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Gebiet der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Kommunikationssysteme und insbesondere auf ein Kommunikationssystem
mit Mehrfachzugriff im Codemultiplex (CDMA).
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Hintergrund
der Erfindung
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In Kommunikationssystemen, wie etwa
einem Kommunikationssystem mit Mehrfachzugriff im Codemultiplex
(CDMA: code division multiple access), bauen eine Mobilstation und
eine Basisstation eine Zweiwegekommunikationsverbindung durch Vorwärts- und
Rückwärtskommunikationsverbindungen
auf. Die Vorwärtskommunikationsverbindung
stammt aus der Basisstation, und die Rückwärtskommunikationsverbindung aus
der Mobilstation. Die Basisstation kommuniziert normalerweise gleichzeitig
mit einer Anzahl von Mobilstationen. Entsprechend werden bei einem
CDMA-Kommunikationssystem die Vor wärtsverbindungssignale, die zum
Empfangen durch die Mobilstationen gerichtet sind, nach Kanalcodierung,
Verschachtelung und Leistungsstufenanpassung für jedes Vorwärtsverbindungssignal
kombiniert. Ein Beispiel für
solch ein System ist beschrieben in "Mobile Station-Base Station Compatibility
Standard for Dual-Mode wideband Spread Spectrum Cellular Systems" des Telecommunications
Industry Association/Electronic Industry Association Standard 95-B
(TIA/EIA/IS-95-B). Um eine Kopie des Standards zu erhalten, kann
man EIA/TIA, 2001, Pennsylvania Ave, NW Washington DC 20006 kontaktieren.
Durch Einstellen eines Leistungsverstärkungsmaßes oder eines Spannungsverstärkungsmaßes wird
die Leistungsstufe für
jedes Vorwärtsverbindungssignal
in dem kombinierten Signal eingestellt.
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Entsprechend dem Protokollstandard
können
das kombinierte Signal und jedes Vorwärtsverbindungssignal individuell
zusätzlich
zum Spreizen des Spektrums codiert werden. Solch eine Codierung
weist normalerweise eine feste Codierungsrate auf und ist gemäß dem Standard
eingestellt. Die Rate der Kanalcodierung, die normalerweise von
der Sprachcodierungsrate des Kanals abhängt, kann jedoch aus einer
Anzahl von vordefinierten Codierungsraten ausgewählt werden. Die Rate der Kanalcodierung
wird hier im Folgenden als Codierungsrate bezeichnet. Das kombinierte
Vorwärtsverbindungssignal
wird mittels eines linearen Leistungsverstärkers verstärkt, bevor es von einer Antenne
an der Basisstation gesendet wird. Die Anzahl der Vorwärtsverbindungssignale,
die in der Vorwärtsverbindungskommunikation
kombiniert werden können,
definiert die Vorwärtsverbindungskommunikationskapazität des Kommunikationssystems.
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Die Vorwärtsverbindungskommunikationskapazität ist limitiert
durch eine Vorwärtsverbindungsabdeckungsbeschränkung oder
eine Vorwärtsverbindungsinterferenzbeschränkung oder
beides. Die Vorwärtsverbindungsabdeckungsbeschränkung ist
eine geographische Abdeckungsbeschränkung und ist eine Funktion der
maximalen Leistungsstufe des verstärkten kombinierten Signals.
Die maximale Leistungsstufe des kombinierten Signals wird von der
maximal erlaubten effektiven abgestrahlten Leistung (ERP: effective
radiated power) bestimmt, die von der Regierungsbehörde für das in
dem Kommunikationssystem verwendete Signalgebungsmedium (z. B. Frequenzspektrum)
vorgegeben wird. Um die Beschränkung
der Vorwärtsverbindungskommunikationskapazität, die durch
die Vorwärtsverbindungsabdeckungsbeschränkung verursacht
wird, wird über
ein großes
Gebiet, das von einer Anzahl von Zellen oder Sektoren bedient wird,
die maximal erlaubte Verstärkungsleistung
des linearen Leistungsverstärkers,
der jeder Zelle oder jedem Sektor zugeordnet ist, auf eine vorbestimmte
Stufe festgelegt, so dass die ERP des Sektors oder der Zelle nicht
verletzt wird und so, dass ein geographisches Abdeckungsgebiet adäquat ermöglicht wird.
Um eine insgesamt ausgeglichene Abdeckung des Kommunikationssystems
aufrechtzuerhalten, werden die maximal erlaubten Sendeleistungsstufen
aller Zellen oder Sektoren im Zusammenhang eingestellt.
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Die Vorwärtsverbindungsinterferenzbeschränkung kann
jedoch nicht einfach durch Einstellen der Verstärkungskapazität der linearen
Leistungsverstärker
behoben werden, da die Vorwärtsverbindungsinterferenzbeschränkung auf
Störung
beruht, die von anderen Vorwärtsverbindungssignalen
verursacht wird, die von benachbarten oder nahegelegenen Sekto ren
oder Zellen des Kommunikationssystems gesendet werden. Die Mehrwegeeffekte
der Vorwärtsverbindungssignale,
die von dem die Mobilstation bedienenden Sektor sowie von anderen
Sektoren und Zellen gesendet werden, sind einige weitere Störungsquellen.
Die Vorwärtsverbindungsinterferenzbeschränkung zwingt
die Vorwärtsverbindungssignale
dazu, für
die Mobilstationen in bestimmten "heißen" Gebieten in dem
Abdeckungsgebiet, die von der Interferenzbeschränkung betroffen sind, bei höheren Leistungsstufen
gesendet zu werden. Normalerweise gibt es in den heißen Gebieten
höhere
Konzentrationen von Mobilfunkbenutzern als in umgebenden Gebieten.
Als ein Ergebnis sind die Interferenzeffekte der Vorwärtsverbindungssignale
in den heißen
Gebieten stärker
ausgebildet als in den umgebenden Gebieten. Um die Leistungsstufe
eines Vorwärtsverbindungssignals
zu erhöhen,
wird das Spannungsverstärkungsmaß oder Leistungsverstärkungsmaß des Vorwärtsverbindungssignals
auf eine höhere
als normale Stufe eingestellt.
