DE69731408T2

DE69731408T2 - Gerät und Verfahren zur Nachrichtenübertragung zwischen einer Feststation und einer Mobileinheit in einem CDMA Nachrichtenübertragungssystem

Info

Publication number: DE69731408T2
Application number: DE69731408T
Authority: DE
Inventors: Fatih Ozluturk; Gary R. Lomp; John W. Haim
Original assignee: InterDigital Technology Corp
Current assignee: InterDigital Technology Corp
Priority date: 1996-06-27
Filing date: 1997-06-23
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2017-06-24
Also published as: KR100872110B1; EP1037395B1; DE1172942T1; CA2413948C; EP1172942A2; JP2013110750A; CN102083190A; KR20050075769A; KR100972803B1; PT1411646E; EP1037395A3; ES2258190T3; KR20120031174A; CA2413954C; EP1814243B9; KR20090130868A; DK1037395T3; CA2578405A1; CA2577444C; JP3683279B2

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf CDMA-Kommunikationssysteme. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein CDMA-Kommunikationssystem, das die Übertragung kurzer Codes von Teilnehmereinheiten an eine Basisstation dazu verwendet, die Zeit zu verringern, welche die Basisstation zum Erfassen des Signals von einer Teilnehmereinheit benötigt. Die verbesserte Erfassungszeit erlaubt ein schnelleres Hochfahren der anfänglichen Sendeleistung von den Teilnehmereinheiten, während der unnötige Leistungsüberschuss verringert wird.
Beschreibung des Standes der Technik
Die Verwendung drahtloser Kommunikationssysteme hat im letzten Jahrzehnt dramatisch zugenommen, als die Zuverlässigkeit und Kapazität der Systeme stieg. Drahtlose Kommunikationssysteme wurden in einer Vielzahl von Anwendungsgebieten verwendet, wo Landleitungen einsetzende Systeme impraktikabel oder unmöglich einzusetzen sind. Die Anwendungsbereiche drahtloser Kommunikation sind zum Beispiel die zellulare Telefonkommunikation, die Kommunikation in entfernten Orten und zeitweise Kommunikationseinrichtungen zur Notfallrettung. Drahtlose Kommunikationssysteme wurden in letzter Zeit auch zu einer wirtschaftlich lebensfähigen Alternative, die alternde Telefonleitungen und veralterte Telefonausrüstung ersetzte.
Der Teil des HF-Spektrums, der zur Verwendung durch drahtlose Kommunikationssysteme zur Verfügung steht, ist eine kritische Ressource. Das HF-Spektrum muss von allen kommerziellen, öffentlichen und militärischen Anwendern gemeinsam genutzt werden. Es besteht ein konstanter Bedarf nach der Verbesserung des Wirkungsgrads drahtloser Kommunikationssysteme zur Erhöhung der Systemkapazität.
Codemultiplex-Vielfachzugrift (code division multiple access/CDMA)-Funkkommunikationssysteme haben sich auf diesem Gebiet als besonders vielversprechend herausgestellt. Auch wenn die herkömmlichen Zeitmultiplex-Vielfachzugriff(time division multiple access/TDMA)- und Frequenzmultiplex-Vielfachzugriff(frequency division multiple access/FDMA)-Systeme unter Verwendung der neuesten technischen Fortschritte verbessert wurden, haben insbesondere Breitband-Codemultiplex-Vielfachzugrifts(broadband code division multiple access^TM/B-CDMA^TM)-Systeme beträchtliche Vorteile gegenüber TDMA- und FDMA-Systemen. Dieser gute Wirkungsgrad beruht auf der verbesserten Codierung und Modulationsdichte, Interferenzabweisung und Mehrwegetoleranz von B-CDMA^TM-Systemen, sowie auf der Wiederverwendung des gleichen Spektrums in jeder Kommunikationszelle. Außerdem macht das Format von CDMA-Kommunikationssignalen ein Abhören von Anrufen extrem schwer, wodurch den Benutzern ein höheres Maß an Abhörsicherheit und allgemein ein größerer Schutz gegen Betrug gewährleistet wird.
In einem CDMA-System wird der gleiche Teil des Frequenzspektrums zur Kommunikation durch alle Teilnehmereinheiten verwendet. Jedes Basisbanddatensignal einer Teilnehmereinheit wird durch eine Codesequenz multipliziert, die als "Spreizcode" bezeichnet wird, die eine wesentlich höhere Rate als die Daten hat. Das Verhältnis der Spreizcoderate zur Datensymbolrate wird als "Spreizfaktor" oder "Verarbeitungsverstärkung" bezeichnet. Diese Codierung führt zu einem viel breiteren Übertragungsspektrum als das Spektrum des Basisbanddatensignals, daher wird dieses Verfahren als "Spreizspektrums"-Verfahren bezeichnet. Die Teilnehmereinheiten und ihre Kommunikationen können durch Zuweisung einzigartigen Spreizcodes für jede Kommunikationsverbindung unterschieden werden, die als CDMA-Kanal bezeichnet wird. Da alle Kommunikationen über das gleiche Frequenzband gesendet werden, wird jede CDMA-Kommunikation mit Kommunikationen vor anderen Teilnehmereinheiten und Rauschsignalen sowohl in der Frequenz als auch in der Zeit überlagert.
Die Verwendung des gleichen Frequenzspektrums durch mehrere Teilnehmereinheiten erhöht den Wirkungsgrad des Systems. Gleichzeitig führt dies bei einer erhöhten Anzahl der Benutzer jedoch auch zu einer allmählichen Verschlechterung der Systemsleistung. Jede Teilnehmereinheit erfasst Kommunikationssignale mit ihrem einzigartigen Spreizcode als gültige Signale, und alle anderen Signale werden als Rauschen betrachtet. Je stärker das Signal von einer Teilnehmereinheit an der Basisstation eintrifft, desto mehr Interferenz erfährt die Basisstation beim Empfangen und Demodulieren der Signale von anderen Teilnehmereinheiten. Schließlich kann die Leistung einer Teilnehmereinheit so groß sein, dass dadurch die Kommunikationen der anderen Teilnehmereinheiten beendet werden. Daher ist es in einem drahtlosen CDMA-Kommunikationssystem extrem wichtig, die Sendeleistung aller Teilnehmereinheiten zu steuern. Dies geschieht am besten durch die Verwendung eines Leistungsregelungsalgorithmus, nachdem eine Kommunikationsverbindung eingerichtet wurde.
