DE69838113T2

DE69838113T2 - Verfahren und Anordnung zur Hochgeschwindigkeitsübertragung von Datenpaketen

Info

Publication number: DE69838113T2
Application number: DE69838113T
Authority: DE
Inventors: Roberto Padovani; Nagabhushana T. Sindhushayana; Charles E. III San Diego Wheatley; Paul E. Bender; Peter J. Black; Matthew San Diego Grob; Jurg K. Hinderling
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 1997-11-03
Filing date: 1998-11-03
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2018-11-04
Also published as: US6574211B2; EP1777900B1; JP2009153170A; PL342656A1; EP1777898B1; CY1106583T1; CN1540872A; PT1434448E; US20030063583A1; DE69838113D1; DK1029419T3; EP1029419B1; KR100636923B1; IL166221A0; ES2316665T3; HK1033063A1; EP1777900A2; HK1100477A1; JP4594442B2; WO1999023844A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
I. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf Datenkommunikation. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein neues und verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung für Paketdatenübertragung mit hoher Rate.
II. Beschreibung des Standes der Technik
Ein modernes Kommunikationssystem ist erforderlich, um eine Vielzahl von Anwendungen zu unterstützen. Ein solches Kommunikationssystem ist ein Code Division Multiple Access (CDMA) System, das dem „TIA/EIA/IS-95 Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wide Band Spread Spectrum Cellular System", der im Folgenden als der IS-95-Standard bezeichnet wird. Das CDMA-System erlaubt Sprach- und Datenkommunikation zwischen Anwendern über eine terrestrische Verbindung. Der Gebrauch von CDMA-Techniken in einem Kommunikationssystem mit Mehrfachzugang wird offenbart in dem US-Patent Nr. 4,901,307 mit dem Titel „Spread Spectrum Multiple Access Communication System Using Satellite Or Terrestrial Repeaters" und dem US-Patent Nr. 5,103,459 mit dem Titel „System and Method For Generating Wave Fomms In A CDMA Cellular Telephone System", die beide dem Inhaber der vorliegenden Erfindung zugewiesen sind.
In dieser Spezifikation bezieht sich Basisstation auf die Hardware, mit der Mobilfunkgeräten kommunizieren. Zelle bezieht sich auf die Hardware oder das geografische Empfangsgebiet, in Abhängigkeit von dem Zusammenhang, in dem die Begriffe gebraucht werden. Ein Sektor ist ein Teil einer Zelle. Da ein Sektor eines CDMA-Systems die Eigenschaften einer Zelle hat, können die Lehren, die mit Begriffen von Zellen beschrieben werden, direkt auf Sektoren ausgeweitet werden.
In dem CDMA-System wird Kommunikation zwischen Anwendern durch eine oder mehrere Basisstationen ausgeführt. Ein erster Anwender eines Mobilfunkgeräts kommuniziert mit einem zweiten Anwender eines zweiten Mobilfunkgeräts durch Übertragung von Daten auf der Rückwärtsverbindung an eine Basisstation. Die Basisstation empfängt die Daten und kann die Daten an eine weitere Basisstation weiterleiten. Die Daten werden auf der Vorwärtsverbindung derselben Basisstation oder einer zweiten Basisstation an das zweite Mobilfunkgerät übertragen. Die Vorwärtsverbindung bezieht sich auf die Übertragung von der Basisstation zu einem Mobilfunkgerät, und die Rückwärtsverbindung bezieht sich auf die Übertragung von der Mobilfunkgerät zu einer Basisstation. In IS-95-Systemen sind der Vorwärtsverbindung und der Rückwärtsverbindung unterschiedliche Frequenzen zugewiesen.
Das Mobilfunkgerät kommuniziert während einer Kommunikation mit wenigstens einer Basisstation. CDMA-Mobilfunkgeräte sind in der Lage, mit mehreren Basisstationen gleichzeitig während eines Soft-Handoffs zu kommunizieren. Soft-Handoff ist der Prozess des Herstellen einer Verbindung mit einer neuen Basisstation, bevor die Verbindung mit der vorherigen Basisstation abgebrochen wird. Soft-Handoff minimiert die Wahrscheinlichkeit von abgebrochenen Gesprächen. Das Verfahren und das System zum Bereitstellen einer Kommunikation mit einen Mobilfunkgerät über eine oder mehrere Basisstationen während des Soft-Handoff-Prozesses sind offenbart in dem US-Patent Nr. 5,267,261 mit dem Titel „Mobile Assisted Soft-Handoff In A CDMA Cellular Telephone System", das dem Inhaber der vorliegenden Erfindung zugewiesen ist. Softer-Handoff ist der Prozess, bei denn die Kommunikation über mehrere Sektoren stattfindet, die durch dieselbe Basisstation bedient werden. Der Prozess des Softer-Handoffs wird im Detail in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 08/763,498 beschrieben mit dem Titel „Method And Apparatus For Performing Handoff Between Sector Of Common Base Station", eingereicht am 11. Dezember 1996, zugewiesen dem Inhaber der vorliegenden Erfindung.
Unter der wachsenden Nachfrage nach drahtlosen Datenanwendungen ist die Notwendigkeit für sehr effiziente drahtlose Datenkommunikationssysteme zunehmend wichtig geworden. Der IS-95-Standard ist in der Lage, Verkehrsdaten und Sprachdaten über die Vorwärts- und Rückwärtsverbindungen zu übertragen. Ein Verfahren zum Übertragen von Verkehrsdaten in Code-Kanal-Frames (code channel frames) von fester Größe wird im Detail beschrieben in dem US-Patent Nr. 5,504,773 mit dem Titel „Method And Apparatus For The Formatting Of Data For Transmission", das dem Inhaber der vorliegenden Erfindung zugewiesen ist. In Übereinstimmung mit dem IS-95-Standard werden Verkehrsdaten oder Sprachdaten in Code-Kanal-Frames aufgeteilt, die 20 ms lang sind und die Datenraten von bis zu 14,4 kbps (Kilobits per second) aufweisen.
Ein wesentlicher Unterschied zwischen Sprachdiensten und Datendiensten ist die Tatsache, dass die ersteren strenge und feste Anforderungen an Verzögerung auferlegen. Typischerweise muss die gesamte Verzögerung in einer Richtung von Sprach-Frames weniger als 100 ms betragen. Im Gegensatz dazu kann die Verzögerung bei Daten ein variabler Parameter werden, der verwendet wird, um die Effizienz des Datenkommunikationssystem zu optimieren. Insbesondere können effizientere Kodiertechniken zur Fehlerkorrektur verwendet werden, die wesentlich größere Verzögerungen erfordern als solche, die von Sprachdiensten toleriert werden können. Ein exemplarisches effizientes Kodierungsschema für Daten wird offenbart in der US-Patentanmeldung mit der Nummer 08/743,688 mit dem Titel „Soff Decision Output Decoder For Decoding Convolutionally Encoded Codewords", eingereicht am 6. November 1996 und dem Inhaber der vorliegenden Erfindung zugewiesen.
Ein weiterer wesentlicher Unterschied zwischen Sprachdiensten und Datendiensten besteht darin, dass erstere einen festen und gemeinsamen Servicegrad (Grade of Service, GOS) für alle Anwender erfordern. Typischerweise führt dies für digitale Systeme, die Sprachdienste bereitstellen, zu einer festen und gleichen Übertragungsrate für alle Anwender und einen maximalen tolerierten Wert für die Fehlerraten der Sprach-Frames. Im Gegensatz dazu kann der GOS für Datendienste von Anwender zu Anwender unterschiedlich sein, und er kann Parameteroptimiert sein, um die gesamte Effizienz des Datenkommunikationssystems zu erhöhen. Der GOS eines Datenkommunikationssystems wird typischerweise als die gesamte Verzögerung definiert, die beim Transfer einer vorbestimmten Menge von Daten, im Folgenden als ein Datenpaket bezeichnet, auftritt.
Ein noch weiterer wesentlicher Unterschied zwischen Datendiensten und Sprachdiensten besteht darin, dass die ersteren eine zuverlässige Kommunikationsverbindung erfordern, welche in dem beispielhaften CDMA-Kommunikationssystem durch Soft-Handoff bereitgestellt wird. Soft-Handoff führt zu redundanten Übertragungen von einer oder mehreren Basisstationen, um die Zuverlässigkeit zu erhöhen. Allerdings ist diese zusätzliche Ausfallsicherheit für Datenübertragung nicht erforderlich, da die Datenpakete, die fehlerhaft empfangen wurden, erneut übertragen werden können. Für Datendienste kann die Sendeleistung, die zur Unterstützung des Soft-Handoffs verwendet wird, effizienter zur Übertragung von zusätzlichen Daten verwendet werden.
Die Parameter, die die Qualität und Effektivität eines Datenkommunikationssystems messen, sind die Übertragungsverzögerung, die zur Übertragung eines Datenpakets erforderlich ist, und die durchschnittliche Durchsatzrate des Systems. Übertragungsverzögerung hat nicht dieselbe Auswirkung auf Datenkommunikation wie auf Sprachkommunikation, aber sie ist eine wichtige Metrik zum Messen der Qualität des Datenkommunikationssystems. Die durchschnittliche Durchsatzrate ist ein Maß der Effizienz der Fähigkeit zur Datenübertragung des Kommunikationssystems.
Es ist wohlbekannt, dass in zellulären Systemen das Signal-zu-Rausch-und-Interferenz-Verhältnis C/I für jeden gegebenen Anwender eine Funktion des Orts des Anwenders innerhalb des Empfangsbereichs ist. Um ein gegebenes Niveau von Service beizubehalten, greifen TDMA- und FDMA-Systeme auf Techniken zur Frequenzwiederverwendung zurück, d. h. es werden nicht alle Frequenzkanäle und/oder Zeitschlitze in jeder Basisstation verwendet. In einem CDMA-System wird dieselbe Frequenzzuweisung in jeder Zelle des Systems wiederverwendet, wodurch die gesamte Effizienz verbessert wird. Der C/I, den irgendein Mobilfunkgerät eines Anwenders erzielt, bestimmt die Informationsrate, die für diese bestimmte Verbindung von der Basisstation an das Mobilfunkgerät des Anwenders unterstützt werden kann. Vorausgesetzt, dass das spezifische Modulations- und Fehlerkorrekturverfahren, das für die Übertragung verwendet wird und das die vorliegende Erfindung für Datenübertragungen zu optimieren sucht, wird ein gegebenes Leistungsniveau bei einen entsprechenden Niveau des C/I erzielt. Für idealisierte zelluläre Systeme mit hexagonalen Zellformen und bei Verwendung einer gemeinsamen Frequenz in jeder Zelle kann die Verteilung des C/I berechnet werden, die innerhalb der idealisierten Zellen erzielt werden kam.
Der erzielte C/I für jeden gegebenen Anwender ist eine Funktion des Pfadverlustes, der für terrestrische zelluläre Systeme sich wie R³ bis R⁵ erhöht, wobei R der Abstand zu der Strahlenquelle ist. Weiterhin unterliegt der Pfadverlust zufälligen Änderungen aufgrund künstlicher oder natürlicher Hindernisse innerhalb des Pfads der Radiowelle. Diese zufälligen Änderungen werden typischerweise als ein logarithmischer Abschattungs-Zufalls-Prozess mit einer Standardabweichung von 8 dB modelliert. Die resultierende C/I-Verteilung, die für eine ideale hexagonale zelluläre Anordnung mit omnidirektionalen Basisstationsantennen erzielt wird, das R⁴-Ausbreitungsgesetz und der Abschattungsprozess mit 8 dB Standardabweichung werden in 10 gezeigt.
Die erhaltene C/I-Verteilung kann nur erzielt werden, wenn in jedem Augenblick und an jedem Ort das Mobilfunkgerät durch die beste Basisstation bedient wird, die als diejenige definiert wird, die den höchsten C/I-Wert erzielt, unabhängig von der physikalischen Entfernung zu jeder Basisstation. Aufgrund der zufälligen Natur des Pfadverlustes, wie oben beschrieben, kann das Signal mit dem höchsten C/I-Wert ein Signal sein, das nicht die minimale physikalische Entfernung von dem Mobilfunkgerät aufweist. Viel mehr kann der C/I wesentlich verschlechtert werden, wenn ein Mobilfunkgerät nur über die Basisstation mit mninimaler Entfernung kommunizieren könnte. Es ist deshalb für Mobilfunkgeräte nützlich, zu allen Zeiten mit der am besten bedienenden Basisstation zu kommunizieren, wodurch der optimale C/I-Wert erzielt wird. Es kann auch beobachtet werden, dass der Bereich von Werten des erzielten C/I in dem obigen idealisierten Modell und wie in 10 gezeigt ein solcher ist, dass die Differenz zwischen den höchsten und den niedrigsten Werten bis zu 10.000 betragen kann. In praktischen Implementierungen ist der Bereich typischerweise auf ungefähr 1:100 oder 20 dB begrenzt. Es ist deshalb für eine CDMA-Basisstation möglich, Mobilfunkgeräte mit Informationsbitraten zu bedienen, die bis zu einem Faktor von 100 variieren können, da die folgende Beziehung gilt:
Dabei stellt R_b die Informationsrate zu einem bestimmten Mobilfunkgerät dar, W die totale Bandbreite, die durch das Spreizspektrumsignal besetzt wird, und E_b/I₀ die Energie pro Bit über der Interferenzdichte, die erforderlich ist, um ein gegebenes Leistungsniveau zu erzielen. Wenn z. B. das Spreizspektrumsignal eine Bandbreite W von 1,2288 MHz besetzt und eine zuverlässige Kommunikation ein durchschnittliches E_b/I₀ = 3 dB erfordert, dann kann ein Mobilfunkgerät, das einen C/I-Wert von 3 dB mit der besten Basisstation erzielt, mit einer Datenrate von bis zu 1,2288 Mbps (Megabits per second) kommunizieren. Auf der anderen Seite, wenn ein Mobilfunkgerät wesentlicher Interferenz von benachbarten Basisstationen unterliegt und nur einen C/I von –7 dB erzielen kann, dann kann zuverlässige Kommunikation bei einer Rate größer als 122,88 Kbps nicht unterstützt werden. Bin Kommunikationssystem, das zum Optimieren des durchschnittlichen Durchsatzes entworfen wurde, wird deshalb versuchen, jeden entfernten Anwender von der besten dienenden Basisstation und mit der höchsten Datenrate R_b zu versorgen, die der entfernte Anwender zuverlässig unterstützen kann. Das Datenkommunikationssystem der vorliegenden Erfindung nutzt die oben vorgestellte Charakteristik aus und optimiert den Datendurchsatz von CDMA-Basisstationen zu den Mobilfunkgeräten.
Es wird weiterhin auf das Dokument EP 0 600 713 hingewiesen, das ein Datenübertragungsverfahren mit einem kombinierten mehrfachen Gebrauch von CDMA/TDMA offenbart, wobei komplementäre Codesätze als Spreizcodes verwendet werden. In den Anwendungen des offenbarten Verfahrens auf existierende oder geplante TDMA-Systeme wird diesen ein CDMA-Teil hinzugefügt, durch die ein Spreiz-codierter CDMA Mehrfachzugang in jedem Zeitschlitz des TDMA-Frames verwendet wird, um die Anzahl der Anwender zu erhöhen.
Es wird auch auf einen Aufsatz von F. Atachi et al. „Wideband Multi-rate DS-CDMA for Next Generation Mobile Communications System", IEEE, August 11, 1997 hingewiesen, der sich auf ein W-CDMA bezieht und eine Frame-Struktur für Rückwärts- und Vorwärtsverbindungen mit einer Frame-Länge von 10 ms darstellt. Der Frame besteht aus 16 Schlitzen, wobei jeder Schlitz Pilosymbole, ein adaptives Übertragungsleistungs-Steuerkommando und codierte Daten enthält.
Es wird auch auf das Dokument zum Stand der Technik JP 0908770 hingewiesen, das eine CDMA-Funkmultiplexübertragung zum Ermitteln der Übertragungsfunktion der Verbindung offenbart. Es wird ein gemeinsames Pilotsignal verwendet und eine entsprechende synchronisierte Detektion durchgeführt. Das übertragende Ende sendet, indem periodisch Pilotsymbole in einen Kanal von ausschließlich Multiplexkanälen eingefügt werden. Das empfangende Ende ermittelt den Zustand der Verbindung aus den empfangenen Pilotsymbolen und führt auf der Basis der so erhaltenen Informationen eine gleichzeitige Detektion von jeden Multiplex-Kanal durch.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden ein Infrastrukturelement, wie in Anspruch 1 dargelegt, ein Verfahren für Datenübertragung, wie in Anspruch 11 dargelegt, eine Kommunikationseinheit, wie in Anspruch 21 dargelegt, und ein Verfahren zum Empfangen und zum Verarbeiten von Daten, wie in Anspruch 28 dargelegt, bereitgestellt. Ausführungsformen der Erfindung werden in den abhängigen Patentansprüchen beansprucht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist ein neues und verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung für Paketdatenübertragung mit hoher Rate in einem CDMA-System. Die vorliegende Erfindung verbessert die Effizienz eines CDMA-Systems durch Bereitstellung von Mitteln zur Übertragung von Daten über die Vorwärts- und Rückwärtsverbindungen. Jedes Mobilfunkgerät kommuniziert mit einer oder mehreren Basisstationen und überwacht die Kontrollkanäle für die Dauer der Kommunikation mit den Basisstationen. Die Kontrolkanäle können von den Basisstationen verwendet werden, um kleine Mengen von Daten, Paging- (Funkruf-) Nachrichten, die an ein bestimmtes Mobilfunkgerät gerichtet sind, und Sammelnachrichten an alle Mobilfunkgeräte zu übertragen. Die Paging-Nachricht informiert das Mobilfunkgerät, dass der Basisstation eine große Menge von Daten zur Übertragung an das Mobilfunkgerät vorliegt.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, den Gebrauch der Vorwärts- und Rückwärtsverbindungskapazität in dem Datenkommunikationssystem zu verbes sern. Nach dem Erhalt der Paging-Nachrichten von einer oder mehreren Basisstationen misst das Mobilfunkgerät das Signal-zu-Rausch-und-Interferenz-Verhältnis (C/I) der Vorwärtsverbindungssignale (z. B. der Pilotsignale der Vorwärtsverbindung) in jedem Zeitschlitz und wählt die beste Basisstation unter Verwendung eines Satzes von Parametern aus, der die momentane und vorherige C/I-Messungen umfassen kann. In einer Ausführungsform überträgt das Mobilfunkgerät in jedem Zeitschlitz an die ausgewählte Basisstation über einen bestimmten Datenanfragekanal (Data Request Channel, DRC) eine Anfrage zur Übertragung mit der höchsten Datenrate, die das gemessene C/I zuverlässig unterstützen kann. Die ausgewählte Basisstation überträgt Daten in Datenpaketen mit einer Datenrate, die die Datenrate, die von dem Mobilfunkgerät empfangen wurde, nicht überschreitet, auf dem DRC-Kanal. Durch Übertragung von der besten Basisstation in jedem Zeitschlitz werden ein verbesserter Durchsatz und eine verbesserte Übertragungsverzögerung erzielt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, die Leistung zu verbessern durch Übertragung von der ausgewählten Basisstation mit der höchsten Sendeleistung für die Dauer von einem oder mehreren Zeitschlitzen zu einem Mobilfunkgerät mit der Datenrate, die durch das Mobilfunkgerät angefordert wurde. In dem beispielhaften CDMA-Kommunikationssystem arbeitet die Basisstation mit einer vorbestimmten Sicherheit (Back-off) (z. B. 3 dB) der verfügbaren Sendeleistung, um Veränderungen bei der Anwendung zu berücksichtigen. Deshalb ist die durchschnittliche Sendeleistung die Hälfte der höchsten Leistung. Da allerdings in der vorliegenden Erfindung Datenübertragungen mit hoher Geschwindigkeit zeitlich geplant werden und Leistung typischerweise nicht gemeinsam genutzt wird (z. B. zwischen Übertragungen), ist es nicht notwendig, für die verfügbare höchste Sendeleistung eine Sicherheit zu berücksichtigen.
Es ist noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, die Effizienz zu verbessern, indem den Basisstationen erlaubt wird, Datenpaket zu jedem Mobilfunkgerät über eine variable Anzahl von Zeitschlitzen zu übertragen. Die Möglichkeit, von Zeitschlitz zu Zeitschlitz von verschiedenen Basisstationen zu übertragen, erlaubt dem Datenkommunikationssystem der vorliegenden Erfindung, sich schnell an Änderungen in der Betriebsumgebung anzupassen. Zusätzlich ist es in der vorliegenden Erfindung möglich, ein Datenpaket über nicht-zusammenhängende Zeitschlitze zu übertragen, aufgrund des Gebrauchs von laufenden Nummern (sequence numbers) zum Identifizieren der Dateneinheiten innerhalb eines Datenpakets.
Es ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, die Flexibilität zu erhöhen, indem die Datenpakete, die an ein bestimmtes Mobilfunkgerät adressiert sind, von einen zentralen Controller an alle Basisstationen weiterzuleiten, die Elemente des Active Sets des Mobilfunkgeräts sind. In der vorliegenden Erfindung ist Datenübertragung von jeder Basisstation in dem Active Set des Mobilfunkgeräts in jedem Zeitschlitz möglich. Da jede Basisstation eine Warteschlange enthält, welche die an das Mobilfunkgerät zu übertragenden Daten enthält, ist effiziente Vorwärtsverbindungsübertragung mit minimaler Verarbeitungsverzögerung möglich.
Es ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Mechanismus für erneute Übertragung von Dateneinheiten bereitzustellen, die fehlerhaft empfangen wurden. In der beispielhaften Ausführungsform umfasst jedes Datenpaket eine vorbestimmte Anzahl von Dateneinheiten, in der jede Dateneinheit durch eine laufende Nummer (sequence number) identifiziert wird. Nach dem fehlerhaften Empfang von einer oder mehreren Dateneinheiten sendet das Mobilfunkgerät eine negative Bestätigung (negative acknowledgement, NACK) auf dem Rückwärtsverbindungs-Datenkanal, der die laufenden Nummern der fehlenden Dateneinheiten zur erneuten Übertragung von der Basisstation angibt. Die Basisstation empfängt die NACK-Nachricht und kann die fehlerhaft empfangenen Dateneinheiten erneut übertragen.
Es ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, für das Mobilfunkgerät die besten Kandidaten für Basisstationen zur Kommunikation auszuwählen, basie rend auf dem Verfahren, das in der US-Patentanmeldung Nr. 08/790,497 beschrieben ist und den Titel trägt „Method And Apparatus For Performing Soft-Handoff In A Wireless Communication System", eingereicht am 29. Januar 1997 und dem Inhaber der vorliegenden Erfindung zugewiesen. In einer Ausführungsform kann die Basisstation dem Active Set des Mobilfunkgeräts hinzugefügt werden, wenn das empfangene Pilotsignal über einer vorbestimmten Hinzunahmeschwelle liegt, und es wird aus dem Active Set entfernt, wenn das Pilotsignal unter einer vorbestimmten Entfernschwelle liegt. In einer alternativen Ausführungsform kann die Basisstation dem Active Set hinzugefügt werden, wenn die zusätzliche Energie der Basisstation (z. B. wie durch das Pilotsignal gemessen) und die Energie der Basisstationen, die schon zu dem Active Set gehören, eine vorbestimmte Schwelle überschreiten. Bei der Verwendung dieser alternativen Ausführungsform wird eine Basisstation, deren übertragene Energie einen unwesentlichen Betrag der gesamten bei dem Mobilfunkgerät empfangenen Energie umfasst, dem Active Set nicht hinzugefügt.
Es ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, für die Mobilfunkgeräte die Datenratenanforderungen auf dem DRC-Kanal auf eine solche Weise zu übertragen, dass nur die ausgewählte Basisstation unter den Basisstationen in Kommunikation mit dem Mobilfunkgerät in der Lage ist, die DRC-Nachrichten zu erkennen, wodurch sichergestellt wird, dass die Übertragung auf der Vorwärtsverbindung in jedem gegebenen Zeitschlitz von der ausgewählten Basisstation erfolgt. In der beispielhaften Ausführungsform wird jeder Basisstation in Kommunikation mit dem Mobilfunkgerät ein eindeutiger Walsh-Code zugewiesen. Das Mobilfunkgerät codiert (covers) die DRC-Nachricht mit dem Walsh-Code, der der ausgewählten Basisstation entspricht. Andere Codes können verwendet werden, um die DRC-Nachrichten zu codieren, allerdings werden orthogonale Codes typischerweise verwendet und Walsh-Codes sind bevorzugt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung im Folgenden besser verständlich, wenn sie zusammen mit den Zeichnungen betrachtet werden, in denen gleiche Bezugszeichen Entsprechendes überall identifizieren und wobei:
1 ist ein Diagramm eines Datenkommunikationssystem der vorliegenden Erfindung, das eine Mehrzahl von Zellen, eine Mehrzahl von Basisstationen und eine Mehrzahl von Mobilfunkgeräten umfasst;
2 ist ein beispielhaftes Blockdiagramm der Subsysteme des Datenkommunikationssystems der vorliegenden Erfindung;
3A–3B sind Blockdiagramme der beispielhaften Vorwärtsverbindungsarchitektur der vorliegenden Erfindung;
4A ist ein Diagramm der beispielhaften Vorwärtsverbindungs-Frame-Struktur der vorliegenden Erfindung;
4B–4C sind Diagramme des beispielhaften Vorwärtsverkehrskanals bzw. Leistungssteuerkanals;
4D ist ein Diagramm des punktierten Pakets der vorliegenden Erfindung;
4E–4G sind Diagramme der zwei beispielhaften Datenpaketformate bzw. der Steuerkanalkapselung;
5 ist ein beispielhaftes Zeitdiagramm, das die Paketübertragung mit hoher Rate auf der Vorwärtsverbindung zeigt;
6 ist ein Blockdiagramm, der beispielhaften Rückwärtsverbindungsarchitektur der vorliegenden Erfindung;
7A ist ein Diagramm der beispielhaften Rückwärtsverbindungs-Frame-Struktur der vorliegenden Erfindung;
7B ist ein Diagramm des beispielhaften Rückswärtsverbindungs-Zugangskanals;
8 ist ein beispielhaftes Zeitdiagramm, das die Datenübertragung mit hoher Rate auf der Rückwärtsverbindung zeigt;
9 ist ein beispielhaftes Zustandsdiagramm, das die Übergänge zwischen den verschiedenen Betriebszuständen des Mobilfunkgeräts zeigt; und
10 ist ein Diagramm der kumulativen Verteilungsfunktion (cumulative distribution function, CDF) der C/I-Verteilung in einer idealen hexagonalen zellulären Anordnung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In Übereinstimmung mit der beispielhaften Ausführungsform des Datenkommunikationssystems der vorliegenden Erfindung erfolgt Datenübertragung auf der Vorwärtsverbindung von einer Basisstation an ein Mobilfunkgerät (siehe 1) bei oder nahe der maximalen Datenrate, die durch die Vorwärtsverbindung und das System unterstützt werden kann. Datenkommunikation auf der Rückwärtsverbindung erfolgt von einem Mobilfunkgerät an ein oder mehrere Basisstationen. Die Berechnung der maximalen Datenrate für Übertragungen auf der Vorwärts verbindung wird im Detail unten beschrieben. Daten werden in Datenpakete aufgeteilt, wobei jedes Datenpaket über einen oder mehrere Zeitschlitze (oder Schlitze) übertragen wird. In jeden Zeitschlitz kann die Basisstation die Datenübertragung an jedes Mobilfunkgerät richten, das sich in Kommunikation mit der Basisstation befindet.
Anfänglich stellt das Mobilfunkgerät eine Kommunikation mit einer Basisstation unter Verwendung einer vorbestimmten Zugangsprozedur her. In diesem verbundenen Zustand kann das Mobilfunkgerät Daten und Kontrollnachrichten von der Basisstation empfangen und ist in der Lage, Daten und Kontrollnachrichten an die Basisstation zu übertragen. Das Mobilfunkgerät überwacht die Vorwärtsverbindung auf Übertragungen von den Basisstationen in dem Active Set des Mobilfunkgeräts. Das Active Set enthält eine Liste von Basisstationen, die in Kommunikation mit dem Mobilfunkgerät stehen. Insbesondere misst das Mobilfunkgerät das Signal-zu-Rausch- und Interferenz-Verhältnis (C/I) des Piloten der Vorwärtsverbindung von den Basisstationen in dem Active Set, wie es von dem Mobilfunkgerät empfangen wurde. Wenn das empfangene Pilotsignal über einer vorbestimmten Hinzufügeschwelle oder unter einer vorbestimmten Entfernschwelle liegt, berichtet das Mobilfunkgerät dies an die Basisstation. Darauf folgende Nachrichten von der Basisstation weisen das Mobilfunkgerät an, die Basisstation(en) seinem Active Set hinzuzufügen bzw. zu entfernen. Die verschiedenen Betriebszustände des Mobilfunkgeräts werden unten beschrieben.
Wenn keine Daten zum Senden vorliegen, kehrt das Mobilfunkgerät in einen Leerlaufzustand zurück und unterbricht die Übertragung der Datenrateninformation an die Basisstation(en). Während das Mobilfunkgerät sich in dem Leerlaufzustand befindet, überwacht das Mobilfunkgerät den Kontrollkanal von einer oder mehreren Basisstationen in dem Active Set auf Paging-Nachrichten (Funkrufnachrichten).
Wenn Daten vorliegen, die an das Mobilfunkgerät zu übertragen sind, werden die Daten durch einen zentralen Controller an alle Basisstationen in dem Active Set gesendet und in einer Warteschlange in jeder Basisstation gespeichert. Eine Paging-Nachricht wird dann durch eine oder mehrere Basisstationen an das Mobilfunkgerät auf den jeweiligen Kontrollkanälen gesendet. Die Basisstation kann alle solche Paging-Nachrichten zur selben Zeit über mehrere Basisstationen übertragen, um einen Empfang sicherzustellen, auch wenn das Mobilfunkgerät zwischen Basisstationen wechselt. Das Mobilfunkgerät demoduliert und decodiert die Signale auf einen oder mehreren Kontrollkanälen, um die Paging-Nachrichten zu empfangen.
