DE69433529T2 - Verfahren zur kommunikation in einem funktelefonsystem - Google Patents

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    • H04W52/267TPC being performed according to specific parameters using transmission rate or quality of service QoS [Quality of Service] taking into account the information rate

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • I. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kommunikationssysteme im allgemeinen und betrifft insbesondere die Leistungsregelung bzw. Leistungssteuerung in einem Kommunikationssystem mit Codevielfachzugriff (code division multiple access).
  • II. Beschreibung des Standes der Technik
  • Die Federal Communications Commission (FCC) reguliert die Nutzung des Funkfrequenzspektrums (RF Spektrum) und legt fest, welches Gewerbe bzw. welcher Industriezweig bestimmte Frequenzen erhält. Da das RF Spektrum begrenzt ist, kann jedem Gewerbe bzw. Industriezweig nur ein kleiner Anteil des Spektrums zugewiesen werden. Das zugewiesene Spektrum muß daher effizient genutzt werden, um so vielen Frequenznutzern wie möglich den Zugriff auf das Spektrum zu gewähren.
  • Vielfachzugriff-Modulationsverfahren sind mit die effizientesten Verfahren zur Ausnutzung des RF Spektrums. Beispiele solcher Modulationsverfahren sind Zeitvielfachzugriff (TDMA = Time Division Multiple Access), Frequenzvielfachzugriff (FDMA = Frequency Division Multiple Access) und Codevielfachzugriff (CDMA = Code Division Multiple Access).
  • Die CDMA Modulation verwendet ein Spreizspektrumverfahren zur Übertragung der Information. Ein Spreizspektrumsystem nutzt ein Modulationsverfahren, welches das übertragene Signal über ein breites Frequenzband spreizt. Dieses Frequenzband ist typischerweise erheblich breiter als die minimale Bandbreite, die zum Übertragen des Signals erforderlich ist. Das Spreizspektrumverfahren wird verwirklicht, indem jedes zu übertragende Basisband-Datensignal mit einem einzigartigen Breitband-Spreizcode moduliert wird. Mit diesem Verfahren kann ein Signal mit einer Bandbreite von nur einigen Kilo hertz über eine Bandbreite von mehr als einem Megahertz gespreizt werden. Typische Beispiele für Spreizspektrumverfahren können Spread Spectrum Communications, Band i, M. K. Simon, Kapitel 5, Seiten 262–358 entnommen werden.
  • Eine Form von Frequenzvielfalt wird erreicht, indem das übertragene Signal über einen breiten Frequenzbereich gespreizt wird. Da typischerweise nur 200–300 kHz eines Signals von einem frequenzselektiven Fading betroffen sind, bleibt das verbleibende Spektrum des übertragenen Signals unberührt. Ein Empfänger, der das Spreizspektrumsignal empfängt, wird daher durch die Fading-Eigenschaft weniger betroffen sein.
  • In einem Funktelefonsystem vom CDMA-Typ werden mehrere Signale gleichzeitig mit der gleichen Frequenz übertragen. Ein bestimmter Empfänger bestimmt anschließend anhand des einzigartigen Spreizcodes im Signal, welches Signal für diesen Empfänger bestimmt ist. Die Signale mit dieser Frequenz ohne den bestimmten, für diesen bestimmten Empfänger vorgesehenen Spreizcode erscheinen als Rauschen an diesem Empfänger und werden ignoriert.
  • 1 zeigt einen typischen CDMA Übertrager des Standes der Technik, der für den Rückwärtskanal eines Funktelefonsystems verwendet wird, wobei der Rückwärtskanal die Verbindung von der Mobilstation zur Basisstation ist. Ein digitales Basisbandsignal wird zunächst durch einen Vocoder (Sprachkodierer/dekodierer) erzeugt. Der Vocoder (100) digitalisiert ein analoges Sprach- oder Datensignal mittels eines Kodierprozesses, wie beispielsweise des codeerregten linearen Vorhersageprozesses (CELP Prozeß), der in der Technik wohlbekannt ist.
  • Das digitale Basisbandsignal wird in einen Faltungskodierer (101) mit einer bestimmten Rate bzw. Geschwindigkeit eingegeben, beispielsweise mit 9600 bps. Der Kodierer (101) faltungskodiert die eingegebenen Datenbits zu Datensymbolen mit einer festen Kodierrate. Beispielsweise könnte der Kodie rer (101) die Datenbits mit einer festen Kodierrate von einem Datenbit pro drei Datensymbolen kodieren, so daß der Kodierer (101) Datensymbole mit einer Rate von 28,8 ksym/s bei einer Eingaberate von 9600 bps ausgibt.
  • Die Datensymbole vom Kodierer werden in einen Interleaver bzw. Verschachteler (102) eingegeben. Der Interleaver (102) verschachtelt bzw. verschlüsselt die Symbole so, daß verlorene Symbole nicht benachbart sind. Daher ist der fehlerkorrigierende Code in der Lage, die Information wiederherzustellen, wenn mehr als ein Symbol im Kommunikationskanal verloren geht. Die Datensymbole werden in den Interleaver (102) in einer Spalte-für-Spalte-Matrix eingegeben und werden von der Matrix Zeile für Zeile ausgegeben. Das Interleaving erfolgt mit der gleichen Datensymbolrate von 28,8 ksym/s, mit der die Datensymbole eingegeben wurden.