Die Steuerung der Sendeleistung ist insbesondere dann kritisch, wenn eine Teilnehmereinheit mit einer Basisstation in Verbindung treten will und eine Leistungsregelung noch nicht eingerichtet wurde. Typischerweise verändert sich die von einer Teilnehmereinheit nötige Sendeleistung ständig in Abhängigkeit vom Propagationsverlust, der Interferenz von anderen Teilnehmern, dem Kanalrauschen, dem Schwund und anderen Kanaleigenschaften. Daher weiß eine Teilnehmereinheit nicht das Leistungsniveau, mit dem es zu senden anfangen sollte. Wenn die Teilnehmereinheit mit einem Leistungspegel zu senden beginnt, der zu hoch ist, kann sie die Kommunikation anderer Teilnehmereinheiten stören und sogar die Kommunikationsverbindungen anderer Teilnehmereinheiten unterbrechen. Wenn die anfängliche Sendeleistung zu niedrig ist, wird die Teilnehmereinheit von der Basisstation nicht erfasst, und es kommt keine Kommunikationsverbindung zu Stande.
Es gibt viele Verfahren zum Steuern der Sendeleistung in einem CDMA-Kommunikationssystem. Zum Beispiel offenbart das US-Patent Nr. 5,056,109 (Gilhousen et al.) ein Sendeleistungssteuerungssystem, bei dem die Sendeleistung der Teilnehmereinheit auf Grund periodischer Signalmessungen sowohl von der Teilnehmereinheit als auch von der Basisstation geschieht. Die Basisstation sendet ein Pilotsignal an alle Teilnehmereinheiten, die das empfangene Pilotsignal analysieren, den Leistungsverlust im übertragenen Signal schätzen und ihre Sendeleistung entsprechend einstellen. Jede Teilnehmereinheit weist ein nicht lineares Verlustausgabefilter auf, das plötzliche Leistungssteigerungen verhindert, die andere Teilnehmereinheiten stören würden. Dieses Verfahren ist so komplex, dass es einer Basisstation nicht erlaubt, eine Teilnehmereinheit schnell zu akquirieren, während gleichzeitig die Interferenz mit anderen Teilnehmereinheiten eingeschränkt wird. Außerdem sind die Propagationsverluste, die Interferenz und der Rauschpegel, die in einer Vorwärtsverbindung (Übertragung von einer Basisstation an eine Teilnehmereinheit) erfahren werden, oft nicht die gleichen wie in einer Rückwärtsverbindung (Übertragung von einer Teilnehmereinheit an die Basisstation). Rückwärtsverbindungs-Leistungsschätzungen auf der Grundlage von Vorwärtsverbindungsverlusten sind nicht präzise.
Viele andere Typen bekannter Sendeleistungssteuerungssysteme erfordern eine komplexe Steuerungssignalisierung zwischen kommunizierenden Einheiten oder vorgewählte Sendewerte zum Steuern der Sendeleistung. Diese Leistungssteuerungsverfahren sind unflexibel und oft nicht leicht in die Praxis umzusetzen.
Außerdem offenbart die EP 0 565 507 A2 ein System zum Minimieren der Interferenz zwischen zwei Radiostationen beim Einrichten von Radio-Kommunikationsverbindungen. Eine mobile Station sendet ein Niederpegel-Zugriffssignal aus und erhöht inkrementell den Sendeleistungspegel, bis die Basisstation das Signal erfasst. Nach einer Erfassung wird der Leistungspegel der Nachricht auf dem erfassten Pegel gehalten, so dass die Signalinterferenz vermieden wird. EP 0 565 507 A2 offenbart auch ein Verfahren zum Synchronisieren zufälliger Zugriffskommunikationen zwischen mobilen Stationen und der Basisstation trotz veränderlicher Entfernungen zwischen diesen.
Es besteht also ein Bedarf nach einem wirkungsvollen Verfahren zum Verringern der Reakquisitionszeit einer Teilnehmereinheit durch eine Basisstation in einem drahtlosen CDMA-Kommunikationssystem.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung sieht ein Netzwerk, das ein System zum Verringern der Reakquisitionszeit enthält, nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Verringern der Reakquisionszeit nach Anspruch 3 vor. Weitere bevorzugte Aspekte der Erfindung sind gemäß den abhängigen Ansprüchen vorgesehen.
Es ist demnach eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Steuerung der Leistungssteigerung während der Einrichtung eines Kommunikationskanals zwischen einer CDMA-Teilnehmereinheit und einer Basisstation vorzusehen.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nach der Lektüre einer derzeit bevorzugten Ausführungsform ersichtlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Überblicksschaltplan eines Codemultiplex-Vielfachzugriffs-Kommunikationssystems;
2 ist ein Diagramm, das den Versorgungsbereich einer Basisstation zeigt;
3 ist ein Zeitabstimmungsdiagramm von Kommunikationssignalen zwischen einer Basisstation und einer Teilnehmereinheit;
4 ist ein Fließdiagramm der Einrichtung eines Kommunikationskanals zwischen einer Basisstation und einer Teilnehmereinheit;
5 ist eine Kurvendarstellung der von einer Teilnehmereinheit ausgegebenen Sendeleistung;
6A und 6B sind Fließdiagramme der Einrichtung eines Kommunikationskanals zwischen einer Basisstation und einer Teilnehmereinheit unter der Verwendung von Kurzcodes;
7 ist eine Kurvendarstellung der Ausgangssendeleistung einer Teilnehmereinheit unter der Verwendung von Kurzcodes;
8 zeigt die adaptive Auswahl von Kurzcodes;
9 ist ein Blockdiagramm einer Basisstation;
10 ist ein Blockdiagramm der Teilnehmereinheit;
11A und 11B sind Fließdiagramme des Hochfahrvorgangs.
12 ist ein Diagramm, welches die Ausbreitung von Signalen zwischen einer Basisstation und mehreren Teilnehmereinheiten zeigt;
13 ist ein Fließdiagramm der bevorzugten Ausführungsform der anfänglichen Einrichtung eines Kommunikationskanals zwischen einer Basisstation und einer Teilnehmereinheit unter der Verwendung einer langsamen anfänglichen Akquisition;
14 ist ein Fließdiagramm der bevorzugten Ausführungsform der erneuten Einrichtung eines Kommunikationskanals zwischen einer Basisstation und einer Teilnehmereinheit unter Verwendung einer schnellen erneuten Akquisition;
15a ist ein Diagramm der Kommunikationen zwischen einer Basisstation und mehreren Teilnehmereinheiten;
15b ist ein Diagramm der Basisstation und einer Teilnehmereinheit, die virtuell lokalisiert wurde;
16 ist ein schematischer Überblick über mehrere Teilnehmereinheiten, die virtuell lokalisiert wurden;
17 ist eine Teilnehmereinheit, die entsprechend der Lehre der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;
18 ist ein Fließdiagramm einer alternativen Ausführungsform der anfänglichen Einrichtung eines Kommunikationskanals zwischen einer Basisstation und einer Teilnehmereinheit unter der Verwendung einer langsamen anfänglichen Akquisition;
19 ist ein Fließdiagramm einer alternativen Ausführungsform der Wiedereinrichtung eines Kommunikationskanals zwischen einer Basisstation und einer Teilnehmereinheit unter der Verwendung der schnellen erneuten Akquisition; und
20 ist ein Fließdiagramm einer zweiten alternativen Ausführungsform der anfänglichen Einrichtung eines Kommunikationskanals zwischen einer Basisstation und einer Teilnehmereinheit unter der Verwendung einer langsamen anfänglichen Akquisition.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Es folgt eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform an Hand der Figuren, in denen identische Referenznummern jeweils ähnliche Elemente repräsentieren.
