DE19915031A1 - Orthogonalfrequenzsprungmusterwiederverwendungsverfahren - Google Patents
OrthogonalfrequenzsprungmusterwiederverwendungsverfahrenInfo
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Abstract
Frequenzsprungtechniken, die eine größere Störungsmittelung bereitstellen, werden beschrieben. Zellen, die die gleiche Sprungsequenz aufweisen, wählen Sequenzverätze pseudozufällig in einer Weise, die sicherstellt, daß Stationen innerhalb von Zellen verschiedene Kanalfrequenzen wählen, aber auch so, daß sich zwischen zwei derartigen Zellen Störer zwischen Sprüngen ändern. Dies kann erreicht werden, indem z. B. jede Station mit einem einzigartigen Identifizierer versehen wird, der zusammen mit einer Pseudozufallszahl verwendet werden kann, um eine Wahl aus dem Satz von Sprungsequenzen zu treffen, die der Zelle zugewiesen sind.
Description
Die Erfindung betrifft landgestützte oder satellitengestützte
Funktelefonsysteme unter Verwendung von einem
Frequenzsprungverfahren und von Verfahren zum Verringern
einer Interferenz zwischen Zellen, die die gleiche Frequenz
gleichzeitig verwenden.
In dem britischen Patent Nr. 8118954 und dem entsprechenden
U.S. Patent Nr. 4,476,566 des Anmelders mit dem Titel
"Frequency Hopping Radio Communications Apparatus Having
Pseudo-Random Channel Selection" ist ein
Orthogonalfrequenzsprungkanalwählverfahren beschrieben, das
einer Funkstation innerhalb einer gegebenen Gruppe
ermöglicht, für sukzessive Übertragungsintervalle einen
zufälligen Kanal zur Verwendung für die Kommunikation zu
wählen. Gleichzeitig ermöglicht dieses Verfahren, daß
verschiedene Stationen der gleichen Gruppe verschiedene
Kanäle während des gleichen Intervalls wählen und sich somit
gegenseitig nicht stören. Die obigen Patente werden hierbei
durch Bezugnahme Teil der vorliegenden Erfindung. Dieses
Verfahren einer Kanalwahl wird als "orthogonales
Frequenzsprungverfahren" bezeichnet, im Gegensatz zu dem
"zufälligen Frequenzsprungverfahren", bei dem jede Station
einen Kanal zufällig wählt und somit eine zufällige Chance
zum Wählen des gleichen Kanals wie eine andere Station
aufweist. Diese Systeme machen es schwierig, wenn nicht
unmöglich, den bestimmten Kanal, den eine zweite Station
wählen wird, auf Grundlage des von der ersten Station
gewählten Kanals abzuleiten, bis auf die Tatsache, daß er
unterschiedlich sein wird. Dieses Merkmal von Lehren für eine
herkömmliche orthogonale Frequenzauswahl war bei
Militäranwendungen nützlich, bei denen es wünschenswert
gewesen ist, eine beabsichtigte Störung (Jamming) von einen
Gegner zu verhindern.
Eine Anwendung der vorliegenden Erfindung ist eine zivile
Anwendung, beispielsweise in der Zellularfunktelefonie. In
der Zellularfunktelefonie ist ein Dienst von so vielen
Mobilteilnehmerverwendern wie möglich mit einer begrenzten
Anzahl von Funkkanälen wünschenswert. Die verfügbaren
Funkkanäle werden über einen Kontinent mehrmals
wiederverwendet, um die erforderliche Kapazität zu erreichen,
aber herkömmliche Techniken weisen Kanäle an geographische
Zellen zu, so daß benachbarte Zellen den gleichen Kanal nicht
verwenden, wodurch eine exzessive Interferenz vermieden wird.
Das Konzept einer Kanalwiederverwendung beinhaltet die
Aufteilung der Gesamtanzahl von Frequenzkanälen in eine
Anzahl M von Untergruppen und die Zuordnung jeder der
M-Untergruppen zur Verwendung in einer Zelle gemäß einem
M-Zellen-Wiederverwendungsmuster, so daß Zellen, die der
gleichen Untergruppe zugewiesen sind, durch
Wurzel (M) -Zellendurchmesser zwischen Zellenzentren getrennt
sind. Je größer das gewählte M ist, desto größer ist der
Abstand zwischen interferierenden
Cokanal(Gleichkanal)-Stationen; jedoch sind zur Verwendung in
jeder Zelle weniger Kanäle verfügbar. Somit wird eine
Interferenz auf Kosten der Kapazität verringert, so daß es
wünschenswert ist, andere Vorgehensweisen als die
Vergrößerung der Größe M des Wiederverwendungsmusters zu
entdecken, um die Interferenz tolerierbarer zu machen.
Herkömmliche feste Frequenzwiederverwendungsmuster weisen die
Eigenschaft auf, daß eine gegebene Station in einer Zelle
immer eine Cokanal-Interferenz von einer anderen Station in
einer anderen Zelle, der der gleiche Kanal zugewiesen ist,
erleidet. Die interferierende Station kann manchmal eine
Station in der Nähe der Station sein, mit der sie in
Kommunikation steht (wobei somit eine niedrige
Übertragungsleistung verwendet wird), aber bei anderen
Gelegenheiten kann sie eine Station unter Verwendung einer
maximalen Leistung sein. Da die Interferenzsituation für die
Dauer eines zellularen Telefonanrufs anhält, ist es
erforderlich, einen Plan bereitzustellen, um mit den
Worst-Case-Situationen fertig zu werden, und so weisen
herkömmliche feste Frequenzwiederverwendungspläne eine
Tendenz auf, in einem überstiegenen Maße konservativ zu sein.
Ein anderes Verfahren, das eine Verbesserung gegenüber festen
Frequenzwiederverwendungsplänen bereitstellt, ist das
Frequenzsprungverfahren, welches für das europäische
zellulare System spezifiziert ist, das als das Global System
for Mobile Communications (GSM) bekannt ist. In GSM ist die
Untergruppe von Frequenzen, die zur Verwendung innerhalb
einer bestimmten Zelle zugewiesen werden, nicht auf eine
einzelne einzigartige Frequenz für jede Station in der Zelle
aufgeteilt, sondern anstelle davon ist jede Station
programmiert, um eine Frequenz zufällig aus der gesamten
Untergruppe gemäß einem orthagonalen Frequenzwählprozeß zu
wählen. Die Stationen innerhalb einer ersten Zelle sind somit
"orthogonal" zueinander und weisen keine Frequenzüberlappung
mit benachbarten Zellen unter Verwendung von verschiedenen
Frequenzuntergruppen auf. In einer zweiten Zelle, der die
gleiche Gruppe von Frequenzen wie die erste Zelle zugewiesen
ist, sind die Stationen wiederum orthogonal zueinander, aber
so konditioniert, daß sie eine orthogonale Frequenzwahl gemäß
einem pseudozufälligen Wählalgorithmus, der sich von
demjenigen der ersten Zelle unterscheidet, ausführen, so daß
eine Station in der ersten Zelle nicht immer von der gleichen
Station in der zweiten Zelle, sondern von einer der Stationen
in der zweiten Zelle, die zufällig von einem Intervall zu dem
nächsten gewählt wird, gestört wird. Beim zufälligen Wählen
einer Station gibt es eine 50% Wahrscheinlichkeit, daß ihre
Übertragung aufgrund des Sprach- oder
Datenverkehr-Aktivitätsfaktors in Ruhe ist, und deshalb wird
das Auftreten von Frequenzzusammenstößen im Durchschnitt um
50% reduziert und die Wahrscheinlichkeit eines
Zusammenstoßes ist von einem Intervall zu dem nächsten
nicht-korreliert. Jedoch verändert sich der Leistungspegel
eines Zusammenstoßes in Abhängigkeit davon, ob die
interferierende Station gerade eine hohe oder eine niedrige
Sendeleistung verwendet. Durch Verschachteln von
Fehlerkorrektur-kodierten Datenrahmen über mehrere
aufeinanderfolgende Frequenzsprungintervalle können Daten
noch in zufriedenstellender Weise decodiert werden, wobei ein
zufälliger Prozentsatz von Sprüngen stärker als der
Durchschnitt interferiert. Das Frequenzsprungverfahren von
GSM erlaubt ein Mitteln von Störern, wobei ermöglicht wird,
daß die Wiederverwendungsmustergröße M im Vergleich mit dem
Wert M, der zum Behandeln einer Worst-Case-Störung benötigt
werden würde, verkleinert ist. Dies führt zu einem Anstieg
der Anzahl von Anrufen, die behandelt werden können, d. h. zu
einem Anstieg der Kapazität.
Eine Verbesserung eines Frequenzsprungverfahrens des GSM-Typs
ist in dem U.S. Patent Nr. 5,425,049 für den Anmelder mit dem
Titel "Staggered Frequency Hopping Cellular Radio System"
offenbart. Dieses Patent, welches hiermit Teil der
vorliegenden Anmeldung ist, offenbart einen Vorteil beim
beabsichtigten Verschieben der Zeitsteuerung von
Frequenzsprungintervallen zwischen Zellen, die angewiesen
werden, über die gleiche Untergruppe von Kanälen zu springen.