  • Die Interleaving-Datensymbole bzw. verschachtelten Datensymbole werden in einen Modulator (104) eingegeben. Der Modulator (104) bestimmt eine Sequenz von Walsh-Codes fester Länge aus den Interleaving-Datensymbolen. Bei 64-facher orthogonaler Codesignalisierung werden die Interleaving-Datensymbole in Sechsersätzen gruppiert, um einen der 64 orthogonalen Codes auszuwählen, welcher dann den Satz der sechs Datensymbole repräsentiert. Diese 64 orthogonalen Codes korrespondieren mit Walsh-Codes einer 64-mal-64 Hadamard-Matrix, wobei ein Walsh-Code eine einzelne Zeile oder Spalte der Matrix ist. Der Modulator gibt eine Sequenz von Walsh-Codes, die den eingegebenen Datensymbolen mit fester Symbolrate entspricht. an einen Eingang eines XOR Kombinierers (107) aus.
  • Ein Pseudozufalls-Rauschgenerator (PN Generator) (103) verwendet eine lange PN Sequenz, um eine nutzerspezifische Sequenz von Symbolen zu erzeugen. In einem mobilen Funktelefon mit einer elektronischen Seriennummer (ESN) kann die ESN mittels der Exklusiv-ODER Verknüpfung mit der langen PN Sequenz verknüpft werden, um die Sequenz zu erzeugen, welche eine für diesen Funktelefonnutzer spezifizische Sequenz bildet. Der Generator für die lange PN Sequenz bzw. Langes-PN-Generator (103) nimmt Daten mit der Spreizrate des Systems entgegen und gibt Daten mit der Spreizrate des Systems aus. Die Ausgabe des PN Generators (103) ist an den XOR Kombinierer (107) gekoppelt.
  • Die Walsh-Code Spreizsymbole vom Kombinierer (107) werden anschließend in Quadratur gespreizt. Die Symbole werden an zwei XOR Kombinierer (108 und 109) eingegeben, die ein Paar kurzer PN Sequenzen erzeugen. Der erste Kombinierer (108) verknüpft die Walsh-Code Spreizsymbole mit der In-Phase-Sequenz (I Sequenz) (105) mittels XOR, während der zweite Kombinierer (109) die Walsh-Code Spreizsymbole mit der Quadratur-Phase-Sequenz (Q Sequenz) (106) mittels XOR verknüpft.
  • Die resultierenden I Kanal und Q Kanal Code-Spreizsequenzen werden genutzt, um ein Quadraturpaar von Sinuskurven zweiphasig zu modulieren, indem der Leistungspegel des Sinuskurvenpaars gesteuert wird. Die sinusförmigen Ausgabesignale werden anschließend addiert, bandpaßgefiltert, in eine RF Frequenz überführt, verstärkt, gefiltert und durch eine Antenne ausgestrahlt.
  • Der typische CDMA Übertrager des Standes der Technik, der für den Vorwärtskanal, d. h. für die Verbindung von der Basisstation zur Mobilstation, eines Funktelefonsystems genutzt wird, ist dem für den Rückwärtskanal ähnlich. Dieser Übertrager ist in 4 dargestellt. Der Unterschied zwischen dem Vorwärts- und dem Rückwärtskanalübertrager liegt in der Hinzufügung eines Walsh-Code-Generators (401) und eines Leistungssteuerungsbitmultiplexers (420) zwischen dem PN Generator-Kombinierer (107) und den Quadratur-Spreizkombinierern (108 und 109) für den Vorwärtskanalübertrager.
  • Der Leistungssteuerungsbitmultiplexer (420) multiplext ein Leistungssteuerungsbit an die Stelle eines anderen Bits im Rahmen. Die Mobilstation kennt die Position dieses Bits und erwartet dieses Leistungssteuerungsbit an dieser Position. Beispielsweise instruiert ein Bit "0" die Mobilstation, ihren durchschnittlichen Ausgabeleistungspegel um einen vorherbestimmten Betrag zu erhöhen, und ein Bit "1" instruiert die Mobilstation, ihren durchschnittlichen Ausgabeleistungspegel um einen vorherbestimmten Betrag zu verringern.
  • Der Codevielfalt-Kanalauswahlgenerator (401) ist mit einem Kombinierer (402) gekoppelt und liefert einen bestimmten Walsh-Code an den Kombinierer (402). Der Generator (401) liefert einen von 64 orthogonalen Codes entsprechend den 64 Walsh-Codes einer 64-mal-64 Hadamard-Matrix, wobei ein Walsh-Code eine einzelne Zeile oder Spalte der Matrix ist. Der Kombinierer (402) nutzt den bestimmten Walsh-Code, der durch den Codevielfalt-Kanalgenerator (401) eingegeben wird, um die eingegebenen, verschachtelten bzw. verschlüsselten Datensymbole in Walsh-Code-Spreizdatensymbole zu spreizen. Die Walsh-Code-Spreizdatensymbole werden vom XOR-Kombinierer (402) ausgegeben und in die Quadratur-Spreizkombinierer mit einer festen Chiprate von 1,2288 Mchp/s eingegeben.