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Wenn das Vorwärtsverbindungssignal, welches
an die heißen
Gebiete gerichtet ist, ein höheres
Verstärkungsmaß erfordert,
hätte der
lineare Leistungsverstärker
weniger verbleibende Linearverstärkungsleistungskapazität. Als ein
Ergebnis reduziert sich die Gesamtanzahl der Vorwärtsverbindungssignale,
die in der Vorwärtsverbindungskommunikation
kombiniert werden können.
Der kombinierte Effekt der Verstärkungsmaße der Vorwärtsverbindungssignale,
die zur Verstärkung
durch den linearen Leistungsverstärker kombiniert werden, bestimmt
die Laststufe des Leistungsverstärkers.
Die Last des linearen Leistungsverstärkers sollte nicht die maximal
erlaubte Verstärkungsleistung überschreiten.
Darüber
hinaus sollte das verstärkte
Signal die vorge gebene maximale ERP-Stufe, die von der zuständigen Regierungsbehörde für das Signalgebungsmedium
festgesetzt ist, nicht überschritten
werden. Die Laststufe sollte auf einem Niveau gehalten werden, die
zu richtiger Linearverstärkung
des kombinierten Signals führt.
Da die Anzahl von Vorwärtsverbindungssignalen, die
kombiniert werden, die Vorwärtsverbindungskommunikationskapazität definiert,
reduziert die Vorwärtsverbindungsinterferenzbeschränkung daher
die Vorwärtsverbindungskommunikationskapazität des Kommunikationssystems.
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Weiterhin gilt: wenn das kombinierte
Signal seine maximale Leistungsstufe erreicht hat, kann, um die Linearität des Betriebs
des Leistungsverstärkers
zu erhalten, jede Steigerung des Verstärkungsmaßes für irgendeine Vorwärtsverbindung
andere Vorwärtsverbindungssignale
zwingen, aufgrund der schlechten Rahmenfehlerrate ungewollt fallen
gelassen zu werden. Wenn Verbindungen ungewollt fallen gelassen
werden, werden die Zuverlässigkeit
und Effizienz des Kommunikationssystems stark unterminiert.
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Jegliche Einstellung der maximal
erlaubten Verstärkungsleistung
des linearen Leistungsverstärkers
in jedem Sektor oder jeder Zelle kann die Vorwärtsverbindungsinterferenzbeschränkung in
den heißen
Abdeckungsgebieten nicht überwinden,
da eine solche Einstellung ein großes Rbdeckungsgebiet betrifft.
Eine solche Einstellung kann auch neue heiße Abdeckungsgebiete erzeugen.
Außerdem
würden
jegliche Einstellungen der maximal erlaubten Verstärkungsleistung
der linearen Leistungsverstärker
für weniger
als alle Sektoren oder Zellen die ausgeglichene Abdeckung umstürzen.
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D1 offenbart eine Vorrichtung zum
Verbessern der Verbindungsgrenze einer Kommunikationsverbindung.
Die Vorrich tung umfasst einen Vocoder variabler Rate, welcher die
Ausgangsbitstromrate, die er erzeugt, verringert, so dass er die
Informationsmenge, die in der Kommunikationsverbindung gesendet
werden soll, reduziert. In einem Beispiel dieser Vorrichtung enthält der Vocoder
variabler Rate eine Mehrzahl von Vocoderbereichen, von denen jeder
eine unterschiedliche Bitstromrate erzeugt. Der Selektor wird zum
Auswählen
unter den von jedem Vocoder erzeugten Ausgangsbitströmen verwendet.
Bei einem anderen Beispiel ist eine logische Vorrichtung mit dem
Ausgang des Vocoders verbunden. Die logische Vorrichtung trunkiert
bei Empfang eines Steuersignals die wenigst wichtigen Bits. Offenbart
wird ein Verfahren zum Verbessern der Verbindungsgrenze, welches
Reduzieren der Vocoder-Ausgaberate enthält, wodurch die Datenmenge,
die in einer Kommunikationsverbindung gesendet wird, reduziert wird.
Das Verfahren umfasst auch das Verwenden verbesserter Fehlerkorrekturcodierung
und Senden bei erhöhten
Leistungsstufen pro Bit, um die Verbindungsgrenze zu verbessern.
Eine Vorrichtung kann die Verbindungsgrenze verbessern, wann immer
sie eine Anforderung, dies zu tun, erhält, wobei die Anforderung auf
schlechter Signalqualität
basiert.
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Es besteht daher ein Bedürfnis, die
Vorwärtsverbindungskommunikationskapazität als Antwort
auf die Vorwärtsverbindungsinterferenzbeschränkung zu
steuern, um die Vorwärtsverbindungskommunikationskapazität zu maximieren
und ungewolltes Fallenlassen von Verbindungen zu verhindern.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
ein Blockdiagramm verschiedener Ausführungsformen der Erfindung.
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2 zeigt
ein Blockdiagramm eines adaptiven Codierungsraten- und Verstärkungsmaß-Einstellungscontroller
gemäß verschiedener
Ausführungsformen
der Erfindung.
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3 zeigt
ein Blockdiagramm eines Verstärkungsmaßschwellenwert-Offset-Generators
gemäß verschiedener
Ausführungsformen
der Erfindung.
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4 zeigt
ein Blockdiagramm zum Auswählen
eines Verstärkungsmaßschwellenwert-Offsets
aus einer Mehrzahl von Verstärkungsmaßschwellenwert-Offsets
gemäß verschiedenen
Ausführungsformen
der Erfindung.
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5 zeigt
ein Blockdiagramm verschiedener Ausführungsformen der Erfindung
zum Blockieren eines eingehenden Anrufs, basierend auf einem Verstärkungsmaßschwellenwert-Offset.
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Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
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Bei einem Kommunikationssystem, welches
von einer Basisstation aus eine Mehrzahl von Mobilstationen und
eine Mehrzahl von Vorwärtskommunikationsverbindungen,
welche der Mehrzahl von Mobilstationen entsprechen, zur Verfügung stellt,
umfasst ein Verfahren zum Steuern der Kommunikationssystem-Vorwärtsverbindungskommunikationskapazität, Empfangen
einer Verstärkungsmaßinformation,
die wenigstens einer der Mehrzahl von Vorwärtskommunikationsverbindungen
zugeordnet ist, Vergleichen der Verstärkungsmaßinformation mit einem Verstärkungsmaßschwellenwert
und basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs, Einstellen einer
Codierungsrate wenigstens einer der Mehrzahl von Vorwärtskommunikationsverbindungen.