Ein Kommunikationsnetz 10 ist in 1 gezeigt. Das Kommunikationsnetz 10 weist allgemein eine oder mehrere Basisstationen 14 auf, von denen jede in drahtloser Kommunikation mit mehreren Teilnehmereinheiten 16 steht, die stationär oder mobil sein können. Jede Teilnehmereinheit 16 kommuniziert entweder mit der am nächsten liegenden Basisstation 14 oder der Basisstation 14, die das stärkste Kommunikationssignal liefert. Die Basisstationen 14 kommunizieren auch mit einer Basisstationssteuerung 20, die Kommunikationen zwischen Basisstationen 14 koordiniert. Das Kommunikationsnetz 10 kann auch mit einem öffentliche Fernsprechwählnetz (PSTN) 22 verbunden sein, wobei die Basisstationssteuerung 20 auch Kommunikationen zwischen den Basisstationen 14 und dem PSTN 22 koordiniert. Vorzugsweise kommuniziert jede Basisstation 14 mit der Basisstationsteuerung 20 über eine drahtlose Verbindung, wenn auch eine Landleitung vorgesehen sein kann. Eine Landleitung ist insbesondere dann anzuwenden, wenn eine Basisstation 14 in nächster Nähe der Basisstationssteuerung 20 ist.
Die Basisstationssteuerung 20 führt mehrere Funktionen aus. Hauptsächlich leistet die Basisstationssteuerung 20 sämtliche Vorgänge, die Verwaltungs- und Wartungs-Signalisierung (OA&M), die der Einrichtung und Aufrechterhaltung sämtlicher drahtloser Kommunikationsverbindungen zwischen den Teilnehmereinheiten 16, den Basisstationen 14 und der Basisstationssteuerung 20 zugeordnet sind. Die Basisstationssteuerung 20 bildet auch eine Schnittstelle zwischen dem drahtlosen Kommunikationssystem 10 und dem PSTN 22. Diese Schnittstelle beinhaltet das Multiplexieren und Demultiplexieren der Kommunikationssignale, über die Basisstationssteuerung 20 beim System 10 eintreffen und vom diesem ausgehen. Es ist zwar gezeigt, dass das drahtlose Kommunikationssystem 10 Antennen zum Senden von HF-Signalen verwendet, doch wird der Fachmann erkennen, dass Kommunikationsverbindungen auch über Mikrowellen- oder Satellitenaufwärtsverbindungen hergestellt werden können. Außerdem können die Funktionen der Basisstationssteuerung 20 mit einer Basisstation 14 zum Bilden einer "Master-Basisstation" kombiniert werden.
In 2 ist die Propagation von Signalen zwischen einer Basisstation 14 und mehreren Teilnehmereinheiten 16 gezeigt. Ein bidirektionaler Kommunikationskanal (Verbindung) 18 weist ein von der Basisstation 14 zur Teilnehmereinheit 16 übertragenes Signal 20 (Tx) und ein von der Teilnehmereinheit 16 kommendes, an der Basisstation 14 empfangenes Signal 23 (Rx) auf. Das Tx-Signal 20 wird von der Basisstation 14 ausgesendet und von der Teilnehmereinheit 16 nach einer Propagationsverzögerung Δt empfangen. In ähnlicher Weise hat das Rx-Signal 23 seinen Ursprung bei der Teilnehmereinheit 16 und kommt nach einer weiteren Propagationsverzögerung Δt bei der Basisstation 14 an. Demnach ist die Rundlaufzeit 2Δt. In der bevorzugten Ausführungsform hat die Basisstation 14 einen Versorgungsbereich von ungefähr 30 km. Die Rundlaufzeit 24, die einer Teilnehmereinheit 16 beim maximalen Versorgungsbereich zugeordnet ist, beträgt 200 Mikrosekunden.
Einem Fachmann sollte klar sein, dass die Einrichtung eines Kommunikationskanals zwischen einer Basisstation und einer Teilnehmereinheit ein komplexer Vorgang ist, bei dem von der Basisstation 14 und der Teilnehmereinheit 16 viele Aufgaben ausgeführt werden müssen, die außerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung sind.
In 3 ist die Signalisierung zwischen einer Basisstation 14 und einer Teilnehmereinheit 16 gezeigt. Die Basisstation 14 sendet kontinuierlich einen Pilotcode 40 an alle Teilnehmereinheiten 16, die im Sendebereich der Basisstation 14 liegen. Der Pilotcode 40 ist ein Spreizcode, der keine Datenbits enthält. Der Pilotcode 40 wird zur Akquisition und Synchronisation von Teilnehmereinheiten 16 sowie zur Bestimmung der Parameter des im Empfänger eingesetzten adaptiven abgestimmten Filters verwendet.
Die Teilnehmereinheit 16 muss den Pilotcode 40, der von der Basisstation 14 gesendet wird, akquirieren, bevor sie Daten empfangen oder senden kann. Die Akquisition ist ein Vorgang, bei dem die Teilnehmereinheit 16 ihren lokal erzeugten Spreizcode mit dem empfangenen Pilotcode 40 ausrichtet. Die Teilnehmereinheit 16 durchsucht alle möglichen Phasen des empfangenen Pilotcodes 40, bis sie die korrekte Phase (den Beginn des Pilotcodes 40) entdeckt.
Die Teilnehmereinheit 16 synchronisiert dann ihren Sendespreizcode mit dem empfangenen Pilotcode 40, indem der Beginn ihres Sendespreizcodes mit dem Beginn des Pilotcodes 40 ausgerichtet wird. Eine Auswirkung dieser Empfangs- und Sendsynchronisation ist, dass die Teilnehmereinheit 16 keine zusätzliche Verzögerung einführt, was die Phase der Spreizcodes betrifft. Demnach ist gemäß 3 die relative Verzögerung zwischen dem Pilotcode 40, der von der Basisstation 14 ausgesendet wird, und dem Sendespreizcode 42 der Teilnehmereinheit, der von der Basisstation 14 empfangen wird, 2Δt, was einzig und allein auf die Rundlaufzeit zurückzuführen ist.
