikation zwischen der Basisstation und Benutzerstationen verfügbar sind, die bei der Basisstation registriert sind und der Nachrichtenburst als Reaktion auf einen Anforderungsburst gesendet wird und eine Beschreibung aller Kanäle einschließt, die zur Kommunikation zwischen der Basisstation und den bei der Basisstation registriert Benutzerstationen zur Verfügung stehen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Beschreibung der verfügbaren Kanäle eine Identifikation der Nutzkanäle des Funkkommunikationssystems umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Beschreibung der verfügbaren Kanäle eine Identifikation von Direktzugriffskanälen des Funkkommunikationssystems umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei der Nachrichtenburst weiter eine Anzeige des Sendeleistungspegels umfasst, der von der Benutzerstation bei weiteren Übertragungen zu verwenden ist und wobei der Anforderungsburst weiter eine Anzeige der Leistung umfasst, die von der Benutzerstation verwendet wird, um den Anforderungsburst zu senden und wobei die Anzeige der von der Benutzerstation zu verwendenden Sendeleistung auf der Anzeige in der Anforderung beruht.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, wobei der Broadcastburst eine spezifische Sendezeit hat und der Anforderungsburst innerhalb einer spezifischen Zeitbeziehung zu der Broadcast-Nachricht empfangen wird, wobei das Verfahren weiter die Zeitbeziehung umfasst, um eine Basisstation zu bestimmen, an die der Anforderungsburst gerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, das weiter das Analysieren der räumlichen Richtung umfasst aus, welcher der Anforderungsburst erhalten wird und wobei Senden des Nachrichtenbursts das Senden des Nachrichtenbursts räumlich in Richtung der Benutzerstation gerichtet, beruhend auf der räumlichen Richtungsanalyse, umfasst.
Maschinenlesbares Medium, auf dem Daten gespeichert sind, die Folgen von Instruktionen repräsentieren, die, wenn von einer Maschine ausgeführt, bewirken, dass die Maschine die Funktionen eines beliebigen oder mehrerer der Ansprüche 1–7 durchführt.
Vorrichtung umfassend: einen Sender (245, 70) einer Basisstation (100) eines Funkkommunikationssystems, um einen Broadcastburst (304) auf einem Broadcastkanal zu senden; einen Empfänger (205, 42) der Basisstation, um einen Anforderungsburst (320) von einer Benutzerstation zu empfangen; einen Prozessor (321) der Basisstation, um einen Nachrichtenburst (326) zur Übertragung an die Benutzerstation zu assemblieren, von welcher der Anforderungsburst empfangen wurde, dadurch gekennzeichnet, dass der Broadcastburst keine Beschreibung irgendeines der Kanäle aufweist, die zur Kommunikation zwischen der Basisstation und Benutzerstationen, die bei der Basisstation registriert sind, zur Verfügung stehen, und der Nachrichtenburst als Reaktion auf einen Anforderungsburst gesendet wird und eine Beschreibung aller Kanäle einschließt, die zur Kommunikation zwischen der Basisstation und den bei der Basisstation registrierten Benutzerstationen zur Verfügung stehen.
Vorrichtung zur Anforderung von Zugriff auf ein drahtloses Netzwerk, wobei die Vorrichtung umfasst: Empfangsmittel zum Empfangen eines Broadcastbursts einschließlich einer Mehrheit von Zeitfolgen (304) auf einem Broadcastkanal von mindestens einer Basisstation (100) und zum Empfangen eines Nachrichtenbursts (326) von einer Basisstation; Bestimmungsmittel zum Bestimmen von Netzsynchronisation mithilfe der empfangenen Zeitfolgen; und Sendemitteln zum Senden eines Anforderungsbursts (320); dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmungsmittel die Netzsynchronisation zur Bestimmung der Sendezeit des Anforderungsbursts benutzt; Sendemittel zum Senden des Anforderungsbursts zu der bestimmten Zeit; und wobei, der Broadcastburst keine Beschreibung irgendwelcher der Kanäle aufweist, die zur Kommunikation zwischen der Basisstation und Benutzerstationen verfügbar sind, die bei der Basisstation registriert sind und der Nachrichtenburst als Reaktion auf einen Anforderungsburst gesendet wird und eine Beschreibung aller Kanäle einschließt, die zur Kommunikation zwischen der Basisstation und den bei der Basisstation registrierten Benutzerstationen zur Verfügung stehen.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Beschreibung der verfügbaren Kanäle eine Identifikation der Nutzkanäle des Funkkommunikationssystems umfasst.
Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Beschreibung der verfügbaren Kanäle eine Identifikation von Direktzugriffskanälen des Funkkommunikationssystems umfasst.
Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 9 bis 12, wobei der Anforderungsburst weiter eine Anzeige der Leistung umfasst, die von der Benutzerstation zum Senden des Anforderungsbursts verwendet wird und wobei der Nachrichtenburst eine Anzeige der Sendeleistung umfasst, die von der Benutzerstation, beruhend auf der Anzeige in der Anforderung, verwendet werden soll.
Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 9 bis 13, wobei der Broadcastburst eine spezifische Sendezeit hat und der Anforderungsburst innerhalb einer spezifischen Zeitbeziehung zu der Broadcast-Nachricht empfangen wird, wobei das Bestimmungsmittel die Zeitbeziehung benutzt, um eine Basisstation zu bestimmen, an die der Anforderungsburst gerichtet ist.
Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 9 bis 14, die weiter einen räumlichen Prozessor (233, 48) zum Analysieren der räumlichen Richtung, aus welcher der Anforderungsburst empfangen wird, und zum Senden des Nachrichtenbursts umfasst, der räumlich in Richtung der Benutzerstation, auf der räumlichen Richtungsanalyse beruhend, gerichtet ist.