Einstellen der Codierungsrate erlaubt effektiv ein Steuern der Vorwärtsverbindungskommunikationskapazität des Kommunikationssystems
und als ein Ergebnis kann die Vorwärtsverbindungskommunikationskapazität maximiert
werden.
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Steuern der Vorwärtsverbindungskommunikationskapazität durch
Einstellen einer oder mehrerer Codierungsraten, um die Vorwärtsverbindungskommunikationskapazität zu maximieren,
wird durch Bezugnahme auf die folgenden Diagramme und mathematischen
Beziehungen illustriert. Um zu beginnen, ist die Rahmenfehlerrate
(FER: "frame error
rate") eines an
einem Empfänger
empfangenen Signals eine Funktion der Energie pro Bit (Eb), geteilt
durch das Gesamtrauschen und die Störungs-Leistungsspektraldichte
(No) des Signals. Für
ein Vorwärtsverbindungssignal
in einem CDMA-Kommunikationssystem, welches gemäß dem "Cellular System Remote unit-Base Station
Compatibility"-Standard
des Electronic Industry Association/Telecommunications Industry
Association Interim Standard 95 (ITA/EIA/IS-95-B) arbeitet,
sind die Eb/No für
verschiedene Rahmenfehlerraten, einschließlich 1% Rahmenfehlerrate (FER)
für verschiedene
Kanalbedingungen und Mobilfunkpositionsgeometrien angegeben in "Recommended Minimum
Performance Standards for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular
Mobile Stations" des
Electronic Industry Association/Telecommunications Industry Association
Interim Standard 98A (ITA/EIA/IS-98-A). Das Eb/No eines
Signals, welches von einer bedienenden Basisstation gesendet und
bei der Mobilstation empfangen wird, um 1% FER zu erreichen, liegt
im Bereich von 0–26
dB, alle möglichen
Kanalbedingun gen und Mobilfunkgeschwindigkeiten vorausgesetzt. Normalerweise
erzeugt eine Rahmenfehlerrate von 1% eine akzeptable Audiqualität bei der
Mobilstation.
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Das Eb/No in Beziehung zur Chipenergie
(Ec) des von dem bedienendem Sektor oder der Zelle gesendeten Vorwärtsverbindungssignals,
die Leistungsspektraldichte des von anderen Zellen und Sektoren,
welche Interferenz verursachen, gesendeten und an der Mobilstation
gemessenen Signals (Ioc), die Gesamtleistungsspektraldichte des
von dem bedienenden Sektor gesendeten, kombinierten Vorwärtsverbindungssignals, gemessen
an dem Antennenverbinder des bedienenden Sektors (Ior) und gemessen
an der empfangenden Antenne der Mobilstation (I ^or), die CDMA-Spreizbandbreite
(W) der Vorwärtsverbindung,
welche die Chiprate (Rc) bestimmt, und. die Codierungsrate (R) der
von der Vorwärtsverbindung
getragenen Kanalinformation ist definiert als: Eb/NO = (EC/Ior)·(I ^
or/Ioc)·(W/R) (Gleichung 1)
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Die folgende Beziehung zeigt Spannungsverstärkungsmaß und Leistungsstufe
für Vorwärtsverbindungen
und andere Signale, die in dem kombinierten Vorwärtsverbindungssignal kombiniert
sind, in Beziehung zu Ec und Ior.
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In den obigen Gleichungen sind Gx Spannungsverstärkungsmaße, G2
x sind Leistungsverstärkungsmaße und Px sind
die Leistungsstufen der Vorwärtsverbindung,
identifiziert durch den Index (x) sowie durch "fli" für die "i-te" Vorwärtsverbindung
in den Vorwärtsverbindungen
von "1 bis n", wobei "n" eine endliche Zahl ist. Der Term rk repräsentiert
einen Codierungsraten-Skalierungsfaktor aus einem gegebenen Rahmenintervall und
ist normalerweise proportional der Quadratwurzel des Verhältnisses
der derzeitigen Codierungsrate zu der maximalen Codierungsrate.
Die Verstärkungsmaße für die Überhangkanäle, wie
etwa Pilot-, Seiten- und Synchronisations-(sync) Kanäle, das
an den Leistungsverstärker
angelegte Gesamtverstärkungsmaß (Gtotal)
und die sich ergebende Gesamtleistung (Ptotal) sind ebenfalls identifiziert.
Diese Beziehungen sind normalerweise wahr, solange die Verstärkungsoperation
im linearen Bereich des Leistungsverstärkers, welcher das kombinierte
Signal verstärkt,
auftritt.
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Wenn die Verstärkungsmaßeinstellung (Gfl)
des Vorwärtsverbindungssignals
erhöht
wird, erhöht
sich auch das Eb/No-Verhältnis
des bei dem Empfänger
empfangenen Signals; als ein Resultat wird die Rahmenfehlerrate
des Signals verbessert. Normalerweise überwacht die Mobilstation die
Rahmenfehlerrate des empfangenen Vorwärtsverbindungssignals, und
wenn eine schlechte Rahmenfehlerrate erkannt wird, fordert die Mobilstation über das
CDMA-Systemprotokoll von der Basisstation eine Erhöhung der
Verstärkungsmaßeinstellung
des Vorwärtsverbindungssignals
an. Wenn die Vorwärtsverbin dungssignale
zum Empfang durch Mobilstationen in einem heißen Abdeckungsgebiet gerichtet
sind, fordert jede Mobilstation eine höhere als normale Verstärkungsmaßeinstellung
(Gfl) für
ihr zugeordnetes Vorwärtsverbindungssignal,
um die Effekte der Interferenz (Ioc), wie sie in einem heißen Gebiet
erfahren werden, zu überwinden.
Grundsätzlich
versucht die Mobilstation eine angemessene Rahmenfehlerrate beizubehalten,
indem sie eine höhere
Verstärkungsmaßeinstellung
(Gfl) anfordert, wenn sich Eb/No des Signals,
welches gerade empfangen wird, durch einen Anstieg des Niveaus der
Interferenzsignale (Ioc) verschlechtert oder wenn eine Änderung
in dem Pfadverlust zwischen der Basisstation und der Mobilstation
auftritt, der repräsentiert
wird durch eine Differenz zwischen Ior und I ^or in Dezibel.