Der Pilotcode hat eine Länge von 29.877.120 Chips und benötigt zu seiner Übersendung ungefähr 2 bis 5 Sekunden, je nach dem Spreizfaktor. Die Länge des Pilotcodes 40 wurde als eine Vielfache des Datensymbols gewählt, unabhängig davon, welche Art der Datenrate oder Bandbreite verwendet wird. Wie dem Fachmann wohl bekannt ist, hat ein längerer Pilotcode 40 bessere Zufallseigenschaften, und die Frequenzantwort des Pilotcodes 40 ist gleichförmiger. Außerdem liefert ein längerer Pilotcode 40 eine niedrige Kanal-Kreuzkorrelation, wodurch die Kapazität des Systems 10 erhöht wird, wodurch mehr Teilnehmereinheiten 16 mit einer geringeren Interferenz unterstützt werden. Die Verwendung eines langen Pilotcodes 40 unterstützt auch eine größere Anzahl zufälliger Kurzcodes. Zu Synchronisationszwecken wird der Pilotcode 40 so gewählt, dass er die gleiche Periode wie alle anderen Spreizcodes hat, die im System 10 verwendet werden. Auf diese Weise ist eine Teilnehmereinheit 16, nachdem sie den Pilotcode 40 akquiriert hat, mit allen anderen von der Basisstation 14 gesendeten Signalen synchronisiert.
Während Leerlaufzeiten, wenn kein Anruf durchgeführt wird oder bevorsteht, bleibt die Teilnehmereinheit 16 mit der Basisstation 14 synchronisiert, indem periodisch der Pilotcode 40 erneut akquiriert wird. Dies ist notwendig, damit die Teilnehmereinheit 16 Abwärtssendungen, insbesondere Funkrufnachrichten, die eintreffende Anrufe anzeigen, empfangen und demodulieren kann.
Wenn eine Kommunikationsverbindung gewünscht wird, muss die Basisstation 14 das von der Teilnehmereinheit 16 gesendete Signal akquirieren, bevor sie Daten demodulieren kann. Die Teilnehmereinheit 16 muss ein Aufwärtssignal zur Akquisition durch die Basisstation 14 übersenden, um die Einrichtung der bidirektionalen Kommunikationsverbindung einzuleiten. Ein kritischer Parameter in diesem Vorgang ist der Sendeleistungspegel der Teilnehmereinheit 16. Ein Sendeleistungspegel, der zu hoch ist, kann die Kommunikationsverbindungen im gesamten Versorgungsbereich stören, während ein Sendeleistungspegel, der zu niedrig ist, verhindern kann, dass die Basisstation 14 das Aufwärtsverbindungssignal erfasst.
Die Teilnehmereinheit 16 beginnt mit dem Senden eines Leistungspegels, der garantiert niedriger als derjenige ist, der benötigt wird, und erhöht die Sendeausgangsleistung, bis der korrekte Leistungspegel erreicht wurde. Hierdurch wird das plötzliche Einführen einer starken Interferenz verhindert, wodurch die Kapazität des Systems 10 verbessert wird.
Die Einrichtung eines Kommunikationskanals und die von der Basisstation 14 und einer Teilnehmereinheit 16 durchgeführten Aufgaben sind in 4 gezeigt. Auch wenn viele Teilnehmereinheiten 16 im Versorgungsbereich der Basisstation 14 sein können, wird im Folgenden nur auf eine einzige Teilnehmereinheit 16 Bezug genommen, was für die Beschreibung des Betriebs der vorliegenden Erfindung einfacher ist.
Die Basisstation 14 beginnt damit, dass sie kontinuierlich einen periodischen Pilotcode 40 an alle Teilnehmereinheiten 16 aussendet, die im Versorgungsbereich der Basisstation 14 sind (Schritt 100). Während die Basisstation 14 den Pilotcode 40 sendet (Schritt 100), sucht die Basisstation 14 (Schritt 101) nach einem "Zugriffscode" 42, der von einer Teilnehmereinheit 16 ausgesendet wird. Der Zugriffscode 42 ist ein bekannter Spreizcode, der während der Einleitung der Kommunikationsverbindungen und der Leistungssteigerung von einer Teilnehmereinheit 16 an die Basisstation 14 gesendet wird. Die Basisstation 14 muss alle möglichen Phasen (Zeitverschiebungen) des Zugriffscodes 42 der von der Teilnehmereinheit 16 ausgesendet wird, durchsuchen, um die korrekte Phase zu finden. Dies wird als "Akquisition" oder als der "Erfassungs"-Vorgang bezeichnet (Schritt 101). Je länger der Zugriffscode 42 ist, desto länger braucht die Basisstation 14, um die Phasen zu durchsuchen und die korrekte Phase zu akquirieren.
Wie schon vorher erläutert, entspricht die relative Verzögerung zwischen von der Basisstation 14 ausgesendeten Signalen und den von der Basisstation 14 empfangenen Rücksignalen der Rundlaufzeit von 2Δt. Die maximale Verzögerung tritt beim maximalen Versorgungsbereich der Basisstation 14 auf, die als Zellengrenze bezeichnet wird. Demnach muss die Basisstation 14 bis zu so viele Codephasen durchsuchen, wie in der maximalen Rundlaufzeit liegen, was typischerweise weniger Codephasen sind, als in der Codeperiode vorhanden sind.
Für eine Datenrate Rb und Spreizcoderate Rc wird das Verhältnis L = Rc/Rb als der Spreizfaktor oder die Verarbeitungsverstärkung bezeichnet. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Zellgrenzradius 30 km, was je nach der Verarbeitungsverstärkung ungefähr zwischen 1000 und 2500 Codephasen in der maximalen Rundlaufzeit entspricht.
Wenn die Basisstation 14 nach dem Durchsuchen der maximalen Rundlaufzeit entsprechenden Codephasen den Zugriffscode nicht erfasst hat, wird die Suche wiederholt und dabei mit der Phase des Pilotcodes 40 begonnen, die einer Verzögerung Null entspricht (Schritt 102).
Während Leerlaufperioden wird der Pilotcode 40 von der Basisstation 14 bei der Teilnehmereinheit 16 empfangen, die periodisch ihren Sendespreizcodegenerator damit synchronisiert (Schritt 103). Wenn eine Synchronisation mit dem Pilotcode 40 verloren geht, reakquiriert die Teilnehmereinheit 16 den Pilotcode 40 und synchronisiert sich erneut (Schritt 104).