Nach dem Decodieren der Paging-Nachrichten und für jeden Zeitschlitz, bis die Datenübertragung abgeschlossen ist, misst das Mobilfunkgerät den C/I der. Vorwärtsverbindungssignale von den Basisstationen in dem Active Set, wie es von dem Mobilfunkgerät empfangen wurde. Der C/I der Vorwärtsverbindungssignale kann durch Messen der jeweiligen Pilotsignale erhalten werden. Das Mobilfunkgerät wählt dann die beste Basisstation basierend auf einem Satz von Parametern aus. Der Satz von Parametern kann momentane und vorangegangene C/I-Messungen und die Bitfehlerrate oder die Paketfehlerrate umfassen. Zum Beispiel kann die beste Basisstation basierend auf der höchsten C/I-Messung ausgewählt werden. Das Mobilfunkgerät identifiziert dann die beste Basisstation und überträgt der ausgewählten Basisstation eine Datenanforderungsnachricht (data request message) (im Folgenden als die DRC-Nachricht bezeichnet) auf dem Datenanforderungskanal (data request channel) (im Folgenden als der DRC-Kanal bezeichnet). Die DRC-Nachricht kann die angeforderte Datenrate oder alternativ einen Hinweis auf die Qualität des Vorwärtsverbindungskanals (z. B. die C/I-Messung selbst, die Bitfehlerrate oder die Paketfehlerrate) enthalten. In der beispielhaften Ausführungsform kann das Mobilfunkgerät die Übertragung der DRC-Nachricht an eine spezifische Basisstation richten, durch Verwendung eines Walsh-Codes, der die Basisstation eindeutig identifiziert. Auf die Symbole der DRC-Nachricht wird ein Exklusiv-Oder (XOR) mit dem eindeutigen Walsh-Code angewandt. Da jede Basisstation in dem Active Set des Mobilfunkgeräts durch einen eindeutigen Walsh-Code identifiziert wird, kann nur die ausgewählte Basisstation, welche die identische XOR-Operation mit dem richtigen Walsh-Code ausführt, die durch das Mobilfunkgerät ausgeführt wurde, die DRC-Nachricht richtig decodieren. Die Basisstation verwendet die Ratenkontrollinformation von jeden Mobilfunkgerät, um Vorwärtsverbindungsdaten mit der höchsten möglichen Rate effizient zu übertragen.
In jedem Zeitschlitz kann die Basisstation jedes der gerufenen (paged) Mobilfunkgeräte zur Datenübertragung auswählen. Die Basisstation bestimmt dann die Datenrate, mit der die Daten an das ausgewählte Mobilfunkgerät übertragen werden, basierend auf dem neuesten Wert der DRC-Nachricht, die von dem Mobilfunkgerät empfangen wurde. Zusätzlich identifiziert die Basisstation eindeutig eine Übertragung an ein bestimmtes Mobilfunkgerät unter Verwendung eines Spreizcodes (spreading code), der für das Mobilfunkgerät eindeutig ist. In der beispielhaften Ausführungsform ist dieser Spreizcode der Long Pseudo Noise (PN) Code, der durch den IS-95-Standard definiert ist.
Das Mobilfunkgerät, für das das Datenpaket gedacht ist, empfangt die Datenübertragung und decodiert das Datenpaket. Jedes Datenpaket umfasst eine Mehrzahl von Dateneinheiten. In der beispielhaften Ausführungsform umfasst eine Dateneinheit 8 Informationsbits, obwohl verschiedene Größen der Dateneinheit definiert werden können und innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung liegen. In der beispielhaften Ausführungsform wird jeder Dateneinheit eine laufende Nummer (sequence number) zugeordnet, und die Mobilfunkgeräte sind in der Lage, entweder fehlende oder doppelte Übertragungen zu identifizieren. In solchen Fällen kommunizieren die Mobilfunkgeräte über den Datenkanal der Rückwärtsverbindung die laufenden Nummern der fehlenden Dateneinheiten. Die Basisstations-Controller, die die Datennachrichten von den Mobilfunkgeräten empfangen, geben dann allen Basisstationen, die mit diesen bestimmten Mobilfunkgerät kommunizieren, an, welche Dateneinheiten durch das Mobilfunkgerät nicht empfan gen wurden. Die Basisstationen planen dann eine erneute Übertragung von solchen Dateneinheiten.
Jedes Mobilfunkgerät in dem Datenkommunikationssystem kann mit mehreren Basisstationen auf der Rückwärtsverbindung kommunizieren. In der beispielhaften Ausführungsform unterstützt das Datenkommunikationssystem der vorliegenden Erfindung Soft-Handoff und Softer-Handoff auf der Rückwärtsverbindung aus mehreren Gründen. Erstens, verbraucht Soft-Handoff keine zusätzliche Kapazität auf der Rückwärtsverbindung, sondern erlaubt den Mobilfunkgeräten, Daten mit dem minimalen Leistungsniveau zu übertragen, so dass wenigstens eine der Basisstationen die Daten zuverlässig decodieren kann. Zweitens, erhöht ein Empfang der Rückwärtsverbindungssignale durch mehrere Basisstationen die Zuverlässigkeit der Übertragung und erfordert lediglich zusätzliche Hardware in den Basisstationen.
In der beispielhaften Ausführungsform wird die Vorwärtsverbindungskapazität des Datenübertragungssystems der vorliegenden Erfindung durch die Ratenanfragen der Mobilfunkgeräte bestimmt. Zusätzliche Erhöhungen der Vorwärtsverbindungskapazität können durch Verwendung von gerichteten Antennen und/oder adaptiven räumlichen Filtern erzielt werden. Ein beispielhaftes Verfahren und eine Vorrichtung zum Bereitstellen von gerichteten Übertragungen werden offenbart in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 08/575,049 mit dem Titel „Method And Apparatus For Determining The Transmission Data Rate In A Multi-User Communication System", eingereicht am 20. Dezember 1995, und der US-Patentanmeldung Nr. 08/925,521 mit dem Titel „Method And Apparatus For Providing Orthogonal Spot Beams, Sectors And Picocells", eingereicht am B. September 1997, beide dem Inhaber der vorliegenden Anmeldung zugewiesen.
I. Systembeschreibung
Mit Bezug auf die Figuren stellt 1 das beispielhafte Datenkommunikationssystem der vorliegenden Erfindung dar, das mehrere Zellen 2a–2g umfasst. Jede Zelle 2 wird durch eine entsprechende Basisstation 4 versorgt. Verschiedene Mobilfunkgeräte 6 sind innerhalb des Datenkommunikationssystems verteilt. In der beispielhaften Ausführungsform kommuniziert jedes der Mobilfunkgeräte 6 mit höchstens einer Basisstation 4 auf der Vorwärtsverbindung in jeden Zeitschlitz, aber kann in Kommunikation mit einer oder mehreren Basisstationen 4 auf der Rückwärtsverbindung stehen, abhängig davon, ob das Mobilfunkgerät 6 sich im Soft-Handoff befindet. Zum Beispiel überträgt die Basisstation 4a Daten aus schließlich an das Mobilfunkgerät 6a, die Basisstation 4b überträgt Daten ausschließlich an das Mobilfunkgerät 6b, und die Basisstation 4c überträgt Daten ausschließlich an das Mobilfunkgerät 6c auf der Vorwärtsverbindung im Zeitschlitz n. In 1 gibt die durchgezogene Linie mit dem Pfeil eine Datenübertragung von der Basisstation 4 an das Mobilfunkgerät 6 an. Eine gestrichelte Linie mit dem Pfeil gibt an, dass das Mobilfunkgerät 6 das Pilotsignal, aber keine Datenübertragungen, von der Basisstation 4 empfängt. Die Kommunikation auf der Rückwärtsverbindung ist der Einfachheit halber in 1 nicht gezeigt.
Wie in 1 gezeigt, überträgt jede Basisstation 4 in jedem gegebenen Augenblick vorzugsweise Daten an ein Mobilfunkgerät 6. Mobilfunkgeräte 6, insbesondere jene, die sich nahe einer Zellgrenze befinden, können die Pilotsignale von mehreren Basisstationen 4 empfangen. Wenn das Pilotsignal über einer vorbestimmten Schwelle liegt, kann das Mobilfunkgerät 6 fordern, dass die Basisstation 4 zu dem Active Set des Mobilfunkgeräts 6 hinzugefügt wird. In der beispielhaften Ausführungsform kann das Mobilfunkgerät 6 Datenübertragung von keinen oder einen Element des Active Sets empfangen.
Ein Blockdiagramm, das die Basis-Subsysteme des Datenkommunikationssystems der vorliegenden Erfindung darstellt, ist in 2 gezeigt. Der Basisstations-Controller 10 ist mit der Paketnetzwerk-Schnittstelle 24, dem PSTN 30, und allen Basisstationen 4 in dem Datenkommunikationssystem verbunden (nur eine Basisstation ist in 2 der Einfachheit halber gezeigt). Der Basisstations-Controller 10 koordiniert die Kommunikation zwischen den Mobilfunkgeräten 6 in dem Datenkommunikationssystem und anderen Anwendern, die mit der Paketnetzwerk-Schnittstelle 24 und dem PSTN 30 verbunden sind. Das PSTN 30 ist mit Anwendern über das Standard-Telefonnetzwerk (in 2 nicht gezeigt) verbunden.
Der Basisstations-Controller 10 enthält viele Selektorelemente 14, obwohl der Einfachheit halber in 2 nur einer gezeigt ist. Ein Selektorelement 14 ist der Steuerung der Kommunikation zwischen einer oder mehreren Basisstationen 4 und einen Mobilfunkgerät 6 zugewiesen. Wenn das Selektorelement 14 nicht dem Mobilfunkgerät 6 zugewiesen ist, wird der Verbindungskontroll-Prozessor 16 (Call control processor) von der Notwendigkeit informiert, das Mobilfunkgerät 6 zu rufen. Der Verbindungskontroll-Prozessor 16 weist dann die Basisstation 4 an, das Mobilfunkgerät 6 zu rufen.
Eine Datenquelle 20 enthält die Daten, die an das Mobilfunkgerät 6 zu übertragen sind. Die Datenquelle 20 stellt die Daten an die Paketnetzwerk-Schnittstelle 24 bereit. Die Paketnetzwerk-Schnittstelle 24 empfängt die Daten und leitet die Daten an das Selektorelement 14 weiter. Das Selektorelement 14 sendet die Daten an jede Basisstation 4, die in Kommunikation mit dem Mobilfunkgerät 6 steht. Jede Basisstation 4 unterhält eine Datenwarteschlange 40, die die Daten enthält, die an das Mobilfunkgerät 6 zu übertragen sind.
In der beispielhaften Ausführungsform, auf der Vorwärtsverbindung, bezieht sich ein Datenpaket auf eine vorbestimmte Menge von Daten, die unabhängig von der Datenrate ist. Das Datenpaket wird mit anderen Steuer- und Codierbits formatiert und kodiert. Wenn Datenübertragung über mehrere Walsh-Kanäle erfolgt, wird das kodierte Paket in parallele Ströme entbündelt (demultiplexed), wobei jeder Strom über einen Walsh-Kanal übertragen wird.
Die Daten werden in Datenpaketen von der Datenwarteschlange 40 an ein Kanalelement 42 gesendet. Für jedes Datenpaket fügt das Kanalelement 42 die notwendigen Steuerfelder ein. Das Datenpaket, die Steuerfelder, Frame Check Sequence Bits und Code Tail Bits bilden ein formatiertes Paket. Das Kanalelement 42 kodiert dann ein oder mehrere formatierte Pakete und verschachtelt (interleaves) die Symbole (oder ordnet sie um) innerhalb des kodierten Pakets. Dann wird das verschachtelte Paket mit einer Verschlüsselungssequenz verschlüsselt, mit Walsh-Codes kodiert und mit dem langen PN-Code und den kurzen PN_I- und PN_Q-Codes gespreizt. Die Spreizdaten werden durch einen Sender innerhalb der RF-Einheit 44 quadratur-moduliert, gefiltert und verstärkt. Das Vorwärtsverbindungssignal wird über eine Antenne 46 durch die Luft über die Vorwärtsverbindung 50 übertragen.
Bei dem Mobilfunkgerät 6 wird das Vorwärtsverbindungssignal durch eine Antenne 60 empfangen und an einen Empfänger mit einem Front End 62 weitergeleitet. Der Empfänger filtert, verstärkt, quadratur-demoduliert und quantisiert das Signal. Das digitalisierte Signal wird einem Demodulator (DEMOD) 64 bereitgestellt, wo es mit dem langen PN-Code und den kurzen PN_I- und PN_Q-Codes entspreizt, mit den Walsh-Codes dekodiert und mit der identischen Verschlüsselungssequenz entschlüsselt wird. Die demodulierten Daten werden einem Decoder 66 bereitgestellt, der das Inverse der Signalverarbeitungsfunktionen ausführt, die an der Basisstation 4 ausgeführt wurden, insbesondere Entschachtelungs-, Dekodier- und Frame-Überprüfungsfunktionen. Die dekodierten Daten werden an eine Datensenke 68 bereitgestellt. Die Hardware, wie oben beschrieben, unterstützt Übertragungen von Daten, Messaging, Sprache, Video und andere Kommunikation über die Vorwärtsverbindung.
Die Funktionen zur Systemkontrolle und Zeitplanungen können durch viele Implementierungen erreicht werden. Die Anordnung des Kanalplaners 48 (Channel Scheduler) hängt davon ab, ob eine zentralisierte oder eine verteilte Steuer/Zeitplanungsverarbeitung gewünscht ist. Zum Beispiel, für verteilte Verarbeitung, kann der Kanalplaner 48 innerhalb jeder Basisstation 4 angeordnet sein. Umgekehrt, für zentralisierte Verarbeitungen, kann der Kanalplaner 48 innerhalb des Basisstation-Controllers 10 angeordnet und so gestaltet sein, um die Datenübertragungen von mehreren Basisstationen 4 zu koordinieren. Andere Implementierungen der oben beschriebenen Funktionen können in Betracht gezogen werden und liegen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 gezeigt, sind die Mobilstationen 6 innerhalb des Datenkommunikationssystems verteilt und können über die Vorwärtsverbindung in Kommunikation mit keiner oder einer Basisstation 4 stehen. In der beispielhaften Ausführungsform koordiniert der Kanalplaner 48 die Datenübertragungen über die Vorwärtsverbindungen einer Basisstation 4. In der beispielhaften Ausführungsform verbindet sich der Kanalplaner 48 mit der Datenwarteschlange 40 und dem Kanalelement 42 innerhalb der Basisstation 4 und empfängt die Warteschlangengröße, die die Menge der an das Mobilfunkgerät 6 zu übertragenden Daten angibt, sowie die DRC-Nachrichten von den Mobilfunkgeräten 6. Der Kanalplaner 48 plant Datenübertragung mit hoher Rate, sodass die Systemziele des maximalen Datendurchsatzes und minimaler Übertragungsverzögerung optimiert werden.
In der beispielhaften Ausführungsform wird die Datenübertragung zum Teil basierend auf der Qualität der Kommunikationsverbindung geplant. Ein beispielhaftes Kommunikationssystem, das die Übertragungsrate, basierend auf der Verbindungsqualität, auswählt, wird offenbart in der US-Patentanmeldung Nr. 08/741,320 mit dem Titel „METHOD AND APPARATUS FOR PROVIDING HIGH SPEED DATA COMMUNICATIONS IN A CELLULAR ENVIRONMENT", eingereicht am 11. September 1996 und dem Inhaber der vorliegenden Erfindung zugewiesen. In der vorliegenden Erfindung kann die Zeitpla nung der Datenkommunikation auf zusätzlichen Überlegungen beruhen, wie etwa dem GOS des Anwenders, der Größe der Warteschlange, dem Typ der Daten, der Größe der schon aufgetretenen Verzögerung und der Fehlerrate der Datenübertragung. Diese Überlegungen werden im Detail beschrieben in der US-Patentanmeldung Nr. 08/798,951 mit dem Titel: „METHOD AND APPARATUS FOR FORWARD LINK RATE SCHEDULING", eingereicht am 11. Februar 1997, und der US-Patentanmeldung mit einer Seriennummer und mit dem Titel: „METHOD AND APPARATUS FOR REVERSE LINK RATE SCHEDULING", eingereicht am 20. August 1997, beide dem Inhaber der vorliegenden Erfindung zugewiesen. Andere Faktoren können bei der Zeitplanung von Datenübertragungen berücksichtigt werden und liegen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung.
Das Datenkommunikationssystem der vorliegenden Erfindung unterstützt Daten- und Nachrichtenübertragungen auf der Rückwärtsverbindung. Innerhalb des Mobilfunkgeräts 6 verarbeitet der Controller 76 die Daten- oder Nachrichtenübertragungen durch Weiterleitung der Daten oder Nachrichten an einen Codierer 72. Der Controller 76 kann durch einen Mikrocontroller, einen Mikroprozessor, einen digitalen Signalverarbeitungschip (DSP) oder ein ASIC implementiert werden, der zur Ausführung der hier beschriebenen Funktionen programmiert ist.
In der beispielhaften Ausführungsform kodiert der Codierer 72 die Nachricht entsprechend dem Blank-and-Burst-Signaling-Datenformat, das in dem vorher genannten US-Patent Nr. 5,504,773 beschrieben ist. Der Codierer 72 erzeugt dann eine Menge von CRC-Bits und hängt sie an, hängt eine Menge von Code Tail Bits an, kodiert die Daten und die angehängten Bits und ordnet die Symbole innerhalb der kodierten Daten um. Die verschachtelten Daten werden dem Modulator (MOD) 74 bereitgestellt.
Der Modulator 74 kann in vielen Ausführungsformen implementiert werden. In der beispielhaften Ausführungsform (siehe 6) werden die verschachtelten Daten mit Walsh-Codes kodiert, mit einem langen PN-Code gespreizt und weiterhin mit den kurzen PN-Codes gespreizt. Die gespreizten Daten werden an einen Sender innerhalb des Front-Ends 62 bereitgestellt. Der Sender moduliert, filtert und verstärkt und überträgt das Rückwärtsverbindungssignal über die Antenne 46 durch die Luft auf der Rückwärtsverbindung 52.
In der beispielhaften Ausführungsform spreizt das Mobilfunkgerät 6 die Rückwärtsverbindungsdaten in Übereinstimmung mit einem langen PN-Code. Jeder Rückwärtsverbindungskanal wird in Übereinstimmung mit dem zeitlichen Versatz einer gemeinsamen langen PN-Sequenz definiert. Bei zwei unterschiedlichen Versätzen sind die resultierenden Modulationssequenzen nicht korreliert. Der Versatz eines Mobilfunkgeräts 6 wird in Übereinstimmung mit einer eindeutigen numerischen Identifikation des Mobilfunkgeräts 6 bestimmt, was in der beispielhaften Ausführungsform des IS-95 Mobilfunkgeräts 6 die spezifische Identifikationsnummer des Mobilfunkgeräts ist. Deshalb sendet jedes Mobilfunkgerät 6 auf einem unkorrelierten Rückwärtsverbindungskanal, der in Übereinstimmung mit seiner eindeutigen elektronischen Seriennummer bestimmt wurde.
Bei der Basisstation 4 wird das Rückwärtsverbindungssignal durch die Antenne 46 empfangen und an die RF-Einheit 44 bereitgestellt. Die RF-Einheit 44 filtert, verstärkt, demoduliert und quantisiert das Signal und stellt das digitalisierte Signal an das Kanalelement 42 bereit. Das Kanalelement 42 entspreizt das digitalisierte Signal mit den kurzen PN-Codes und dem langen PN-Code. Das Kanalelement 42 Flirt auch die Dekodierung der Walsh-Codes und die Extraktion von Pilot und DRC durch. Das Kanalelement 42 ordnet dann die demodulierten Daten um, dekodiert die entschachtelten Daten und führt die CRC-Überprüfungsfunktion aus. Die dekodierten Daten, z. B. die Daten oder die Nachricht, wird dem Selektorelement 14 bereitgestellt. Das Selektorelement 14 leitet die Daten und die Nachricht an die richtigen Ziele weiter. Das Kanalelement 42 kann auch einen Qualitätsindikator an das Selektorelement 14 weiterleiten, das den Zustand des empfangenen Datenpakets angibt.
In der beispielhaften Ausführungsform kann das Mobilfunkgerät 6 in einem von drei Betriebszuständen sein. Ein beispielhaftes Zustandsdiagramm, das die Übergänge zwischen den verschiedenen Betriebszuständen des Mobilfunkgeräts 6 zeigt, ist in 9 gezeigt. In dem Zugangszustand 902 sendet das Mobilfunkgerät 6 Zugangssignale (access grobes) und wartet auf eine Kanalzuweisung durch die Basisstation 4. Die Kanalzuweisung umfasst Zuweisungen von Ressourcen wie etwa einen Leistungssteuerkanal und eine Frequenzzuweisung. Das Mobilfunkgerät 6 kann von dem Zugangszustand 902 in den verbundenen Zustand 904 übergehen, wenn das Mobilfunkgerät 6 gerufen (paged) und auf bevorstehende Datenübertragung hingewiesen wird, oder wenn das Mobilfunkgerät 6 Daten auf der Rückwärtsverbindung überträgt. In dem verbundenen Zustand 904 tauscht das Mobilfunkgerät 6 Daten aus (z. B. sendet oder empfängt) und führt Handoff-Operationen aus. Nach Abschluss einer Entlassungsprozedur geht das Mobilfunkgerät 6 von dem verbundenen Zustand 904 in den Leerlaufzustand 906 über. Das Mobilfunkgerät 6 kann auch von dem Zugangszustand 902 in den Leerlaufzustand 906 übergehen, nachdem eine Verbindung mit der Basisstation 4 abgelehnt wurde. In dem Leerlaufzustand 906 achtet das Mobilfunkgerät 6 auf Overhead- und Paging-Nachrichten, indem es Nachrichten auf dem Vorwärtssteuerkanal (Forward Control Channel) empfängt und dekodiert und die Leerlauf-Handoff-Prozedur ausführt. Das Mobilfunkgerät 6 kann in den Zugangszustand 902 durch Initiieren der Prozedur gelangen. Das in 9 gezeigte Zustandsdiagramm ist nur eine beispielhafte Zustandsdefinition, das zur Veranschaulichung gezeigt wird. Andere Zustandsdiagramme können auch verwendet werden und liegen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung.
II. Datenübertragung über die Vorwärtsverbindung
In der beispielhaften Ausführungsform geschieht das Initiieren einer Kommunikation zwischen dem Mobilfunkgerät 6 und der Basisstation 4 auf eine ähnliche Weise wie für das CDMA-System. Nach dem Abschluss des Verbindungsaufbaus überwacht das Mobilfunkgerät 6 den Steuerkanal auf Paging-Nachrichten. Während es sich in dem verbundenen Zustand befindet, beginnt das Mobilfunkgerät 6 die Übertragung des Pilotsignals auf der Rückwärtsverbindung.
Ein beispielhaftes Flussdiagramm der Datenübertragung mit hoher Rate auf der Vorwärtsverbindung der vorliegenden Erfindung ist in 5 gezeigt. Wenn der Basisstation 4 Daten zum Übertragen an das Mobilfunkgerät 6 vorliegen, sendet die Basisstation 4 eine Paging-Nachricht, die an das Mobilfunkgerät 6 adressiert ist, auf dem Steuerkanal bei Block 502. Die Paging-Nachricht kann von einer oder mehreren Basisstationen 4 gesendet werden, in Abhängigkeit von dem Handoff-Zustand des Mobilfunkgeräts 6. Nach dem Erhalt der Paging-Nachricht beginnt das Mobilfunkgerät 6 den C/I-Messprozess bei Block 504. Das C/I des Vorwärtsverbindungssignals wird aus einer oder aus einer Kombination der unten beschriebenen Verfahren berechnet. Das Mobilfunkgerät 6 wählt dann eine angeforderte Datenrate aus, basierend auf der besten C/I-Messung, und überträgt eine DRC-Nachricht auf dem DRC-Kanal bei Block 506.
Innerhalb desselben Zeitschlitzes empfängt die Basisstation 4 die DRC-Nachricht bei Block 508. Wenn der nächste Zeitschlitz für Datenübertragung verfügbar ist, überträgt die Basisstation 4 Daten zu dem Mobilfunkgerät 6 mit der angeforderten Datenrate bei Block 510. Das Mobilfunkgerät 6 empfangt die Datenübertragung bei Block 512. Wenn der nächste Zeitschlitz verfügbar ist, überträgt die Basisstation 4 den Rest des Pakets bei Block 514, und das Mobilfunkgerät 6 empfängt die Datenübertragung bei Block 516.
In der vorliegenden Erfindung kann das Mobilfunkgerät 6 gleichzeitig mit einer oder mehreren Basisstationen 4 kommunizieren. Die Maßnahmen, die von dem Mobilfunkgerät 6 ergriffen werden, hängen davon ab, ob das Mobilfunkgerät 6 sich im Soft-Handoff befindet oder nicht. Diese zwei Fälle werden unten getrennt besprochen.
III. Der Fall des Nicht-Handoffs
Falls kein Handoff vorliegt, kommuniziert das Mobilfunkgerät 6 mit einer Basisstation 4. Mit Bezug auf 2 werden die Daten, die für ein bestimmtes Mobilfunkgerät 6 bestimmt sind, dem Selektorelement 14 bereitgestellt, dem die Steuerung der Kommunikation mit diesem Mobilfunkgerät 6 zugewiesen ist. Das Selektorelement 14 leitet die Daten an die Datenwarteschlange 40 innerhalb der Basisstation 4 weiter. Die Basisstation 4 reiht die Daten ein und überträgt eine Paging-Nachricht auf dem Steuerkanal. Die Basisstation 4 überwacht dann den DRC-Kanal der Rückwärtsverbindung auf DRC-Nachrichten von dem Mobilfunkgerät 6. Wenn auf dem DRC-Kanal kein Signal entdeckt wird, kann die Basisstation 4 die Paging-Nachricht erneut übertragen, bis die DRC-Nachricht entdeckt wird. Nach einer vorbestimmten Anzahl von Versuchen zur Neuübertragung kann die Basisstation 4 den Prozess beenden oder eine Verbindung mit dem Mobilfunkgerät 6 erneut starten.
In der beispielhaften Ausführungsform überträgt das Mobilfunkgerät 6 die angeforderte Datenrate in der Form einer DRC-Nachricht an die Basisstation 4 auf dem DRC-Kanal. In der alternativen Ausführungsform überträgt das Mobilfunkgerät 6 einen Hinweis auf die Qualität des Vorwärtsverbindungskanals (zum Beispiel die C/I-Messung) an die Basisstation 4. In der beispielhaften Ausführungsform wird die 3-Bit-DRC-Nachricht mit weichen Entscheidungen (soft decisions) durch die Basisstation 4 dekodiert. In der beispielhaften Ausführungsform wird die DRC-Nachricht innerhalb der ersten Hälfte von jedem Zeitschlitz übertragen. Der Basisstation 4 steht dann die verbleibende Hälfte des Zeitschlitzes zum Dekodieren der DRC-Nachricht und zum Konfigurieren der Hardware für Datenübertragung in dem nächsten folgenden Zeitschlitz zur Verfügung, wenn der Zeitschlitz für Datenübertragung an das Mobilfunkgerät 6 zur Verfügung steht. Wenn der nächste folgende Zeitschlitz nicht verfügbar ist, wartet die Basisstation 4 auf den nächsten verfügbaren Zeitschlitz und fährt fort, den DRC-Kanal auf neue DRC-Nachrichten zu überwachen.
In der ersten Ausführungsform sendet die Basisstation 4 mit der angeforderten Datenrate. Diese Ausführungsform überlässt dem Mobilfunkgerät 6 die wichtige Entscheidung des Auswählen der Datenrate. Immer mit der angeforderten Datenrate zu senden, hat den Vorteil, dass das Mobilfunkgerät 6 weiß, welche Datenrate erwartetet werden kann. Dann moduliert und dekodiert das Mobilfunkgerät 6 nur den Verkehrskanal in Übereinstimmung mit der angeforderten Datenrate. Die Basisstation 4 muss keine Nachricht an das Mobilfunkgerät 6 übertragen, die angibt, welche Datenrate durch die Basisstation 4 verwendet wird.
In der ersten Ausführungsform, nach dem Empfang der Paging-Nachricht, versucht das Mobilfunkgerät 6 kontinuierlich die Daten mit der angeforderten Datenrate zu demodulieren. Das Mobilfunkgerät 6 demoduliert den Vorwärtsverkehrkanal und stellt die Soft-Decision-Symbole dem Decoder bereit. Der Decoder dekodiert die Symbole und führt die Frame-Überprüfung auf dem dekodierten Paket aus, um festzustellen, ob das Paket richtig empfangen wurde. Wenn das Paket fehlerhaft empfangen wurde oder wenn das Paket an ein anderes Mobilfunkgerät 6 gerichtet war, würde die Frame-Überprüfung einen Paketfehler angeben. Alternativ, in dem ersten Ausführungsbeispiel, demoduliert das Mobilfunkgerät 6 die Daten auf einer Schlitz-für-Schlitz-Basis. In der beispielhaften Ausführungsform ist das Mobilfunkgerät 6 in der Lage festzustellen, ob eine Datenübertragung an dieses Mobilfunkgerät selbst gerichtet ist, basierend auf einer Präambel, die in jeden übertragenen Datenpaket enthalten ist, wie unten beschrieben. Deshalb kann das Mobilfunkgerät 6 den Dekodierprozess beenden, wenn festgestellt wird, dass die Übertragung an ein anderes Mobilfunkgerät 6 gerichtet ist. In jedem Fall überträgt das Mobilfunkgerät 6 eine negative Bestätigungsnachricht (negative acknowledgments message, NACK) an die Basisstation 4, um den falschen Empfang der Dateneinheiten zu bestätigen. Nach dem Erhalt der NACK-Nachricht werden die fehlerhaft empfangenen Dateneinheiten erneut übertragen.
Die Übertragung der NACK-Nachrichten kann auf eine Weise implementiert werden, die der Übertragung des Fehlerindikator-Bits (error indicator bit, EIB) in dem CDMA-System ähnlich ist. Die Implementierung und der Gebrauch von EIB-Übertragung werden offenbart in dem US-Patent Nr. 5,568,483 mit dem Titel „METHOD AND APPARATUS FOR THE FORMATTING OF DATA FOR TRANSMISSION", das dem Inhaber der vorliegenden Erfindung zugewiesen ist. Alternativ kann NACK mit Nachrichten übertragen werden.