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Wenn irgendein Bereich der Abdeckungsregion
bereits interferenzbeschränkt
ist, wird ein Erhöhen
der Verstärkungsmaßeinstellung,
um den Effekt der Interferenzsignale zu überwinden, nicht effektiv sein,
da andere Sektoren oder Zellen ebenfalls ihre Leistungsstufen in
einem proportionalen Maß erhöhen werden
als Antwort auf die zusätzliche
Interferenz, die durch die Erhöhung
der Verstärkungsmaßeinstellung
verursacht wird. Ein Erhöhen
der Verstärkungsmaßeinstellung
eines Vorwärtsverbindungssignals
erhöht
auch die Vorwärtsverbindungsinterferenz
in dem System, indem sie es für
andere Vorwärtsverbindungssignale
erforderlich macht, bei einer höheren
Leistungsstufe gesendet zu werden, was die Reduzierung der verbleibenden
Linearverstärkungskapazität des linearen
Leistungsverstärkers
ansteigen lässt.
Als ein Ergebnis kann keine Nettoerhöhung des Eb/No-Verhältnisses
durch Erhöhung
der Verstärkungsmaßeinstellung
erreicht werden.
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Gemäß verschiedener Ausführungsformen
der Erfindung wird durch Einstellen der Vorwärtsverbindungscodierungsrate
(R) das Eb/No des bei der Mobilstation empfangenen Vor-wärtsverbindungssignals
auf einem Niveau gehalten, um eine adäquate Rahmenfehlerrate bei
der empfangenden Mobilstation aufrechtzuerhalten. Gleichzeitig wird
die Verstärkungsmaßeinstellung
(Gfl), für
welche entschieden wurde, dass sie angemessen ist, die Interferenz
zu überwinden,
um einen Faktor (r) skaliert, der proportional der Quadratwurzel des
Verhältnisses
der neuen und der vorherigen Codierungsraten ist. Normalerweise
wird die maximale Codierungsrate anstelle der vorhergehenden Codierungsrate
als die Referenz verwendet. Da das Eb/No proportional zu der Signalleistung
Pfl und Eb/No umgekehrt proportional zu
der Codierungsrate (R) ist, wie in den obigen Gleichungen gezeigt,
erlaubt ein Senden bei einer niedrigeren Codierungsrate eine Senkung
der Verstärkungsmaßeinstellung
der Vorwärtsverbindung.
Als ein Ergebnis wird eine geringere Interferenz erzeugt und ein
größerer Bereich
der linearen Verstärkungskapazität des Leistungsverstärkers wird
bewahrt. So können mehr
Vorwärtsverbindungssignale
zur Verstärkung
und nachfolgenden Sendung kombiniert werden, ohne die ERP-Stufe
zu verletzen. Die Vorwärtsverbindungskommunikationskapazität wird daher
maximiert.
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Wenn eine Mobilstation eine schlechte
Rahmenfehlerrate erkennt, fordert sie eine höhere Verstärkungsmaßeinstellung für ihr zugeordnetes
Vorwärtsverbindungssignal
an. Erfindungsgemäß wird die
Verbindungsmaßfestsetzung
periodisch oder kontinuierlich mit einem Verstärkungsmaßschwellenwert verglichen, um
zu bestimmen, ob irgendeine Änderung
in der Codierungsrate (R) auftreten sollte. Ein periodischer Ver gleich
kann alle 20 msec auftreten, was auch die Periode jedes CDMA-Rahmens
gemäß den Standards
ist. Der Verstärkungsmaßschwellenwert
wird basierend auf verschiedenen Ausführungsformen der Kommunikationssystemleistung
und – bedingungen
ausgewählt,
so dass das kombinierte Signal den Leistungsverstärker nicht
unnötig
belastet. Wenn die Verstärkungsmaßinformation
den Verstärkungsmaßschwellenwert
erfüllt,
wird auf die Verschlechterung der Rahmenfehlerrate durch Einstellen
der Codierungsrate geantwortet. Darüber hinaus wird die Leistungsstufe
des Vorwärtsverbindungssignals
in Proportion zu einem Verhältnis
der neuen und der vorangegangenen Codierungsraten eingestellt.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen
der Erfindung wird die Codierungsrate reduziert, wenn die Verstärkungsmaßinformation
höher ist
als der Leistungsverstärkungsmaßschwellenwert.
Die Codierungsrate kann jedoch aus einer Mehrzahl von vordefinierten
Codierungsraten ausgewählt
werden. Im Falle des CDMA-Kommunikationssystems können wenigstens
vier Codierungsraten zusätzlich
zu weiteren Codierungsraten möglich
sein. Die Codierungsraten können
nämlich
eine volle, eine halbe, eine viertel und eine achtel Rate sein.
Wenn beispielsweise die Leistungsverstärkungsmaßinformation höher ist
als der Verstärkungsmaßschwellenwert
und die Codierungsrate bei Vollrate ist, wird die Codierungsrate
auf die halbe Rate reduziert. Die Sprachqualität der halben Rate ist geringer
als die Qualität,
welche die Vollratencodierung erzeugen kann; die Qualitätsreduktion
ist jedoch für
einige Vocoder akzeptabel (z. B. Halbratenmodus) des 13 kbps-QCELP-Vocoders,
wie beschrieben in CDG-27 und PN3972-Hochraten-Sprachdienstoption
für Breitband-Spreizspektrumkommunikationssystem
erhältlich
von TIA), und in vielen Fällen
starker Interferenz ist die Qualitätsreduktion unmerklich. Darüber hinaus
kann die Codierungsrate auf eine andere Codierungsrate als die vordefinierten
Codierungsraten eingestellt werden. Als ein weiterer Vorteil der
Erfindung wird die Frequenz einer Rahmenlöschung der Vorwärtsverbindung
aufgrund ihrer schlechten Rahmenfehlerrate reduziert. Die Zuverlässigkeit
der Kommunikationsverbindung wird so verbessert.
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Bei der am stärksten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Vorwärtskommunikationsverbindung,
welche ihre Codierungsrate eingestellt hat, dieselbe Vorwärtskommunikationsverbindung,
welche ihre Verstärkungsmaßinformation
mit dem Verstärkungsmaßschwellenwert
verglichen hat. Die Mehrzahl von Vorwärtskommunikationsverbindungen
kann über
eine Trägerfrequenz
erfolgen, und das Kommunikationssystem kann ein CDMA-Kommunikationssystem
sein.