Wenn das Aufbauen einer Kommunikationsverbindung gewünscht wird, beginnt die Teilnehmereinheit 16 mit dem Senden Zugriffscodes 42 zurück an die Basisstation 14 (Schritt 106). Die Teilnehmereinheit 16 erhöht kontinuierlich die Sendeleistung, während der Zugriffscode 42 weiter gesendet wird (Schritt 108), bis sie von der Basisstation 14 eine Bestätigung erhält. Die Basisstation 14 erfasst den Zugriffscode 42 mit der korrekten Phase, nachdem der Mindestleistungspegel zum Empfang erreicht wurde (Schritt 110). Die Basisstation 14 sendet in der Folge ein Zugriffscode-Erfassungs-Bestätigungssignal (Schritt 112) an die Teilnehmereinheit 16. Nach dem Empfang der Bestätigung erhöht die Teilnehmereinheit 16 die Sendeleistung nicht weiter (Schritt 114). Nachdem das Hochfahren der Leistung abgeschlossen ist, wird die Leistungsregelung und die Rufeinrichtungssignalisierung durchgeführt (Schritt 116), um die bidirektionale Kommunikationsverbindung einzurichten.
Auch wenn die vorliegende Ausführungsform die Sendeleistung der Teilnehmereinheit 16 einschränkt, kann die Akquisition der Teilnehmereinheit 16 durch die Basisstation 14 auf diese Weise zu einem unnötigen Überschreiten der Leistung von der Teilnehmereinheit 16 aus führen, wodurch die Leistung des Systems 10 verringert wird.
Das Sendeleistungsausgangsprofil der Teilnehmereinheit 16 ist in 5 gezeigt. Bei t₀ beginnt die Teilnehmereinheit 16 mit dem Senden auf dem Anfangssendeleistungspegel P₀, welcher ein Leistungspegel ist, der garantiert niedriger ist als der für die Erfassung durch die Basisstation 14 benötigte Leistungspegel. Die Teilnehmereinheit 16 erhöht kontinuierlich den Sendeleistungspegel, bis sie eine Erfassungsanzeige von der Basisstation 14 empfängt. Damit die Basisstation 14 den Zugriffscode 42 von der Teilnehmereinheit 16 richtig erfassen kann, muss der Zugriffscode 42: 1) mit einem ausreichenden Leistungspegel empfangen werden; und 2) mit der entsprechenden Phase erfasst werden. Demnach muss gemäß 5 die Basisstation 14 weiterhin nach der korrekten Phase des Zugriffscodes 42 suchen, was bei t₀ geschieht, obwohl der Zugriffscode 42 zur Erfassung durch die Basisstation 14 bei t_P auf einem ausreichenden Leistungspegel ist.
Da die Teilnehmereinheit 16 den Sendeausgangsleistungspegel weiterhin erhöht, bis sie die Erfassungsbestätigung von der Basisstation 14 erhält, übersteigt die Sendeleistung des Zugriffscodes 42 den zur Erfassung durch die Basisstation 14 erforderlichen Leistungspegel. Dies führt zu einer unnötigen Interferenz für alle anderen Teilnehmereinheiten 16. Wenn das Überschreiten der Leistung zu groß ist, kann die Interferenz für die anderen Teilnehmereinheiten 16 so beträchtlich sein, dass bestehende Kommunikationsverbindungen anderer Teilnehmereinheiten 16 unterbrochen werden.
Es ist möglich, die Rate zu verringern, mit der die Teilnehmereinheit 16 ihre Sendeleistung erhöht, um so eine Überschreitung zu verhindern, jedoch führt dies zu einer längeren Anrufeinrichtungszeit. Der Fachmann wird verstehen, dass auch adaptive Hochfahrraten verwendet werden können, jedoch haben diese Raten Nachteile und werden ebenfalls die Leistungsüberschreitung nicht in allen Situationen wirkungsvoll ausschließen.
"Kurze Codes" und ein zweistufiger Kommunikationsverbindungs-Einrichtungsvorgang werden zum Erreichen einer schnellen Leistungssteigerung ohne große Leistungsüberschreitungen verwendet. Der von der Teilnehmereinheit 16 gesendete Spreizcode ist viel kürzer als die übrigen Spreizcodes (daher der Ausdruck Kurzcode), so dass die Anzahl von Phasen beschränkt ist und die Basisstation 14 den Code schnell durchsuchen kann. Der für diesen Zweck verwendete Kurzcode enthält keine Daten.
Die von der Basisstation 14 und der Teilnehmereinheit 16 zum Einrichten eines Kommunikationskanals unter der Verwendung von Kurzcodes durchgeführten Aufgaben sind in den 6A und 6B gezeigt. Während Leerlaufphasen sendet die Basisstation 14 periodisch und ständig den Pilotcode an alle Teilnehmereinheiten 16, die innerhalb des Versorgungsbereichs der Basisstation 14 liegen (Schritt 150). Die Basisstation 14 sucht ebenfalls kontinuierlich nach einem von der Teilnehmereinheit 16 ausgesendeten Kurzcode (Schritt 152). Die Teilnehmereinheit 16 akquiriert den Pilotcode und synchronisiert ihren Sendespreizcodegenerator mit dem Pilotcode. Die Teilnehmereinheit 16 überprüft ebenfalls periodisch, dass sie synchronisiert ist. Wenn die Synchronisation verloren geht, reakquiriert die Teilnehmereinheit 16 das von der Basisstation ausgesendete Pilotsignal (Schritt 156).
Wenn eine Kommunikationsverbindung gewünscht wird, beginnt die Teilnehmereinheit 16 mit dem Aussenden eines Kurzcodes mit dem Mindestleistungspegel P₀ (Schritt 158) und erhöht den Sendeleistungspegel ständig, während erneut der Kurzcode gesendet wird (Schritt 160), bis sie eine Bestätigung von der Basisstation 14 erhält, dass der Kurzcode von der Basisstation 14 erfasst wurde.
Der Zugriffscode ist, wie zuvor beschrieben, ungefähr 30 Millionen Chips lang. Der Kurzcode ist jedoch viel kürzer. Der Kurzcode kann so gewählt werden, dass er eine Länge hat, die so kurz ist, dass eine schnelle Erfassung möglich wird. Es ist vorteilhaft, die Länge des kurzen Codes so zu wählen, dass er die Zugriffscodeperiode glatt teilt. Für den hier beschriebenen Zugriffscode wird der Kurzcode vorzugsweise so ausgewählt, dass er 32, 64 oder 128 Chips lang ist. Alternativ kann der Kurzcode auch so kurz wie eine Symbollänge sein, wie im Einzelnen hiernach beschrieben wird.