Wenn der Zeitsteuerungsversatz ein Bruchteil ist,
beispielsweise 1/3 des Sprungintervalls, treten Zusammenstöße
mit verschiedenen interferierenden Stationen in jedem 1/3 des
Sprungintervalls auf, wodurch ein sogar noch höheres Mitteln
von Störern bereitgestellt wird.
Ein anderer Vorteil des Frequenzsprungverfahrens besteht
darin, daß es einen frequenzselektiven Schwund mitteln kann.
Wenn aufgrund einer Mehrwegausbreitung eine destruktive
Interferenz auf einigen Frequenzkanälen auftritt, wird diese
Situation nur zufällig bei bestimmten Frequenzsprüngen
auftreten, und das Ausfallereignis kann durch die
Verschachtelungs- und Fehlerkorrekturcodierung behandelt
werden. Um die maximale Verstärkung gegenüber einem
frequenzselektiven Schwund zu erhalten, ist es wünschenswert,
über so viele Kanäle wie möglich in der Frequenz zu springen.
Jedoch war die Anzahl von Kanälen, die von jeder einzelnen
Zelle verwendet werden, in dem voranstehend beschriebenen
herkömmlichen Frequenzsprungverfahren noch ein Faktor M
kleiner als die Gesamtanzahl von verfügbaren Kanälen, wobei M
in der Größenordnung von 3 bis 9 ist. Beim Umsetzen der
gegenwärtigen Erfindung, die nachstehend beschrieben wird,
können jedoch sämtliche Stationen Frequenzsprünge über die
gesamte verfügbare Anzahl von Kanälen ausführen, wodurch der
maximale Vorteil gegenüber einem frequenzselektiven Schwund
erzielt wird.
In einer anderen Anwendung wird ein Zellularfunktelefonsystem
mit Hilfe von umlaufenden Satelliten, die mit
Mehrstrahlantennen ausgerüstet sind, geschaffen, wobei jeder
Antennenstrahl mit einer geographischen Zelle oder einem
Dienstgebiet auf der Erde assoziiert ist. Die geographischen
Bereiche, die einem gegebenen Satellitenstrahl zugewiesen
sind, kann ein fester Satellit, wenn geostationäre Satelliten
verwendet werden, oder ein sich bewegender Satellit, der mit
elektronisch steuerbaren Strahlen ausgerüstet ist, sein;
alternativ können sich die geographischen Bereiche, die von
einem bestimmten Satelliten bedient werden, mit der Bewegung
des Satelliten im Orbit um die Erde bewegen. Innerhalb des
geeigneten sich bewegenden oder festen Referenzrahmens, in
dem die Strahlen statisch sind, kann sich trotzdem die
Notwendigkeit für
Zwischenstrahl-Frequenzwiederverwendungsstrategien ergeben,
um eine Strahl-zu-Strahl-Interferenz zu steuern. Diese
Gegenstände sind in den folgenden U.S. Patenten des Anmelders
diskutiert, die hier durch Bezugnahme Teil der vorliegenden
Erfindung sind:
U.S. Patent Nr. 5,642,358 mit dem Titel "Multiple beam width phased array";
U.S. Patent Nr. 5,631,898 mit dem Titel "Ceulluar/satellite communications system with improved frequency re-use";
U.S. Patent Nr. 5,619,503 mit dem Titel "Cellular/satellite communications system with improved frequency re-use";
U.S. Patent Nr. 5,619,210 mit dem Titel "Large phased-array communications satellite";
U.S. Patent Nr. 5,594,941 mit dem Titel "A cellular/satellite communications system with generation of a plurality of set of intersecting antenna beams";
U.S. Patent Nr. 5,566,168 mit dem Titel "TDMA/FDMA/CDMA hybrid radio access methods";
U.S. Patent Nr. 5,555,257 mit dem Titel "Cellular/satellite communications system with improved frequency re-use"; und
U.S. Patent Nr. 5,539,730 mit dem Titel "TDMA/FDMA/CDMA hybrid radio access methods".
U.S. Patent Nr. 5,642,358 mit dem Titel "Multiple beam width phased array";
U.S. Patent Nr. 5,631,898 mit dem Titel "Ceulluar/satellite communications system with improved frequency re-use";
U.S. Patent Nr. 5,619,503 mit dem Titel "Cellular/satellite communications system with improved frequency re-use";
U.S. Patent Nr. 5,619,210 mit dem Titel "Large phased-array communications satellite";
U.S. Patent Nr. 5,594,941 mit dem Titel "A cellular/satellite communications system with generation of a plurality of set of intersecting antenna beams";
U.S. Patent Nr. 5,566,168 mit dem Titel "TDMA/FDMA/CDMA hybrid radio access methods";
U.S. Patent Nr. 5,555,257 mit dem Titel "Cellular/satellite communications system with improved frequency re-use"; und
U.S. Patent Nr. 5,539,730 mit dem Titel "TDMA/FDMA/CDMA hybrid radio access methods".
In einem Frequenzband, das einer Satellitenkommunikation zu
Mobiltelefonen zugeordnet ist, wird die Verwendung des Bands
dadurch konditioniert, daß die durchschnittliche Energie in
irgendeinem 4 KHz-Teil des Frequenzbands, der irgendeinen
Quadratmeter der Erde erreicht, unter einer spezifischen
Grenze ist. Somit würden Schmalbandkommunikationssysteme, die
Energie in einige wenige schmale Kanäle konzentrieren, die
spezifizierte spektrale Dichtegrenze überschreiten. Höhere
Energie könnte durch Verwendung einer Spreizspektrumform
einer Übertragung gesendet werden, beispielsweise einem
Direktsequenz-Spreizspektrum-Mehrfachzugriff (Direct Sequence
Spread Spectrum Multipe Access DSSSMA), der auch als
Codevielfach-Mehrfachzugriff (Code Division Multipe Access
CDMA) bekannt ist, oder alternativ einem
Frequenzsprung-Spreizspektrum (Frequency Hopping Spread
Spectrum FHSS). Wenn ein FHSS verwendet wird, sollten die
Frequenzen, die in irgendeinem Gebiet verwendet werden, d. h.
in demjenigen Bereich der Erde, der von einem bestimmten
Richtstrahl bedient wird, über die gesamte Anzahl von
verfügbaren Kanälen springen, um die Energiedichte so dünn
wie möglich zu spreizen, und sie sollten nicht nur über einen
Untersatz von Kanälen springen. Trotzdem sollten
Kommunikationen in benachbarten Strahlen vorzugsweise nicht
die gleichen Kanäle gleichzeitig verwenden. Deshalb ergibt
sich die Notwendigkeit eines Frequenzsprungsystems, bei dem
eine Frequenzauswahl orthogonal innerhalb einer Zelle und
ihrer benachbarten Zellen ist, während in nicht-benachbarten
Zellen die Wahrscheinlichkeit eines Frequenzzusammenstoßes
zwischen irgendwelchen zwei gegebenen Stationen vorzugsweise
zufällig ist und nicht ein Ereignis einer langen Dauer. Diese
Anforderungen und Verbesserungen werden erzielt, wenn das
hier beschriebene erfindungsgemäße orthogonale
Frequenzsprungsystem ausgeübt wird.
Ein zellulares Frequenzsprung-Wiederverwendungsverfahren
umfaßt das Aufteilen eines Dienstgebiets in eine Anzahl von
aneinander angrenzenden Zellen, wobei jede Zelle zugehörige
Frequenzsprung-Mehrfachsendeeinheiten zum Senden von
Information an eine Vielzahl von Stationen, die sich
innerhalb der Zelle befinden, umfaßt und jede Zelle
zugehörige Frequenzsprung-Mehrfachempfangseinheiten zum
Empfangen von Information von einer Vielzahl von Stationen in
der Zelle aufweist.
Jede der Vielzahl von Stationen weist einen zugehörigen
Frequenzsprungempfänger auf, um eine der Mehrfachaussendungen
zu empfangen, und einen Frequenzsprungsender zum Senden von
Information an die Mehrfach-Empfangseinheiten. Jeder
Frequenzsprungempfänger oder -sender weist einen
Tageszeit-Takt oder Zähler auf, um die Nummer eines
gegenwärtigen Sende- und Empfangsintervalls anzuzeigen,
beispielsweise eine Zeitvielfachzugriff-Rahmennummer, eine
Schlitznummer, eine Sendeburstnummer oder eine
Paketnummern-Frequenzsprungnummer. Das angezeigte Intervall
ist das Intervall, für das eine Kanalfrequenz für eine
Aussendung oder einen Empfang gewählt werden sollte und ein
Kanal wird pseudozufällig für jedes Intervall aus einem Satz
von zugelassenen Kanälen gewählt, die hier als der Sprungsatz
bezeichnet werden.