In der zweiten Ausführungsform wird die Datenrate durch die Basisstation 4 aufgrund von Daten (Input) von dem Mobilfunkgerät 6 bestimmt. Das Mobilfunkgerät 6 führt die C/I-Messung durch und überträgt einen Hinweis auf die Verbindungsqualität (z. B. die C/I-Messung) an die Basisstation 4. Die Basisstation 4 kann die angeforderte Datenrate, basierend auf den bei der Basisstation 4 verfügbaren Ressourcen, anpassen, wie z. B. der Größe der Warteschlange und der verfügbaren Sendeleistung. Die angepasste Datenrate kann an das Mobilfunkgerät 6 vor oder gleichzeitig mit einer Datenübertragung mit der angepassten Datenrate übertragen werden, oder sie kann in der Kodierung der Datenpakete implizit enthalten sein. In dem ersten Fall, in dem das Mobilfunkgerät 6 die angepasste Datenrate vor der Datenübertragung empfängt, demoduliert und dekodiert das Mobilfunkgerät 6 das empfangene Paket in der in der ersten Ausführungsform beschriebenen Weise. In dem zweiten Fall, in dem die angepasste Datenrate an das Mobilfunkgerät 6 gleichzeitig mit der Datenübertragung übertragen wird, kann das Mobilfunkgerät 6 den Vorwärtsverkehrskanal demodulieren und die demodulierten Daten speichern. Nach dem Erhalt der angepassten Datenrate dekodiert das Mobilfunkgerät 6 die Daten in Übereinstimmung mit der angepassten Datenrate. Und in dem dritten Fall, wobei die angepasste Datenrate implizit in den kodierten Datenpaketen enthalten ist, demoduliert und dekodiert das Mobilfunkgerät 6 alle möglichen Raten und bestimmt im Nachhinein die Übertragungsrate zur Auswahl der dekodierten Daten. Das Verfahren und die Vorrichtung zum Ausführen von Ratenbestimmung werden detailliert beschrieben in der US-Patentanmeldung Nr. 08/730,863 mit denn Titel „METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING THE RATE OF RECEIVED DATA IN A VARIABLE RATE COMMUNICATION SYSTEM", eingereicht am 18. Oktober 1996 und der Patentanmeldung mit der Nr. PA436, die auch den Titel trägt „METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING THE RATE OF RECEIVED DATA IN A VARIABLE RATE COMMUNICATION SYSTEM", die eingereicht wurde, und die beide dem Inhaber der vorliegenden Anmeldung zugewiesen sind. In allen oben beschriebenen Fällen überträgt das Mobilfunkgerät 6 eine NACK-Nachricht, wie oben beschrieben, wenn das Ergebnis der Frame-Überprüfung negativ ist.
Die folgende Diskussion basiert auf der ersten Ausführungsform, wobei das Mobilfunkgerät 6 der Basisstation 4 die DRC-Nachricht überträgt, die die angeforderte Datenrate angibt, außer wenn es anders angegeben ist. Allerdings ist das hierin beschriebene erfinderische Konzept ebenso auf die zweite Ausführungsform anwendbar, in der das Mobilfunkgerät 6 einen Hinweis auf die Verbindungsqualität an die Basisstation 4 überträgt.
IV. Der Fall des Handoffs
Im Falle des Handoffs kommuniziert das Mobilfunkgerät 6 mit mehreren Basisstationen 4 auf der Rückwärtsverbindung. In der beispielhaften Ausführungsform erfolgt Datenübertragung über die Vorwärtsverbindung an ein bestimmtes Mobilfunkgerät 6 von einer Basisstation 4 aus. Allerdings kann das Mobilfunkgerät 6 gleichzeitig die Pilotsignale von mehreren Basisstationen 4 empfangen. Wenn die C/I-Messung einer Basisstation 4 über einer vorbestimmten Schwelle liegt, wird die Basisstation 4 dem Active Set des Mobilfunkgeräts 6 hinzugefügt. Während der Soft-Handoff-Anweisungsnachricht weist die neue Basisstation 4 das Mobilfunkgerät 6 einen Reverse Power Control (RPC) Walsh-Kanal zu, der unten beschrieben wird. Jede Basisstation 4, die sich im Soft-Handoff mit dem Mobilfunkgerät 6 befindet, überwacht die Übertragung auf der Rückwärtsverbindung und sendet ein RPC-Bit auf den jeweiligen RPC-Walsh-Kanälen.
Mit Bezug auf 2 leitet das Selektorelement 14, dem die Steuerung der Kommunikation mit dem Mobilfunkgerät 6 zugewiesen ist, die Daten an alle Basisstationen 4 in dem Active Set des Mobilfunkgeräts 6 weiter. Alle Basisstationen 4, die Daten von dem Selektorelement 14 empfangen, übertragen eine Paging-Nachricht an das Mobilfunkgerät 6 auf ihren jeweiligen Steuerkanälen. Wenn das Mobilfunkgerät 6 in dem verbundenen Zustand ist, führt das Mobilfunkgerät 6 zwei Funktionen aus. Erstens wählt das Mobilfunkgerät 6 die beste Basisstation 4 aus, basierend auf einem Satz von Parametern, der die beste C/I-Messung sein kann. Das Mobilfunkgerät 6 wählt dann eine Datenrate aus, die der C/I-Messung entspricht und überträgt eine DRC-Nachricht an die ausgewählte Basisstation 4. Das Mobilfunkgerät 6 kann die Übertragung der DRC-Nachricht an eine bestimmte Basisstation 4 richten, indem es die DRC-Nachricht mit dem Walsh-Code (Walsh Cover) codiert (covers), der der jeweiligen Basisstation 4 zugewiesen ist. Zweitens versucht das Mobilfunkgerät 6 das Vorwärtsverbindungssignal in Übereinstimmung mit der angeforderten Datenrate in jedem folgenden Zeitschlitz zu demodulieren.
Nach dem Übertragen der Paging-Nachrichten überwachen alle Basisstationen 4 in dem Active Set den DRC-Kanal auf eine DRC-Nachricht von dem Mobilfunkgerät 6. Da die DRC-Nachricht mit einem Walsh-Code codiert ist, ist die ausgewählte Basisstation 4, der der identische Walsh-Code zugewiesen ist, wiederum in der Lage, die DRC-Nachricht zu decodieren. Nach dem Erhalt der DRC-Nachricht überträgt die ausgewählte Basisstation 4 Daten an das Mobilfunkgerät 6 in den nächsten verfügbaren Zeitschlitzen.
In der beispielhaften Ausführungsform überträgt die Basisstation 4 Daten in Paketen, die eine Mehrzahl von Dateneinheiten aufweisen, mit der angeforderten Datenrate an das Mobilfunkgerät 6. Wenn die Dateneinheiten durch das Mobilfunkgerät 6 falsch empfangen werden, wird eine NACK-Nachricht auf den Rückwärtsverbindungen an alle Basisstationen 4 in dem Active Set übertragen. In der beispielhaften Ausführungsform wird die NACK-Nachricht demoduliert und durch die Basisstationen 4 decodiert und an das Selektorelement 14 zur Verarbeitung weitergeleitet. Nach dem Verarbeiten der NACK-Nachricht werden die Dateneinheiten erneut übertragen, unter Verwendung der oben beschriebenen Prozedur. In der beispielhaften Ausführungsform kombiniert das Selektorelement 14 die NACK-Signale, die von allen Basisstationen 4 empfangen wurden, in eine NACK-Nachricht und sendet die NACK-Nachricht an alle Basisstationen 4 in dem Active Set.
In der beispielhaften Ausführungsform kann das Mobilfunkgerät 6 Änderungen in der besten C/I-Messung feststellen und dynamisch Datenübertragungen von verschiedenen Basisstationen 4 in jedem Zeitschlitz anfordern, um die Effizienz zu erhöhen. In der beispielhaften Ausführungsform, da Datenübertragung nur von einer Basisstation 4 in jeden gegebenen Zeitschlitz 4 erfolgt, kann es anderen Basisstationen 4 in dem Active Set nicht bekannt sein, welche Dateneinheiten, falls überhaupt irgendwelche, an das Mobilfunkgerät 6 übertragen wurden. In der beispielhaften Ausführungsform informiert die übertragende Basisstation 4 das Selektorelement 14 über die Datenübertragung. Das Selektorelement 14 sendet dann eine Nachricht an alle Basisstationen 4 in dem Active Set. In der beispielhaften Ausführungsform wird von den übertragenen Daten angenommen, dass sie von dem Mobilfunkgerät 6 richtig empfangen wurden. Deshalb, wenn das Mobilfunkgerät 6 Datenübertragung von einer anderen Basisstation 4 in dem Active Set anfordert, überträgt die neue Basisstation 4 die verbleibenden Dateneinheiten. In der beispielhaften Ausführungsform sendet die Basisstation 4 in Übereinstimmung mit der letzten Übertragungs-Aktualisierung von dem Selektorelement 14. Alternativ wählt die neue Basisstation 4 die nächsten Dateneinheiten zum Übertragen aus unter Verwendung von Vorhersageschemata, basierend auf Metriken wie etwa der durchschnittlichen Übertragungsrate und früheren Aktualisierungen von dem Selektorelement 14. Diese Mechanismen minimieren doppelte Neuübertragungen derselben Dateneinheiten durch mehrere Basisstationen 4 in verschiedenen Zeitschlitzen, die in einem Verlust von Effizienz resultieren. Wenn eine frühere Über tragung fehlerhaft empfangen wurde, kann die Basisstation 4 diese Dateneinheiten außer der Reihe neu übertragen, da jede Dateneinheit durch eine eindeutige laufende Nummer identifiziert wird, wie unten beschrieben. In der beispielhaften Ausführungsform, wenn ein Loch (oder nicht-übertragene Dateneinheiten) entsteht (z. B. als Ergebnis des Handoffs zwischen einer Basisstation 4 zu einer andere Basisstation 4), werden die fehlenden Dateneinheiten so betrachtet, als wenn sie fehlerhaft empfangen worden wären. Das Mobilfunkgerät 6 überträgt NACK-Nachrichten, die den fehlenden Dateneinheiten entsprechen, und diese Dateneinheiten werden erneut übertragen.
In der beispielhaften Ausführungsform pflegt jede Basisstation 4 in dem Active Set eine unabhängige Datenwarteschlange 40, welche die an das Mobilfunkgerät 6 zu übertragenden Daten enthält. Die ausgewählte Basisstation 4 überträgt Daten, die in ihrer Datenwarteschlange 40 existieren, in einer sequentiellen Reihenfolge, außer für erneute Übertragungen von Dateneinheiten, die fehlerhaft empfangen wurden, und für Signalisierungsnachrichten. In der beispielhaften Ausführungsform werden die übertragenen Dateneinheiten von der Warteschlange 40 nach der Übertragung gelöscht.
V. Andere Überlegungen zu Datenübertragungen auf der Vorwärtsverbindung
Eine wichtige Überlegung in dem Datenkommunikationssystem der vorliegenden Erfindung ist die Genauigkeit der C/I-Schätzungen zum Zweck der Auswahl der Datenrate für zukünftige Übertragungen. In der beispielhaften Ausführungsform werden die C/I-Messungen auf den Pilotsignalen während des Zeitintervalls durchgeführt, wenn die Basisstation 4 Pilotsignale sendet. In der beispielhaften Ausführungsform, da nur die Pilotsignale während dieses Pilot-Zeitintervalls gesendet werden, sind die Effekte von mehreren Pfaden und Interferenzen minimal.
In anderen Implementierungen der vorliegenden Erfindung, in denen die Pilotsignale kontinuierlich über einen orthogonalen Code-Kanal gesendet werden, ähnlich dem der IS-95-Systeme, können die Effekte von mehreren Pfaden und Interferenz die C/I-Messungen verfälschen. Ähnlich, wenn die C/I-Messung auf den Datenübertragungen anstelle der Pilotsignale ausgeführt wird, können auch mehrere Pfade und Interferenzen die C/I-Messungen verschlechtern. In beiden Fällen, wenn eine Basisstation 4 an ein Mobilfunkgerät 6 sendet, ist das Mobilfunkgerät 6 in der Lage, den C/I des Vorwärtsverbindungssignals genau zu messen, da keine anderen interferierenden Signale vorliegen. Wenn sich das Mobilfunkgerät 6 allerdings im Soft-Handoff befindet und die Pilotsignale von mehreren Basisstationen 4 empfängt, ist das Mobilfunkgerät 6 nicht in der Lage zu unterscheiden, ob die Basisstationen 4 Daten übertragen haben oder nicht. Im schlimmsten Fall kann das Mobilfunkgerät 6 einen hohen C/I in einem ersten Zeitschlitz messen, wenn keine Basisstationen 4 Daten an irgendein Mobilfunkgerät 6 gesendet haben, und Datenübertragung in einen zweiten Zeitschlitz empfangen, wenn alle Basisstationen 4 in demselben Zeitschlitz Daten übertragen. Die C/I-Messungen in dem ersten Zeitschlitz, wenn alle Basisstationen 4 im Leerlauf sind, gibt einen falschen Hinweis auf die Signalqualität der Vorwärtsverbindung in dem zweiten Zeitschlitz, da der Status des Datenkommunikationssystems sich verändert hat. Daher kann der tatsächliche C/I in dem zweiten Zeitschlitz auf eine Weise verschlechtert sein, so dass zuverlässiges Decodieren bei der angeforderten Datenrate nicht möglich ist.
Das umgekehrte extreme Szenario liegt vor, wenn eine C/I-Schätzung durch das Mobilfunkgerät 6 auf maximaler Interferenz beruht. Allerdings erfolgt die tatsächliche Übertragung, wenn nur die ausgewählte Basisstation sendet. In diesem Fall sind die C/I-Schätzung und die ausgewählte Datenrate konservativ, und die Übertragung erfolgt mit einer Rate, die niedriger ist, als die, die zuverlässig decodiert werden könnte, so dass die Übertragungseffizienz verringert wird.
In der Implementierung, in der die C/I-Messung auf einen kontinuierlichen Pilotsignal oder dem Verkehrssignal durchgeführt wird, kann die Vorhersage des C/I in dem zweiten Zeitschlitz basierend auf der Messung des C/I in dem ersten Zeitschlitz durch drei Ausführungsformen genauer gemacht werden. In der ersten Ausführungsform werden Datenübertragungen von den Basisstationen 4 so gesteuert, dass die Basisstationen 4 nicht dauernd zwischen dem Übertragungs- und dem Leerlaufzustand in aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen wechseln. Dies kann erreicht werden, indem genügend Daten in die Warteschlange eingereiht werden (z. B. eine vorbestimmte Anzahl von Informations-Bits), vor der tatsächlichen Datenübertragung an die Mobilfunkgeräte 6.
In der zweiten Ausführungsform überträgt jede Basisstation 4 ein Vorwärts-Aktivitäts-Bit (forward activity bit, im Folgenden als das FAC-Bit bezeichnet), das angibt, ob eine Übertragung in dem nächsten halben Frame erfolgt. Der Gebrauch des FAC-Bits wird unten detailliert beschrieben. Das Mobilfunkgerät 6 führt die C/I-Messung unter Berücksichtigung des empfangenen FAC-Bits von jeder Basisstation 4 durch.
In der dritten Ausführungsform, die dem Schema entspricht, in dem ein Hinweis auf die Verbindungsqualität an die Basisstation 4 übertragen wird und die ein zentralisiertes Zeitplanungsschema verwendet, werden die Zeitplanungsinformationen, die angeben, welche der Basisstationen 4 in jedem Zeitschlitz Daten übertragen haben, dem Kanalplaner 48 verfügbar gemacht. Der Kanalplaner 48 empfängt die C/I-Messungen von den Mobilfunkgeräten 6 und kann die C/I-Messungen basierend auf seinem Wissen des Vorhandenseins oder der Abwesenheit von Datenübertragung von jeder Basisstation 4 in dem Datenkommunikationssystem anpassen. Zum Beispiel kann das Mobilfunkgerät 6 den C/I in dem ersten Zeitschlitz messen, wenn keine benachbarten Basisstationen 4 senden. Der gemessene C/I wird dem Kanalplaner 48 bereitgestellt. Der Kanalplaner 48 weiß, dass keine benachbarten Basisstationen 4 in dem ersten Zeitschlitz Daten übertragen haben, da keine durch den Kanalplaner 48 eingeplant war. Beim Planen von Datenübertragung in dem zweiten Zeitschlitz weiß der Kanalplaner 48, ob bei einer oder mehreren benachbarten Basisstationen 4 Daten übertragen werden. Der Kanalplaner 48 kann den C/I, der in dem ersten Zeitschlitz gemessen wurde, anpassen, um die zusätzliche Interferenz zu berücksichtigen, die das Mobilfunkgerät 6 in dem zweiten Zeitschlitz aufgrund von Datenübertragungen durch benachbarte Basisstationen 4 empfangen wird. Alternativ, wenn der C/I in dem ersten Zeitschlitz gemessen wurde, wenn benachbarte Basisstationen 4 senden und diese benachbarten Basisstationen 4 in dem zweiten Zeitschlitz nicht senden, kann der Kanalplaner 48 die C/I-Messung anpassen, um diese zusätzliche Information zu berücksichtigen.
Eine weitere wichtige Überlegung ist es, überflüssige Neuübertragungen zu minimieren. Überflüssige Neuübertragungen können daraus resultieren, dass es dem Mobilfunkgerät 6 erlaubt ist, Datenübertragung von verschiedenen Basisstationen 4 in aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen zu wählen. Die beste C/I-Messung kann zwischen zwei oder mehr Basisstationen 4 über aufeinanderfolgende Zeitschlitze hin- und herwechseln, wenn das Mobilfunkgerät 6 ungefähr gleichen C/I für diese Basisstationen 4 misst. Das Hin- und Herwechseln kann durch Abweichungen in den C/I-Messungen und/oder Änderungen in den Kanalbedingungen verursacht werden. Datenübertragung durch verschiedene Basisstationen 4 in aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen kann in einem Verlust von Effizienz resultieren.
Das Wechselproblem kann durch die Anwendung von Hysterese angegangen werden. Die Hysterese kann mit einem Signalniveauschema, einem Zeitschema oder einer Kombination der Signalniveau- und Zeitschemata implementiert werden. In dem beispielhaften Signalniveauschema wird die bessere C/I-Messung einer anderen Basisstation 4 in dem Active Set nicht gewählt, so lange es die C/I-Messung der momentan sendenden Basisstation 4 um zumindest die Hysteresegröße nicht überschreitet. Zum Beispiel sei angenommen, dass die Hysterese 1,0 dB beträgt und dass die C/I-Messung der ersten Basisstation 4 3,5 dB beträgt und dass die C/I-Messung der zweiten Basisstation 4 3,0 dB beträgt, in dem ersten Zeitschlitz. In dem nächsten Zeitschlitz wird die zweite Basisstation 4 nicht ausgewählt, so lange ihre C/I-Messung nicht wenigstens 1,0 dB höher ist als die der ersten Basisstation 4. Deshalb, wenn die C/I-Messung der ersten Basisstation 4 immer noch 3,5 dB in dem nächsten Zeitschlitz beträgt, wird die zweite Basisstation 4 nicht ausgewählt, so lange ihre C/I-Messung nicht mindesten 4,5 dB beträgt.
In dem beispielhaften Zeitschema überträgt die Basisstation 4 Datenpakete zu dem Mobilfunkgerät 6 über eine vorbestimmte Anzahl von Zeitschlitzen. Dem Mobilfunkgerät 6 ist es nicht erlaubt, eine andere sendende Basisstation 4 innerhalb der vorbestimmten Anzahl von Zeitschlitzen zu wählen. Das Mobilfunkgerät 6 setzt das Messen des C/I der momentan sendenden Basisstation 4 in jedem Zeitschlitz fort und wählt die Datenrate als Antwort auf die C/I-Messung.
Noch eine weitere wichtige Überlegung ist die Effizienz der Datenübertragung. Bezug nehmend auf die 4E und 4F enthält jedes Paketformat 410 und 430 Daten- und Overhead-Bits. In der beispielhaften Ausführungsform ist die Anzahl von Overhead-Bits für alle Datenraten fest. Bei der höchsten Datenrate ist der Prozentsatz des Overheads gegenüber der Paketgröße relativ klein und die Effizienz ist hoch. Bei den niedrigeren Datenraten können die Overhead-Bits einen größeren Prozentsatz des Pakets umfassen. Die Ineffizienz der niedrigeren Datenraten kann verbessert werden durch Übertragung von Datenpaketen variabler Länge an das Mobilfunkgerät 6. Die Datenpakete von variabler Länge können geteilt und an das Mobilfunkgerät 6 über mehrere Zeitschlitze übertragen werden. Vorzugsweise werden die Datenpakete variabler Länge an das Mobilfunkgerät 6 über aufeinanderfolgende Zeitschlitze übertragen, um die Verarbeitung zu vereinfachen. Die vorliegende Erfindung ist auf den Gebrauch von verschiedenen Paketgrößen für verschiedene unterstützte Datenraten ausgerichtet, um die gesamte Übertragungseffizienz zu verbessern.
VI. Architektur der Vorwärtsverbindung
In der beispielhaften Ausführungsform überträgt die Basisstation 4 mit der maximalen Leistung, die für die Basisstation 4 verfügbar ist, und mit der maximalen Datenrate, die durch das Datenkommunikationssystem an ein einzelnes Mobilfunkgerät 6 in jedem gegebenen Zeitschlitz unterstützt wird. Die maximale Datenrate, die unterstützt werden kann, ist dynamisch und hängt von dem C/I des Vorwärtsverbindungssignals ab, der durch das Mobilfunkgerät 6 gemessen wird. Vorzugsweise sendet die Basisstation 4 in jedem gegebenen Zeitschlitz nur an ein Mobilfunkgerät 6.
Um Datenübertragung zu unterstützen, umfasst die Vorwärtsverbindung vier Zeitmultiplexkanäle: den Pilotkanal (pilot channel), den Leistungssteuerkanal (power control channel), den Kontrollkanal (control channel) und den Verkehrskanal (traffic channel). Die Funktion und Implementierung von jedem dieser. Kanäle wird unten beschrieben. In der beispielhaften Ausführungsform umfassen die Verkehrs- und Leistungskontrollkanäle jeweils eine Anzahl von orthogonal gespreizten Walsh-Kanälen. In der vorliegenden Erfindung wird der Verkehrskanal verwendet, um Verkehrsdaten und Paging-Nachrichten zu dem Mobilfunkgerät 6 zu übertragen. Wenn er zur Übertragung von Paging-Nachrichten verwendet wird, wird der Verkehrskanal in dieser Spezifikation auch als Kontrollkanal bezeichnet.
In der beispielhaften Ausführungsform ist eine Bandbreite der Vorwärtsverbindung von 1,2288 MHz gewählt. Diese Wahl der Bandbreite erlaubt den Gebrauch von vorhandenen Hardwarekomponenten, die für ein CDMA-System entworfen wurden, dass dem IS-95-Standard entspricht. Allerdings kann das Datenkommunikationssystem der vorliegenden Erfindung zum Gebrauch mit verschiedenen Bandbreiten angepasst werden, um die Kapazität zu verbessern und/oder Systemanforderungen zu entsprechen. Zum Beispiel kann eine Bandbreite von 5 MHz verwendet werden, um die Kapazität zu erhöhen. Weiterhin können die Bandbreiten der Vorwärtsverbindung und der Rückwärtsverbindung unterschiedlich sein (z. B. eine Bandbreite von 5 MHz auf der Vorwärtsverbindung und eine Bandbrei te von 1,2288 MHz auf der Rückwärtsverbindung), um die Verbindungskapazität der Nachfrage besser anzupassen.
In der beispielhaften Ausführungsform haben die kurzen PN_I- und PN_Q-Codes 2¹⁵ PN-Codes derselben Länge, die durch den IS-95-Standard spezifiziert sind. Bei der Chiprate von 1,2288 MHz wiederholen sich die kurzen PN-Sequenzen alle 26,67 ms (26,67 ms = 2¹⁵/1,2288·10⁶). In der beispielhaften Ausführungsform werden dieselben kurzen PN-Codes von allen Basisstationen 4 innerhalb des Datenkommunikationssystems verwendet. Allerdings wird jede Basisstation 4 durch einen eindeutigen Versatz der grundlegenden kurzen PN-Sequenzen identifiziert. In der beispielhaften Ausführungsform besteht der Versatz in Inkrementen von 64 Chips. Andere Bandbreiten und PN-Codes können verwendet werden und liegen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung.
VII. Verkehrskanal der Vorwärtsverbindung
Ein Blockdiagramm der beispielhaften Architektur der Vorwärtsverbindung der vorliegenden Erfindung ist in 3A gezeigt. Die Daten werden in Datenpakete aufgeteilt und einem CRC-Codierer 112 bereitgestellt. Für jedes Datenpaket erzeugt der CRC-Codierer 112 Frame Check Bits (z. B. die CRC-Paritätsbits) und fügt die Codetail-Bits ein. Das formatierte Paket des CRC-Codierers 112 umfasst die Daten, die Frame Check Bits und Code Tail Bits und andere Overhead-Bits, die unten beschrieben werden. Das formatierte Paket wird einem Codierer 114 bereitgestellt, der in der beispielhaften Ausfürungsform das Paket in Übereinstimmung mit dem Codierformat codiert, das in der vorher genannten US-Patentanmeldung Nr. 08/743,688 offenbart ist. Andere Codierformate können auch verwendet werden und liegen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung. Das codierte Paket von dem Codierer 114 wird dem Interleaver 116 bereitgestellt, der die Code-Symbole in dem Paket umordnet. Das verschachtelte (interleaved) Paket wird dem Frame-Punktierelement 118 bereitgestellt, das einen Teil des Pakets auf eine Weise entfernt, die unten beschrieben ist. Das punktierte Paket wird dem Multiplizierer 120 bereitgestellt, der die Daten mit der Verschlüsselungssequenz von dem Verschlüsseler 122 verschlüsselt. Das Punktierelement 118 und der Verschlüsseler 122 sind unten detailliert beschrieben. Die Ausgabe von dem Multiplizierer 120 umfasst das verschlüsselte Paket.
Das verschlüsselte Paket wird einem Controller für variable Raten 130 bereitgestellt zum Entbündeln (demultiplexing) des Pakets in K parallele Inphase- und Quadratur-Kanäle, wobei K von der Datenrate abhängt. In der beispielhaften Ausführungsform wird das verschlüsselte Paket zunächst in die Inphase- (I) und Quadratur- (Q) Ströme entbündelt. In der beispielhaften Ausführungsform umfasst der I-Strom gerade Indexsymbole und der Q-Strom umfasst ungerade Indexsymbole. Jeder Strom wird weiterhin in K parallele Kanäle entbündelt, so dass die Symbolrate jedes Kanals für alle Datenraten fest ist. Die K Kanäle jedes Stroms werden einem Walsh-Codierelement 132 bereitgestellt, das jeden Kanal mit einer Walsh-Funktion codiert (covers), um orthogonale Kanäle bereitzustellen. Die orthogonalen Kanaldaten werden einem Verstärkungselement 134 bereitgestellt, das die Daten skaliert, um eine konstante Gesamtenergie pro Chip (und damit konstante Ausgabeleistung) für alle Datenraten beizubehalten. Die skalierten Daten von dem Verstärkungselement 134 werden einem Multiplexer (MUX) 160 bereitgestellt, zum Multiplexen (Bündeln) der Daten mit der Präambel. Die Präambel wird im Detail unten besprochen. Die Ausgabe von dem MUX 160 wird einem Multiplexer (MUX) 162 bereitgestellt zum Multiplexen der Verkehrsdaten, der Leistungssteuer-Bits und der Pilotdaten. Die Ausgabe des MUX 162 umfasst die I-Walsh-Kanäle und die Q-Walsh-Kanäle.
Ein Blockdiagramm des beispielhaften Modulators, der zum Modulieren der Daten verwendet wird, ist in 3B gezeigt. Die I-Walsh-Kanäle und die Q-Wa1sh-Kanäle werden Addierer 212a bzw. 212b bereitgestellt, die die K Walsh-Kanäle summieren, um die Signale I_sum bzw. Q_sum bereitzustellen. Die Signale I_sum und Q_sum werden dem komplexen Multiplizierer 214 bereitgestellt. Der komplexe Multiplizierer 214 empfängt auch die Signale PN_I und PN_Q von den Multipli zierern 236a bzw. 236b und multipliziert die zwei komplexen Eingaben entsprechend der folgenden Gleichung: (Imult + jQmult) = (Isum + JQsum)·(PN_I + jPN_Q) = (Isum·PN_I – Qsum·PN_Q) + j(Isum·PN_Q + Qsum·PN_I) (2)wobei I_mult und Q_mult die Ausgaben von dem komplexen Multiplizierer 214 sind und j die komplexe Darstellung ist. Die Signale I_mult und Q_mult werden Filtern 216a bzw. 216b bereitgestellt, die die Signale filtern. Die gefilterten Signale von den Filtern 216a und 216b werden Multiplizierern 218a bzw. 218b bereitgestellt, die die Signale mit der Inphase-Sinuskurve COS (w_ct) bzw. der Quadratur-Sinuskurve SIN (w_ct) multipliziert. Die I-modulierten und Q-modulierten Signale werden dem Addierer 220 bereitgestellt, der die Signale addiert, um die Vorwärts-Modulations-Wellenform S(t) bereitzustellen.
In der beispielhaften Ausführungsform wird das Datenpaket mit dem langen PN-Code und den kurzen PN-Codes gespreizt. Der lange PN-Code verschlüsselt das Paket, so dass nur das Mobilfunkgerät 6, an das das Paket gerichtet ist, in der Lage ist, das Paket zu entschlüsseln. In der beispielhaften Ausführungsform werden die Pilot-Bits und die Leistungssteuer-Bits und das Steuerkanalpaket mit den kurzen PN-Codes, aber nicht mit dem langen PN-Code gespreizt, um es allen Mobilfunkgeräten 6 zu ermöglichen, diese Bits zu empfangen. Die lange PN-Sequenz wird durch den Langcodegenerator 232 erzeugt und dem Multiplexer (MUX) 234 bereitgestellt. Die lange PN-Maske bestimmt den Versatz der langen PN-Sequenz und ist dem Ziel-Mobilfunkgerät 6 eindeutig zugeordnet. Die Ausgabe von dem MUX 234 ist die lange PN-Sequenz während des Datenteils der Übertragung und sonst Null (z. B. während des Pilotteils und des Leistungssteuerteils). Die gesteuerte (gated) lange PN-Sequenz von dem MUX 234 und die kurzen PN_I- und PN_Q-Sequenzen von dem Kurzcodegenerator 238 werden den Multiplizierern 236a bzw. 236b bereitgestellt, die die zwei Mengen von Sequenzen multiplizieren, um die Signale PN_I bzw. PN_Q zu bilden. Die Signale PN_I und PN_Q werden dem komplexen Multiplizierer 214 bereitgestellt.
Das Blockdiagramm des beispielhaften Verkehrskanals, das in den 3A und 3B gezeigt ist, ist eine von zahllosen Architekturen, die Datencodierung und -modulation auf der Vorwärtsverbindung zeigen. Andere Architekturen, wie z. B. die Architektur für den Vorwärtsverbindungs-Verkehrskanal in dem CDMA-System, das dem IS-95-Standard entspricht, können auch verwendet werden und liegen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung.
In der beispielhaften Ausführungsform sind die Datenraten, die durch die Basisstationen 4 unterstützt werden, vorbestimmt, und jeder unterstützten Datenrate. wird ein eindeutiger Ratenindex zugewiesen. Das Mobilfunkgerät 6 wählt eine der unterstützten Datenraten basierend auf der C/I-Messung aus. Da die angeforderte Datenrate an eine Basisstation 4 gesendet werden muss, um anzugeben, dass die Basisstation 4 die Daten mit der angeforderten Datenrate sendet, wird ein Kompromiss zwischen der Anzahl der unterstützten Datenraten und der Anzahl der Bits, die zum Identifizieren der angeforderten Datenrate benötigt werden, gemacht. In der beispielhaften Ausführungsform beträgt die Anzahl der unterstützten Datenraten 7, und es wird ein 3 Bit-Ratenindex verwendet, um die angeforderte Datenrate zu identifizieren. Eine beispielhafte Definition der unterstützen Datenraten wird in Tabelle 1 dargestellt. Verschiedene Definitionen der unterstützten Datenraten können in Betracht gezogen werden und liegen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung.