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Es wird auf 1 Bezug genommen. Ein Blockdiagramm 100 zeigt
verschiedene Ausführungsformen der
Erfindung. Ein Vocoder 101, der normalerweise einen Codiererbereich
enthält,
empfängt
eine Vorwärtskommunikationsverbindungskanalinformation 120,
wie etwa Sprachdaten. Der Vocoder 101 kodiert die Kanalinformation 120 gemäß einem
Codierungsratenadapter 125, um ein codiertes Signal 121 zu
erzeugen. Eine Verstärkungsmaßeinstellung 102 gemäß einem
Verstärkungsmaßeinsteller 124 stellt
die Leistungsstufe oder Spannungsstufe des Signals 121 ein,
um ein Vorwärtsverbindungssignal 131 zu
erzeugen. In Theorie und Praxis kann der Ausdruck "Verstärkungsmaß" austauschbar verwendet
werden, um auf Leistungsverstärkung oder
Spannungsverstärkung
hinzuweisen. Der Codierungsratenadapter 125 und der Verstärkungsmaßeinsteller 124 werden
gemäß verschiedener
Ausführungsformen der
Erfindung durch einen adaptiven Codierungsraten- und Verstärkungsmaßeinstellungscontroller
(AERGAC: adaptive encoding rate and gain adjust Controller) 105 erzeugt.
Ein Verstärkungsmaßschwellenwert 123,
ein Codierungsratenselektor 190 und eine Vorwärtsverbindungsverstärkungsmaßinformation 129 werden
in den AERGAC 105 eingegeben. Die Verstärkungsmaßinformation 129 und
der Verstärkungsmaßschwellenwert 123 können auf
die Spannungs- oder Leistungsstufe des Signals bezogen sein. Entsprechend
vergleicht der AERGAC 105 die Verstärkungsmaßinformation 129 mit
dem Verstärkungsmaßschwellenwert 123,
um den Codierungsratenadapter 125 zu erzeugen. Der Codierungsratenadapter 125 ist
mit dem Vocoder 101 verbunden, um zum Entscheiden hinsichtlich
der Codierungsrate verwendet zu werden. Solch eine Verwendung kann
das Einstellen eines Schwellenwertes oder das Setzen von Schwellenwerten
in dem Vocoder 101 zum Bestimmen der Codierungsrate umfassen. Falls
der Codierungsratenadapter 125 einen Bedarf nach einer
Einstellung der Codierungsrate anzeigt, codiert der Vocoder 101 die
Kanalinformation 120 gemäß einer neuen Codierungsrate,
um das Signal 121 zu erzeugen oder er erhöht die Wahrscheinlichkeit
zum Einstellen der Codierungsrate. Falls der Codierungsratenadapter 125 einen
Bedarf nach einer Reduktion der Codierungsrate anzeigt, reduziert
der Vocoder 101 die Codierungsrate; umgekehrtes erfolgt
bei Bedarf die Codierungsrate zu erhöhen. Die neue Codierungsrate
wird mittels des Codierungsratenselektors 190 an den AERGAC 105 kommuniziert.
Der AERGAC 105 skaliert die Verstärkungsmaßinformation 129,
um das Niveau des Verstärkungsmaßselektors 124 entsprechend
einem Verhältnis
der neuen und der vorangehenden Codierungsraten zu erzeugen.
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Das Vorwärtsverbindungssignal 131 wird
mit anderen Vorwärtsverbindungssignalen
in einem Kombinierer 140 kombiniert, was als Vorwärtsverbindungssignale 132 kollektiv
dargestellt ist. In einem CDMA-Kommunikationssystem wurde jedes
Vorwärtsverbindungssignal
in den Vorwärtsverbindungssignalen 132 codiert und
sein Spannungs- oder Leistungsverstärkungsmaß wird eingestellt, ähnlich zu
dem, was für
das Vorwärtsverbindungssignal 131 beschrieben
und gezeigt wurde. Andere Signale, wie etwa die Seiten-, Pilot-
oder Synchronisationssignale werden ebenfalls mit den Vorwärtsverbindungssignalen 132 kombiniert,
um ein kombiniertes Signal 160 zu erzeugen. Die Seiten-,
Pilot- oder Synchronisationssignale werden gemäß den Protokollen des Kommunikationssystems
gesendet und werden für
den ordnungsgemäßen Betrieb
des Kommunikationssystems benötigt.
Jede Zelle oder jeder Sektor eines Kommunikationssystems kann einen
Satz zugeordneter Seiten-, Pilot- oder Synchronisationssignale aufweisen.
Das kombinierte Signal 160 wird in einem linearen Leistungsverstärker 170 verstärkt, bevor
es von der Antenne 180 gesendet wird.
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Ein Vorwärtsverbindungsleistungskontroller 104,
wie in 1 dargestellt,
gibt die der Kanalinformation 120 zugeordnete Verstärkungsmaßinformation 129 aus.
Der Leistungscontroller 104 bestimmt die Verstärkungsmaßinformation 129,
basierend auf der erhaltenen Information über verschiedene Leistungsmerkmale, einschließlich einer
Anforderung durch eine Mobilstation, welche das Vorwärtsverbindungssignal 131 empfangen
soll. Erfindungsgemäß gibt der
Kontroller 104 die Verstärkungsmaßinformation 129 in
den AERGC 105 zur Bestimmung des Leistungsverstärkungsmaßeinstellers 124 und
des Codierungsratenadapters 125 ein.
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Es wird auf 2 Bezug genommen. Dargestellt ist ein
Blockdiagramm des AERGAC 105 gemäß verschiedener Ausführungsformen
der Erfindung. Die Verstärkungsmaßinformation 129 wird
von dem Vorwärtsverbindungsleistungskontroller 104 erzeugt,
und diese zeigt die Verstärkungsmaßeinstellung
des codierten Signals 121 an. Die Verstärkungsmaßeinstellung wird als für den Empfang
des Vorwärtsverbindungssignals 131 an
seiner vorgesehenen Mobilstation mit angemessener Rahmenfehlerrate
notwendig bestimmt. Die Verstärkungsmaßinformation 129 wird
bei einem Entscheidungsblock 201 mit dem Verstärkungsmaßschwellenwert 123 verglichen.