Ein erster Pseudozufalls-Zahlengenerator berechnet für jedes
Intervall auf Grundlage der Intervallnummer und eines
Systemschlüssels, der für sämtliche Sender und Empfänger des
gleichen Systems gemeinsam ist, eine Pseudozufallszahl für
jedes Intervall. Der Pseudozufallsgenerator ist darauf
beschränkt, eine Nummer anzuzeigen, die nur einen der
zugelassenen Kanäle anzeigt, der in dem Sprungsatz enthalten
ist, und nicht einen nicht-zugelassenen Kanal.
Ein Orthogonal-Versatzmodifizierer modifiziert die
Pseudozufallszahl durch Addieren eines orthogonalen Versatzes
Modulo der Anzahl von zugelassenen Kanälen, so daß die
modifizierte Kanalanzahl noch ein zugelassener Kanal des
Sprungsatzes ist.
Die Anzahl von möglichen orthogonalen Versätzen gleicht der
Anzahl von zugelassenen Kanälen in dem Sprungsatz. Die Anzahl
von orthogonalen Versätzen wird in eine Anzahl von
Untergruppen aufgeteilt und jeder Untergruppe von
orthogonalen Versätzen wird zur Verwendung in
nicht-benachbarten Zellen zugewiesen, während benachbarte
Zellen verschiedene Untergruppen verwenden. Somit verwenden
Stationen in benachbarten Gebieten die gleichen orthogonalen
Versätze nicht, aber Stationen in nicht-angrenzenden Zellen
können die gleiche Untergruppe von orthogonalen Versätzen
wieder verwenden.
Bei dem voranstehend beschriebenen herkömmlichen
Frequenzsprungverfahren würde eine erste Station in einem
ersten Gebiet, das dem gleichen Sprungsatz, dem
Systemschlüssel und orthogonalen Versätzen wie eine zweite
Station in einem zweiten Gebiet zugewiesen ist, immer die
gleiche Kanalfrequenz gleichzeitig wählen, da ihren
jeweiligen Pseudozufalls-Zahlengeneratoren identische
Eingangsvariablen gegeben werden. Somit tritt in diesen
Systemen eine Cokanal-Interferenz zwischen Stationen auf
einer Eins-zu-Eins-Basis auf, wobei es eine Aufgabe dieser
Erfindung ist, dies zu vermeiden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird deshalb ein zweiter
Pseudozufalls-Zahlengenerator verwendet, um innerhalb einer
ersten Zelle die Auswahl eines orthogonalen Versatzes, der
von einer ersten Station verwendet wird, aus der Untergruppe
von orthogonalen Versätzen, die der ersten Zelle zugewiesen
sind, zu variieren, wobei der Pseudozufalls-Zahlengenerator
von einer Nummer konditioniert wird, die identisch zu jeder
Station in der gleichen Zelle ist, und durch einen
Zellenschlüssel, der sich von dem Zellenschlüssel
unterscheidet, der von einer zweiten Zelle verwendet wird,
die der gleichen Untergruppe von orthogonalen Versätzen
zugewiesen ist. Der zweite Pseudozufalls-Nummerngenerator
stellt sicher, daß eine zweite Station in einer zweiten
Zelle, die den gleichen Kanal wie eine erste Station in einer
ersten Zelle wählt, nicht immer die gleiche zweite Station
ist, sondern eine zufällige der Stationen in der zweiten
Zelle. Durch das obige erfindungsgemäße Verfahren wird eine
Interferenz-Mittelung über sämtliche mögliche
Cokanal-Stationen erzielt, wobei die Hälfte von diesen
wahrscheinlich während irgendeines Intervalls wie durch
Sprach- oder Datenverkehrs-Aktivitätsfaktoren bestimmt, in
Ruhe sind. Somit wird das Auftreten einer Cokanal-Interferenz
um 50% mit einer nichtkorrelierten Wahrscheinlichkeit einer
Interferenz zwischen sukzessiven Intervallen verringert. Eine
verschachtelte Fehlerkorrekturcodierung des Daten- oder
Sprachverkehrs wird verwendet, um zu ermöglichen, daß
derartige zufällige Cokanal-Interferenzereignisse überbrückt
werden.
Diese und andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der
vorliegenden Erfindung ergeben sich Durchschnittsfachleuten
mit näheren Einzelheiten im Zusammenhang mit den beiliegenden
Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein herkömmliches
Vierzellen-Wiederverwendungsmuster mit orthogonalen
Sequenzen;
Fig. 2 nur Zellen, die die gleichen orthogonalen Sequenzen
verwenden;
Fig. 3 den Orthogonal-Frequenzsprung-Sequenzgenerator des
oben eingebauten U.S. Patents Nr. 4,476,566;
Fig. 3(a) einen herkömmlichen Modifizierer für eine
Kanalabtastungsreihenfolge, der sich zur Verwendung
mit dieser Erfindung eignet;
Fig. 4 die Einführung eines zweiten
Pseudozufallszahlengenerators gemäß der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine Kombination der zwei Pseudozufallsgeneratoren
gemäß dieser Erfindung;
Fig. 6 ein Flußdiagramm einer
Pseudozufallszahlenerzeugung, die sich für diese
Erfindung eignet; und
Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Pseudozufallsberechnung.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 sind eine Anzahl von aneinander
anliegenden Kreisen gezeigt, die Zellen darstellen, wobei
jede Zelle mit S1, S2, S3 oder S4 bezeichnet ist, wobei die
Symbole für einen bestimmten Untersatz der Gesamtanzahl von
orthogonalen Frequenzsprungsequenzen stehen, die verfügbar
sind und die in der angezeigten Zelle verwendet werden. Die
Zellen können drahtlose Kommunikationsdienstgebiete sein, die
von landgestützten zellularen Basisstationen bedient werden,
oder alternativ geographische Gebiete der Erde, die von einer
jeweiligen Richtstrahlung bestrahlt werden, die von einem
umlaufenden Satelliten ausgestrahlt werden.
Ein Satz von orthogonalen Frequenzsprung-(FH)-Sequenzen ist
irgendein Satz einer Zuweisung von N-Kanalfrequenzen zu
N-Kommunikationsverbindungen, so daß keine zwei Verbindungen
den gleichen Kanal gleichzeitig verwenden und die Zuweisung
des Kanals zu einer Verbindung sich periodisch für sämtliche
Verbindungen gleichzeitig ändert. Die Periode, in der eine
bestimmte Zuweisung zutrifft, wird als ein "Sprung"
bezeichnet und die Zeitperiode kann z. B. eine TDMA
Rahmenperiode oder eine TDMA Schlitzdauer sein. In dem GSM
System wird der Frequenzkanal für sämtliche Zeitschlitze in
dem TDMA Rahmen zugewiesen und ändert sich nur einmal pro
Rahmen. Die FH-Sequenz ist deshalb die gleiche für sämtliche
Zeitschlitze in dem gleichen Rahmen. Jedoch ist es genauso
möglich, jeden Zeitschlitz in dem Rahmen für einen
Frequenzsprung in der Sequenz ohne Zusammenhang zu der
Sequenz von Sprüngen in anderen Zeitschlitzen zu betrachten.
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist es vorteilhaft, die verschiedenen
Frequenzsprungmuster für jeden Zeitschlitz zu verwenden.
Wenn z. B. 59 Kanalfrequenzen verfügbar sind kann ein Satz von
59 orthogonalen Frequenzsprungsequenzen konstruiert werden.
Diese würden in vier, nicht notwendigerweise gleiche
Untersätze, unterteilt werden, beispielsweise 10 Sequenzen in
S1, 20 in S2, 15 in S3 und 14 in S4. Die Aufteilung würde
vorzugsweise die relative Anforderung nach Kommunikationen in
den Zellen unter Verwendung der verschiedenen Untersätze
reflektieren. Wenn die Untersätze in Zellen wie in Fig. 1
zugewiesen sind, ist ersichtlich, daß benachbarte Zellen
verschiedene orthogonale Sequenzen verwenden und deshalb sich
gegenseitig nicht stören. Zellen, die zu weit entfernt sind,
verwenden jedoch wieder die gleichen orthogonalen Sequenzen.
Fig. 2 zeigt nur die Zellen, die einen bestimmten Untersatz
von Sequenzen verwenden, nämlich den S1-Untersatz. Eine
Wiederverwendung tritt in diesem Beispiel auf einem
regelmäßigen Gittermuster mit einer Beabstandung von zwei
Zellen auf. Wie aus der zellularen Funktelefontechnologie
bekannt, können regelmäßige Wiederverwendungsmuster zum
Zuweisen von Kanälen an Zellen konstruiert werden, wenn die
Kanäle in M-Untergruppen aufgeteilt werden, wobei M
irgendeine ganze Zahl in der Form
i2+j2-ij ist, wobei "i" und "j" ganze Zahlen sind.