In der beispielhaften Ausführungsform beträgt die minimale Datenrate 38,4 Kbps, und die maximale Datenrate beträgt 2,4576 Mbps. Die minimale Datenrate wird ausgewählt basierend auf der schlechtesten C/I-Messung in dem System, der Prozessverstärkung des Systems, dem Design der Fehlerkorrekturcodes und dem gewünschten Leistungsniveau. In der beispielhaften Ausführungsform werden die unterstützten Datenraten so gewählt, dass der Unterschied zwischen aufeinander folgenden Datenraten 3 dB beträgt. Das 3dB-Inkrement ist ein Kompromiss zwischen verschiedenen Faktoren, die umfassen: die Genauigkeit der C/I-Messung, die durch das Mobilfunkgerät 6 erzielt werden kann, die Verluste (oder Ineffizienzen), die von der Quantisierung der Datenraten basierend auf der C/I-Messung resultieren und der Anzahl von Bits (oder der Bitrate), die zum Übertragen der erforderlichen Datenrate von dem Mobilfunkgerät 6 an die Basisstation 4 benötigt werden. Mehr unterstützte Datenraten erfordern mehr Bits, um die angeforderte Datenrate zu identifizieren, allerdings erlauben sie einen effizienteren Gebrauch der Vorwärtsverbindung aufgrund des kleineren Quantisierungsfehlers zwischen der berechneten maximalen Datenrate und der unterstützen Datenrate. Die vorliegende Erfindung ist auf den Gebrauch jeder Anzahl von unterstützten Datenraten und von anderen Datenraten als den in Tabelle 1 aufgeführten gerichtet. Tabelle 1 – Verkehrskanalparameter