  • Die Mobilstation kann die Basisstation bei der Steuerung der Leistung des Vorwärtskanals unterstützen, indem über die Rückwärtsverbindung eine Leistungssteuerungsnachricht zur Basisstation übertragen wird. Die Mobilstation sammelt statistische Daten über ihr Fehlerverhalten und informiert die Basisstation mittels der Leistungssteuerungsnachricht. Die Basisstation kann daraufhin ihre Leistung zu dem ausgewählten Nutzer entsprechend anpassen.
  • Das Problem mit dem oben beschriebenen Leistungssteuerungs-Typ liegt darin, daß die Leistungssteuerungsnachricht für die Steuerung der Vorwärtsverbindung Sprach- oder Datenbits ersetzt, wodurch sich die Qualität der Sprache oder der Datendurchsatzes verringert. Dies begrenzt grundlegend die Rate bzw. Geschwindigkeit, mit der Mobilstationen Leistungssteuerungsnachrichten an die Basisstation senden können, und dies wiederum begrenzt die Rate bzw. Geschwindigkeit, mit der die Basisstation die Ausgabeleistung an diese spezielle Mobilstation anpassen kann. Eine Übertragungsleistungsanpassung mit hoher Aktualisierungsrate würde es der Basisstation ermöglichen, die Übertragungsleistung zu jeder individuellen Mobilstation auf einen minimalen Pegel einzustellen, der zum Aufrechterhalten einer Verbindung mit festgeleg ter Qualität nötig ist. Durch das Minimieren jeder individuellen Übertragungsleistung wird auch die insgesamt erzeugte Interferenz minimiert, wodurch sich die Kapazität des Systems verbessert. Folglich existiert ein Bedarf für das Aktualisieren der Leistungsausgabe eines Übertragers mit einer höheren Rate, ohne daß sich die Qualität der in Übertragung befindlichen Daten grundlegend verschlechtert.
  • Es sei ferner auf das Dokument "IEEE International Conference on Communications '87", Band 2, 10. Oktober 1987, New York, USA, Seiten 744–748 hingewiesen, welches ein ARQ/FEC Verfahren offenbart, welches ratenkompatible punktierte Faltungscodes (RCPC Codes) nutzt.
  • Es sei außerdem auf das Dokument "39th IEEE Vehicular Technology Conference", Band 2, 03. Mai 1989, San Francisco, USA, Seiten 666 bis 670, F. Gagnon et al mit dem Titel "An analysis of convolutional coding for land mobile channels" hingewiesen, welches die Leistungsfähigkeit der Faltungskodierung bezüglich des terrestrischen Mobilfunkkanals analysiert. Ein Kanalmodell mit zwei Zuständen wird entwickelt, um die Leistungsfähigkeiten als eine Funktion der Wahrscheinlichkeit des Auftretens und der Dauer von Fades zu bestimmen. Mittels Computersimulation wird die existierende Beziehung zwischen der Dopplerfrequenz, dem Betrag der Vielfalt bzw. Diversity, der Interleaving-Tiefe und der Bitfehlerrate gezeigt. Die offenbarte Strategie nutzt punktierte und wiederholte Faltungscodes, um ein Kodierverfahren mit variabler Rate zu erzielen.
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Vorsehen einer Datenkommunikationsverbindung mit variabler Rate gemäß Anspruch 1 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Der Prozeß der vorliegenden Erfindung erlaubt es einem Übertrager, die Ausgabeleistung an jede Mobilstation, mit der er kommuniziert, auf einer Rahmen-für-Rahmen-Basis zu aktualisieren. Der Prozeß wird mittels eines Rückkopplungsmechanismus von der Mobilstation zu der Basisstation bewerkstelligt. Mittels des Rückkopplungsmechanismus informiert die mobile Station die Basisstation darüber, ob sie Rahmen korrekt oder inkorrekt empfängt, indem sie solche Information in jedem Datenrahmen, der zur Basisstation übertragen wird, aufnimmt.
  • Der Prozeß bestimmt zunächst, ob die Ausgabeleistung des Übertragers, mit welchem die Kommunikation etabliert wird, erhöht oder verringert werden soll. Anschließend informiert der Prozeß diesen Übertrager, seine Leistung entsprechend zu ändern, indem Leistungssteuerungsbits in jeden übertragenen Datenrahmen aufgenommen werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel des Prozesses der vorliegenden Erfindung erlaubt es einer Kommunikationsverbindung, ein Eingabesignal mit höherer Datenrate zu haben, während ein Ausgabesignal mit konstanter Datenrate aufrecht erhalten wird. Das Verfahren faltungskodiert das eingegebene Datensignal zunächst, um eine Mehrzahl von faltungskodierten Signalen zu erzeugen. Jedes der faltungskodierten Signale beinhaltet eine Mehrzahl von Datensymbolen. Jedes Datensymbol wird mit einer festgelegten Häufigkeit wiederholt, um eine Codewiederholungs-Datensequenz mit vorherbestimmter und fester Rate zu erzeugen. Die Datensequenz wird anschließend punktiert, so daß Symbole an vorherbestimmten Positionen der Datensequenz gelöscht werden, was eine Datensequenz mit einer vorherbestimmten und festen Rate erzeugt, die niedriger als die der ursprünglichen Datensequenz ist. Die kodierten Signale mit den wiederholten Datensymbolen werden durch Multiplexing zu einer Datensequenz gefügt.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt einen typischen CDMA Übertrager des Standes der Technik für die Rückwärtsverbindung zur Anwendung in einem Funktelefonsystem.