Der Abstand von Mitte-zu-Mitte zwischen Zellen, die den
gleichen Kanal verwenden, ist dann Wurzel(M)
Zellendurchmesser. Gemäß dieser Erfindung werden orthogonalen
Sequenzuntersätze in einer ähnlichen Weise unter Verwendung
eines Wiederverwendungsmusters zugewiesen, das ein
regelmäßiges Wiederverwendungsmuster der obigen Art sein
kann, oder alternativ ein unregelmäßiges
Wiederverwendungsmuster, wobei sich die Notwendigkeit für
dieses manchmal ergibt, wenn Zellen nicht alle die gleiche
Größe, sondern verschiedene Durchmesser aufweisen. Das Ziel
ist jedoch das gleiche, d. h. den Untersatz von Sequenzen so
zuzuweisen, daß der Abstand zwischen Gebieten, die den
gleichen Untersatz verwenden, maximiert wird, so daß eine
Interferenz minimiert wird.
Fig. 3 zeigt einen orthogonalen Sequenzgenerator gemäß dem
voranstehend eingebauten Stand der Technik in dem U.S. Patent
Nr. 4,476,566. Darin erzeugt ein Pseudozufallszahlengenerator
30 Pseudozufallszahlen unter der Steuerung eines
"Sprungschlüssels". In einer militärischen
Antistörungsanwendung eines Frequenzsprungs ist der
Sprungschlüssel ein Geheimcode, ohne den ein Gegner die
Zufallssequenz nicht erzeugen kann und so nicht vorhersagen
kann, welche Frequenz als nächstes verwendet werden wird. Ein
Ausgang des Generators 30 ist eingeschränkt, so daß er im
Bereich 0 bis (N-1) liegt, so daß er anzeigt, welcher eine
Anzahl N von Kanälen, die von 0 bis N-1 numeriert sind,
gewählt wird. Vor der Verwendung wird jedoch die Anzahl
(zwischen 0 und N-1) durch Addieren eines orthogonalen
Versatzes in dem Addierer 13 modifiziert, wobei der Versatz
ebenfalls in dem Bereich 0 bis N-1 ist und wobei das Ergebnis
um Modulo-N reduziert wird, so daß es in dem Bereich 0 bis
N-1 liegt. Das Ergebnis des Modulo-N-Addierers 13 soll zum
Wählen eines der zugelassenen N-Kanäle verwendet werden.
Die N-zugelassenen Kanäle können nicht sämtliche verfügbaren
Kanäle umfassen. Einige Kanalfrequenzen können für andere
Verwendungen aufgenommen werden, z. B. für einen
nicht-springenden Sendesteuerkanal oder für ein
Mikrozellensystem, das in dem Makrozellensystem eingebettet
ist. Deshalb wird irgendeine Einrichtung benötigt, um
anzuzeigen, welche Kanäle die zugelassenen Kanäle bilden. In
dem Patent, auf das oben Bezug genommen wird, wurde ein
Speicher mit einem 1-binären Bit pro Kanal mit einer "1"
programmiert, wenn der Kanal zugelassen wurde, und ansonsten
mit einer Null. Wenn die Anzahl von Kanälen, die potentiell
verfügbar sind, groß ist, dann kann dies eine
Speicher-effiziente Vorgehensweise zum Speichern von
Sprungsätzen sein. Eine Alternative würde darin bestehen, in
einem Mehrbitspeicher nur die Kanalcodes der zugelassenen
Kanäle zu speichern. Die letztere Vorgehensweise ist
effizient, wenn erwartet wird, daß die Anzahl von
zugelassenen Kanälen ein kleiner Bruchteil der Gesamtanzahl
von Kanälen ist.
In dem vorangehenden Verfahren, nachdem ein Ausgang "L" von
dem Addierer 13 erhalten worden ist, ist es nun
wünschenswert, die L-te "1" in dem Speicher 10 zu
lokalisieren. Dies wird durch Laden eines Abwärtszählers 12
mit "L", einem Zurücksetzen des Zählers "11" auf Null und der
Verwendung des Zählers 11 zum Erzeugen einer Adresse an dem
Speicher 10 durchgeführt. Wenn das adressierte Bit des
Speichers 10 eine 111 ist, was anzeigt, daß der adressierte
Kanal ein zugelassener Kanal ist, wird der Abwärtszähler 12
dekrementiert; ansonsten, wenn das adressierte Bit "0" ist,
was anzeigt, daß der adressierte Kanal nicht ein zugelassener
Kanal ist, wird er ignoriert. Somit wird auf ein
Inkrementieren des Zählers 11 durch sämtliche seiner Zustände
hin zum Abtasten der Bits des Speichers 10 der Abwärtszähler
12 nur beim Antreffen eines zugelassenen Kanals
dekrementiert. Wenn der Abwärtszähler 12 durch Null
dekrementiert worden ist, wobei ein unterer
Überlauf-Impulsausgang erzeugt wird, zeigt dies an, daß der
L-te zugelassene Kanal adressiert worden ist. Der untere
Überlaufimpuls wird verwendet, um die Speicheradresse in dem
Haltespeicher 14 zu halten, um eine Ausgabe des gefundenen
Kanals bereitzustellen.
Verschiedene orthogonale Sequenzen können garantiert werden,
indem verschiedene orthogonale Versätze (Verschiebungen)
verschiedenen Verbindungen zur Zuführung an den Eingang des
Addierers 13 zugeordnet werden. Die verschiedenen
Verbindungen sollten jedoch den gleichen Sprungschlüssel und
N-Wert verwenden, so daß der Generator 30 die gleiche Zahl an
dem Addierer 15 vor einer Modifikation erzeugt. Wenn diese
Zahl die gleiche für sämtliche Stationen ist, kann garantiert
werden, daß eine Hinzufügung von verschiedenen Versätzen eine
unterschiedliche Zahl erzeugt.
In militärischen Anwendungen war es wünschenswert, zu
vermeiden, daß man die Frequenz einer Verbindung von der
Frequenz einer anderen Verbindung abschätzen könnte. Wenn
z. B. eine Verbindung unter Verwendung eines orthogonalen
Versatzes 5 einen Frequenzkanal 37 zu einem gegebenen
Zeitpunkt erzeugt, könnte es sein, daß ein orthogonaler
Versatz 6, der durch eine andere Verbindung verwendet wird,
eine Kanalnummer 38 erzeugen würde. Um eine derartige
einfache Beziehung zu vermeiden, wurde ein
Kanalabtastreihenfolgenmodifizierer 20 im Stand der Technik
verwendet, um die Reihenfolge zu ändern, in der die
zugelassenen Kanäle in dem Speicher 10 von einer
Sprungperiode zur nächsten adressiert wurden, in Abhängigkeit
von einem anderen Pseudozufallsausgang von "m" Bits z. B. von
dem Generator 30.
Die "m" Bits könnten Modulo-2 zu den Zählerbits addiert
werden, um die Abtastreihenfolge zu verschlüsseln, oder sie
könnten verwendet werden, um eine Permutation von mehr oder
weniger wesentlichen Bits von dem Zähler 11 zu steuern, oder
eine Mischung der zwei Techniken. Wie in Fig. 3(a) gezeigt
addiert ein beispielhafter Reihenfolgenverschlüssler 20
Pseudozufallbytes (8 Bits zu einer Zeit) zu Bytes des
Abtastzählers 11, um modifizierte Bytes im Block 21 zu
erhalten. Als nächstes werden die modifizierten Bytes durch
eine 1 : 1-Nachschlagtabelle 22 geführt, die auch als eine
Ersetzungsbox oder S-Box bekannt ist. Eine S-Box zum Ersetzen
von Bytes kann durch Verwendung eines Nur-Lese-Speichers von
256 Bytes erhalten werden, wobei jeder mögliche Bytewert nur
einmal gespeichert wird, um zu garantieren, daß das ROM eine
1 : 1-Ersetzung ist. Eine viel : 1-Ersetzung ist nicht
wünschenswert, da bestimmte Ausgangswerte fehlen würden, so
daß bestimmte Adressen in dem Speicher 10 niemals abgetastet
werden würden. Der Modulo-2-Addierer 23 verbessert die
Zufallseigenschaft im Vergleich mit der Verwendung eines
Moduloaddierers-21 und des 1 : 1-ROMs alleine.
Trotz der obigen Schritte, wenn den Zellen in Fig. 1 jeweils
der gleiche Untersatz des orthogonalen Versatzes zur
Verwendung (und der gleiche Sprungschlüssel oder
Systemschlüssel und das gleiche N) zugeordnet sind, wird
dann, wenn in einer bestimmten ersten Station in einer
gegebenen ersten Zelle eine gegebene Kanalfrequenz zugewiesen
ist, sie immer die gleiche zweite Station in einer gegebenen
zweiten Zelle sein, die dem gleichen Kanal zugewiesen ist.