Falls die Verstärkungsinformation 129 größer ist
als der Verstärkungsmaßschwellenwert 123, wird
ein Datenbit eines adaptiven Ratenbestimmungsalgorithmus (ARDA)
auf logisch high (1) gesetzt. Wenn die Bedingung am Entscheidungsblock 201 nicht
erfüllt
ist, d. h. die Verstärkungsmaßinformation 129 ist
kleiner als der Verstärkungsmaßschwellenwert 123,
wird das ARDA-Datenbit auf logisch low (0) gesetzt. Ein Block 205 empfängt den
Status des ARDA-Datenbits von den Blöcken 202 und 203 und
gibt den Codierungsratenadapter 125 aus. Basierend auf
dem von dem Codierungsratenadapter 125 angezeigten Status,
wählt der
Vocoder 101 eine Codierungsrate aus und gibt solche Information
mittels des Codierungsratenselektors 190 aus. Wenn ARDA
auf "1" gesetzt ist, weist
der Codierungsratenadapter 125 auf das Auswählen einer
niedrigeren Codierungsrate in dem Vocoder 101 hin, die
von derjenigen, die er ausgewählt
haben würde,
verschieden ist. Die Ausgabe der Codierungsrate in dem Vocoder 101 wird
durch das ARDA-Datenbit nicht ausgeführt, wenn ARDA auf "0" gesetzt ist.
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Die Verstärkungsmaßinformation 129 wird
in einem Skalierer gemäß einem
Skalierungsfaktor in dem Skalierungsfaktor 240 skaliert.
Der Faktor wird gemäß der von
dem Codierungsratenselektor 190 ausgewählten Codierungsrate ausgewählt. Die
Verstärkungsmaßinformation 129 wird
in dem Skalierer 230 skaliert, um den Verstärkungsmaßeinsteller
1.24 zu erzeugen, wenn eine niedrigere Codierungsrate von dem Codierungsratenselektor 190 ausgewählt wurde.
Falls der Codierungsratenselektor die Codierungsrate von der Vollrate auf
die halbe Codierungsrate ändert,
ist der in dem Skalierer 230 verwendete Skalierungsfaktor
gleich eins durch Quadratwurzel zwei, wie bei 242 dargestellt.
Im Fall, dass keine Änderung
der Codierungsrate von der Vollrate erfolgt, ist der Skalierungsfaktor
im Skalierer 230 gleich eins, wie in dem Skalierungsfaktorblock 240 bei 241 gezeigt.
Eine solche Implementation erlaubt es der Erfindung, in ein bestehendes
Vorwärtsverbindungs-Leistungssteuerungsschema
eines bestehenden Kommunikationssystems integriert zu werden, ohne aufwendiges
Umgestalten des existierenden Systems zu erfordern.
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Der Verstärkungsmaßschwellenwert 123 kann
durch verschiedene analytische Verfahren bestimmt werden. Ein solches
Verfahren ist eine statistische Analyse einer Mehrzahl von Verstärkungsmaßeinstellungen,
die der Mehrzahl von Vorwärtskommunikationsverbindungen
in den Vorwärtsverbindungssignalen 132 zugeordnet
sind. Die Mehrzahl von Verstärkungsmaßeinstellungen
in Kombination, basierend auf der statistischen Analyse, wird berechnet,
um zu einer Belastungsstufe zu führen,
die geringer ist als die Volllaststufe des linearen Leistungsverstärkers 170 oder
der Vorwärtsverbindungskommunikationskapazität. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Belastungsstufe geringer als 90% der Volllaststufe.
Darüber
hinaus kann das Kommunikationssystem mehrere Verstärkungsmaßschwellenwerte
für verschiedene
Kanalbedingungen und Mobilfunkpositionsgeometrien aufweisen, wie
dies von der Industrievereinigung empfohlen wird. Wenn beispielsweise
eine Mobilstation zwischen zwei Zellen oder Sektoren in einem Zweiwege-Handoff positioniert
ist, kann der Verstärkungsmaßschwellenwert
mittels eines vorbestimmten Wertes eingestellt werden, um der Änderung
einem Zweiwege-Handoff zugeordneten Kanalbedingungen und Mobilfunkpositionsgeometrien
Rechnung zu tragen. Auf ähnliche
Weise kann der Verstärkungsmaßschwellenwert
mittels eines vorbestimmten Wertes für eine Dreiwege-Handoff-Situation
eingestellt werden. Man beachte, dass "Handoff" denjenigen Zustand bezeichnet, indem
eine Mobilstation gleichzeitig mit zwei oder mehr Sektoren kommuniziert.
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Es wird auf 3 Bezug genommen. Um Änderungen des Kommunikationssystems
der Zeit und Betriebsbedingungen erfindungsgemäß Rechnung zu tragen, aktualisiert
ein Verstärkungsmaßschwellenwert-Offset 310 den
Verstärkungsmaßschwellenwert 123.
Anfänglich
wird ein fester und nomineller Verstärkungsmaßschwellenwert 301 ausgewählt, der
auf der statistischen Analyse der geschätzten Belastung des Kommunikationssystems
basieren kann. Der Verstärkungsmaß-Offset 310 stimmt
den nominellen Verstärkungsmaßschwellenwert 301 entweder
kontinuierlich oder periodisch ab, um den Verstärkungsmaßschwellenwert 123 zu
erzeugen. Der Verstärkungsmaß-Offset 310 wird
auch geregelt, indem Datenpunkte aufgenommen und über die
Zeit akkumuliert werden bevor dieser wert aktualisiert wird.
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Um den Verstärkungsmaßschwellenwert-Offset 310 zu
bestimmen, wird eine Anzahl von Vorwärtskommunikationsverbindungen
mit einer Rahmenfehlerrate größer als
ein vorbestimmtes Niveau mit einer Anzahl der Mehrzahl von Vorwärtskommunikationsverbindungen
ins Verhältnis
gesetzt, um ein Verhältnis 320 zu bilden.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
ist die vorbestimmte Rahmenfehlerrate nominell gleich 3½ Prozent
Rahmenfehlerrate. Weiter wird das Verhältnis 320 mittels
eines Filters 321 mit einer finiten Tiefpassfrequenzantwort
gefiltert. Dieser Filterprozess gestattet das Filtern instantaner Änderungen
der Anzahl der Vorwärtskommunikationsverbindungen
mit einer Rahmenfehlerrate kleiner als das vorbestimmte Niveau.