  • 2 zeigt den erfindungsgemäßen Prozeß für die Vorwärtskommunikationsverbindung bei Anwendung in einem CDMA Funktelefonsystem.
  • 3 zeigt den Mobilstation-Funkprozeß der vorliegenden Erfindung bei Anwendung in einem CDMA Funktelefonsystem.
  • 4 zeigt einen typischen CDMA Übertrager des Standes der Technik für die Vorwärtsverbindung zur Anwendung in einem Funktelefonsystem.
  • 5 zeigt den erfindungsgemäßen Leistungssteuerungsprozeß für die Vorwärtsverbindung.
  • Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
  • Der Kommunikationsverbindungs-Prozeß variabler Datenrate der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine variable Datenrate einer Signaleingabe an einen Faltungskodierer, ohne daß sich die Datenrate des kodierten Signals ändert. Dies erlaubt die Verwendung eines Sprachkanals höherer Qualität oder eines schnelleren Fax- oder Datenkanals, ohne die feste Ausgaberate von 19,2 kbps zu erhöhen. Die variable Rate wird gewonnen, indem ein ½-Rate Faltungscode punktiert wird, um einen ¾-Rate Faltungscode zu erhalten. Beispielsweise erzeugt eine feste Eingabedatenrate von 9600 bps bei Kodierung mit einem ½-Rate Faltungscode eine feste Ausgabedatenrate von 9600·2 = 19,2 kbps. Gleichermaßen erzeugt eine feste Eingabedatenrate von 14400 bps bei Kodierung mit einem ¾-Rate Faltungscode eine feste Ausgabedatenrate von 14400·4/3 = 19,2 kbps.
  • Der Vorwärtskommunikationsverbindungs-Prozeß der vorliegenden Erfindung ist in 2 dargestellt. Der Prozeß startet mit einem Datensignal I(D), welches in den Faltungskodierer (201) eingegeben wird. Der Prozeß erlaubt eine variable Datenrate dieses Signals, die bis zu 14,4 kbps betragen kann. Im be vorzugten Ausführungsbeispiel ist der Faltungskodierer (201) ein ½-Rate Kodierer.
  • Der Faltungscode hat die Generatorpolynome G1 = 753 und G2 = 561. In polynomialer Schreibweise lassen sich die Generatorpolynome wie folgt ausdrücken: G1(D) = 1 + D + D2 + D3 + D5 + D7 + D8 G2(D) = 1 + D2 + D3 + D4 + D8
  • Da es sich um einen ½-Rate Kodierer (201) handelt, werden für jedes an den Kodierer (201) eingegebene Bit zwei Symbole ausgegeben. Falls in einem Beispiel das Eingabesignal aus den Bits b0, b1 und b2 besteht, sind die ausgegebenen Symbolsequenzen die folgenden: C11, C12, C13, C14, C15, C16 ... für G1 und C21, C22, C23, C24, C25, C26 ... für G2. Folglich muß ohne den Prozeß der vorliegenden Erfindung die Eingabe 9,6 kbps betragen, um die Standard-Ausgabe mit 19,2 kbps des ½-Rate Kodierers aufrechtzuerhalten.
  • Der nächste Schritt des Prozesses fügt eine Wiederholung (202 und 203) jedes der Ausgabesymbole in die Symbolsequenz ein. Die Datenrate wird durch den Sprachkodierer oder durch den Datendienst-Controller festgelegt, so daß bekannt ist, wie viele Symbolwiederholungen eingefügt werden müssen, um die richtige Datenrate zu erhalten. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Symbole einmal wiederholt, so daß die Ausgabesymbolsequenzen die folgenden sind:
    C11, C11, C12, C12, C13, C13, C14, C14, C15, C15, C16, C16 ... für G1 und C21, C21, C22, C22, C23, C23, C24, C24, C25, C25, C26, C26 ... für G2
  • Eine parallel-zu-seriell Wandlung wird durch einen Multiplexer (204) für diese Symbolsequenzen ausgeführt. Die beiden Symbolsequenzen werden in den Multiplexer (204) mit einer Rate von 14,4 kbps eingegeben und vom Multiple xer als eine einzelne Sequenz mit einer Datenrate von 28,8 kbps ausgegeben. Dieser Multiplexing-Schritt erzeugt die folgende Symbolsequenz:
    C11, C21, C11, C21, C12, C22, C12, C22, C13, C23, C13, C23, C14, C24, C14, C24, C15, C25, C15, C25, C16, C26, C16, C26 ...
  • Diese Sequenz wird anschließend unter Verwendung von 110101 als Punktierungsmuster punktiert (205), worin jede 0 ein punktiertes Bit ist. Dieses Muster wird implementiert, indem aus der Symbolsequenz alle Bits gelöscht werden, die sich an den Positionen 6n + 3 und 6n + 5 befinden, wobei n ein Integerwert im Bereich von 0 bis ∞ ist. Alternative Ausführungsbeispiele können die Symbolsequenz an anderen Positionen und mit einer abweichenden Rate punktieren. Das Ergebnis dieser Operation ist die folgende Symbolsequenz:
    C11, C21, C21, C22, C12, C22, C23, C23, C14, C24, C24, C25, C15, C25, C26, C26 ...