Somit gibt es zwischen zwei Zellen in Fig. 2 eine
Eins-auf-Eins-Interferenzsituation. Die interferierende
Station ist manchmal aktiv, wenn Verkehr durchläuft (z. B. ein
Telefonanrufer spricht) und manchmal nicht aktiv (zwischen
Sprechpausen oder wenn dieser orthogonale Versatz einem Anruf
nicht zugeordnet ist). Somit werden typischerweise relativ
lange Perioden mit einer Interferenz oder keiner Interferenz
vorhanden sein, aber es ist erforderlich, den schlechtesten
Fall zu planen, d. h. wenn eine Interferenz immer vorhanden
ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, die
Eins-auf-Eins-Interferenzsituation zwischen Cokanal-Zellen zu
vermeiden, indem sichergestellt wird, daß es sich nicht immer
um die gleiche interferierende Station in einer zweiten Zelle
handelt, die mit einer gegebenen Station in einer ersten
Zelle interferiert. Dies wird gemäß Fig. 4 durch Einführen
eines zweiten Pseudozufallszahlengenerators 31 gelöst, um die
Zuweisung von orthogonalen Versätzen an Stationen innerhalb
einer Zelle zu variieren, und in einer unterschiedlichen
Weise für unterschiedliche Zellen der Fig. 2. Wenn
beispielsweise 58 Kanäle und deshalb insgesamt 59 orthogonale
Versätze vorhanden sind und die Untergruppe S7 davon die 17
orthogonalen Versätze 43-59 umfaßt, dann sollte der zweite
Pseudozufallszahlengeneratur eine Zahl zwischen 43 und 59
erzeugen.
Dies wird in der beispielhaften Ausführungsform, die in Fig.
4 dargestellt ist, durch Erzeugen einer Zahl in dem Generator
31 zwischen 0 und (Nmax-Nmin)=(59-43)=16 und dann durch
Addieren des Basiswerts Nmin=43 in dem Addierer (16) gelöst.
Die Pseudozufallszahl zwischen 0 und Nmax-Nmin (z. B. 16) wird
zunächst in der gleichen Weise erzeugt wie der
Pseudozufallszahlengenerator 30 eine Zahl zwischen 0 und N-1
erzeugt, und diese Zahl wird für sämtliche Stationen
innerhalb der Zelle identisch sein, da sie den gleichen
Zellenschlüssel an dem Steuergenerator 31 verwenden. Dann
addiert jede Station ihren eigenen einzigartigen Versatz in
dem Addierer 15, um eine Zahl zu erzeugen, von der garantiert
ist, daß sie für jede Station in der Zelle unterschiedlich
ist, wodurch sichergestellt wird, daß sie verschiedene
orthogonale Versätze verwenden, die der Zelle zugewiesen
sind. Der Mobilstation wird ihr eigener einzigartiger Versatz
von einer Netzsteuerstation beim Anrufaufbau zugewiesen, und
zwar aus einer Liste von gegenwärtig nicht verwendeten
Versätzen. Der Basiswert Nmin wird dann an dem Addierer 16
addiert, um die Auswahl aus der Gesamtanzahl von orthogonalen
Versätzen, die für sämtliche Zellen verfügbar sind, zu
erzeugen. Die Auswahl wird dann an den Addierer 13 wie in
Fig. 3 angelegt.
In dieser Weise wird sichergestellt, daß Stationen innerhalb
einer Zelle noch eine unterschiedliche Sequenz der
orthogonalen Sequenzen, die dieser Zelle zugewiesen sind,
verwenden, aber sich die Auswahl in einer pseudozufälligen
Weise für verschiedene Zellen, z. B. von Fig. 2, verändert,
obwohl sie den gleichen Untersatz von Sequenzen zugewiesen
sind. Somit ändert sich die Station in einer Zelle, die für
eine Station in einer anderen Zelle ein Störer ist, von
Sprung zu Sprung und wird manchmal eine aktive Station und
manchmal eine nichtaktive Station mit einer
Wahrscheinlichkeit von 50% (für einen Sprachverkehr). Somit
dauern interferierende Situationen nicht für eine Periode, in
der ein bestimmter Anrufer spricht, sondern ändern sich über
die kurze Zeit von Sprung zu Sprung, was ermöglicht, daß die
Interferenz durch Verwendung einer verschachtelten
Fehlerkorrekturcodierung gemittelt wird.
Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, wobei zwei PRN-Generatoren 30, 31 in
Fig. 4 in einen einzelnen PRN-Generator 32 kombiniert sind,
der eine erste Pseudozufallszahl nur in Abhängigkeit von
einem Systemschlüssel (und dem Bereich der Zahl N) und eine
zweite Zahl, die von einem Zellenschlüssel (und der Anzahl
von orthogonalen Sequenzen, die dieser Zelle zugewiesen sind
und unter Umständen auch von dem Systemschlüssel) abhängt,
erzeugt. Dementsprechend erkennen Durchschnittsfachleute, daß
die zusätzliche Interferenzmittelung, die von der
vorliegenden Erfindung erreicht wird, nicht ausschließlich
von der Bereitstellung des zweiten
Pseudozufallszahlengenerators bereitgestellt wird, sondern
durch die Fähigkeit, in einer Pseudozufallsweise die
orthogonale Sequenzwahl wie zwischen Zellen zu verändern.
Fig. 6 zeigt ein Flußdiagramm, das die
Pseudozufallszahlenerzeugung für jedes Sprungintervall
darstellt. In dem GSM-System wird eine bestimmte Art von
Rahmenzähler verwendet, um TDMA-Rahmen und Superrahmen zu
zählen. Ein Zähler für eine Teilung durch 52 und ein Zähler
für eine Teilung durch 51 werden zusammen inkrementiert, und
wenn sie bei einer von 51×52 Gelegenheiten beide zusammen bei
einer Inkrementierung überlaufen, dann wird ein weiterer
11-Bit Binärzähler (Teilung durch 2048) inkrementiert.
Zusammen bilden diese eine Rahmenzahl in einem
Mischbasissystem mit Basen 51, 52 und 2048. Sechs binäre Bits
werden verwendet, um den Zahlenbereich von 0 bis 50
darzustellen, weitere sechs für den Zahlenbereich 0 bis 52
und elf für 0 bis 2047, was insgesamt 23 Bits macht. Der
Einfachheit halber wird der Rahmenzählwert einfach als eine
3-Byte (24-Bit)-Zeitvariable in diesem Beispiel behandelt.
Der obige Aufbau einer Zeitvariablen ist nur beispielhaft und
ist nicht als einschränkend gedacht.
In Fig. 6 werden die Bytes nach Inkrementieren der 3-Byte
Zeitvariablen im Schritt 100 mit den Systemschlüsselbits im
Schritt 101 verschlüsselt, um 3 oder mehr verschlüsselte
Zeitbytes zu erhalten, die eine Funktion sowohl von
nichtverschlüsselten Zeitbytes als auch von
Systemschlüsselbytes sind. Diese Bytes werden dann im Schritt
102 verwendet, um die Registerwerte eines PRN-Generators,
beispielsweise eines Rückkopplungsschieberegisters, zu
"setzen" oder zu initialisieren. Das PRN-Register wird dann
eine feste Anzahl von Malen durch einen Schiebetakt
verschoben, um die Inhalte weiter zu verschlüsseln. Im
Schritt 103 wird eine Anzahl "n" von Bits extrahiert, wobei
2n größer als die Anzahl von Kanalfrequenzen N ist. Der
n-Bitwert wird dann durch Subtrahieren von
N Modulo-N-verkleinert, bis das Ergebnis kleiner als N ist.
Im Schritt 104 werden die 2n Bits, die von dem
Abtastreihenfolgemodifizierer 20 benötigt werden, extrahiert
und verwendet. Im Schritt 105 wird die n-Bit Kanalwählnummer
unter Verwendung von 13, 15, 16 in Abhängigkeit von dem
Zellenschlüssel orthogonal modifiziert, was z. B. durch
Erzeugen der weiter modifizierenden Zahl zwischen 0 und L,
die von dem Addierer 15 verwendet wird, ausgeführt werden
kann.
Soweit erforderlich kann ein bekannter effiziente Algorithmus
zum Verkleinern einer Größe Modulo-N im Schritt 103 verwendet
werden. Da N für lange Perioden fest ist, kann eine
Approximation mit einer endlichen Wortlänge auf ihren
reziproken Wert 1/N vorher berechnet und gespeichert werden.
Um das n-Bit Wort Modulo-N zu verkleinern, wird es dann
zunächst mit dem angenäherten Wert von 1/N multipliziert, um
annähernd zu bestimmen, wie oft N in das Wort geteilt ist.
Dann wird N mit dieser Anzahl multipliziert und von dem N-Bit
Wort subtrahiert, um einen Rest zurückzulassen. Es kann
gezeigt werden, daß höchstens zwei weitere Subtraktionen von
N ausreichen werden, um das Modulo-N Ergebnis zu erhalten,
wobei der Prozeß somit viel schneller als ein Subtrahieren
von N eine große Vielzahl von Malen ist.