Da der Beginn des Kurzcodes und der Beginn des Zugriffscode synchronisiert sind, weiß die Basisstation 14 nach einer Akquirierung des Kurzcodes durch die Basisstation 14, dass die entsprechende Phase des Zugriffscodes eine ganzzahlige Vielfache von N Chips von der Phase des Kurzcodes ist, wobei N die Länge des Kurzcodes ist. Die Basisstation 14 muss daher nicht alle möglichen Phasen durchsuchen, die der maximalen Rundlaufzeit entsprechen.
Bei der Verwendung des Kurzcodes tritt die korrekte Phase zur Erfassung durch die Basisstation 14 sehr viel häufiger auf. Wenn der zum Empfang erforderliche Mindestleistungspegel erreicht wurde, wird der Kurzcode schnell erfasst (Schritt 162) und die Sendeleistungsüberschreitung ist eingeschränkt. Die Sendeleistungserhöhungsrate kann beträchtlich erhöht werden, ohne dass sich das in einer großen Leistungsüberschreitung auswirkt. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Leistungserhöhungsrate unter der Verwendung des Kurzcodes ein Dezibel pro Millisekunde.
Die Basisstation 14 sendet in der Folge ein Kurzcode-Erfassungs-Anzeigesignal (Schritt 164) an die Teilnehmereinheit 16, die nach dem Empfang dieser Anzeige den zweiten Schritt der Leistungserhöhung einleitet. In diesem Schritt sendet die Teilnehmereinheit 16 den Kurzcode nicht weiter (Schritt 166), und beginnt mit dem ständigen Senden eines periodischen Zugriffscodes (Schritt 166). Die Teilnehmereinheit 16 erhöht weiterhin ihre Sendeleistung, während sie den Zugriffscode sendet, jedoch ist nun die Erhöhungsrate viel niedriger als die vorherige mit dem Kurzcode verwendete Steigerungsrate (Schritt 168). Die Steigerungsrate beim Zugriffscode ist vorzugsweise 0,05 Dezibel pro Millisekunde. Die langsame Steigerungsrate verhindert das Verlieren einer Synchronisation mit der Basisstation 14 aufgrund kleiner Veränderungen in den Kanalpropagationseigenschaften.
Bei diesem Punkt hat die Basisstation 14 dem Kurzcode mit der richtigen Phase und dem richtigen Leistungspegel erfasst (Schritt 162). Die Basisstation 14 muss sich nun mit dem Zugriffscode synchronisieren, der die gleiche Länge wie alle anderen Spreizcodes hat und viel länger als der Kurzcode ist. Unter der Verwendung des Kurzcodes kann die Basisstation 14 die richtige Phase des Zugriffscodes viel schneller erkennen. Die Basisstation 14 beginnt mit der Suche nach der richtigen Phase des Zugriffscodes (Schritt 170). Da jedoch der Beginn des Zugriffscodes mit dem Beginn des Kurzcodes synchronisiert ist, muss die Basisstation 14 nur nach jedem N-ten Chip suchen; wobei N = die Länge des Kurzcodes ist. Zusammengefasst akquiriert die Basisstation 14 schnell den Zugriffscode der richtigen Phase und des richtigen Leistungspegels durch: 1) Erfassen des Kurzcodes; und 2) Bestimmen der richtigen Phase des Zugriffscodes durch ein Durchsuchen des Zugriffscodes am jeweiligen N-ten Chip vom Beginn des Kurzcodes.
Wenn die richtige Phase des Zugriffscodes nach einer Durchsuchung der Anzahl von Phasen in der maximalen Rundlaufzeit nicht erfasst wurde, beginnt die Basisstation 14 erneut mit der Suche nach dem Zugriffscode, indem bei jedem Chip anstelle von jedem N-ten Chip gesucht wird (Schritt 172). Wenn die richtige Phase des Zugriffscodes erfasst wurde (Schritt 174), sendet die Basisstation 14 eine Zugriffscode-Erfassungsbestätigung (Schritt 176) an die Teilnehmereinheit 16, welche nach dem Empfang dieser Bestätigung die Leistung nicht weiter steigert (Schritt 178). Nachdem die Leistungssteigerung abgeschlossen ist, wird eine Leistungsregelung und eine Anrufeinrichtungssignalisierung durchgeführt (Schritt 180), um die bidirektionale Kommunikationsverbindung einzurichten.
Auch wenn gemäß 7 der Anfangsleistungspegel P₀ der gleiche ist wie in der vorherigen Ausführungsform, so kann die Teilnehmereinheit 16 den Sendeleistungspegel unter Verwendung der Kurzcodes mit einer viel höheren Rate steigern. Der Kurzcode ist schnell erfasst, nachdem der Sendeleistungspegel den Mindesterfassungspegel überschritten hat, wodurch die Sendeleistungsüberschreitung minimiert wird.
Auch wenn der gleiche Kurzcode von der Teilnehmereinheit 16 wieder verwendet werden kann, werden die Kurzcodes gemäß dem folgenden Vorgang dynamisch ausgewählt und aktualisiert. Gemäß 8 ist die Periode des Kurzcodes gleich einer Symbollänge, und der Beginn einer jeden Periode ist auf eine Symbolgrenze ausgerichtet. Die Kurzcodes werden aus einem Spreizcode regulärer Länge erzeugt. Ein Symbollängenteil vom Beginn des Spreizcodes wird als der Kurzcode für die nächsten 3 Millisekunden gespeichert und verwendet. Alle 3 Millisekunden ersetzt ein neuer Teil einer Symbollänge des Spreizcodes den alten Kurzcode. Da die Spreizcodeperiode eine ganzzahlige Vielfache von 3 Millisekunden ist, werden die gleichen Kurzcodes nach jeder Periode des Spreizcodes wiederholt. Eine periodische Aktualisierung des Kurzcodes mittelt die durch den Kurzcode erzeugte Interferenz über das gesamte Spektrum.
Ein Blockdiagramm der Basisstation 14 in 9 gezeigt. Kurz beschrieben umfasst die Basisstation 14 einen Empfängerabschnitt 50, einer Senderabschnitt 52 und eine Richtungsweiche (Diplexer) 54. Ein HF-Empfänger 56 empfängt das von der Richtungsweiche 54 empfange HF-Signal und mischt es abwärts. Der Empfangs-Spreizcode-Generator 58 gibt sowohl an den Datenempfänger 60 als auch an den Codedetektor 62 einen Spreizcode aus. Im Datenempfänger 60 wird der Spreizcode mit dem Basisbandsignal korreliert, um das Datensignal zu extrahieren, das zur weiteren Bearbeitung weitergeleitet wird. Das empfangene Basisbandsignal wird ebenfalls an den Codedetektor 62 weitergeleitet, der den Zugriffscode oder den Kurzcode von der Teilnehmereinheit 16 erfasst und die Zeitgebung des Spreizcodegenerators 58 zur Einrichtung eines Kommunikationskanals 18 einstellt.