  • Die Symbole werden anschließend in einen Blockinterleaver bzw. Blockverschachteler (207) eingegeben. Es ist für jene mit Fachwissen auf diesem Gebiet ersichtlich, daß andere Arten von Interleaving in alternativen Ausführungsbeispielen verwendet werden können, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die dem Interleaving unterworfenen Datensymbole werden durch den Interleaver (207) mit der gleichen Datensymbolrate 19,2 kbps ausgegeben, mit der sie eingegeben wurden. Die Interleaving-Symbolsequenz wird an einen Eingang des XOR Kombinierers (226) eingegeben.
  • Das Interleaving ist notwendig, um die Wahrscheinlichkeit zu reduzieren, daß ein Fading oder eine Interferenz eine große Lücke in der Datensequenz verursacht. In dem Fall, in dem Symbole ebenfalls wiederholt werden, wird der Verlust eines Symbols nicht notwendigerweise einen Totalverlust von Daten verursachen, wodurch eine verbesserte Leistungsfähigkeit geboten wird.
  • Ein Langes-Pseudorauschen-(PN)-Generator (220) ist mit dem anderen Eingang des XOR Kombinierers (226) gekoppelt, um eine Spreizsequenz an den XOR Kombinierer (226) zu liefern. Der Langes-PN-Generator (220) nutzt eine lange PN Sequenz zum Erzeugen einer nutzerspezifischen Symbolsequenz oder eines eindeutigen Nutzercodes mit einer festen Rate, 19,2 kbps im bevorzugten Ausführungsbeispiel. Zusätzlich zum Vorsehen einer Identifikation, welcher Nutzer die Verkehrskanal-Datenbits über den Kommunikationskanal gesendet hat, verbessert der eindeutige Nutzercode den Datenschutz der Kommunikation im Kommunikationskanal durch Verschlüsseln der Verkehrskanal-Datenbits. Der XOR Kombinierer (226) nutzt den eindeutigen Nutzercode, der durch den Langes-PN-Generator (220) eingegeben wird, zum Spreizen der eingegebenen Walsh-kodierten Datensymbole in nutzercodegespreizte Datensymbole. Diese Spreizung durch den XOR Kombinierer (226) liefert eine Faktorensteigerung der insgesamten Spreizung der Verkehrskanal-Datenbits zu Datensymbolen. Die nutzercodegespreizten Symbole werden vom XOR Kombinierer (226) mit einer festen Chip-Rate, die im bevorzugten Ausführungsbeispiel 1,228 Mchp/s beträgt, ausgegeben.
  • Die codegespreizten Symbole werden in einen Kombinierer (260) eingegeben, der außerdem mit einem Codevielfach-Kanalauswahlgenerator (250) gekoppelt ist, welcher einen Walsh-Code mit bestimmter Länge an den Kombinierer (260) liefert. Der Generator (250) liefert einen von 64 orthogonalen Codes entsprechend 64 Walsh-Codes aus einer 64-mal-64 Hadamard-Matrix, wobei ein Walsh-Code eine einzelne Zeile oder Spalte der Matrix ist. Der Kombinierer (260) nutzt die bestimmte Walsh-Code-Eingabe, die durch den Codevielfach-Kanalgenerator (250) eingegeben wird, um die eingegebenen, verschlüsselten Datensymbole in Walsh-Code Manteldatensymbole zu spreizen. Die Walsh-Code Manteldatensymbole werden vom XOR Kombinierer (260) ausgegeben und in die Quadratur-Mantelkombinierer (227 und 229) mit einer festen Chip-Rate von 1,2288 Mchp/s eingegeben.
  • Ein Paar kurzer PN Sequenzen (d. h. kurz im Vergleich zur langen PN Sequenz, die vom Langes-PN-Generator (220) genutzt wird) werden durch einen I-Kanal PN Generator (225) und einen Q-Kanal PN Generator (228) erzeugt. Diese PN Generatoren (225 und 228) können die gleichen oder verschiedene kurze PN Sequenzen erzeugen. Die XOR Kombinierer (227 und 229) spreizen nochmals die eingegebenen Walsh-Code gespreizten Daten mit den kurzen PN Sequenzen, die entsprechend durch den PN I-Kanal Generator (225) und den PN Q-Kanal Generator (228) erzeugt werden. Die resultierende I-Kanal codegespreizte Sequenz und die resultierende Q-Kanal codegespreizte Sequenz werden verwendet, um ein Quadratur-Paar von sinusförmigen Signalen zweiphasig zu modulieren, indem die Leistungspegelsteuerung des Paars sinusförmiger Signale gesteuert wird. Die sinusförmigen Signale werden summiert, bandpaß-gefiltert, in eine RF-Frequenz übersetzt, verstärkt, gefiltert und durch eine Antenne ausgestrahlt, um die Übertragung der Symbolsequenz über die Vorwärts-Kommunikationsverbindung zu bewirken.
  • In einem CDMA zellularen Funktelefonsystem bedarf es eines Prozesses in der mobilen Funkeinheit, um die über die Vorwärts-Kommunikationsverbindung übertragene Symbolsequenz zu interpretieren. Dieser Mobileinheit-Prozeß der vorliegenden Erfindung ist in 3 dargestellt.