Da obige Modulo-N-Reduktionsverfahren ist nützlich, wenn die
Wortlänge "n" der zu verringernden Größe viel größer als das
Minimum ist, das zum Aufspannen des Bereichs 0 bis N-1
erforderlich ist, was dann zu langen
Modulo-2-Reduktionszeiten durch eine wiederholte Subtraktion
führen würde. Fig. 7 zeigt einen anderen PRN-Generator, der
unter Verwendung des schnellen Modulo-Reduktionsverfahrens
praktisch ist.
Darin sind die drei Zeitbytes mit T1, T2 und T3 bezeichnet
und werden zu Systemschlüsselbytes K1, K2, K3 jeweils in den
ersten Addierern 70-72 und zu Zellenschlüsselbytes K4, K5, K6
jeweils in den zweiten Addierern 73-75 addiert. Die Addierer
können z. B. entweder Modulo-2 (Byte-breit), bitweise
Exclusiv-ODER) oder Modulo-256 Addierer sein und der letztere
kann mit oder ohne einem Übertrageingang von einer
vorangehenden Addition arbeiten. Die Summe von T1 und K1 wird
durch eine 256-Byte S-Box 80 geführt, um das Ergebnis in
solcher Weise zu verschlüsseln, daß eine einzelne Bitänderung
auf T1 im Durchschnitt dazu führt, daß sich vier Bits des
Ausgangs der S-Box ändern. Der Ausgang der S-Box 80 wird zu
der Summe von T2 und K2 (am Addierer 76) addiert und durch
die S-Box 80 ein zweites mal geführt, usw. gemäß dem
beispielhaften Datenfluß aus Fig. 7. Die drei Bytes von den
ersten drei Anwendungen der S-Box 80 werden dann in der
Einheit 82 Modulo-N reduziert, um eine nichtmodifizierte
Kanalwahl zu bilden. Zwei der Bytes werden auch für eine
Kanalabtastreihenfolgenmodifikation verwendet. Die drei Bytes
von den zweiten drei Anwendungen der S-Box werden in der
Einheit 84 Modulo-(L+1) reduziert, wobei L+1 die Anzahl von
orthogonalen Versätzen ist, die der Zelle zugewiesen sind, um
den orthogonalen Versatzmodifizierer für den Addierer 15 der
Fig. 4 oder 5 zu erhalten. Es ist ersichtlich, daß die
voranstehend beschriebenen Prozesse 8 oben unter Verwendung
eines programmierbaren Mikroprozessors mit einer geeigneten
Software implementiert werden können. In der Tat ermöglichen
die Byte-breiten Größen, die gezeigt sind, eine
Implementierung unter Verwendung von 8-Bit Mikroprozessoren
wie beispielsweise eines Zilog/80, die hinsichtlich des
Leistungsverbrauchs in batteriebetriebenen handgehaltenen
Geräten sehr wirtschaftlich sind.
In der U.S. Patentanmeldung mit der Seriennummer 08/581,110,
die am 29. Dez. 1995 eingereicht wurde (Dent, mit dem Titel
"Timecompressing Transponder"), wurde ein
Satellitentransponder beschrieben, um asymmetrische
TDMA-Signale gemäß dem voranstehend erwähnten U.S. Patent Nr.
5,539,730 zu behandeln. Auch im U.S. Patent Nr. 5,729,538 des
Anmelders wurde ein Verschachtelungs- und Codierungsverfahren
für eine Frequenzsprungübertragung beschrieben, bei der die
Codierung von Information gemäß der Interferenzumgebung und
der Kapazitätsbelastung verändert werden konnte. Die obigen
Anmeldungen werden hier durch Bezugnahme Teil der
vorliegenden Erfindung. Die gegenwärtige Erfindung ist
nützlich, wenn der voranstehend eingebaute Stand der Technik
ausgeübt wird. Ein Frequenzsprung-TDMA-Verfahren gemäß dieser
Erfindung umfaßt eine Codierung von Information für eine
Übertragung unter Verwendung z. B. eines Faltungscodes mit
einer Rate 1/3 oder alternativ eines Codes mit einer Rate 1/4
für die wichtigeren Bits und eines Codes mit einer Rate 1/2
für die weniger wichtigen Bits, was im Durchschnitt eine
Codierung mit eine äquivalenten Rate 1/3 ergibt. Eine
Codierung und Decodierung von Bits mit verschiedener
Wahrnehmungswichtigkeit ist ferner in der U.S.
Patentanmeldung mit der Seriennummer 08/943,885 (Dent,
eingereicht am 3. Oktober 1993) von dem Anmelder der
vorliegenden Erfindung beschrieben, die hier durch Bezugnahme
Teil der vorliegenden Anmeldung ist. Die codierten Bits, die
einen digitalen Sprachrahmen oder ein Datenpaket darstellen,
werden mit den vorangehenden und nächsten Rahmen
verschachtelt und über sechs TDMA Bursts getrennt durch 16
Zeitschlitze auf der Abwärtsverbindung von einem Satelliten
zu einer tragbaren Einheit verteilt. Jeder sukzessive
Zeitschlitz wird auf einem Frequenzkanal übertragen, der
gemäß dieser Erfindung aus einem Satz von Kanälen in einem
Abstand von 200 KHz auf der Abwärtsverbindung gewählt ist.
Die entsprechende Aufwärtsverbindung verwendet die gleiche
Verschachtelung und Codierung, aber die Aufwärtsübertragungen
treten in einem von vier Zeitschlitzen auf einem von vier
50 KHz Kanälen auf, wobei die vier Zeitschlitze mal vier 50 KHz
Kanäle den 16 Zeitschlitzen eines 200 KHz Abwärtskanals
zugeordnet sind. Somit gibt es viermal so viele
Aufwärtsverbindungs-Frequenzkanäle wie
Abwärtsverbindungskanäle und ein Viertel der Anzahl von
Aufwärtsverbindungs-Zeitschlitzen, was die gleiche Anzahl von
Kommunikationskanälen insgesamt macht, wenn ein
Kommunikationskanal als einer von 16 Zeitschlitzen auf einer
200 KHz Trägerfrequenz definiert wird. Da ein einzigartiger
Aufwärtsverbindungs-Kanal (d. h. einer von vier möglichen
50 KHz Kanälen und einer von vier Zeitschlitzen) jedem
Abwärtsverbindungskanal zugewiesen ist, definiert eine
Auswahl des Abwärtsverbindungs-Zeitschlitzes und eine Auswahl
des 200 KHz Frequenzabwärtsverbindungskanals gemäß dieser
Erfindung den Aufwärtsverbindungskanal zur Verwendung in
einem bestimmten TDMA-Rahmen.
In einer Anwendung ist es wünschenswert, die
Verkehrsaktivität in der Zeit und in der Frequenz gleichmäßig
zu verteilen. Die Frequenzverteilung wird durch das
Mehrfachzellen-Frequenzsprungverfahren, das voranstehend
beschrieben wurde, erzielt. Die Verteilung des Verkehrs in
der Zeit wird durch Wählen eines Zeitschlitzes ausgeglichen,
um einem Anruf beim Anrufaufbau in Abhängigkeit davon,
welcher der 16 Abwärtsverbindungs-Zeitschlitze in der Zelle
gegenwärtig für die wenigstens Anrufe zugeordnet ist,
zuzuordnen. Alternativ kann der Zeitschlitz, der die
geringste Anzahl von ihm zugeordneten Anrufen aufweist, über
einer Gruppe von Strahlen oder dem gesamten System zugewiesen
werden, um eine Zeitvariation in der Gesamtanforderung nach
der Satellitenübertragungsleistung zu verringern. Die Wahl,
wie groß eine Gruppe von Zellen beim Auswerten einer
Zeitschlitzaktivität zu berücksichtigen ist, hängt von der
Zuordnung der Senderleistungsverstärker zu Strahlen ab, ob
auf einer eins-zu-eins-Basis oder ob sämtliche
Leistungsverstärker zu allen Strahlen beitragen (wie bei
Phased Arrays) oder ob ein Pool von Leistungsverstärkern
gemeinsam zwischen einer gegebenen Gruppe von Strahlen
verwendet wird, wie in den U.S. Patenten mit den
Seriennummern 5,631,604, 5,638,024, 5,574,967 und 5,568,088
beschrieben, die hier durch Bezugnahme Teil der vorliegenden
Erfindung sind.
Somit wird der Verkehr durch Verteilen der Aktivität
gleichermaßen in der Zeit und der Frequenz auf der
Abwärtsverbindung auch gleichermaßen in der Zeit und der
Frequenz auf der Aufwärtsverbindung verteilt, weil jede
Abwärtsverbindungs-Frequenz/Zeit-Kombination auf eine
einzigartige Aufwärtsverbindungs-Frequenz/Zeit-Kombination
abgebildet ist.