Im Senderabschnitt 52 der Basisstation 14 gibt der Sendespreizcodegenerator 64 einen Spreizcode an den Datensender 66 und den Pilotcodesender 68 aus. Der Pilotcodesender 68 sendet kontinuierlich den periodischen Pilotcode. Der Datensender 66 sendet die Kurzcode- Erfassungsanzeige und die Zugriffscode-Erfassungsbestätigung, nachdem der Codedetektor 62 den Kurzcode beziehungsweise den Erfassungscode erfasst hat. Der Datensender sendet ebenfalls andere Nachrichten- und Datensignale. Die Signale vom Datensender 66 und vom Pilotcodesender 68 werden durch den HF-Sender 70 zur Aussendung an die Teilnehmereinheiten 16 kombiniert und aufwärts gemischt.
Ein Blockdiagramm der Teilnehmereinheit 16 ist in 10 gezeigt. Kurz beschrieben umfasst die Teilnehmereinheit 16 einen Empfängerabschnitt 72, einen Senderabschnitt 74 und eine Richtungsweiche (Diplexer) 84. Ein HF-Empfänger 76 empfängt das von der Richtungsweiche 64 empfange HF-Signal und mischt es abwärts. Ein Pilotcodedetektor 80 korreliert den Spreizcode mit dem Basisbandsignal, um den von der Basisstation 16 gesendeten Pilotcode zu akquirieren. Auf diese Weise erhält der Pilotcodedetektor 80 die Synchronisation mit dem Pilotcode aufrecht. Der Empfänger-Spreizcode-Generator 82 erzeugt einen Spreizcode und gibt diesen an den Datenempfänger 78 und den Pilotcodedetektor 80 aus. Der Datenempfänger 78 korreliert den Spreizcode mit dem Basisbandsignal, um die Kurzcode-Erfassungsanzeige und die Zugriffscode-Erfassungsbestätigung zu verarbeiten, die von der Basisstation 16 ausgesendet werden.
Der Senderabschnitt 74 umfasst einen Spreizcodegenerator 86, der Spreizcodes erzeugt und sie an einen Datensender 88 und einen Kurzcode- und Zugriffscode-Sender 90 ausgibt. Der Kurzcode- und Zugriffscodesender 90 sendet diese Codes in unterschiedlichen Stadien des Leistungssteigerungsvorgangs, wie zuvor beschrieben. Die Signale, die aus dem Datensender 88 und dem Kurzcode- und Zugriffscodesender 90 ausgesendet werden, werden vom HF-Sender 92 zur Sendung an die Basisstation 14 kombiniert und aufwärts gemischt. Die Zeitgebung des Empfänger-Spreizcode-Generators 82 wird durch den Pilotcodedetektor 80 durch den Akquisitionsvorgang eingestellt. Der Empfänger- und der Sender-Spreizcode-Generator 82, 86 werden ebenfalls synchronisiert.
Ein Überblick über den Leistungssteigerungsvorgang ist in den 11A und 11B zusammengefasst. Die Basisstation 14 sendet einen Pilotcode aus, während sie nach dem Kurzcode sucht (Schritt 200). Die Teilnehmereinheit 16 akquiriert den von der Basisstation 14 ausgesendeten Pilotcode (Schritt 202), beginnt mit dem Senden eines Kurzcodes, wobei bei einem Mindestleistungspegel P₀ angefangen wird, der garantiert geringer als die benötigte Leistung ist, und erhöht schnell die Sendeleistung (Schritt 204). Nachdem der empfangene Leistungspegel bei der Basisstation 14 den zur Erfassung des Kurzcodes benötigten Mindestleistungspegel erreicht hat (Schritt 206), akquiriert die Basisstation 14 die korrekte Phase des Kurzcodes, sendet eine Anzeige über diese Erfassung aus, und beginnt mit der Suche nach dem Zugriffscode (Schritt 208). Nach dem Empfang der Erfassungsanzeige stellt die Teilnehmereinheit 16 das Aussenden des Kurzcodes ein und beginnt mit dem Aussenden eines Zugriffscodes. Die Teilnehmereinheit 16 leitet eine langsame Steigerung der Sendeleistung ein, während der Zugriffscode gesendet wird (Schritt 210). Die Basisstation 14 sucht nach der korrekten Phase des Zugriffscodes durch ein Durchsuchen lediglich einer Phase aus jedem die Länge eines Kurzcodes aufweisenden Teil des Zugriffscodes (Schritt 212). Wenn die Basisstation 14 die Phasen des Zugriffscodes bis zur maximalen Rundlaufzeit durchsucht hat und die korrekte Phase noch nicht erfasst hat, wird die Suche wiederholt, indem jetzt jede Phase durchsucht wird (Schritt 214). Nach dem Erfassen der korrekten Phase des Zugriffscodes durch die Basisstation 14, sendet die Basisstation 14 eine Bestätigung an die Teilnehmereinheit 16 (Schritt 216). Der Empfang der Bestätigung durch die Teilnehmereinheit 16 schließt den Leistungssteigerungsvorgang ab. Eine Leistungsregelung wird eingerichtet, und die Teilnehmereinheit 16 führt den Anrufeinrichtungsvorgang dadurch fort, dass entsprechende Anrufeinrichtungsnachrichten gesendet werden (Schritt 218).
Eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei der Wiederherstellung einer Kommunikationsverbindung wird anhand von 12 beschrieben. Es ist die Ausbreitung bestimmter Signale bei der Einrichtung eines Kommunikationskanals 318 zwischen einer Basisstation 314 und mehreren Teilnehmereinheiten 316 gezeigt. Das Vorwärts-Pilot-Signal 320 wird zur Zeit t₀ von der Basisstation 314 ausgesendet und nach einer Laufzeit Δt von einer Teilnehmereinheit 316 empfangen. Damit die Teilnehmereinheit 316 von der Basisstation 314 akquiriert werden kann, sendet sie ein Zugangssignal 322, das nach einer weiteren Laufzeit Δt von der Basisstation 314 empfangen wird. Demnach ist die Umlaufzeit 2Δt. Das Zugangssignal 322 wird in Nullphasenwinkelausrichtung zum Vorwärts-Pilot-Signal 320 übertragen, was bedeutet, dass die Codephase des Zugangssignals 322 bei ihrer Übertragung mit der Codephase des empfangenen Vorwärts-Pilot-Signals 320 identisch ist.