Parameter	Datenraten							Einheiten
	38,4	76,8	153,6	307,2	614,4	1228,8	2457,6	Kbps
Daten-Bits/Paket	1024	1024	1024	1024	1024	2048	2048	Bits
Paketlänge	26,67	13,33	6,67	3,33	1,67	1,67	0,83	ms
Schlitze/Paket	16	8	4	2	1	1	0,5	Schlitze
Pakete/ Übertragung	1	1	1	1	1	1	2	Pakete
Schlitze/ Übertragung	16	8	4	2	1	1	1	Schlitze
Walsh-Symbolrate	153,6	307,2	614,4	1228,8	2457,6	2457,6	4915,2	ksps
Walsh-Kanal/QPSK-Phase	1	2	4	8	16	16	16	Kanäle
Modulatorrate	76,8	76,8	76,8	76,8	76,8	76,8	76,8^I	ksps
PN-Chips/Daten-Bit	32	16	8	4	2	1	0,5	Chips/Bit
PN-Chiprate	1228,8	1228,8	1228,8	1228,8	1228,8	1228,8	1228,8	Kcps
Modulationsformat	QPSK	QPSK	QPSK	QPSK	QPSK	QPSK	QAM^I
Ratenindex	0	1	2	3	4	5	6

Notiz: (1) 16-QAM-Modulation

Ein Diagramm der beispielhaften Frame-Struktur der Vorwärtsverbindung der vorliegenden Erfindung ist in 4A dargestellt. Die Verkehrskanalübertragung wird in Frames geteilt, welche in der beispielhaften Ausführungsform als die Länge der kurzen PN-Sequenzen oder 26,67 ms definiert sind. Jeder Frame kann Steuerkanalinformationen tragen, die an alle Mobilfunkgeräte 6 gerichtet sind (Steuerkanal-Frame), Verkehrsdaten, die an ein Mobilfunkgerät 6 gerichtet sind (Verkehrs-Frame), oder er kann leer sein (Leerlauf-Frame, idle frame). Der Inhalt jedes Frames wird durch die Zeitplanung bestimmt, die durch die sendende Basisstation 4 durchgeführt wird. In der beispielhaften Ausführungsform umfasst jeder Frame 16 Zeitschlitze, wobei jeder Zeitschlitz eine Dauer von 1,667 ms. hat. Ein Zeitschlitz von 1,667 ms ist ausreichend, um es dem Mobilfunkgerät 6 zu ermöglichen, die C/I-Messung des Vorwärtsverbindungssignals auszuführen. Ein Zeitschlitz von 1,667 ms stellt auch eine ausreichende Menge von Zeit für effiziente Paketdatenübertragung bereit. In der beispielhaften Ausführungsform ist jeder Zeitschlitz weiterhin in 4 Viertelschlitze geteilt.
In der vorliegenden Erfindung wird jedes Datenpaket über einen oder mehrere Zeitschlitze übertragen, wie in Tabelle 1 gezeigt. In der beispielhaften Ausführungsform umfasst jedes Vorwärtsverbindungs-Datenpaket 1024 oder 2048 Bits. Deshalb ist die Anzahl der Zeitschlitze, die zum Übertragen des Datenpakets erforderlich sind, von der Datenrate abhängig und reicht von 16 Zeitschlitzen für die Rate von 38,4 Kbps bis zu einem Zeitschlitz für die Rate von 1,2288 Mbps und höher.
Ein beispielhaftes Diagramm der Schlitzstruktur der Vorwärtsverbindung der vorliegenden Erfindung ist in 4B gezeigt. In der beispielhaften Ausführungsform umfasst jeder Schlitz drei der vier Zeitmultiplex-Kanäle, den Verkehrskanal, den Steuerkanal, den Pilotkanal und den Leistungssteuerkanal. In der beispielhaften Ausführungsform werden die Pilot- und Leistungssteuerkanäle in zwei Pilot- und Leistungssteuer-Bursts übertragen, die in denselben Positionen in jedem Zeit schlitz angeordnet sind. Die Pilot- und Leistungssteuer-Bursts werden unten im Detail beschrieben.
In der beispielhaften Ausführungsform wird das verschachtelte Paket des Interleavers 116 punktiert, um die Pilot- und Leistungssteuer-Bursts unterzubringen. In der beispielhaften Ausführungsform umfasst jedes verschachtelte Paket 4096 Codesymbole, und die ersten 512 Codesymbole sind punktiert, wie in 4D gezeigt. Die verbleibenden Codesymbole werden zeitlich verzogen, um die Übertragungsintervalle des Verkehrskanals anzugleichen.
Die punktierten Codesymbole werden verschlüsselt, um die Daten vor der Anwendung der orthogonalen Walsh-Codes zufällig anzuordnen. Die zufällige Anordnung begrenzt die Maximum-zu-Durchschnitt-Hülle (peak-to-average envelope) der modulierten Wellenform S(t). Die Verschlüsselungssequenz kann mit eifern linearen Rückkopplungs-Schieberegister erzeugt werden, wie es im Stand der Technik bekannt ist. In der beispielhaften Ausführungsform ist der Verschlüsseler (Scrambler) 122 mit dem LC-Status beim Start jedes Schlitzes gefüllt. In der beispielhaften Ausführungsform ist die Uhr des Verschlüsselers 122 synchron mit der Uhr des Interleavers 116, wird aber während der Pilot- und Leistungssteuer-Bursts angehalten.
In der beispielhaften Ausführungsform werden die Vorwärts-Walshkanäle (für den Verkehrskanal und den Leistungssteuerkanal) orthogonal mit 16 Bit Walsh-Codes mit der festen Chiprate von 1,2288 Mcps gespreizt. Die Anzahl der parallelen orthogonalen Kanäle K pro Inphase- und Quadratur-Signal ist eine Funktion der Datenrate, wie in Tabelle 1 gezeigt. In der beispielhaften Ausführungsform, für niedrigere Datenraten, werden die Inphase- und Quadratur-Walshcodes als orthogonale Mengen gewählt, um Übersprechen auf die Demodulator-Phasenschätzfehler zu minimieren. Zum Beispiel ist für 16 Walsh-Kanäle eine beispielhafte Walsh-Zuweisung W₀ bis W₇ für das Inphase-Signal und W₈ bis W₁₅ für das Quadratur-Signal.
In der beispielhaften Ausführungsform wird QPSK-Modulation für Datenraten von 1,2288 Mbps und niedriger verwendet. Für QPSK-Modulation umfasst jeder Walsh-Kanal 1 Bit. In der beispielhaften Ausführungsform wird 16-QAM bei der höchsten Datenrate von 2,4576 Mbps verwendet, und die verschlüsselten Daten werden in 32 parallele Ströme entbündelt, die jeweils 2 Bit breit sind, 16 parallele Ströme für das Inphase-Signal und 16 parallele Ströme für das Quadratur-Signal. In der beispielhaften Ausführungsform ist das LSB (Least Significant Bit) für jedes 2-Bit-Symbol die frühere Symbolausgabe von dem Interleaver 116. In der beispielhaften Ausführungsform werden die QAM-Modulationseingaben von (0, 1, 3, 2), entsprechend auf Modulationswerte von (+3, +1, –1, –3) abgebildet. Die Anwendung von anderen Modulationsschemata wie etwa m-fachen Phase-Shift-Keying PSK kann in Betracht gezogen werden und liegt innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung.

Die Inphase- und Quadratur-Walsh-Kanäle werden vor der Modulation skaliert, um eine konstante gesamte Sendeleistung beizubehalten, die unabhängig von der Datenrate ist. Die Verstärkungseinstellungen werden auf eine Einheitsreferenz normalisiert, die unmoduliertem BPSK äquivalent ist. Die normalisierten Kanalverstärkungen G als Funktion der Anzahl von Walsh-Kanälen (oder Datenrate) sind in Tabelle 2 gezeigt. In Tabelle 2 ist auch die durchschnittliche Leistung pro Walsh-Kanal (Inphase oder Quadratur) aufgeführt, so dass die gesamte normalisierte Leistung gleich 1 ist. Man beachte, dass die Kanalverstärkung für 16-QAM die Tatsache berücksichtigt, dass die normalisierte Energie pro Walsh-Chip für QPSK 1 beträgt und für 16-QAM 5 beträgt. Tabelle 2 – Verkehrskanal-Orthogonal-Kanalverstärkungen

	Punktierungsdauer
Datenrate (Kbps)	Anzahl der Walsh-Kanäle K	Modulation	Walsh-Kanalverstärkung G	Durchschnittliche Leistung pro Kanal P_k
38,4	1	QPSK	1/√2	1/2
76,8	2	QPSK	1/2	1/4
153,6	4	QPSK	1/2√2	1/8
307,2	8	QPSK	1/4	1/16
614,4	16	QPSK	1/4√2	1/32
1228,8	16	QPSK	1/4√2	1/32
2457,6	16	16-QAM	1/4√10	1/32

In der vorliegenden Erfindung wird eine Präambel in jedem Verkehrs-Frame punktiert, um das Mobilfunkgerät 6 bei der Synchronisation mit dem ersten Schlitz von jeder Übertragung mit variabler Rate zu unterstützen. In der beispielhaften Ausführungsform ist die Präambel eine Sequenz, die überall Null aufweist und die für einen Verkehrs-Frame mit dem langen PN-Code gespreizt wird, die allerdings für einen Steuerkanal-Frame nicht mit dem langen PN-Code gespreizt wird. In der beispielhaften Ausführungsform ist die Präambel unmoduliertes BPSK, das mit dem Walsh-Code W₁ orthogonal gespreizt wird. Der Gebrauch eines einzelnen orthogonalen Kanals minimiert die Spitze-zu-Durchschnitt-Hülle.
Der Gebrauch eines Nicht-Null Walsh-Codes W₁ minimiert auch eine falsche Piloterkennung, da für Verkehrs-Frames der Pilot mit dem Walsh-Code W₀ gespreizt wird, und sowohl der Pilot als auch die Präambel nicht mit dem langen PN-Code gespreizt werden.

Die Präambel wird in den Verkehrskanalstrom beim Start des Pakets gebündelt (multiplexed), für eine Dauer, die eine Funktion der Datenrate ist. Die Länge der Präambel ist so, dass der Präambel-Overhead für alle Datenraten ungefähr konstant ist und dabei die Wahrscheinlichkeit von falscher Erkennung minimiert. Eine Zusammenfassung der Präambel als eine Funktion der Datenraten ist in Tabelle 3 gezeigt. Man beachte, dass die Präambel 3,1% oder weniger eines Datenpakets umfasst. Tabelle 3 – Präambel-Parameter

	Präambel-Punktierungsdauer
Datenrate (Kbps)	Walsh-Symbole	PN-Chips	Overhead
38,4	32	512	1,6%
76,8	16	256	1,6%
153,6	8	128	1,6%
307,2	4	64	1,6%
614,4	3	48	2,3%
1228,8	4	64	3,1%
2457,6	2	32	3,1%