Als ein Ergebnis werden die instantanen Änderungen im Verhältnis 320 gefiltert,
um eine sanfte Steuerung der Vorwärtsverbindungskommunikationskapazität zu erzeugen.
Eine Ausgabe 322 des Filters 321 kann mittels eines
vorbestimmten Wertes 323 eingestellt werden, um einen Fehleroffsetwert 324 zu
erzeugen. Beispielsweise wird der vorbestimmte Wert 323 ausgewählt, um
verschiedenen Kanalbedingungen und Positionsgeometrien Rechnung
zu tragen. Der Fehleroffset 324 wird in einem Block 390 über eine
endliche Anzahl von Taktzyklen gesampelt, und ein gesampeltes Ergebnis 391 wird
in einem Integrator 399 integriert, um den Verstärkungsmaßschwellenwert-Offset 310 zu
erzeugen. Wenn beispielsweise der Fehler-Offset 324 kleiner
ist als 0,05, wird das gesampelte Ergebnis 391 auf integriert,
umgekehrt wird, wenn der Fehleroffset 324 größer ist als
0,10, das gesampelte Ergebnis 391 herabintegriert, um den
Verstärkungsmaßschwellenwert-Offset 310 zu erzeugen.
Der Verstärkungsmaßschwellenwert-Offset
stimmt den nominellen Verstärkungsmaßschwellenwert 301 in
einem Abstimmer 350 ab, um den Verstärkungsmaßschwellenwert 123 zu
erzeugen. Basierend auf der gesampelten Frequenz sowie weiterer
Datenaufnahme zum Bestimmen des Verhältnisses 320 über die
Zeit, stimmt der Verstärkungsmaßschwellenwert-Offset 310 den
nominellen Verstärkungsmaßschwellenwert 301 in einem
typischen CDMA-System
ungefähr
einmal alle ein bis drei Minuten ab. So wird der Verstärkungsmaßschwellenwert 123 wenigstens
einmal alle ein bis drei Minuten aktualisiert, um jeglichen Änderungen
des Zustandes des Kommunikationssystems Rechnung zu tragen.
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Die meisten Kommunikationssysteme
stellen die Kommunikationsabdeckung mittels eines Netzwerkes von
Zellen zur Verfügung,
wobei jede Zelle eine Mehrzahl von Sektoren aufweisen kann. Jeder
Sektor kann viele unabhängige
wechselwirkende Komponenten und ein einzigartiges Betriebsfrequenzband
aufweisen. Beispielsweise kann jeder Sektor bestimmt sein, auf einem
einzigartigen Frequenzkanal für
alle Vorwärtskommunikationsverbindungen,
die aus diesem Sektor stammen, zu arbeiten. Um aus der Erfindung
den größten Nutzen
zu ziehen, sollte die Erfindung in jedem Sektor einer Zelle eingebaut
sein. So bestimmt jeder Sektor unabhängig einen Verstärkungsmaßschwellenwert-Offset 310,
basierend auf dem Verhältnis 320 der
aus diesem Sektor stammenden Vorwärtskommunikationsverbindungen.
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Es wird auf 4 Bezug genommen. In einem Fall, in dem
das Kommunikationssystem die Vorwärtskommunikationsverbindungen
aus einer Mehrzahl von Kommunikationssektoren bereitstellt, wird
der Verstärkungsmaßschwellenwert-Offset 310 an
einem Selektor 410 aus einer Mehrzahl von Verstärkungsmaßschwellenwert-Offsets 405 ausgewählt, die
der Mehrzahl von Sektoren entsprechen. Die Auswahl im Selektor 410 kann
auf einer Vielzahl von Faktoren basieren, einschließlich der
maximalen und minimalen Verstärkungsmaßschwellenwert-Offsets
in der Mehrzahl von Verstärkungsmaßschwellenwert-Offsets 405.
Der ausgewählte
Verstärkungsmaßschwellenwert-Offset
wird an alle Sektoren kommuniziert. So hat jeder Sektor denselben
Verstärkungsmaßschwellenwert-Offset 310.
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Jeder Verstärkungsmaßschwellenwert-Offset in der
Mehrzahl der Leistungsverstärkungsmaßschwellenwert-Offsets 405 wird
basierend auf den Vorwärtsverbindungskommunikationen,
welche üblicherweise
einem der Mehrzahl von Kommunikationssektoren zugeordnet sind, bestimmt.
Als Alternative oder in Kombination weist die Anzahl der Vorwärtskommunikationsverbindungen
mit einer Rahmenfehlerrate größer als
ein vorbestimmter Wert und die Anzahl der zur Berechnung des Verhältnisses
ausgewählten
Vorwärtskommunikationsverbindungen
eine gemeinsame Codierungsrate auf. Weiter weist alternativ oder
in Kombination die Anzahl der Vorwärtskommunikationsverbindungen
mit einer Rahmenfehlerrate größer als
ein vorbestimmter Wert und die Anzahl der zur Berechnung des Verhältnisses
ausgewählten
Vorwärtskommunikationsverbindungen
eine gemeinsame Trägerfrequenz
auf.
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Um inakzeptable Verschlechterung
der Sprachqualität
einer Vorwärtsverbindung
zu verhindern, kann es erforderlich sein, eine Einstellung der Codierungsrate
zu verhindern, selbst wenn die Bedingung zum Einstellen der Codierungsrate
erfüllt
ist. Wenn daher eine Vorwärtsverbindung
eine Codierungsrate bei oder unterhalb einer vorbestimmten Codierungsrate
aufweist, wird eine weitere Einstellung der Codierungsrate der Vorwärtskommunikationsverbindung
verhindert. Beispielsweise wird die Codierungsrate einer Vor wärtsverbindung,
welcher eine Codierungsrate bei einer Viertelrate aufweist, nicht
auf eine Achtelrate reduziert, selbst wenn die Bedingung zur Reduzierung
der Codierungsrate erfüllt
ist. Auch wird die inakzeptable Verschlechterung der Sprachqualität der Vorwärtsverbindung
durch Begrenzung der minimalen Stufen des Verstärkungsmaßschwellenwert-Offsets 310 verhindert,
welcher direkt die Dauer bestimmt, für welche die eingestellte Codierungsrate
bestehen bleibt. Wenn der Verstärkungsmaßschwellenwert-Offset 310 diese
minimale Stufe erreicht hat, ist es notwendig, irgendeine sonstige
Lasterweiterungs- oder Abwurffunktion durchzuführen. Das Blockieren neu eingehender
Anrufe ist ein Beispiel für
einen Lastabwurf. Normalerweise beziehen sich neu eingehende Anrufe
auf neue Verbindungsursprünge
und -ziele, können
jedoch auch neue Verbindungen umfassen, die für Handoffs aufgebaut werden.