Aufgrund der Umlauf-Übertragungsverzögerung
(Round-Trip-Übertragungsverzögerung) von dem Satelliten zur
Erde und wieder zurück werden
Aufwärtsverbindungs-Frequenzauswahlen, die orthogonal an den
Erdterminals durchgeführt wurden, nicht notwendigerweise
orthogonal an dem Satelliten empfangen. Insbesondere liegen
Terminals, die auf einer Kante eines Strahls angeordnet sind,
in einem anderen Abstand von dem Satelliten als Terminals an
der gegenüberliegenden Kante, wenn der Satellit nicht direkt
über Kopf ist. Terminals, die in benachbarten Zeitschlitzen
auf der gleichen Frequenz senden, wie in der Erdzeit
gemessen, können somit nicht mehr in benachbarten Schlitzen
senden, sondern überlappend in der Zeit haben sich die
Signale durch verschiedene Verzögerungen zu dem Satelliten
ausgebreitet. Dies kann durch Einstellen der Sendezeiten der
Erdterminals in Abhängigkeit von dessen Position beseitigt
werden, um sicherzustellen, daß die Signale in dem richtigen
Zeitschlitz an dem Satelliten empfangen werden. Wenn es
gewünscht wird, einen Satelliten-Diversityempfang zu
verwenden, ist es schwieriger, eine Sendezeitsteuerung so
einzustellen, daß Signale an zwei Satelliten
nicht-überlappend sind, und es kann unmöglich sein für drei.
Diese Aspekte werden in der U.S. Patentanmeldung mit der
Seriennummer 08/354,904 behandelt, die durch Bezugnahme oben
bereits Teil der vorliegenden Anmeldung gemacht wurde. Unter
Verwendung eines Frequenzsprungs und einer leichten
Kanalbelastung, kombiniert mit einer starken Codierung und
einer Verschachtelung, ist es jedoch nicht erforderlich,
sicherzustellen, daß eine Interferenz nicht auftritt, nur sie
mit einer ausreichend geringen Wahrscheinlichkeit auftritt.
Es würde z. B. wünschenswert sein, daß ein Zusammenstoß in der
Frequenz und in der Zeit an zwei verschiedenen Satelliten mit
einer unabhängigen Wahrscheinlichkeit auftritt, so daß die
Wahrscheinlichkeit, daß beide einen Zusammenstoß erleiden,
relativ zu der Wahrscheinlichkeit eines Zusammenstoßes in
einem einzelnen Satelliten quadriert wäre.
Wenn ein Frequenzsprungverfahren ausgeführt würde, wie in
GSM, durch Ändern einer Frequenz einmal pro TDMA-Rahmen und
unter Verwendung der gleichen Frequenz für sämtliche
Zeitschlitze in dem gleichen Rahmen, dann würde ein
Zeitsteuerungsfehler, der eine Zeitüberlappung zwischen
benachbarten Zeitschlitzen des gleichen Rahmens verursachen
würde, auch in der Frequenz überlappend sein und dies würde
eine permanente Situation sein. Um dieses Ereignis auf ein
zufälliges Auftreten zu reduzieren, wird eine verschiedene
Frequenzsprungsequenz auf benachbarten Zeitschlitzen der
Aufwärtsverbindung verwendet. Dies wird sichergestellt, indem
ein verschiedenes Frequenzsprungmuster für benachbarte
Zeitschlitze der Abwärtsverbindung verwendet wird, oder
wenigstens für Schlitze, die durch vier Schlitze auf der
Abwärtsverbindung getrennt sind, was auf den gleichen
Aufwärtsverbindungs-Frequenzkanal abgebildet ist. Dies wird
leicht unter Verwendung dieser Erfindung durch Zuordnen von
verschiedenen Systemschlüsseln an die 16
Abwärtsverbindungs-Zeitschlitze erzielt. Alternativ können
die verschiedenen Systemschlüssel den 32 Zeitschlitzen, die
einen gerade numerierten Rahmen und einen ungerade
numerierten Rahmen umfassen, zugeordnet werden, da es bei
Verwendung einer Abwärtsverbindungs-Satellitendiversity gemäß
dem voranstehend eingebauten Stand der Technik manchmal
vorteilhaft ist, einen Schlitz eines ungeraden Rahmens von
einem Satelliten und den Schlitz eines geraden Rahmens von
einem anderen Satelliten zu übertragen. Somit kann ein Satz
von Frequenzsprungvariablen einem Satelliten und ein anderer
Satz einem anderen Satelliten zugeordnet werden. In
Abhängigkeit von der Signalqualität und der Belastung kann
ein Erdterminal nur ungerade Rahmen, die unter Verwendung
einer Frequenzsprungsequenz von einem ersten Satelliten
gesendet werden, empfangen und decodieren, alternativ nur
gerade Rahmen, die unter Verwendung einer zweiten
Frequenzsprungsequenz von einem zweiten Satelliten gesendet
werden, oder das Terminal kann wiederum sowohl ungerade als
auch gerade Rahmen entweder von dem gleichen oder von
unterschiedlichen Satelliten durch Wählen der geeigneten
Frequenzsprungparameter empfangen. Somit können die
Zufallszahlengeneratoren 30, 31, 32 gemäß dieser Erfindung
verschiedene System- oder Zellenschlüssel und Adressen, die
sich von den Sprungsätzen unterscheiden, in dem Speicher (10)
zum Empfangen von Schlitzen in ungeraden bzw. geraden Rahmen
wählen. Ein verallgemeinerter Ansatz, der als
"Satellitenspringen" bezeichnet wird, kann verwendet werden,
bei dem ein Satellit für einen Empfang jedes Signalbursts
zusammen mit einem Sprungsatz, einem Systemschlüssel, einem
orthogonalen Versatz oder anderen Parameter, von denen die
Auswahl des Frequenzkanals für diesen Burst abhängen würde,
gewählt wurde.
Durch Verwendung der voranstehend beschriebenen
erfindungsgemäßen Frequenzsprungverfahren kann somit die
Notwendigkeit zur Durchführung von speziellen Schritten zur
Synchronisierung von Aufwärtsverbindungs-Übertragungen zur
Vermeidung von Zusammenstößen in der Zeit und der Frequenz
somit durch Reduzieren dieser Ereignisse auf ein zufälliges
Auftreten mit einer akzeptablen geringen Wahrscheinlichkeit
vermieden werden.
Ein Durchschnittsfachmann kann viele Adaptionen der
voranstehenden Lehren durchführen, die innerhalb des Umfangs
und des Grundgedankens der Erfindung bleiben, so wie sie von
den beiden beigefügten Ansprüchen beschrieben ist.
Claims (11)
1. Verfahren zum Wählen eines Kanals zur Verwendung beim
Verbinden einer entfernten Station mit einem
Funkkommunikationssystem, umfassend die folgenden
Schritte:
Zuweisen eines Satzes von orthogonalen Versätzen zu einer Zelle;
Erzeugen einer Pseudozufallszahl;
pseudozufälliges Wählen eines der orthogonalen Versätze unter Verwendung eines Werts, der der entfernten Station zugeordnet ist; und
Kombinieren der pseudozufällig gewählten orthogonalen Versätze mit der Pseudozufallszahl zum Erzeugen einer Kanalwählzahl, wobei die Kanalwählzahl sich pseudozufällig zwischen der entfernten Station und einer anderen entfernten Station, die in einer anderen Zelle mit dem gleichen Satz von orthogonalen Versätzen arbeitet, verändern wird.
Zuweisen eines Satzes von orthogonalen Versätzen zu einer Zelle;
Erzeugen einer Pseudozufallszahl;
pseudozufälliges Wählen eines der orthogonalen Versätze unter Verwendung eines Werts, der der entfernten Station zugeordnet ist; und
Kombinieren der pseudozufällig gewählten orthogonalen Versätze mit der Pseudozufallszahl zum Erzeugen einer Kanalwählzahl, wobei die Kanalwählzahl sich pseudozufällig zwischen der entfernten Station und einer anderen entfernten Station, die in einer anderen Zelle mit dem gleichen Satz von orthogonalen Versätzen arbeitet, verändern wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zum
pseudozufälligen Wählen ferner die folgenden Schritte
umfaßt:
Zuweisen eines einzigartigen Versatzes an jede entfernte Station in dem Funkkommunikationssystem; und
Addieren des einzigartigen Versatzes zu einer zweiten Pseudozufallszahl, um den pseudozufällig gewählten Versatz zu erhalten.
Zuweisen eines einzigartigen Versatzes an jede entfernte Station in dem Funkkommunikationssystem; und
Addieren des einzigartigen Versatzes zu einer zweiten Pseudozufallszahl, um den pseudozufällig gewählten Versatz zu erhalten.
3. Frequenzsprungverfahren in einem
Funkkommunikationssystem, umfassend die folgenden
Schritte:
Zuweisen eines gleichen Satzes von Sprungsequenzen an eine erste und eine zweite Zelle; und
Wählen von Sprungsequenzen pseudozufällig zwischen ersten und zweiten Zellen, wobei eine Station in der ersten Zelle einen ersten Störer in der zweiten Zelle während eines ersten Sprungintervalls und einen zweiten Störer, der sich von dem ersten Störer unterscheidet, in der zweiten Zelle während eines zweiten Sprungintervalls aufweist.