  • Der Mobileinheit-Prozeß demoduliert zunächst die empfangene Symbolsequenz (301). Das demodulierte Signal wird anschließend in einen De-Interleaving-Prozeß (302) eingegeben, um das Interleaving des Vorwärtsverbindungs-Prozesses umzukehren. Das Ergebnis dieser Operation ist die ursprüngliche Sequenz von Symbolen, einschließlich der wiederholten Symbole, wie sie in den Interleaver des Vorwärtsverbindungs-Prozesses eingegeben wurde.
  • Die ausgegebene Symbol-Sequenz wird dann weiterverarbeitet, um die Symbole auszufüllen, die während des Vorwärtsverbindungs-Punktierungsprozesses gelöscht wurden (303). Da die empfangende Mobilstation über das gleiche Punktierungsmuster verfügt wie die Basisstation, weiß die Mobilstation, welche Symbole gelöscht wurden und kann daher diese gelöschten Symbole durch Leerräume ersetzen, auch bekannt als Löschungen bzw. Erasures. Die Ausgabe dieser Operation ist die folgende, wobei E die Löschung ist:
    C11, C21, E, C21, E, C22, C12, C22, E, C23, E, C23, C14, C24, E, C24, E, C25, C15, C25, E, C26, E, C26 ...
  • Diese Sequenz wird anschließend in einen Puffer (304) zur temporären Speicherung eingegeben. Der Puffer erlaubt es dem Viterbi-Decoder, die Symbolsequenz mehrfach zu verarbeiten, um die Datenrate zu bestimmen.
  • Der Viterbi-Decoder (305) weist dem Löschungsbit außerdem eine Null-Metrik zu, wie in der Technik wohlbekannt. Die Ausgabe des Viterbi-Decoders sind digitale Daten, die in ein analoges Signal durch einen Digital-zu-Analog-Konverter (306) konvertiert werden. Das analoge Signal kann dann zur Ansteuerung eines Lautsprechers (307) in der Mobileinheit genutzt werden.
  • Die über den Vorwärts- und den Rückwärtskanal übertragenen Signale sind in Rahmen formatiert, wobei jeder Rahmen eine Länge von 20 Millisekunden aufweist. Die anhängige US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 07/822,164 an Padovani et al., die dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung zugewiesen ist, führt eine detailliertere Erläuterung dieser Rahmen auf. Die Menge der in jedem Rahmen übertragenen Daten ist abhängig von der Datenrate. Die Rahmenzusammensetzung für jeden Datenahmen für den Vorwärts- und den Rückwärtskanal ist in der folgenden Tabelle dargestellt:
  • Figure 00130001
  • Die in der Tabelle aufgelistete Rate ist die Informationsbitrate. Die reservierten Bits für den Vorwärts- und den Rückwärtskanal sind im bevorzugten Aus führungsbeispiel vorgesehen für Signalisierung, Leistungssteuerung und zukünftige Verwendung.
  • Die Übertragungsleistung des Vorwärtskanal-Übertragers kann im Rückwärtskanal durch den Leistungssteuerungsprozeß der vorliegenden Erfindung gesteuert werden, dargestellt in 5. Der Leistungssteuerungsprozeß wird im folgenden bei Anwendung in einem CDMA zellularen Funktelefonsystem beschrieben, kann jedoch in anderen Kommunikationssystemen angewendet werden.
  • Der Selektor bzw. Auswähler des terrestrischen Netzwerkes bestimmt die Rate, mit welcher ein Rahmen an eine Mobilstation gesendet wurde (501) und sendet den Rahmen an alle Basisstationen, die mit dieser speziellen Mobilstation kommunizieren. Der Selektor ist Teil der Basisstation und zuständig für die Verbindungsverarbeitungs-Anforderungen der Basisstation.
  • Während eines weichen Hand-Off bzw. Soft Hand-Off kommuniziert mehr als eine Basisstation mit einer Mobilstation. Die Basisstationen übertragen den Rahmen an die Mobilstation (505). Nach dem Kombinieren der Daten von möglicherweise mehreren Basisstationen ermittelt die Mobilstation, ob der letzte Rahmen korrekt empfangen und dekodiert wurde (510). Falls die Mobilstation den letzten Rahmen korrekt dekodiert hat, setzt die Mobilstation das Leistungssteuerungsbit im nächsten Rahmen (520), der an die Basisstationen übertragen wird.
  • Da der Selektor die Rate kennt, mit welcher der letzte Rahmen zu der Mobilstation übertragen wurde, und nun außerdem eine Rückmeldung von der Mobilstation hat, ob der Rahmen korrekt dekodiert wurde, stellt der Selektor eine Tabelle mit Statistiken zusammen (525), welche die Fehlerraten enthält, die bei jeder Rate an der Mobilstation auftreten. Die "korrekt empfangen" Einträge in der Tabelle werden nur inkrementiert, wenn der Rückwärtsverbindungs-Rahmen, welcher das Rückmeldebit enthält, korrekt empfangen und dekodiert wurde (515).
  • Figure 00150001
  • Der Selektor führt ferner eine Tabelle mit vorherbestimmten Zielfehlerraten T1, T2, T3 und T4, jeweils eine für jede Rate. Falls die vorliegende Erfindung in einem zellularen Funktelefonsystem angewendet wird, können diese Fehlerraten durch den Anbieter des zellularen Dienstes eingestellt werden, um eine bestimmte Servicequalität vorzusehen.