VIII. Vorwärtsverbindungs-Verkehrsframe-Format
In der beispielhaften Ausführungsform wird jedes Datenpaket durch das Hinzufügen von Frame-Überprüfungsbits, Code Tail Bits und anderen Kontrollfeldern formatiert. In dieser Spezifikation ist ein Oktett als 8 Informationsbits definiert, und eine Dateneinheit ist ein einzelnes Oktett und umfasst 8 Informationsbits.
In der beispielhaften Ausführungsform unterstützt die Vorwärtsverbindung zwei Datenpaketformate, die in den 4E und 4F dargestellt sind. Das Paketformat 410 umfasst fünf Felder, und das Paketformat 430 umfasst neun Felder. Das Paketformat 410 wird verwendet, wenn das Datenpaket, das an das Mobilfunkgerät 6 übertragen werden soll, genug Daten enthält, um alle verfügbaren Oktetts im DATA-Feld 418 vollständig auszufüllen. Wenn die Menge der zu übertragenden Daten kleiner als die verfügbaren Oktetts in dem DATA-Feld 418 ist, wird das Paketformat 430 verwendet. Die nicht verwendeten Oktetts werden alle mit null aufgefüllt und werden als PADDING-Feld 446 bezeichnet.
In der beispielhaften Ausführungsform enthalten die Frame Check Sequence (FCS) Felder 412 und 432 die CRC-Paritätsbits, die durch den CRC-Generator 112 erzeugt werden (siehe 3A), in Übereinstimmung mit einen vorbestimmten Generatorpolynom. In der beispielhaften Ausführungsform ist das CRC-Polynom g(x) = x¹⁶ + x¹² + x⁵ + 1, obwohl andere Polynome verwendet werden können und innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung liegen. In der beispielhaften Ausführungsform werden die CRC-Bits über die FMT-, SEQ-, LEN-, DATA- und PADDING-Felder berechnet. Dies bietet Fehlererkennung über allen Bits, außer den Code Tail Bits in den TAIL-Feldern 420 und 448, die über den Verkehrskanal auf der Vorwärtsverbindung übertragen werden. In der alternativen Ausführungsform werden die CRC-Bits nur über das DATA-Feld berechnet. In der beispielhaften Ausführungsform enthalten die FCS-Felder 412 und 432 16 CRC-Paritätsbits, obwohl andere CRC-Generatoren, die eine andere Anzahl von Paritätsbits bereitstellen, verwendet werden können und innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung liegen. Obwohl die FCS-Felder 412 und 432 der vorliegenden Erfindung im Kontext von CRC-Paritätsbits beschrieben wurden, können andere Überprüfungssequenzen für Frames verwendet werden und liegen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung. Zum Beispiel kann eine Prüfsumme für das Paket berechnet und in dem FCS-Feld bereitgestellt werden.
In der beispielhaften Ausführungsform enthalten die Frame-Format-(FMT)-Felder 414 und 434 ein Steuerbit, das angibt, ob der Datenframe nur Datenoktetts (Paketformat 410) oder Daten- und Padding-Oktetts und null oder mehrere Nachrichten (Paketformat 430) enthält. In der beispielhaften Ausführungsform entspricht ein niedriger Wert für das FMT-Feld 414 dem Paketformat 410. Alternativ entspricht ein hoher Wert für das FMT-Feld 434 dem Paketformat 430.
Die Sequenznummer- (SEQ) Felder 416 und 442 identifizieren die erste Dateneinheit in den Datenfeldern 418 bzw. 444. Die Sequenznummer (sequence number) oder laufende Nummer erlaubt es, dass Daten außer der Reihe an das Mobilfunkgerät 6 übertragen werden, z. B. für erneutes Übertragen von Paketen, die fehlerhaft empfangen wurden. Die Zuweisung der Sequenznummer auf der Ebene der Dateneinheit eliminiert die Notwendigkeit für ein Frame-Fragmentierungsprotokoll für erneute Übertragung. Die Sequenznummer erlaubt es dem Mobilfunkgerät 6 auch, doppelte Dateneinheiten zu erkennen. Nach dem Erhalt der FMT-, SEQ- und LEN-Felder ist das Mobilfunkgerät 6 in der Lage festzustellen, welche Dateneinheiten in jeden Zeitschlitz empfangen wurden, ohne den Gebrauch von speziellen Signalisierungsnachrichten.
Die Anzahl von Bits, die die Sequenznummer darstellen, hängt von der maximalen Anzahl von Dateneinheiten ab, die in einem Zeitschlitz übertragen werden können, und von den Verzögerungen bei der erneuten Übertragung von Daten im schlechtesten Fall. In der beispielhaften Ausführungsform wird jede Dateneinheit durch eine 24-Bit Sequenznummer identifiziert. Bei der Datenrate von 2,4576 Mbps beträgt die maximale Anzahl von Dateneinheiten, die in jedem Schlitz übertragen werden können, ungefähr 256. Acht Bits sind zum Identifizieren von jeder der Dateneinheiten erforderlich. Weiterhin kann berechnet werden, dass die Verzögerungen bei der erneuten Übertragung von Daten im schlechtesten Fall weniger als 500 ms betragen. Die Verzögerungen bei der Neuübertragung umfassen die Zeit, die für eine NACK-Nachricht durch das Mobilfunkgerät 6 notwendig ist, für erneutes Übertragen der Daten und für die Anzahl der Versuche zur Neuübertragung, die durch Burst-Fehlerläufe im schlechtesten Fall verursacht werden. Deshalb ermöglichen es 24 Bits dem Mobilfunkgerät 6, die empfangenen Dateneinheiten ohne Mehrdeutigkeit richtig zu identifizieren. Die Anzahl von Bits in den SEQ-Felder 416 und 442 kann erhöht oder verringert werden, in Abhängigkeit von der Größe des DATA-Felds 418 und den Verzögerungen bei der erneuten Übertragung. Der Gebrauch einer verschiedenen Anzahl von Bits für die SEQ-Felder 416 und 442 liegen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung.
Wenn der Basisstation 4 weniger Daten zur Übertragung eines Mobilfunkgeräts 6 vorliegen als Platz in dem DATA-Feld 418 verfügbar ist, wird das Paketformat 430 verwendet. Das Paketformat 430 erlaubt es der Basisstation 4, jede Anzahl von Dateneinheiten an das Mobilfunkgerät 6 zu übertragen, bis zur maximalen Anzahl von verfügbaren Dateneinheiten. In der beispielhaften Ausführungsform gibt ein hoher Wert des FMT-Felds 434 an, dass die Basisstation 4 das Paketformat 430 überträgt. Innerhalb des Paketformats 430 enthält das LEN-Feld 440 den Wert der Anzahl von Dateneinheiten, die in diesem Paket übertragen werden. In der beispielhaften Ausführungsform ist das LEN-Feld 440 8 Bits lang, da das DATA-Feld 444 von 0 bis 255 Oktetts betragen kann.
Die DATA-Felder 418 und 444 enthalten die an das Mobilfunkgerät 6 zu übertragenen Daten. In der beispielhaften Ausführungsform, für das Paketformat 410, umfasst jedes Datenpaket 1024 Bits, von denen 992 Datenbits sind. Allerdings können Datenpakete mit variabler Länge verwendet werden, um die Anzahl von Informationsbits zu erhöhen, und liegen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung. Für das Paketformat 430 wird die Größe des DATA-Felds 444 durch das LEN-Feld 440 bestimmt.
In der beispielhaften Ausführungsform kann das Paketformat 430 verwendet werden, um keine oder mehrere Signalisierungs-Nachrichten zu übertragen. Das Signalisierungslänge- (SIG LEN) Feld 436 enthält die Länge der darauffolgenden Signalisierungs-Nachrichten in Oktetts. In der beispielhaften Ausführungsform hat das SIG LEN-Feld 436 eine Länge von 8 Bits. Das SIGNALING-Feld 438 enthält die Signalisierungs-Nachrichten. In der beispielhaften Ausführungsform umfasst jede Signalisierungs-Nachricht ein Nachrichtenidentifizierungs-(MESSAGE ID) Feld, ein Nachrichtenlänge- (LEN) Feld und eine Nachrichtennutzlast, wie unten beschrieben. Das PADDING-Feld 446 enthält PADDING-Oktette, die in der beispielhaften Ausführungsform auf 0 × 00 (hex) gesetzt sind. Das PADDING-Feld 446 wird verwendet, da der Basisstation 4 weniger Datenoktette an das Mobilfunkgerät 6 zur Übertragung vorliegen können als die Anzahl von Oktetts, die in dem DATA-Feld 418 verfügbar sind. Wenn dies auftritt, enthält das PADDING-Feld 446 genügend Paddingoktette, um die ungenutzten Da tenfelder aufzufüllen. Das PADDING-Feld 446 hat eine variable Länge und hängt von der Länge des DATA-Felds 444 ab.
Das letzte Feld der Paketformate 410 und 430 sind die TAIL-Felder 420 bzw. 448. Die TAIL-Felder 420 und 448 enthalten das Null- (0 × 0) Code Tail Bit, das verwendet wird, um den Codierer 114 (siehe 3A) am Ende jedes Datenpakets in einen bekannten Zustand zu bringen. Die Code Tail Bits erlauben es dem Codierer 114, das Paket geeignet aufzuteilen, so dass nur Bits von einem Paket in dem Kodierprozess verwendet werden. Die Code Tail Bits erlauben es dem Decoder innerhalb des Mobilfunkgeräts 6, die Paketgrenzen während des Dekodierprozesses zu bestimmen. Die Anzahl von Bits in den TAIL-Feldern 420 und 448 hängt vorn Design des Codierers 114 ab. In der beispielhaften Ausführungsform sind die TAIL-Felder 420 und 448 lang genug, um den Codierer 114 in einen bekannten Zustand zu bringen.
Die zwei Paketformate, die oben beschrieben wurden, sind beispielhafte Formate, die verwendet werden können, um Übertragung von Daten und von Signalisierungs-Nachrichten zu unterstützen. Verschiedene andere Paketformate können erzeugt werden, um die Anforderungen eines bestimmten Kommunikationssystems zu erfüllen. Ebenso kann ein Kommunikationssystem so gestaltet werden, um mehr als die zwei Paketformate unterzubringen, die oben beschrieben wurden.
IX. Vorwärtsverbindungs-Steuerkanal-Frame
In der vorliegenden Erfindung wird der Verkehrskanal auch verwendet, um Nachrichten von der Basisstation 4 zu den Mobilfunkgeräten 6 zu übertragen. Die Typen der übertragenen Nachrichten umfassen: (1) Handoff-Anweisungs-Nachrichten, (2) Paging-Nachrichten (z. B. Rufen eines bestimmten Mobilfunkgeräts 6, für das sich Daten in der Warteschlange für dieses Mobilfunkgerät 6 befinden), (3) kurze Datenpakete für ein bestimmtes Mobilfunkgerät 6 und (4) ACK- oder NACK-Nachrichten für Datenübertragung auf der Rückwärtsverbindung (die hier später beschrieben werden). Andere Typen von Nachrichten können auch auf dem Steuerkanal übertragen werden und liegen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung. Nach Abschluss der Phase des Verbindungsaufbaus überwacht das Mobilfunkgerät 6 den Steuerkanal auf Paging-Nachrichten und beginnt die Übertragung des Rückwärtsverbindungs-Pilotsignals.
In der beispielhaften Ausführungsform ist der Steuerkanal zeitlich gebündelt (time multiplexed) mit den Verkehrsdaten auf dem Verkehrskanal, wie in 4A gezeigt. Die Mobilfunkgeräte 6 identifizieren die Steuernachricht durch Erkennen einer Präambel, die mit einem vorbestimmten PN-Code kodiert ist. In der beispielhaften Ausführungsform werden die Steuernachrichten mit einer festen Rate übertragen, die durch das Mobilfunkgerät 6 während des Aufbaus festgelegt wird. In der bevorzugten Ausführungsform beträgt die Datenrate des Steuerkanals 76,8 Kbps.
Der Steuerkanal überträgt Nachrichten in Steuerkanalkapseln. Das Diagramm einer beisuielhaften Steuerkanalkapsel ist in 4G gezeigt. In der beispielhaften Ausführungsform umfasst jede Kapsel eine Präambel 462, die Steuernutzlast und die CRC-Paritätsbits 474. Die Steuernutzlast umfasst eine oder mehrere Nachrichten, und, falls nötig, Padding Bits 472. Jede Nachricht umfasst einen Nachrichten-Identifizierer (MSG ID) 464, die Nachrichtenlänge (LEN) 466, die optionale Adresse (ADDR) 468 (z. B. wenn die Nachricht an ein bestimmtes Mobilfunkgerät 6 gerichtet ist) und eine Nachrichtennutzlast 470. In der beisuielhaften Ausführungsform werden die Nachrichten mit den Oktettgrenzen ausgerichtet. Die beispielhafte Steuerkanalkapsel, die in 4G gezeigt ist, umfasst zwei Broadcast-Nachrichten, die an alle Mobilfunkgeräte 6 gerichtet sind, und eine Nachricht, die an ein bestimmtes Mobilfunkgerät 6 gerichtet ist. Das MSG ID-Feld 464 bestimmt, ob die Nachricht ein Adressfeld erfordert oder nicht (z. B. ob es eine Broadcast- oder eine bestimmte Nachricht ist).
X. Vorwärtsverbindungs-Pilotkanal
In der vorliegenden Erfindung stellt ein Vorwärtsverbindungs-Pilotkanal ein Pilotsignal bereit, das durch die Mobilfunkgeräte 6 für den ersten Aufbau, Phasenrückgewinnung (phase recovery), die Zeitwiederherstellung (timing recovery) und das Verhältnis-Kombinieren (ratio combining) verwendet werden kann. Diese Anwendungen sind ähnlich denen von CDMA-Kommunikationssystemen, die dem IS-95 Standard entsprechen. In der beispielhaften Ausführungsform wird das Pilotsignal auch durch die Mobilfunkgeräte 6 verwendet, um die C/I-Messung auszuführen.
Das beispielhafte Blockdiagramm des Vorwärtsverbindungs-Pilotkanals der vorliegenden Erfindung ist in 3A gezeigt. Die Pilotdaten umfassen eine Sequenz von nur Nullen (oder alles Einsen), die dem Multiplizierer 156 bereitgestellt werden. Der Multiplizierer 156 kodiert die Pilotdaten mit dem Walsh-Code W₀. Da der Walsh-Code W₀ eine Sequenz von nur Nullen ist, sind die Ausgabe des Multiplizierers 156 die Pilotdaten. Die Pilotdaten werden durch den MUX 162 zeitlich gebündelt und dem I-Walsh-Kanal bereitgestellt, der durch den kurzen PN_I-Code innerhalb des komplexen Multiplizierers 214 gespreizt wird (siehe 3B). In der beispielhaften Ausführungsform werden die Pilotdaten nicht mit dem langen PN-Code gespreizt, der während des Pilot-Bursts durch den MUX 234 abgeschaltet wird, um deren Empfang durch alle Mobilfunkgerät 6 zu ermöglichen. Das Pilotsignal ist deshalb ein unmoduliertes BPSK-Signal.
Ein Diagramm, welches das Pilotsignal veranschaulicht, ist in 4B gezeigt. In der beispielhaften Ausführungsform umfasst jeder Zeitschlitz zwei Pilot-Bursts 306a und 306b, die am Ende des ersten und dritten Viertels des Zeitschlitzes erfolgen. In der beispielhaften Ausfürungsform beträgt die Dauer jedes Pilot-Bursts 306 64 Chips (Tp = 64 Chips). Bei Abwesenheit von Verkehrsdaten oder Steuerkanaldaten überträgt die Basisstation 4 nur die Pilot- und die Leistungssteuer-Bursts, was in einer diskontinuierlichen Wellenform resultiert, mit Bursts von einer periodischen Rate von 1200 Hz. Die Pilot-Modulationsparameter sind in Tabelle 4 tabelliert.
XI. Rückwärtsverbindungs-Leistungssteuerung
In der vorliegenden Erfindung wird der Vorwärtsverbindungs-Leistungssteuerkanal verwendet, um das Leistungssteuerkommando zu senden, das zur Steuerung der Sendeleistung der Rückwärtsverbindungs-Übertragung von dem entfernten Gerät 6 verwendet wird. Auf der Rückwärtsverbindung agiert jedes sendende Mobilfunkgerät 6 als eine Quelle von Interferenz für alle anderen Mobilfunkgeräte 6 in dem Netzwerk. Um Interferenz auf der Rückwärtsverbindung zu minimieren und die Kapazität zu maximieren, wird die Sendeleistung jedes Mobilfunkgeräts 6 durch zwei Leistungssteuerschleifen gesteuert. In der beispielhaften Ausführungsform sind die Leistungssteuerschleifen ähnlich zu denen des CDMA-Systems, das im Detail offenbart ist in dem US-Patent Nr. 5,056,109 mit dem Titel „METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING TRANSMISSION POWER IN A CDMA CELLULAR MOBILE TELEPHONE SYSTEM", das dem Inhaber der vorliegenden Erfindung zugewiesen ist. Andere Leistungssteuerungsmechanismen können auch in Betracht gezogen werden und liegen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung.
Die erste Leistungssteuerschleife passt die Sendeleistung des Mobilfunkgeräts 6 so an, dass die Signalqualität der Rückwärtsverbindung auf einem eingestellten Niveau gehalten wird. Die Signalqualität wird gemessen als das Energie-pro-Bit-zu-Rauschen-plus-Interferenz-Verhältnis E_b/I_o des Rückwärtsverbindungssignals, das bei der Basisstation 4 empfangen wird. Dieses eingestellte Niveau wird auch als der E_b/I_o-Setpoint bezeichnet. Die zweite Leistungssteuerschleife passt den Setpoint so an, dass das gewünschte Leistungsniveau, gemessen durch die Frame-Fehlerrate (Frame Error Rate, FER), beibehalten wird. Die Leistungssteuerung ist auf der Rückwärtsverbindung kritisch, da die Sendeleistung jedes Mobilfunkgeräts 6 Interferenz für andere Mobilfunkgeräte 6 in dem Kommunikationssystem bedeutet. Das Minimieren der Sendeleistung der Rückwärtsverbindung verringert die Interferenz und erhöht die Kapazität der Rückwärtsverbindung.
Innerhalb der ersten Leistungssteuerschleife wird das E_b/I_o des Rückwärtsverbindungssignals bei der Basisstation 4 gemessen. Die Basisstation 4 vergleicht dann das gemessene E_b/I_o mit dem Setpoint. Wem i das gemessene E_b/I_o größer als der Setpoint ist, überträgt die Basisstation 4 eine Leistungssteuernachricht an das Mobilfunkgerät 6, um die Sendeleistung zu verringern. Alternativ, wem der gemessene E_b/I_o unterhalb des Setpoints liegt, überträgt die Basisstation 4 eine Leistungssteuernachricht an das Mobilfunkgerät 6, um die Sendeleistung zu erhöhen. In der beispielhaften Ausführungsform ist die Leistungssteuernachricht mit einem Leistungssteuerbit implementiert. In der beispielhaften Ausführungsform weist ein hoher Wert für das Leistungssteuerbit das Mobilfunkgerät 6 an, seine Sendeleistung zu erhöhen, und ein niedriger Wert weist das Mobilfunkgerät 6 an, seine Sendeleistung zu verringern.
In der vorliegenden Erfindung werden die Leistungssteuerbits für alle Mobilfunkgeräte 6 in Kommunikation mit jeder Basisstation 4 auf dem Leistungssteuerkanal übertragen. In der beispielhaften Ausführungsform umfasst der Leistungssteuerkanal bis zu 32 orthogonale Kanäle, die mit den 16-Bit-Walsh-Codes gespreizt werden. Jeder Walsh-Kanal überträgt ein Rückwärtsleistungssteuerbit (Reverse Power Control, RPC) oder ein FAC-Bit in periodischen Intervallen. Jedem aktiven Mobilfunkgerät 6 wird ein RPC-Index zugewiesen, der den Walsh-Code und die QPSK-Modulationsphase (z. B. Inphase oder Quadratur) zur Übertragung des RPC-Bitstroms definiert, der an das Mobilfunkgerät 6 gerichtet ist. In der beispielhaften Ausführungsform ist der RPC-Index 0 für das FAC-Bit reserviert.
Das exemplarische Blockdiagramm des Leistungssteuerkanals ist in 3A gezeigt. Die RPC-Bits werden dem Symbolrepeater 150 bereitgestellt, der jedes RPC-Bit mit einer vorbestimmten Häufigkeit wiederholt. Die wiederholten RPC-Bits werden dem Walsh-Codierelement 152 bereitgestellt, der die Bits mit den Walsh-Codes codiert, die den RPC-Indices entsprechen. Die codierten Bits werden dem Verstärkungselement 154 bereitgestellt, der die Bits vor der Modulation skaliert, um so eine konstante gesamte Sendeleistung beizubehalten. In der beispielhaften Ausführungsform sind die Verstärkungen der RPC-Walsh-Kanäle normalisiert, so dass die gesamte RPC-Kanalleistung gleich der gesamten verfügbaren Sendeleistung ist. Die Verstärkungen der Walsh-Kanäle können als eine Funktion der Zeit zur effizienten Nutzung der gesamten Sendeleistung der Basisstation variiert werden, während sie eine zuverlässige RPC-Übertragung an alle aktiven Mobilfunkgeräte 6 beibehalten. In der beispielhaften Ausführungsform sind die Verstärkungen der Walsh-Kanäle von inaktiven Mobilfunkgeräten 6 auf Null gesetzt. Automatische Leistungskontrolle der RPC-Walsh-Kanäle ist möglich unter Verwendung von Schätzungen der Qualitätsmessung der Vorwärtsverbindung des entsprechenden DRC-Kanal der Mobilfunkgeräte 6. Die skalierten RPC-Bits von dem Verstärkungselement 154 werden dem MUX 162 bereitgestellt.
In der beispielhaften Ausführungsform werden die RPC-Indices 0 bis 15 jeweils den Walsh-Codes W₀ bis W₁₅ zugewiesen und um den ersten Pilotburst herum innerhalb eines Schlitzes (RPC-Bursts 304 in 4C) übertragen. Die RPC-Indices 16 bis 31 werden jeweils den Walsh-Codes W₀ bis W₁₅ zugewiesen und um den zweiten Pilotburst herum innerhalb eines Schlitzes (RPC-Bursts 308 in 4C) übertragen. In der beispielhaften Ausführungsform werden die RPC-Bits BPSK-moduliert, mit den geraden Walsh-Codes (z. B. W₀, W₂, W₄ usw.) moduliert auf dem Inphase-Signal und den ungeraden Walsh-Codes (z. B. W₁, W₃, W₅ usw.) moduliert auf dem Quadratur-Signal. Um die Spitze-zu-Durchschnitt-Hülle zu verringern, ist es bevorzugt, die Inphase- und Quadratur-Leistung auszugleichen. Um weiterhin ein Übersprechen aufgrund des Demodulator-Phasenschätzfehlers zu minimieren, ist es bevorzugt, den Inphase- und Quadratur-Signalen orthogonale Codes zuzuweisen.
In der beispielhaften Ausführungsform können bis zu 31 RPC-Bits auf 31 RPC-Walsh-Kanälen in jedem Zeitschlitz übertragen werden. In der beispielhaften Aus führungsform werden 15 RPC-Bits in der ersten Schlitzhälfte übertragen und 16 RPC-Bits in der zweiten Schlitzhälfte übertragen. Die RPC-Bits werden durch den Addierer 212 (siehe 3B) kombiniert, und die zusammengesetzte Wellenform des Leistungskontrollkanals ist in 4C gezeigt.
Ein Zeitdiagramm des Leistungskontrollkanals ist in 4B gezeigt. In der beispielhaften Ausführungsform beträgt die RPC-Bitrate 600 bps oder 1 RPC-Bit pro Zeitschlitz. Jedes RPC-Bit ist zeitgebündelt (time multiplexed) und wird über 2 RPC-Bursts (z. B. RPC-Bursts 304a und 304b) übertragen, wie in den 4B und 4C gezeigt. In der beispielhaften Ausführungsform ist jeder RPC-Burst 32 PN-Chips (oder 2 Walsh-Symbole) breit (Tpc = 32 Chips), und die Gesamtbreite jedes RPC-Bits beträgt 64 PN-Chips (oder 4 Walsh-Symbole). Andere RPC-Bitraten können durch Veränderung der Anzahl der wiederholten Symbole erhalten werden. Zum Beispiel kann eine RPC-Bitrate von 1200 bps (um bis zu 63 Mobilfunkgeräte 6 gleichzeitig zu unterstützen oder um die Leistungssteuerrate zu erhöhen) erhalten werden durch Übertragung des ersten Satzes von 31 RPC-Bits auf den RPC-Bursts 304a und 304b und des zweiten Satzes von 32 RPC-Bits auf den RPC-Bursts 308a und 308b. In diesem Falle werden in den Inphase- und Quadratur-Signalen alle Walsh-Codes verwendet. Die Modulationsparameter für die RPC-Bits sind in Tabelle 4 zusammengefasst. Tabelle 4 – Pilot- und Leistungssteuermodulationsparameter