Zuweisen eines gleichen Satzes von Sprungsequenzen an eine erste und eine zweite Zelle; und
Wählen von Sprungsequenzen pseudozufällig zwischen ersten und zweiten Zellen, wobei eine Station in der ersten Zelle einen ersten Störer in der zweiten Zelle während eines ersten Sprungintervalls und einen zweiten Störer, der sich von dem ersten Störer unterscheidet, in der zweiten Zelle während eines zweiten Sprungintervalls aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zum
pseudozufälligen Wählen von Sprungsequenzen ferner
umfaßt:
Erzeugen einer ersten Pseudozufallszahl auf Grundlage eines ersten Zellenschlüssels in der ersten Zelle;
Erzeugen einer zweiten Pseudozufallszahl auf Grundlage eines zweiten Zellenschlüssels in der zweiten Zelle;
Bestimmen eines ersten Versatzes, der zum Wählen einer ersten Sprungsequenz in der ersten Zelle verwendet wird, unter Verwendung der ersten Pseudozufallszahl; und
Bestimmen eines zweiten Versatzes, der zum Wählen einer zweiten Sprungsequenz in der zweiten Zelle verwendet wird, unter Verwendung der zweiten Pseudozufallszahl, wobei die ersten und zweiten Sprungsequenzen pseudozufällig relativ zueinander gewählt werden.
Erzeugen einer ersten Pseudozufallszahl auf Grundlage eines ersten Zellenschlüssels in der ersten Zelle;
Erzeugen einer zweiten Pseudozufallszahl auf Grundlage eines zweiten Zellenschlüssels in der zweiten Zelle;
Bestimmen eines ersten Versatzes, der zum Wählen einer ersten Sprungsequenz in der ersten Zelle verwendet wird, unter Verwendung der ersten Pseudozufallszahl; und
Bestimmen eines zweiten Versatzes, der zum Wählen einer zweiten Sprungsequenz in der zweiten Zelle verwendet wird, unter Verwendung der zweiten Pseudozufallszahl, wobei die ersten und zweiten Sprungsequenzen pseudozufällig relativ zueinander gewählt werden.
5. Vorrichtung, umfassend:
eine Einrichtung zum Zuweisen eines Satzes von orthogonalen Versätzen zu einer Zelle;
eine Einrichtung zum Erzeugen einer Pseudozufallszahl;
eine Einrichtung zum pseudozufälligen Wählen eines der orthogonalen Versätze unter Verwendung eines Werts, der zu der entfernten Station gehört; und
eine Einrichtung zum Kombinieren des pseudozufällig gewählten orthogonalen Versatzes mit der Pseudozufallszahl zum Erzeugen einer Kanalwählzahl, wobei die Kanalwählzahl sich pseudozufällig zwischen der entfernten Station und einer anderen entfernten Station, die in einer anderen Zelle mit dem gleichen Satz von orthogonalen Versätzen arbeitet, verändern wird.
eine Einrichtung zum Zuweisen eines Satzes von orthogonalen Versätzen zu einer Zelle;
eine Einrichtung zum Erzeugen einer Pseudozufallszahl;
eine Einrichtung zum pseudozufälligen Wählen eines der orthogonalen Versätze unter Verwendung eines Werts, der zu der entfernten Station gehört; und
eine Einrichtung zum Kombinieren des pseudozufällig gewählten orthogonalen Versatzes mit der Pseudozufallszahl zum Erzeugen einer Kanalwählzahl, wobei die Kanalwählzahl sich pseudozufällig zwischen der entfernten Station und einer anderen entfernten Station, die in einer anderen Zelle mit dem gleichen Satz von orthogonalen Versätzen arbeitet, verändern wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das pseudozufällige
Auswählen ferner umfaßt:
eine Einrichtung zum Zuweisen eines einzigartigen Versatzes zu jeder entfernten Station in dem Funkkommunikationssystem; und
eine Einrichtung zum Addieren des einzigartigen Versatzes zu einer zweiten Pseudozufallszahl, um den pseudozufällig gewählten Versatz zu erhalten.
eine Einrichtung zum Zuweisen eines einzigartigen Versatzes zu jeder entfernten Station in dem Funkkommunikationssystem; und
eine Einrichtung zum Addieren des einzigartigen Versatzes zu einer zweiten Pseudozufallszahl, um den pseudozufällig gewählten Versatz zu erhalten.
7. Frequenzsprung-Funkkommunikationssystem, umfassend:
eine Einrichtung zum Zuweisen eines gleichen Satzes von Sprungsequenzen an eine erste und eine zweite Zelle; und
eine Sequenzwähleinrichtung zum Wählen von Sprungsequenzen pseudozufällig zwischen den ersten und zweiten Zellen, wobei eine Station in der ersten Zelle einen ersten Störer in der zweiten Zelle während eines ersten Sprungintervalls und einen zweiten Störer, der sich von dem ersten Störer unterscheidet, in der zweiten Zelle während eines zweiten Sprungintervalls aufweist.
eine Einrichtung zum Zuweisen eines gleichen Satzes von Sprungsequenzen an eine erste und eine zweite Zelle; und
eine Sequenzwähleinrichtung zum Wählen von Sprungsequenzen pseudozufällig zwischen den ersten und zweiten Zellen, wobei eine Station in der ersten Zelle einen ersten Störer in der zweiten Zelle während eines ersten Sprungintervalls und einen zweiten Störer, der sich von dem ersten Störer unterscheidet, in der zweiten Zelle während eines zweiten Sprungintervalls aufweist.
8. System nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sequenzwähleinrichtung
ferner umfaßt:
eine Einrichtung, um in der ersten Zelle eine erste Pseudozufallszahl auf Grundlage eines ersten Zellenschlüssels zu erzeugen;
eine Einrichtung, um in der zweiten Zelle eine zweite Pseudozufallszahl auf Grundlage eines zweiten Zellenschlüssels zu erzeugen;
eine Einrichtung zum Bestimmen eines ersten Versatzes, der zum Wählen einer ersten Sprungsequenz in der ersten Zelle verwendet wird, unter Verwendung der ersten Pseudozufallszahl; und
einer Einrichtung zum Bestimmen eines zweiten Versatzes, der zum Wählen einer zweiten Sprungsequenz in der zweiten Zelle verwendet wird, unter Verwendung der zweiten Pseudozufallszahl, wobei die ersten und zweiten Sprungsequenzen pseudozufällig relativ zueinander gewählt werden.
eine Einrichtung, um in der ersten Zelle eine erste Pseudozufallszahl auf Grundlage eines ersten Zellenschlüssels zu erzeugen;
eine Einrichtung, um in der zweiten Zelle eine zweite Pseudozufallszahl auf Grundlage eines zweiten Zellenschlüssels zu erzeugen;
eine Einrichtung zum Bestimmen eines ersten Versatzes, der zum Wählen einer ersten Sprungsequenz in der ersten Zelle verwendet wird, unter Verwendung der ersten Pseudozufallszahl; und
einer Einrichtung zum Bestimmen eines zweiten Versatzes, der zum Wählen einer zweiten Sprungsequenz in der zweiten Zelle verwendet wird, unter Verwendung der zweiten Pseudozufallszahl, wobei die ersten und zweiten Sprungsequenzen pseudozufällig relativ zueinander gewählt werden.
9. Kanalwähleinheit zur Verwendung in einem
Funkkommunikationssystem, umfassend:
einen ersten Pseudozufallszahlengenerator zum Erzeugen einer ersten Zufallszahl;
einen zweiten Pseudozufallszahlengenerator zum Erzeugen einer zweiten Zufallszahl;
einen ersten Addierer zum Addieren eines Versatzes zu der zweiten Pseudozufallszahl;
einen zweiten Addierer zum Addieren eines Ausgangs des ersten Addierers und der ersten Pseudozufallszahl zusammen; und
eine Einrichtung zum Adressieren einer Sprungsequenzspeichereinrichtung unter Verwendung eines Ausgangs des zweiten Addierers zum Wählen von Kanälen.
einen ersten Pseudozufallszahlengenerator zum Erzeugen einer ersten Zufallszahl;
einen zweiten Pseudozufallszahlengenerator zum Erzeugen einer zweiten Zufallszahl;
einen ersten Addierer zum Addieren eines Versatzes zu der zweiten Pseudozufallszahl;
einen zweiten Addierer zum Addieren eines Ausgangs des ersten Addierers und der ersten Pseudozufallszahl zusammen; und
eine Einrichtung zum Adressieren einer Sprungsequenzspeichereinrichtung unter Verwendung eines Ausgangs des zweiten Addierers zum Wählen von Kanälen.
10. Einheit nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß der Versatz ein Wert ist,
der zu einer bestimmten entfernten Station gehört, die
in dem Funkkommunikationssystem verwendet wird.
11. Einheit nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Pseudozufallszahl
auf Grundlage eines eingegebenen Schlüsselwerts, der zu
einer bestimmten Zelle des Funkkommunikationssystems
gehört, erzeugt wird.
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