  • Der Selektor berechnet anschließend die folgenden Differenzen: E1 = I2/I – T1 E2 = J2/J – T2 E3 = K2/K – T3 E4 = L2/L – T4.
  • Der Selektor bestimmt den Leistungspegel, mit welchem der nächste Rahmen zu senden ist, indem eine entsprechende der soeben berechneten Differenzen mit Null verglichen werden. Ist beispielsweise der zu übertragende Rahmen ein Rahmen mit Vollrate und E1 > 0 (530), dann wird der Leistungspegel Pnominal + P betragen (535), wobei P eine Funktion des Wertes von E1 Und Pnominal der durch den Diensteerbringer für dieses geographische Gebiet festgelegte Leistungspegel ist. Falls E1 = 0 (540), dann wird der Leistungspegel Pnominal betragen (540). Falls E1 < 0, dann wird der Leistungspegel Pnominal – P betragen (550). Die anderen Datenraten unterliegen der gleichen Prozedur. Der Selektor leitet den nächsten an die Mobilstation zu übertragenden Rahmen an die Basisstationen weiter, die mit der Mobilstation kommunizieren. Eine Indikation des Leistungspegels, mit welchem der Rahmen zu übertragen ist, wird in den Rahmen einbezogen.
  • Alternative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung fügen mehr als eine Wiederholung eines jeden Symbols in die Symbolsequenz ein, abhängig von der in den Kodierer eingegebenen Datenrate. Wird beispielsweise eine Datenrate von 2,4 kbps in den Kodierer eingegeben, sollten die Symbole noch dreimal wiederholt werden, so daß insgesamt 4 gleiche Symbole vorliegen, damit die Ausgabesequenz eine 19,2 kbps Ausgabedatenrate beibehält. Durch Hinzufügen von mehr oder weniger Wiederholungen kann die Eingabedatenrate variiert werden, während gleichzeitig die Ausgabe bei 19,2 kbps gehalten wird, wie durch die CDMA Interimsspezifikation IS-95 der Electronic Industries Association/Telephone Industries Association gefordert.
  • Alternative Ausführungsbeispiele können zuerst punktieren und nach dem Punktierungsprozeß wiederholen. Allerdings zerstört das bevorzugte Ausführungsbeispiel das Symbol nicht, wie es der Fall wäre, würden die Symbole vor dem Widerholungsprozeß punktiert. Indem zuerst wiederholt wird, existiert die Wiederholung des Symbols noch nach der Punktierung und daher kann diese Information immer noch übertragen werden.
  • Alternative Ausführungsbeispiele können eine Ausgaberate für die Verbindung von der Basisstation zur Mobilstation erforderlich machen, die von der durch die CDMA Spezifikation geforderten von 19,2 kbps abweicht. Ein Beispiel einer solchen Ausführung ist die Verbindung von Mobilstation zu Basisstation, für welche die Spezifikation eine Rate von 28800 bps verlangt. In diesem Fall ermöglicht eine Informationsrate von 14400 bps gekoppelt mit einem ½-Rate Faltungscode die gewünschte Rate von 14400·2 = 28800 bps.
  • Durch Punktieren eines ½-Rate Codes, um einen ¾-Rate Code zu erhalten, erlaubt der Prozeß der vorliegenden Erfindung die Unterstützung einer höheren Datenrate, während die Ausgabe konstant bleibt. Der Punktierungsprozeß und der Codesymbol-Wiederholungsprozeß erlauben ferber die Unterstützung variabler Datenraten durch den Kodierer, wie zum Beispiel 14,4, 7,2, 3,6 und 1,8 kbps, während die Ausgabe des Kodierers stabil bei 19,2 kbps gehalten wird, indem die Zahl der Wiederholungen der Symbole erhöht wird. Durch Verwendung eines Punktierungsprozesses in einem Funktelefon, welches die Fähigkeit aufweist, in dem CDMA Funktelefonsystem betrieben zu werden, werden eine höhere Sprachqualität und eine schnellere Daten- und Faxübertragung erreicht.
  • Der schnelle Vorwärtsleistungs-Steuerungsprozeß der vorliegenden Erfindung erlaubt es einer Mobilstation, eine Basisstation mit einer schnelleren Rate anzuweisen, die Leistungsausgabe zu ändern. Dieser Prozeß erlaubt es der Mobilstation, ein Leistungs-Änderungskommando mit jedem Datenrahmen zu senden, ohne daß sich die Sprach- oder Datenqualität verschlechtert.