Parameter RPC FAC Pilot Einheiten

Rate 600 75 1200 Hz

Modulationsformat QPSK QPSK BPSK

Dauer des Steuer-Bits 64 1024 64 PN-Chips

Wiederholungen 4 64 4 Symbole
Der Leistungssteuerkanal ist durch Bursts charakterisiert („bursty nature"), da die Anzahl der Mobilfunkgeräte 6 in Kommunikation mit jeder Basisstation kleiner als die Anzahl der verfügbaren RPC-Walsh-Kanäle sein kann. In dieser Situation werden einige RPC-Walsh-Kanäle auf Null gesetzt durch geeignete Anpassung der Verstärkungen des Verstärkungselements 154.
In der beispielhaften Ausführungsform werden die RPC-Bits an die Mobilfunkgeräte 6 ohne Codierung oder Verschachtelung übertragen, um Verarbeitungsverzögerungen zu minimieren. Weiterhin wirkt sich der fehlerhafte Empfang des Leistungssteuer-Bits nicht nachteilig auf das Datenkommunikationssystem der vorliegenden Erfindung aus, da der Fehler durch die Leistungskontrollschleife in dem nächsten Zeitschlitz korrigiert werden kann.
In der vorliegenden Erfindung können sich die Mobilfunkgeräte 6 im Soft-Handoff mit mehreren Basisstationen 4 auf der Rückwärtsverbindung befinden. Das Verfahren und die Vorrichtung für Leistungssteuerungen auf der Rückwärtsverbindung für das Mobilfunkgerät 6 im Soft-Handoff wird offenbart in dem vorher genannten US-Patent Nr. 5,056,109 . Das Mobilfunkgerät 6 im Soft-Handoff überwacht den RPC-Walsh-Kanal jeder Basisstation 4 in denn Active Set und kombiniert die RPC-Bits in Übereinstimmung mit dem Verfahren, das in. dem vorher genannten US-Patent Nr. 5,056,109 offenbart ist. In der ersten Ausführungsform führt das Mobilfunkgerät 6 das logische ODER der Leistungsverringerungsbefehle aus. Das Mobilfunkgerät 6 verringert die Sendeleistung, falls irgendeins der empfangenen RPC-Bits das Mobilfunkgerät 6 anweist, die Sendeleistung zu verringern. In der zweiten Ausführungsform kann das Mobilfunkgerät 6 im Soft-Handoff die Vorentscheidungen (soft decisions) der RPC-Bits kombinieren, bevor es eine endgültige Entscheidung (hard decision) trifft. Andere Ausführungsformen zur Verarbeitung der empfangenen RPC-Bits können in Betracht gezogen werden und liegen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung.
In der vorliegenden Erfindung gibt das FAC-Bit den Mobilfunkgeräten 6 an, ob der Verkehrskanal des zugeordneten Pilotkanals innerhalb des nächsten Halb-Frames übertragen wird oder nicht. Der Gebrauch des FAC-Bits verbessert die C/I-Schätzung durch die Mobilfunkgeräte 6 und daher die Anforderung der Da tenrate, durch Senden (Broadcast) des Wissens über die Interferenz-Aktivität. In der beispielhaften Ausführungsform ändert sich das FAC-Bit nur an Grenzen von Halb-Frames und wird in 8 aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen wiederholt, was in einer Bit-Rate von 75 bps resultiert. Die Parameter für das FAC-Bit sind in Tabelle 4 aufgeführt.
Durch Verwendung des FAC-Bits können die Mobilfunkgeräte 6 die C/I-Messung wie folgt berechnen:
wobei (C/I); die C/I-Messung des i^ten Vorwärtssignals ist, C_i die gesamte empfangene Leistung des i^ten Vorwärtsyerbindungssignals ist, C_j die empfangene Leistung des j^ten Vorwärtsverbindungssignals ist, I die totale Interferenz ist, falls alle Basisstationen 4 senden, α_j das FAC-Bit des j^ten Vorwärtsverbindungssignals ist, das 0 oder 1 sein kann, in Abhängigkeit von dem FAC-Bit.
XII. Rückwärtsverbindungs-Datenübertragung
In der vorliegenden Erfindung unterstützt die Rückwärtsverbindung Datenübertragung mit variabler Rate. Die variable Rate bietet Flexibilität und erlaubt es den Mobilfunkgeräten 6, mit einer von mehreren Datenraten zu senden, in Abhängigkeit von der Menge der an die Basisstation 4 zu übertragenden Daten. In der beispielhaften Ausführungsform kann das Mobilfunkgerät 6 Daten jederzeit mit der niedrigsten Datenrate übertragen. In der beispielhaften Ausführungsform erfordert Datenübertragung mit höheren Datenraten eine Genehmigung durch die Basisstation 4. Die Implementierung minimiert Übertragungsverzögerung auf der Rück wärtsverbindung, während es eine effiziente Nutzung der Rückwärtsverbindungsressourcen gewährleistet.
Eine beispielhafte Darstellung des Flussdiagramms der Datenübertragung auf der Rückwärtsverbindung der vorliegenden Erfindung ist in 8 gezeigt. Anfänglich, bei Schlitz n, führt das Mobilfunkgerät 6 einen Zugangsversuch (access probe) aus, wie in dem oben genannten US-Patent Nr. 5,289,527 beschrieben, um den Datenkanal mit der niedrigsten Rate über die Rückwärtsverbindung bei Block 802 aufzubauen. In demselben Schlitz n demoduliert die Basisstation 4 das Zugangssignal (access probe) und empfängt die Zugangsnachricht bei Block 804. Die Basisstation 4 genehmigt die Anfrage für den Datenkanal und, bei Schlitz n + 2, überträgt die Genehmigung und den zugewiesenen RPC-Index auf dem Steuerkanal, bei Block 806. Bei Schlitz n + 2 empfängt das Mobilfunkgerät 6 die Genehmigung und wird bei Block 808 durch die Basisstation 4 leistungsgesteuert. Beginnend bei Schlitz n + 3 startet das Mobilfunkgerät 6 die Übertragung des Pilotsignals und hat unmittelbaren Zugang zu dem Datenkanal mit der niedrigsten Datenrate auf der Rückwärtsverbindung.
Wenn dem Mobilfunkgerät 6 Verkehrsdaten vorliegen und es einen Datenkanal mit einer hohen Rate anfordert, kann das Mobilfunkgerät 6 die Anfrage bei Block 810 starten. Bei Schlitz n + 3 empfängt die Basisstation 4 die Anfrage für Hochgeschwindigkeitsdaten, bei Block 812. Bei Schlitz n + 5 überträgt die Basisstation 4 die Genehmigung auf dem Steuerkanal, bei Block 814. Bei Schlitz n + 5 empfängt das Mobilfunkgerät 6 die Genehmigung bei Block 816 und beginnt Datenübertragung mit hoher Geschwindigkeit auf der Rückwärtsverbindung, startend bei Schlitz n + 6 bei Block 818.
XIII. Rückwärtsverbindungs-Architektur
In dem Datenkommunikationssystem der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich eine Übertragung über die Rückwärtsverbindung von der Übertragung über die Vorwärtsverbindung in mehrerer Hinsicht. Auf der Vorwärtsverbindung erfolgt Datenübertragung typischerweise von einer Basisstation 4 an ein Mobilfunkgerät 6. Über die Rückwärtsverbindung kann jede Basisstation 4 allerdings gleichzeitig Datenübertragungen von mehreren Mobilfunkgeräten 6 empfangen. In der beispielhaften Ausführungsform kann jedes Mobilfunkgerät 6 mit einer von mehreren Datenraten senden, in Abhängigkeit von der Menge der an die Basisstation 4 zu übertragenden Daten. Dieses Systemdesign reflektiert die asymmetrische Charakteristik der Datenkommunikation.
In der beispielhaften Ausführungsform ist die Zeitbasiseinheit auf der Rückwärtsverbindung identisch zu der Zeitbasiseinheit auf der Vorwärtsverbindung. In der beispielhaften Ausführungsform erfolgen Vorwärtsverbindungs- und Rückwärtsverbindungs-Datenübertragungen über Zeitschlitze mit einer Dauer von 1,667 ms. Da Datenübertragung auf der Rückwärtsverbindung allerdings typischerweise mit einer niedrigeren Datenrate erfolgt, kann eine längere Zeitbasiseinheit verwendet werden, um die Effizienz zu verbessern.
In der beispielhaften Ausführungsform unterstützt die Rückwärtsverbindung zwei Kanäle: den Pilot/DRC-Kanal und den Datenkanal. Die Funktion und Implementierung von jedem dieser Kanäle werden unten beschrieben. Der Pilot/DRC-Kanal wird verwendet, um das Pilotsignal und die DRC-Nachrichten zu übertragen, und der Datenkanal wird verwendet, um Verkehrsdaten zu übertragen.
Ein Diagramm der beispielhaften Frame-Struktur der Rückwärtsverbindung der vorliegenden Erfindung ist in 7A dargestellt. In der beispielhaften Ausführungsform ist die Frame-Struktur der Rückwärtsverbindung ähnlich der Frame-Struktur der Vorwärtsverbindung, die in 4A gezeigt ist. Allerdings werden auf der Rückwärtsverbindung die Pilot/DRC-Daten und Verkehrsdaten gleichzeitig auf den Inphase- und Quadratur-Kanälen übertragen.
In der beispielhaften Ausführungsform überträgt das Mobilfunkgerät 6 eine DRC-Nachricht auf dem Pilot/DRC-Kanal in jedem Zeitschlitz immer dann, wenn das Mobilfunkgerät 6 Datenübertragung mit hoher Geschwindigkeit empfängt. Alternativ, wenn das Mobilfunkgerät 6 keine Datenübertragung mit hoher Geschwindigkeit empfängt, kann der gesamte Schlitz auf dem Pilot/DRC-Kanal das Pilotsignal enthalten. Das Pilotsignal wird durch die empfangende Basisstation für eine Reihe von Funktionen verwendet: als eine Hilfe zum anfänglichen Aufbau, als eine Phasenreferenz für die Pilot/DRC- und die Datenkanäle und als eine Quelle für die Rückwärtsverbindungs-Leistungssteuerung mit geschlossener Schleife.
In der beispielhaften Ausführungsform ist die Bandbreite der Rückwärtsverbindung als 1,2288 MHz gewählt. Diese Bandbreitenauswahl erlaubt den Gebrauch von vorhandener Hardware, die für ein CDMA-System entwickelt wurde, das dem IS-95-Standard entspricht. Allerdings können andere Bandbreiten verwendet werden, um die Kapazität zu erhöhen und/oder Systemanforderungen zu entsprechen. In der beispielhaften Ausführungsform werden derselbe lange PN-Code und die kurzen PN_I- und PN_Q-Codes verwendet, wie in dem IS-95-Standard spezifiziert, um das Rückwärtsverbindungssignal zu spreizen. In der beispielhaften Ausführungsform werden die Rückwärtsverbindungskanäle unter Verwendung der QPSK-Modulation übertragen. Alternativ kann OQPSK-Modulation verwendet werden, um die Spitze-zu-Durchschnitt-Amplitudenvariation des modulierten Signals zu minimieren, was in einer verbesserten Leistung resultieren kann. Der Gebrauch von verschiedener Systembandbreite, verschiedenen PN-Codes und Modulationsschemata kann in Betracht gezogen werden und liegt innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung.
In der beispielhaften Ausfühungsform werden die Sendeleistung der Übertragungen über die Rückwärtsverbindung auf dem Pilot/DRC-Kanal und dem Datenkanal so gesteuert, dass das E_b/I_o des Rückwärtsverbindungssignals, wie es bei der Basisstation 4 gemessen wird, bei einem vorbestimmten E_b/I_o-Setpoint beibehalten wird, wie in dem vorher genannten US-Patent Nr. 5,506,109 besprochen. Die Leistungssteuerung wird durch die Basisstation 4 in Kommunikation mit dem Mobilfunkgerät 6 beibehalten, und die Befehle werden als die RPC-Bits übertragen, wie oben besprochen.
XIV. Rückwärtsverbindungs-Datenkanal
Ein Blockdiagramm der beispielhaften Rückwärtsverbindungs-Architektur der vorliegenden Erfindung ist in 6 gezeigt. Die Daten werden in Datenpakete aufgeteilt und einem Codierer 612 bereitgestellt. Für jedes Datenpaket erzeugt der Codierer 612 die CRC-Paritäts-Bits, fügt die Code Tail Bits ein und codiert die Daten. In der beispielhaften Ausführungsform codiert der Codierer 612 das Paket in Übereinstimmung mit dem Codierformat, das in der vorher genannten US-Patentanuneldung Nr. 08/743,688 offenbart ist. Andere Codierformate können auch verwendet werden und liegen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung. Das codierte Paket von dem Codierer 112 wird dem Block-Interleaver 614 bereitgestellt, der die Code-Symbole in dem Paket umordnet. Das verschachtelte Paket wird dem Multiplizierer 616 bereitgestellt, der die Daten mit dem Walsh-Code codiert und die codierten Daten einem Verstärkungselement 618 bereitstellt. Das Verstärkungselement 618 skaliert die Daten, um ein konstantes Energie-pro-Bit E_b beizubehalten, unabhängig von der Datenrate. Die skalierten Daten von dem Verstärkungselement 618 werden den Multiplizierern 650b und 650d bereitgestellt, die die Daten mit den PN_Q- bzw. PN_I-Sequenzen spreizen. Die gespreizten Daten von den Multiplizierern 652b und 650d werden Filtern 652b bzw. 652d bereitgestellt, welche die Daten filtern. Die gefilterten Daten von den Filtern 652a und 652b werden dem Addierer 654a bereitgestellt, und die gefilterten Signale von den Filtern 652c und 652d werden dem Addierer 654b bereitgestellt. Die Addierer 654 addieren die Signale des Datenkanals zu den Signalen aus dem Pilot/DRC-Kanal. Die Ausgaben der Addierer 654a und 654b umfassen IOUT bzw. QOUT, die mit den Inphase-Sinuskurven COS(w_ct) bzw. den Quadratur-Sinuskurven SIN(w_ct) moduliert sind (wie in der Vorwärtsverbindung) und addiert werden (nicht in 6 gezeigt). In der beispielhaften Ausführungsform werden die Verkehrsdaten sowohl auf der Inphase- als auch auf der Quadratur-Phase der Sinuskurve übertragen.
In der beispielhaften Ausführungsform werden die Daten mit dem langen PN-Code und den kurzen PN-Codes gespreizt. Der lange PN-Code verschlüsselt die Daten, so dass die empfangende Basisstation 4 in der Lage ist, das sendende Mobilfunkgerät 6 zu identifizieren. Der kurze PN-Code spreizt das Signal über die gesamte Systembandbreite. Die lange PN-Sequenz wird durch den Langcodegenerator 642 erzeugt und den Multiplizierern 646 bereitgestellt. Die kurzen PN_I- und PN_Q-Sequenzen werden durch den Kurzcodegenerator 644 erzeugt und ebenfalls den Multiplizierern 646a bzw. 646b bereitgestellt, die die zwei Mengen von Sequenzen multiplizieren, um die PN_I- bzw. PN_Q-Signale zu bilden. Der Zeit/Steuerschaltkreis 640 stellt die Zeitreferenz bereit.
Das beispielhafte Blockdiagramm der Datenkanalarchitektur, wie in 6 gezeigt, ist eine von zahllosen Architekturen, die Datencodierung und Modulation auf der Rückwärtsverbindung unterstützen. Für Datenübertragung mit hoher Rate kann auch eine Architektur ähnlich der Vorwärtsverbindung verwendet werden, die mehrere orthogonale Kanäle verwendet. Andere Architekturen wie etwa die Architektur für den Verkehrskanal über die Rückwärtsverbindung in dem CDMA-System, welches dem IS-95-Standard entspricht, kann auch in Betracht gezogen werden und liegt innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung.

In der beispielhaften Ausführungsform unterstützt der Rückwärtsverbindungs-Datenkanal vier Datenraten, die in Tabelle 5 tabelliert sind. Zusätzliche Datenraten und/oder andere Datenraten können unterstützt werden und liegen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung. In der beispielhaften Ausführungsform hängt die Paketgröße für die Rückwärtsverbindung von der Datenrate ab, wie in Tabelle 5 gezeigt. Wie in der vorher genannten US-Patentamneldung Nr. 08/743,688 beschrieben, kann eine verbesserte Decoderleistung für größere Paketgrößen erhalten werden. Deshalb können andere Paketgrößen als die in Tabelle 5 aufgeführten verwendet werden, um die Leistung zu verbessern und liegen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung. Zusätzlich kann die Paketgröße zu einem Parameter gemacht werden, der von der Datenrate unabhängig ist. Tabelle 5 – Pilot- und Leistungssteuer-Modulationsparameter

Parameter	Datenraten				Einheiten
	9,6	19,2	38,4	76,8	Kbps
Frame-Dauer	26,66	26,66	13,33	13,33	ms
Datenpaket-Länge	245	491	491	1003	Bits
CRC-Länge	16	16	16	16	Bits
Codetail-Bits	5	5	5	5	Bits
Gesamte Bits/Paket	256	512	512	1024	Bits
Codierte Paketlänge	1024	2048	2048	4096	Symbole
Länge des Walsh-Symbols	32	16	8	4	Chips
Anfrage notwendig	nein	ja	ja	ja

Wie in Tabelle 5 gezeigt, unterstützt die Rückwärtsverbindung eine Mehrzahl von Datenraten. In der beispielhaften Ausführungsform wird die niedrigste Datenrate von 9,6 Kbps jedem Mobilfunkgerät 6 nach Registrierung mit der Basisstation 4 zugewiesen. In der beispielhaften Ausführungsform können die Mobilfunkgeräte 6 Daten über den Datenkanal mit der niedrigsten Rate in jedem Zeitschlitz senden, ohne eine Genehmigung von der Basisstation 4 anzufordern. In der beispielhaften Ausführungsform wird Datenübertragung mit höheren Datenraten durch die ausgewählte Basisstation 4 genehmigt, basierend auf einem Satz von Systemparametern wie etwa der Systemlast, Fairness und gesamtem Durchsatz. Ein beispielhafter Zeitplanungsmechanismus für Datenübertragung mit hoher Geschwindigkeit wird in der vorher genannten US-Patentanuneldung Nr. 08/798,951 im Detail beschrieben.
XV. Rückwärtsverbindungs-Pilot/DRC-Kanal
Das exemplarische Blockdiagramm des Pilot/DRC-Kanals ist in 6 gezeigt. Die DRC-Nachricht wird dem DRC-Codierer 626 bereitgestellt, der die Nachricht in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Codierformat codiert. Codieren der DRC-Nachricht ist wichtig, da die Fehlerwahrscheinlichkeit der DRC-Nachricht ausreichend niedrig sein muss, da eine falsche Bestimmung der Datenrate der Vorwärtsverbindung die Systemdurchsatzleistung beeinflusst. In der beispielhaften Ausführungsform ist der DRC- Codierer 626 ein CRC-Block- Codierer mit einer Rate (8, 4), der die 3-Bit-DRC-Nachricht in ein 8-Bit-Codewort codiert. Die codierte DRC-Nachricht wird einen Multiplizierer 628 bereitgestellt, der die Nachricht mit dem Walsh-Code codiert, der die Ziel-Basisstation 4, an die die DRC-Nachricht gerichtet ist, eindeutig identifiziert. Der Walsh-Code wird durch einen Walsh-Generator 624 bereitgestellt. Die codierte DRC-Nachricht wird einem Multiplexer (MUX) 630 bereitgestellt zum Multiplexen der Nachricht mit den Pilotdaten. Die DRC-Nachricht und die Pilotdaten werden Multiplizierern 650a und 650c bereitgestellt, die die Daten mit den PN_I- bzw. PN_Q-Signalen spreizen. Deshalb werden die Pilot- und die DRC-Nachricht sowohl auf der Inphase- als auch auf der Quadratur-Phase des Sinus übertragen.
In der beispielhaften Ausführungsform wird die DRC-Nachricht an die ausgewählte Basisstation 4 übertragen. Dies wird erreicht durch Codieren der DRC-Nachricht mit dem Walsh-Code, der die ausgewählte Basisstation 4 identifiziert. In der beispielhaften Ausführungsform hat der Walsh-Code eine Länge von 128 Chips. Die Ableitung von Walsh-Codes von 128 Chips ist im Stand der Technik bekannt. Ein eindeutiger Walsh-Code wird jeder Basisstation 4 zugewiesen, die sich in Kommunikation mit dem Mobilfunkgerät 6 befindet. Jede Basisstation 4 decodiert das Signal auf dem DRC-Kanal mit dem zugewiesenen Walsh-Code. Die ausgewählte Basisstation 4 ist in der Lage, die DRC-Nachricht zu decodieren und überträgt Daten zu dem anfragenden Mobilfunkgerät 6 auf der Vorwärtsverbindung als Antwort darauf. Andere Basisstationen 4 sind in der Lage festzustel len, dass die angeforderte Datenrate nicht an sie gerichtet ist, da diesen Basisstationen 4 andere Walsh-Codes zugewiesen sind.
In der beispielhaften Ausführungsform sind die kurzen PN-Codes der Rückwärtsverbindung für alle Basisstationen 4 in dem Datenkommunikationssystem dieselben, und es gibt keinen Versatz in den kurzen PN-Sequenzen, um die verschiedenen Basisstationen 4 zu unterscheiden. Das Datenkommunikationssystem der vorliegenden Erfindung unterstützt Soft-Handoff über die Rückwärtsverbindung. Eine Verwendung desselben kurzen PN-Codes ohne Versatz erlaubt es mehreren Basisstationen 4, dieselbe Übertragung über die Rückwärtsverbindung von dem Mobilfunkgerät 6 während eines Soft-Handoffs zu empfangen. Die kurzen PN-Codes liefern ein spektrales Spreizen, erlauben aber keine Identifikation der Basisstationen 4.
In der beispielhaften Ausführungsform trägt die DRC-Nachricht von dem Mobilfunkgerät 6 die angeforderte Datenrate. In der alternativen Ausführungsform trägt die DRC-Nachricht einen Hinweis auf die Qualität der Vorwärtsverbindung (z. B. die C/I-Information, die durch das Mobilfunkgerät 6 gemessen wurde). Das Mobilfunkgerät 6 kann gleichzeitig die Pilotsignale der Vorwärtsverbindung von einer oder mehreren Basisstationen 4 empfangen und führt die C/I-Messung auf jedem empfangenen Pilotsignal aus. Das Mobilfunkgerät 6 wählt dann die beste Basisstation 4, basierend auf einem Satz von Parametern, der gegenwärtige und frühere C/I-Messungen umfassen kann. Die Ratensteuerinformation wird in die DRC-Nachricht formatiert, die an die Basisstation 4 in einer oder mehreren Ausführungsformen übermittelt werden kann.
In der ersten Ausführungsform überträgt das Mobilfunkgerät 6 eine DRC-Nachricht basierend auf der angeforderten Datenrate. Die angeforderte Datenrate ist die höchste unterstützte Datenrate, die eine befriedigende Leistung mit dem C/I ergibt, der durch das Mobilfunkgerät 6 gemessen wurde. Aus der C/I-Messung berechnet das Mobilfunkgerät 6 zuerst die maximale Datenrate, die eine zufrie denstellende Leistung ergibt. Die maximale Datenrate wird dann zu einer der unterstützten Datenraten quantisiert und als die angeforderte Datenrate bezeichnet. Der Datenratenindex, der der angeforderten Datenrate entspricht, wird an die ausgewählte Basisstation 4 übertragen. Ein beispielhafter Satz von unterstützten Datenraten und die entsprechenden Datenraten-Indices sind in Tabelle 1 gezeigt.
In der zweiten Ausführungsform, in der das Mobilfunkgerät 6 einen Hinweis auf die Qualität der Vorwärtsverbindung an die ausgewählte Basisstation 4 sendet, überträgt das Mobilfunkgerät 6 einen C/I-Index, der den quantisierten Wert der C/I-Messung darstellt. Die C/I-Messung kann auf eine Tabelle abgebildet und einem C/I-Index zugeordnet werden. Eine Verwendung von mehr Bits zur Darstellung des C/I-Index erlaubt eine feinere Quantisierung der C/I-Messung. Ebenso kann die Abbildung linear oder vordeformiert (predistorted) sein. Für eine lineare Abbildung stellt jedes Inkrement des C/I-Index eine entsprechende Erhöhung der C/I-Messung dar. Zum Beispiel kann jeder Schritt des C/I-Index eine 2,0 dB Erhöhung in der C/I-Messung darstellen. Für eine vordeformierte Abbildung kann jedes Inkrement des C/I-Index eine andere Erhöhung in der C/I-Messung darstellen. Zum Beispiel kann eine vordeformierte Abbildung zum Quantisieren der C/I-Messung verwendet werden, zum Angleichen an die kumulative Verteilungsfunktionskurve (Cumulative Distribution Function, CDF) der in 10 gezeigten C/I-Verteilung.
Andere Ausfühungsformen zum Übermitteln der Ratensteuerinformation von dem Mobilfunkgerät 6 an die Basisstation 4 können in Betracht gezogen werden und liegen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung. Weiterhin liegt der Gebrauch einer anderen Anzahl von Bits zum Darstellen der Ratensteuerinformation auch innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung. In einem großen Teil der Spezifikation ist die vorliegende Erfindung der Einfachheit halber im Kontext der ersten Ausführungsform beschrieben werden, nämlich dem Gebrauch der DRC-Nachricht zum Übermitteln der angeforderten Datenrate.
In der beispielhaften Ausführungsform kann die C/I-Messung auf dem Pilotsignal der Vorwärtsverbindung auf eine Weise durchgeführt werden, die der in einem CDMA-System verwendeten ähnlich ist. Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Durchführen der C/I-Messung sind offenbart in der US-Patentanmeldung Nr. 08/722,763 mit dem Titel „METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING LINK QUALITY IN A SPREAD SPECTRUM COMMUNICATION SYSTEM", eingereicht am 27. September 1996 und dem Inhaber der vorliegenden Erfindung zugewiesen. Zusammenfassend kann die C/I-Messung auf dem Pilotsignal erhalten werden durch Entspreizen des empfangenen Signals mit den kurzen PN-Codes. Die C/I-Messung und das Pilotsignal können Ungenauigkeiten enthalten, wenn sich die Kanalbedingungen zwischen der Zeit der C/I-Messung und der Zeit der tatsächlichen Datenübertragung verändert haben. In der vorliegenden Erfindung erlaubt es der Gebrauch des FAC-Bits den Mobilfunkgeräten 6, die Vorwärtsverbindungs-Aktivität zu berücksichtigen, wenn sie die angeforderte Datenrate bestimmen.
In der alternativen Ausührungsform kann die C/I-Messung auf dem Verkehrkanal der Vorwärtsverbindung ausgeführt werden. Das Verkehrskanalsignal wird zuerst mit dem langen PN-Code und den kurzen PN-Codes entspreizt und mit dem Walsh-Code dekodiert. Die C/I-Messung auf den Signalen auf den Datenkanälen kann genauer sein, da ein größerer Prozentsatz der Sendeleistung für Datenübertragung zugewiesen ist. Andere Verfahren zum Messen des C/I auf dem Vorwärtsverbindungs-Signal durch das Mobilfunkgerät 6 können auch in Betracht gezogen werden und liegen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die DRC-Nachricht in der ersten Hälfte des Zeitschlitzes übertragen (siehe 7A). Für einen beispielhaften Zeitschlitz von 1,667 ms umfasst die DRC-Nachricht die ersten 1024 Chips oder 0,83 ms des Zeitschlitzes. Die verbleibenden 1024 Chips der Zeit werden durch die Basisstation 4 verwendet, um die Nachricht zu demodulieren und zu dekodieren. Die Übertragung der DRC-Nachricht im früheren Teil des Zeitschlitzes erlaubt es der Ba sisstation 4, die DRC-Nachricht innerhalb desselben Zeitschlitzes zu dekodieren und möglicherweise Daten mit der angeforderten Datenrate in dem unmittelbar darauffolgenden Zeitschlitz zu übertragen. Die kurze Verarbeitungsverzögerung erlaubt es dem Kommunikationssystem der vorliegenden Erfindung, sich schnell an Änderungen in der Betriebsumgebung anzupassen.
In der alternativen Ausführungsform wird die angeforderte Datenrate der Basisstation 4 durch den Gebrauch einer absoluten Referenz und einer relativen Referenz übermittelt. In dieser Ausführungsform wird die absolute Referenz, die die angeforderte Datenrate umfasst, periodisch übertragen. Die absolute Referenz erlaubt es der Basisstation 4, die exakte Datenrate, die durch das Mobilfunkgerät 6 angefordert wurde, zu bestimmen. Für jeden Zeitschlitz zwischen Übertragungen der absoluten Referenzen überträgt das Mobilfunkgerät 6 eine relative Referenz zu der Basisstation 4, die angibt, ob die angeforderte Datenrate für den bevorstehenden Zeitschlitz höher, niedriger oder dieselbe wie die angeforderte Datenrate für den vorangegangenen Zeitschlitz ist. Periodisch überträgt das Mobilfunkgerät 6 eine absolute Referenz. Eine periodische Übertragung des Datenratenindexes erlaubt es, dass die angeforderte Datenrate auf einen bekannten Zustand eingestellt wird und stellt sicher, dass fehlerhafte Empfänge der relativen Referenzen sich nicht ansammeln. Der Gebrauch der absoluten Referenzen und relativen Referenzen kann die Übertragungsrate der DRC-Nachrichten an die Basisstation 6 verringern. Andere Protokolle zum Übertragen der angeforderten Datenrate können auch in Betracht gezogen werden und liegen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung.
XVI. Rückwärtsverbindungs-Zugangskanal
Der Zugangskanal wird durch das Mobilfunkgerät 6 zum Übertragen von Nachrichten an die Basisstation 4 während der Registrierungsphase verwendet. In der beispielhaften Ausführungsform ist der Zugangskanal unter Verwendung einer Schlitzstruktur implementiert, wobei auf jeden Schlitz zufällig durch das Mobil funkgerät 6 zugriffen wird. In der beispielhaften Ausführungsform ist der Zugangskanal mit dem DRC-Kanal zeitlich gebündelt (time multiplexed).
In der beispielhaften Ausführungsform überträgt der Zugangskanal Nachrichten in Zugangskanalkapseln. In der beispielhaften Ausführungsform ist das Frame-Format des Zugangskanals identisch mit dem durch den IS-95 Standard spezifizierten, außer dass das Zeitmaß in Frames von 26,67 ms besteht, anstelle von Frames von 20 ins, wie im IS-95 Standard spezifiziert. Das Diagramm einer beispielhaften Zugangskanalkapsel ist in 7B gezeigt. In der beispielhaften Ausführungsform umfasst jede Zugangskanalkapsel 712 eine Präambel 722, eine oder mehrere Nachrichtenkapseln 724 und Padding Bits 726. Jede Nachrichtenkapsel 724 umfasst ein Nachrichtenlängenfeld (MSG LEN) 732, einen Nachrichtenkörper 734 und CRC-Paritätsbits 736.
XVII. Rückwärtsverbindungs-NACK-Kanal
In der vorliegenden Erfindung überträgt das Mobihfunkgerät 6 die NACK-Nachrichten auf dem Datenkanal. Die NACK-Nachricht wird für jedes Paket erzeugt, das fehlerhaft durch das Mobilfunkgerät 6 empfangen wurde. In der beispielhaften Ausführungsform können die NACK-Nachrichten unter Verwendung des Blank-and-Burst-Signalisierungsdatenformats verwendet werden, das in dem vorher genannten US-Patent Nr. 5,504,773 offenbart ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Kontext eines NACK-Protokolls beschrieben wurde, kann der Gebrauch eines ACK-Protokolls in Betracht gezogen werden und liegt innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung.