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Es wird auf 5 Bezug genommen. Der Verstärkungsmaßschwellenwert-Offset 310 oder
einer der berechnet wurde auf Basis eines im Wesentlichen ähnlichen
Verfahrens, wie es zur Berechnung des Verstärkungsmaßschwellenwert-Offsets 310 beschrieben
wurde, kann verwendet werden, um einen B1ockierungsschwellenwert-Offset 520 zu
berechnen. Der B1ockierungsschwellenwert-Offset 520 kann
verwendet werden, um zu bestimmen, ob der Aufbau neu eingehender
Anrufe blockiert werden soll. Ein Blockdiagramm zum Blockieren eingehender
Anrufe, basierend auf dem Blockierungsschwellenwert 520 ist
in 5 dargestellt. Der
Ec geteilt durch Ior des Pilotsignals wird bei jedem Sektor berechnet
oder gemessen. Man beachte, dass Gleichung 2 einen weg zum Berechnen
des Pilot-Ec/Ior darstellt, wobei Gfli ersetzt wird durch Gpilot
im Zähler.
Ein Verhältnis
von Ec/Ior (Pilot)
510 wird im Summierer 330 mit
dem Blockierungsschwellenwert-Offset 520 aufsummiert, um
einen Blockierungsindikator 540 zu erzeugen. Der Blockierungsindikator 540 wird
in einem Block 560 ausgewertet, um zu bestimmen, ob irgendein
ein eingehender Anruf blockiert werden sollte.
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Normalerweise ist das Verhältnis 510 ein
Indikator für
das Systembelastungsniveau, und man kann sich für die Bestimmung, ob irgendein
eingehender Anruf blockiert werden soll, darauf verlassen. Wenn
das Systembelastungsniveau hoch ist, ist die Wahrscheinlichkeit
des Blockierens eines eingehenden Anrufs hoch. Das Verhältnis 510 kann
jedoch, wenn es mit dem Blockierungsschwellenwert-Offset 520,
der vorbestimmt sein kann, aufsummiert wird, unter bestimmten Bedingungen
keinen genauen Blockierungsindikator 540 erzeugen. Als
ein Ergebnis würde
sich, wenn der Verstärkungsmaß-Offset 310 (der
normalerweise auf den Bereich (–0,1,
01) beschränkt
ist) in die Entscheidung eingebunden wird, ob irgendein Anruf blockiert
werden soll, ein effizienteres Verfahren zum Blockieren von Anrufen
ergeben, da der Verstärkungsmaß-Offset 310 aktualisierte
Information über
den Systembelastungszustand und andere Umstände aufweist. Der Verstärkungsmaß-Offset 310 wird
in einem Summierer 570 mit einem Blockierungsfehler 590 aufsummiert,
um einen genaueren Blockierungsschwellenwert-Offset 520 zu
erzeugen. Der Blockierungsfehler 590 hat einen Wert, der empirisch
oder basierend auf Felddaten oder als eine Kombination von beidem
bestimmt sein kann. Als ein Ergebnis wird die Blockierungsfunktion
basierend auf aktualisierter Systeminformation genauer durchgeführt.
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Der Blockierer 560 entscheidet,
basierend auf dem B1ockierungsindikator 540, ob ein eingehender Anruf
blockiert werden soll. Falls der Blockierungsindikator kleiner ist
als ein erster vorbestimmter Schwellenwert, blockiert der Blockierer 560 alle
eingehenden Anrufe. Die Blockierung kann auf nur einen Sektor, der
versucht, den eingehenden Anruf zu bedienen, beschränkt sein.
Falls der Blockindikator 540 kleiner ist als ein zweiter
vorbestimmter Schwellenwert, blockiert der Blockierer 560 alle
eingehenden Anrufe an einen Sektor, der versucht, den eingehenden
Anruf zu bedienen, sowie an diejenigen Sektoren, für die bestimmt
wurde, dass sie diejenigen Sektoren sind, für die es am wahrscheinlichsten
ist, neu eingehende Anrufe zu übernehmen,
sei es auf dem Wege über
Handoffs oder anders. Die Sektoren, die nicht der bedienende Sektor
sind, sind die Sektoren, die in der Nachbarschaftsliste des bedienenden
Sektors identifiziert sind. Die Sektoren, die nicht der bedienende
Sektor sind, können
aus der Nachbarschaftsliste ausgewählt werden. Solch eine Auswahl
kann auf einer Anzahl von Sektoren beschränkt sein, die höhere Priorität in der
Nachbarschaftsliste haben. Jeder Sektor muss eine Nachbarschaftsliste
aufweisen, wie in den Standardprotokollen beschrieben. Die Liste
und die Priorität
der Sektoren in der Liste können
mittels eines bekannten Verfahrens oder eines Inhaberschaftsverfahrens
bestimmt werden, welches normalerweise eine Messung von Ec/Io des
von den umgebenden Sektoren gesendeten Pilotsignals einschließt. Ein
oder mehrere Verfahren zum Erzeugen der Nachbarschaftsliste und
der Priorität
der Sektoren in der Liste wurde in der kürzlich veröffentlichten Spezifikation
IS-95B beschrieben. Die B1ockierung eines eingehenden Anrufs kann
in einer Form des Ablehnens einer Bedienung erfolgen oder durch
Umleiten des eingehenden Anrufs an ein anderes Kommunikationssystem
oder eine andere Trägerfrequenz
in dem empfangenden Kommunikationssystem.
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Obgleich die Erfindung insbesondere
unter Bezugnahme auf ein spezielles Ausführungsbeispiel dargestellt
und beschrieben wurde, wird der Fachmann verstehen, dass verschiedene Änderungen
in Form und Details dabei durchgeführt werden können, ohne
sich von dem Umfang der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert,
zu entfernen.