  • Die mit dem Punktierungsprozeß eines ½-Rate Codes assoziierte Leistungsverschlechterung in der Verbindung von der Basisstation zur Mobilstation wird mehr als kompensiert durch den schnellen Vorwärtsleistungs-Steuerungsprozeß der vorliegenden Erfindung. Der schnelle Vorwärtsleistungs-Steuerungsprozeß der vorliegenden Erfindung erlaubt es einer Mobilstation, die Basisstationen mit einer Rate von 50 Hz (mit jedem Rahmen) anzuweisen, ihre Ausgabeleistung anzupassen, im Vergleich zu Raten von 0,2 Hz, die mit Hilfe anderer Signalisierungsverfahren erreicht werden, welche komplette Rahmen durch Leistungssteuerungsinformationen ersetzen. Dieser Prozeß erlaubt es der Mobilstation, eine Leistungsänderungsanforderung mit jedem Datenrahmen zu senden, indem ein einzelnes Informationsbit pro Rahmen verwendet wird und daher ohne Verschlechterung der Sprachqualität und ohne maßgebliche Reduktion des Datendurchsatzes.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Vorsehen einer Nachrichtenverbindung für Daten variabler Rate bzw. Geschwindigkeit, wobei das Verfahren die folgenden Schritte vorsieht: Faltungskodierung (201) eines Eingangsdatensignals zur Erzeugung einer ersten Vielzahl von faltungskodierten Signalen, wobei jedes faltungskodierte Signal eine Vielzahl von Datensymbolen aufweist; Wiederholen (202, 203) jedes Datensymbols eine vorbestimmte Anzahl von Malen, um eine zweite Vielzahl von faltungskodierten Signalen, die die wiederholten Datensymbole aufweisen, zu erzeugen; Multiplexen (204) der zweiten Vielzahl von faltungskodierten Signalen zur Erzeugung einer Datensequenz; und Punktieren (puncture) (205) der Datensequenz derart, dass die Datensymbole an vorbestimmten Stellen der Datensequenz weggelassen bzw. gelöscht werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Datensequenz alle 6n + 3 und 6n + 5 Datensymbole punktiert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Faltungskodieren (201) mit einer Rate ½ ausgeführt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ferner der Schritt des Zuweisens einer Nullmetrik zu jedem weggelassenen Symbol vorgesehen ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 zur Ermöglichung, dass ein Eingangsdatensignal in den Faltungskodierer eingegeben wird, und zwar mit einer variablen Rate, während eine konstante Datenratenausgangsgröße vom Faltungskodierer aufrechterhalten bleibt, wobei der Faltungskodierer in einem Funktelefon arbeitet mit der Fähigkeit der Nachrichtenübertragung mit einer Basisstation über Vorwärts- und Rückwärtsnachrichtenverbin dungen in einem Code-Division-Multiple-Access-Communications-System, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Faltungskodieren (201) mit einer Rate ½ des Eingangsdatensignals auf welche Weise zwei kodierte Ausgangssignale, die eine Vielzahl von Datensymbolen aufweisen, erzeugt werden; Wiederholen (202, 203) jedes Datensymbols in jedem kodierten Ausgangssignal; Multiplexen (204) der wiederholten Datensignale jedes kodierten Ausgangssignals zur Bildung einer ersten Datensequenz; Weglassen (205) jedweder 6n + 3 und 6n + 5 Datensymbole in der Datensequenz, wobei n eine ganze Zahl im Bereich von 0 bis ∞ ist, und zwar zur Erzeugung einer punktierten Datensequenz; Modulieren der punktierten Datensequenz; Übertragen der punktierten Datensequenz über die Vorwärtsnachrichtenverbindung; wobei die Basisstation die punktierte Datensequenz empfängt; Demodulieren (301) der empfangenen Datensequenz; Einsetzen (303) einer Nullmetrik bei jedem der 6n + 3 und 6n + 5 Datensymbole in der demodulierten Datensequenz zur Erzeugung einer zweiten Datensequenz; Dekodieren (305) der zweiten Datensequenz; und Digital-zu-Analog-Umwandlung (306) der dekodierten zweiten Datensequenz.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Eingangsdatensignal eine Datenrate von 14,4 kbps besitzt, und wobei das Ausgangssignal eine Datenrate von 19,2 kbps besitzt.
  7. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Steuerung einer ersten Nachrichtenübertragungsvorrichtung durch eine zweite Nachrichtenübertragungsvorrichtung, wobei die erste Nachrichtenübertragungsvorrichtung über einen Vorwärtsnachrichtenkanal sendet, mit mindestens einer Datenrate, wobei die zweite Nachrichtenübertragungs vorrichtung über einen Rückwärtsnachrichtenkanal sendet, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: die erste Nachrichtenübertragungsvorrichtung überträgt (505) eine Vielzahl von Rahmen auf dem Vorwärtsnachrichtenkanal, wobei ein erster Rahmen der Vielzahl von Rahmen übertragen wird mit einer ersten Datenrate von der mindestens einen Datenrate; wobei die zweite Nachrichtenübertragungsvorrichtung die Vielzahl der Rahmen dekodiert (520); wobei die zweite Nachrichtenübertragungsvorrichtung eine Rückkopplung zu der ersten Nachrichtenübertragungsvorrichtung vorsieht, und zwar ansprechend auf ein Dekodieren jedes dekodierten Rahmens der Vielzahl von dekodierten Rahmen; Bestimmung einer Fehlerrate (525) für jede Datenrate der mindestens einen Datenrate ansprechend auf die Rückkopplung; wobei dann, wenn die Fehlerrate größer ist als eine vorbestimmte Schwelle (530), die Leistung der ersten Nachrichtenübertragungsvorrichtung auf einen ersten vorbestimmten Pegel eingestellt wird (535); wobei, wenn die Fehlerrate gleich der vorbestimmten Schwelle (540) ist, die Leistung der ersten Nachrichtenübertragungsvorrichtung auf einen zweiten vorbestimmten Pegel eingestellt (545) wird; und wobei dann, wenn die Fehlerrate kleiner ist als die vorbestimmte Schwelle, die Leistung der ersten Nachrichtenübertragungsvorrichtung auf einen vorbestimmten Leistungspegel eingestellt (550) wird.
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