Claims

Infrastrukturelement aufweisend: Mittel zum Modulieren (42), konfiguriert um eine Mehrzahl von orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen, die an eine ausgewählte Mobilstation aus einer Mehrzahl von Mobilstationen (6) gerichtet sind, und eine Sequenz von Pilotsymbolen und Leistungsregelungs-Bits, die an die Mehrzahl von Mobilstationen gerichtet sind, zeitlich zu multiplexen (time-divisionmultiplex), um eine Sequenz von digitalen Werten zur Übertragung auf einem Kommunikationskanal zu erzeugen; und Mittel zum Übertragen (44, 46), gekoppelt mit dem Mittel zum Modulieren und konfiguriert um die Sequenz von digitalen Werten von dem Mittel zum Modulieren zu empfangen, die Sequenz von digitalen Werten in eine analoge Wellenform umzuwandeln und die analoge Wellenform auf dem Kommunikationskanal zu übertragen.
Infrastrukturelement gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend ein orthogonales Überlagerungselement (cover element) (132), das dafür konfiguriert ist, eine Exklusiv-Oder-Funktion (exclusive-OR) für jedes Bit einer Sequenz von digitalen Daten-Bits mit einer Mehrzahl von orthogonalen Sequenzen auszuführen, um die Mehrzahl von orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen zu erzeugen.
Infrastrukturelement gemäß Anspruch 1, wobei das Mittel zum Modulieren ferner dafür konfiguriert ist, die Mehrzahl von orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen, eine Sequenz von Pilotsymbolen und Leistungsrege lungs-Bits zeitlich zu multiplexen (time-division-multiplex), durch Segmentierung der Mehrzahl von orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen in erste und zweite Teilsätze, Einfügen der Sequenz von Pilotsymbolen und der Leistungsregelungs-Bits unmittelbar zeitlich folgend dem ersten Teilsatz und Einfügen des zweiten Teilsatzes unmittelbar zeitlich folgend der Sequenz von Pilotsymbolen und der Leistungsregelungs-Bits, um die Sequenz von digitalen Werten zur Übertragung zu erzeugen.
Infrastrukturelement gemäß Anspruch 1, wobei das Mittel zum Modulieren ferner dafür konfiguriert ist, die Mehrzahl von orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen, die Sequenz von Pilotsymbolen und die Leistungsregelungs-Bits zeitlich zu multiplexen, durch Punktieren der Mehrzahl von orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen, um die Sequenz von Pilotsymbolen und die Leistungsregelungs-Bits anzuordnen, damit ein erster Teilsatz der Mehrzahl von orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen der Sequenz von Pilotsymbolen und den Leistungsregelungs-Bits zeitlich vorausgeht, und die Sequenz von Pilotsymbolen und die Leistungsregelungs-Bits einem zweiten Teilsatz der Mehrzahl von orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen zeitlich vorausgehen.
Infrastrukturelement gemäß Anspruch 2, wobei das Mittel zum Modulieren ferner dafür konfiguriert ist, die Mehrzahl von orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen und die Sequenz von Pilotsymbolen zeitlich zu multiplexen, durch Segmentieren der Mehrzahl von orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen in erste und zweite Teilsätze, Einfügen der Sequenz von Pilotsymbolen und der Leistungsregelungs-Bits unmittelbar zeitlich folgend dem ersten Teilsatz und Einfügen des zweiten Teilsatzes unmittelbar zeitlich folgend der Sequenz von Pilotsymbolen und der Leistungsregelungs-Bits, um die Sequenz von digitalen Werten zur Übertragung zu erzeugen.
Infrastrukturelement gemäß Anspruch 2, wobei das Mittel zum Modulieren ferner dafür konfiguriert ist, die Mehrzahl von orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen, die Sequenz von Pilotsymbolen und die Leistungsregelungs-Bits zeitlich zu multiplexen, durch Punktieren der Mehrzahl von orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen, um die Sequenz von Pilotsymbolen und die Leistungsregelungs-Bits anzuordnen, damit ein erster Teilsatz der Mehrzahl von orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen der Sequenz von Pilotsymbolen und den Leistungsregelungs-Bits zeitlich vorausgeht, und die Sequenz von Pilotsymbolen und die Leistungsregelungs-Bits einem zweiten Teilsatz der Mehrzahl von orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen zeitlich vorausgehen.
Infrastrukturelement gemäß Anspruch 1, wobei das Mittel zum Modulieren ferner dafür konfiguriert ist, die orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen mit einem ersten Spreizcode zu spreizen, der eindeutig einer ausgewählten Mobilstation aus einer Mehrzahl von Mobilstationen zugewiesen ist, und die Sequenz von Pilotsymbolen und die Leistungsregelungs-Bits mit zweiten Spreizcodes zu spreizen, die für die Mehrzahl von Mobilstationen gleich sind, um der Mehrzahl von Mobilstationen zu ermöglichen, die Sequenz von Pilotsymbolen und die Leistungsregelungs-Bits zu empfangen.
Infrastrukturelement gemäß Anspruch 1, wobei das Mittel zum Übertragen sich bei einer Basisstation (4) befindet, und wobei das Mittel zum Übertragen ferner dafür konfiguriert ist, die Sequenz von digitalen Werten mit einer maximal verfügbaren Leistung der Basisstation zu übertragen.
Infrastrukturelement gemäß Anspruch 1, wobei das Mittel zum Modulieren ferner dafür konfiguriert ist, die orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen, die Sequenz von Pilotsymbolen und die Leistungsregelungs-Bits in einer Mehrzahl von Zeitschlitzen zeitlich zu multiplexen, wobei jeder Zeit schlitz zumindest eine Signalfolge (burst) von Pilotsymbolen und zumindest eine Signalfolge (burst) von Leistungsregelungs-Bits umfasst.
Infrastrukturelement gemäß Anspruch 9, wobei das Mittel zum Übertragen sich bei einer Basisstation (4) befindet, und wobei das Mittel zum Übertragen ferner dafür konfiguriert ist, jeden Zeitschlitz mit einer maximal verfügbaren Leistung der Basisstation zu übertragen.
Verfahren zur Datenübertragung aufweisend: Zeitmultiplexen (time-division-multiplexing) einer Mehrzahl von orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen, die an eine ausgewählte Mobilstation aus einer Mehrzahl von Mobilstationen gerichtet sind, und einer Sequenz von Pilotsymbolen und Leistungsregelungs-Bits, die an die Mehrzahl von Mobilstationen gerichtet sind, um eine Sequenz von digitalen Werten zu erzeugen; Konvertieren der Sequenz von digitalen Werten zu einer analogen Wellenform; und Übertragen der analogen Wellenform auf einem Kommunikationskanal.
Verfahren gemäß Anspruch 11, ferner aufweisend ein Anwenden einer Exklusiv-Oder-Funktion auf jedem Bit einer Sequenz von digitalen Daten-Bits mit einer Mehrzahl von Orthogonalsequenzen, um die Mehrzahl von orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen zu erzeugen.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei das Zeitmultiplexverfahren umfasst: Segmentieren der Mehrzahl von orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen in erste und zweite Teilsätze, Einfügen der Sequenz von Pilotsymbolen und der Leistungsregelungs-Bits unmittelbar zeitlich folgend dem ers ten Teilsatz, und Einfügen des zweiten Teilsatzes unmittelbar zeitlich folgend der Sequenz von Pilotsymbolen und der Leistungsregelungs-Bits, um die Sequenz von digitalen Werten zur Übertragung zu erzeugen.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei das Zeitmultiplexverfahren das Punktieren der Mehrzahl von orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen umfasst, um die Sequenz von Pilotsymbolen und die Leistungsregelungs-Bits anzuordnen, damit ein erster Teilsatz der Mehrzahl von orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen der Sequenz von Pilotsymbolen und der Leistungsregelungs-Bits zeitlich vorausgeht, und die Sequenz von Pilotsymbolen und die Leistungsregelungs-Bits einem zweiten Teilsatz der Mehrzahl von orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen zeitlich vorausgehen.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das Zeitmultiplexverfahren umfasst: Segmentieren der Mehrzahl von orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen in erste und zweite Teilsätze, Einfügen der Sequenz von Pilotsymbolen und der Leistungsregelungs-Bits unmittelbar zeitlich folgend dem ersten Teilsatz, und Einfügen des zweiten Teilsatzes unmittelbar zeitlich folgend der Sequenz von Pilotsymbolen und der Leistungsregelungs-Bits, um die Sequenz von digitalen Werten zur Übertragung zu erzeugen.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das Zeitmultiplexverfahren das Punktieren der Mehrzahl von orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen umfasst, um die Sequenz von Pilotsymbolen und die Leistungsregelungs-Bits anzuordnen, so dass ein erster Teilsatz der Mehrzahl von orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen der Sequenz von Pilotsymbolen und der Leistungsregelungs-Bits zeitlich vorausgeht, und die Sequenz von Pilotsymbolen und die Leistungsregelungs-Bits einem zweiten Teilsatz der Mehrzahl von orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen zeitlich vorausgehen.
Verfahren gemäß Anspruch 11 ferner aufweisend: Spreizen der Mehrzahl von orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen mit einem ersten Spreizcode, der eindeutig einer ausgewählten Mobilstation aus der Mehrzahl von Mobilstationen zugewiesen ist, und Spreizen der Sequenz von Pilotsymbolen und der Leistungsregelungs-Bits mit zweiten Spreizcodes, die für die Mehrzahl von Mobilstationen gleich sind, um der Mehrzahl von Mobilstationen zu ermöglichen, die Sequenz von Pilotsymbolen und die Leistungsregelungs-Bits zu empfangen.
Verfahren gemäß Anspruch 11 ferner aufweisend: Übertragen der Sequenz von digitalen Werten mit einer maximal verfügbaren Leistung.
Verfahren gemäß Anspruch 11 ferner aufweisend: Zeitmultiplexen der orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen, der Sequenz von Pilotsymbolen und der Leistungsregelungs-Bits in einer Mehrzahl von Zeitschlitzen, wobei jeder Zeitschlitz zumindest eine Signalfolge von Pilotsymbolen und zumindest eine Signalfolge von Leistungsregelungs-Bits aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 19 ferner aufweisend: Übertragen jedes Zeitschlitzes mit einer maximal verfügbaren Leistung.
Kommunikationseinheit aufweisend: Mittel zum Empfangen (60, 62), konfiguriert um ein zeitlich gemultiplextes Signal zu empfangen, das umfasst: eine Mehrzahl von orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen, eine Sequenz von Pilotwerten und Leistungsregelungs-Bits, wobei die Mehrzahl von orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen mit einem ersten Spreizcode gespreizt werden, der eindeutig der genannten Kommunikationseinheit zugewiesen ist, und die Sequenz von Pilotwerten und die Leistungsregelungs-Bits mit zweiten Spreizcodes ge spreizt werden, die für eine Mehrzahl von Kommunikationseinheiten gleich sind, die die genannte Kommunikationseinheit umfassen; und Mittel zum Demodulieren (64), das mit dem Mitteln zum Empfangen (60, 62) gekoppelt ist, und dafür konfiguriert ist, das zeitlich gemultiplexte Signal von dem Mittel zum Empfangen zu empfangen und die Mehrzahl von orthogonal überlagerten Datensequenzen zu demodulieren.
Kommunikationseinheit gemäß Anspruch 21, wobei jede aus der Mehrzahl von orthogonal überlagerten Datensequenzen einen Satz von Datenwerten aufweist, der jeweils mit einer orthogonalen Sequenz gespreizt wurde, wobei eine eindeutige orthogonale Sequenz jedem Satz von Datenwerten zugewiesen ist.
Kommunikationseinheit gemäß Anspruch 21, wobei ein erster Teilsatz der Mehrzahl von orthogonal überlagerten Datensequenzen ein erstes Zeitsegment des zeitlich gemultiplexten Signals belegt, die Sequenz von Pilotwerten und die Leistungsregelungs-Bits ein zweites Zeitsegment des zeitlich gemultiplexten Signals belegen, und ein zweiter Teilsatz der Mehrzahl von orthogonal überlagerten Datensequenzen ein drittes Zeitsegment des zeitlich gemultiplexten Signals belegt.
Kommunikationseinheit gemäß Anspruch 23, wobei das erste und das dritte Zeitsegment nicht aneinander angrenzend sind.
Kommunikationseinheit gemäß Anspruch 23, wobei das erste Zeitsegment dem zweiten Zeitsegment vorausgeht und das zweite Zeitsegment dem dritten Zeitsegment vorausgeht.
Kommunikationseinheit gemäß Anspruch 21, wobei das Mittel zum Demodulieren Mittel zum Demultiplexen (demultiplex) umfasst, das dafür konfi guriert ist, das zeitlich gemultiplexte Signal zu demultiplexen (demultiplex), um die Mehrzahl von orthogonal überlagerten Datensequenzen, die Sequenz von Pilotwerten und die Leistungsregelungs-Bits zu erzeugen.
Kommunikationseinheit gemäß Anspruch 21, wobei das Mittel zum Empfangen ferner dafür konfiguriert ist, die orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen, die Sequenz von Pilotwerten und die Leistungsregelungs-Bits in einer Mehrzahl von Zeitschlitzen zu empfangen, wobei jeder Zeitschlitz zumindest eine Signalfolge von Pilotwerten und zumindest eine Signalfolge von Leistungsregelungs-Bits aufweist, und wobei das Mittel zum Demodulieren ferner dafür konfiguriert ist, die Mehrzahl von orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen auf einer Schlitz-pro-Schlitz-Basis zu demodulieren.
Verfahren zum Empfangen und zum Verarbeiten von Daten aufweisend: Empfangen bei einer Kommunikationseinheit eines zeitlich gemultiplexten Signals, das eine Mehrzahl von orthogonal überlagerten Datensequenzen, eine Sequenz von Pilotwerten und Leistungsregelungs-Bits umfasst, wobei die Mehrzahl von orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen mit einem ersten Spreizcode gespreizt werden, der der genannten Kommunikationseinheit eindeutig zugewiesen ist, und die Sequenz von Pilotwerten und die Leistungsregelungs-Bits mit zweiten Spreizcodes gespreizt werden, die für die Mehrzahl von Kommunikationseinheiten gleich sind, die die genannte Kommunikationseinheit umfassen; und Demodulieren der Mehrzahl von orthogonal überlagerten Datensequenzen.
Verfahren gemäß Anspruch 28, wobei das Empfangen umfasst: Empfangen einer Mehrzahl von orthogonal überlagerten Datensequenzen, wobei jede einen Satz von Datenwerten aufweist, der jeweils mit einer orthogonalen Sequenz gespreizt wurde, wobei eine eindeutige orthogonale Sequenz jedem Satz von Datenwerten zugewiesen ist.
Verfahren gemäß Anspruch 28, wobei das Empfangen umfasst: Empfangen eines zeitlich gemultiplexten Signals, wobei ein erster Teilsatz der Mehrzahl von orthogonal überlagerten Datensequenzen einen ersten Zeitabschnitt des zeitlich gemultiplexten Signals belegt, die Sequenz von Pilotwerten und die Leistungsregelungs-Bits ein zweites Zeitsegment des Zeitmultiplexsignals belegt, und ein zweiter Teilsatz der Mehrzahl von orthogonal überlagerten Datensequenzen ein drittes Zeitsegment des zeitlich gemultiplexten Signals belegt.
Verfahren gemäß Anspruch 30, wobei das Empfangen ferner umfasst: Empfangen eines zeitlich gemultiplexten Signals, wobei das erste und das dritte Zeitsegment nicht aneinander angrenzend sind.
Verfahren gemäß Anspruch 30, wobei das Empfangen ferner umfasst: Empfangen eines zeitlich gemultiplexten Signals, wobei das erste Zeitsegment dem zweiten Zeitsegment vorausgeht und das zweite Zeitsegment dem dritten Zeitsegment vorausgeht.
Verfahren gemäß Anspruch 28 ferner aufweisend: Demultiplexen des zeitlich gemultiplexten Signals, um die Mehrzahl von orthogonal überlagerten Datensequenzen, die Sequenz von Pilotwerten und die Leistungsregelungs-Bits zu erzeugen.
Verfahren gemäß Anspruch 28 ferner aufweisend: Empfangen der orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen, der Sequenz von Pilotwerten und der Leistungsregelungs-Bits in einer Mehrzahl von Zeitschlitzen, wobei jeder Zeitschlitz zumindest eine Signalfolge von Pilotwerten und zumindest eine Signalfolge von Leistungsregelungs-Bits aufweist, und Demodulieren der Mehrzahl von orthogonal überlagerten Digitaldatensequenzen auf einer Schlitz-pro-Schlitz-Basis.