Die Umlaufzeit hängt vom Standort der Teilnehmereinheit 316 bezüglich der Basisstation 314 ab. Kommunikationssignale, die von einer Teilnehmereinheit 316 übertragen werden, die näher bei einer Basisstation 314 liegt, werden eine kürzere Laufzeit erfahren als eine Teilnehmereinheit 316, die weiter von der Basisstation 314 entfernt ist. Da die Basisstation 314 dazu fähig sein muss, Teilnehmereinheiten 316 zu akquirieren, die an einem beliebigen Standort innerhalb der Zelle 330 sind, muss die Basisstation 314 alle Codephasen des Zugangssignals durchsuchen, die dem gesamten Bereich von Laufzeiten der Zelle 330 entsprechen.
In 13 sind die einer anfänglichen Akquisition einer Teilnehmereinheit 316 durch eine Basisstation 314 zugeordneten Aufgaben gezeigt. Wenn eine Teilnehmereinheit 316 die Einrichtung eines Kanals 318 bei einer Basisstation 314 wünscht, bei der sie noch nie einen Kanal eingerichtet hat, hat die Teilnehmereinheit 316 keine Kenntnis der Umlaufzeit. Demnach leitet die Teilnehmereinheit 316 den Vorgang zur Kanaleinrichtung bei der anfänglichen Akquisition ein.
Die Teilnehmereinheit 316 wählt einen niedrigen anfänglichen Leistungspegel und eine Codephasenverzögerung Null (wodurch die Codephase des gesendeten Zugangssignals 320 mit der Codephase des empfangenen Vorwärts-Pilot-Signals 320 nullphasenwinkelausgerichtet wird) und beginnt mit der Sendung des Zugangssignals 322, während die Sendeleistung langsam (0,05–0,1 dB/ms) hochgefahren wird (Schritt 400). Während die Teilnehmereinheit 316 den Empfang des Bestätigungssignals von der Basisstation 314 abwartet, variiert sie die Codephasenverzögerung in vorbestimmten Schritten von Null zu der Verzögerung, die dem Rand der Zelle 330 (der maximalen Codephasenverzögerung) entspricht, während zwischen den Schritten genügend Zeit gelassen wird, damit die Basisstation 314 das Zugangssignal 322 erfassen kann (Schritt 402). Wenn die Teilnehmereinheit 316 die Codephasenverzögerung erreicht hat, die dem Rand der Zelle 330 entspricht, wiederholt sie den Vorgang des Variierens der Codephasenverzögerung, während die langsame Leistungssteigerung fortgeführt wird (Schritt 402).
Um Teilnehmereinheiten 316 zu akquirieren, die einen Zugang wünschen, sendet die Basisstation 314 ständig ein Vorwärts-Pilot-Signal 320 und versucht, das Zugangssignal 322 von den Teilnehmereinheiten 316 zu erfassen (Schritt 404). Dabei muss die Basisstation 314 nicht bei allen Codephasenverzögerungen innerhalb der Zelle 330 Zugangssignale 322 testen, wie das bei derzeitigen Systemen der Fall ist, sondern braucht nur Codephasenverzögerungen zu testen, die um den Rand der Zelle 330 zentriert sind.
Die Basisstation 314 erfasst das Zugangssignal 322 (Schritt 406), wenn die Teilnehmereinheit 316 beginnt, mit genügender Leistung zu der Codephasenverzögerung zu senden, welche die Teilnehmereinheit 316 am Rand der Zelle 330 erscheinen lässt, wodurch die Teilnehmereinheit 316" virtuell" am Rand der Zelle 330 lokalisiert wird. Die Basisstation 314 sendet dann ein Signal an die Teilnehmereinheit 316, das bestätigt, dass das Zugangssignal 322 empfangen wurde (Schritt 408), und fährt mit dem Kanaleinrichtungsvorgang fort (Schritt 410).
Nachdem die Teilnehmereinheit 316 einmal das Bestätigungssignal empfangen hat (Schritt 412), hört es mit der Sendeleistungssteigerung auf, hört mit dem Variieren der Codephasenverzögerung auf (Schritt 414) und zeichnet den Wert der Codephasenverzögerung für nachfolgende erneute Akquisitionen auf (Schritt 416). Die Teilnehmereinheit 316 fährt dann mit dem Kanaleinrichtungsvorgang fort, bei dem auch eine Sendeleistungsregelung eingeschlossen ist (Schritt 418).
Bei nachfolgenden erneuten Akquisitionen, bei denen eine Teilnehmereinheit 316 die Einrichtung eines Kanals 318 mit einer Basisstation 314 wünscht, leitet die Teilnehmereinheit 316 den Vorgang der Kanaleinrichtung zur erneuten Akquisition ein, der in 14 gezeigt ist. Die Teilnehmereinheit 316 wählt einen niedrigen anfänglichen Leistungspegel und die Codephasenverzögerung, die während des anfänglichen Akquisitionsvorgangs aufgezeichnet wurde (in 13 gezeigt), und fängt mit der ständigen Sendung des Zugangssignals 322 an, während die Sendeleistung schnell (1 dB/ms) gesteigert wird (Schritt 420). Während die Teilnehmereinheit 316 auf den Empfang des Bestätigungssignals von der Basisstation 314 wartet, variiert sie die Codephasenverzögerung des Zugangssignals 322 geringfügig um die aufgezeichnete Codephasenverzögerung herum, während der Basisstation 314 genügend Zeit gelassen wird, das Zugangssignal 322 zu erfassen, bevor die Verzögerung verändert wird (Schritt 422). Die Basisstation 314 sendet wie in 13 ein Vorwärts-Pilot-Signal 320 und testet nur die Codephasenverzögerungen am Rand der Zelle 330 beim Versuch, die Teilnehmereinheiten 316 innerhalb ihres Betriebsbereiches zu akquirieren (Schritt 424). Die Basisstation 314 erfasst das Zugangssignal 322, wenn die Teilnehmereinheit 316 mit genügender Leistung zur Codephasenverzögerung sendet, welche die Teilnehmereinheit 316 am Rand der Zelle 330 erscheinen lässt (Schritt 426). Die Basisstation 314 sendet ein Signal an die Teilnehmereinheit 316, das bestätigt, dass das Zugangssignal 322 empfangen wurde (Schritt 428), und fährt mit dem Kanaleinrichtungsvorgang fort (Schritt 430).
Wenn die Teilnehmereinheit 316 das Bestätigungssignal empfängt (Schritt 432), hört sie mit der Leistungssteigerung auf, hört mit dem Variieren der Codephasenverzögerung auf (Schritt 434) und zeichnet den derzeitigen Wert der Codephasenverzögerung für nachfolgende erneute Akquisitionen auf (Schritt 436). Diese Codephasenverzögerung kann sich von der anfänglich verwendeten Codephasenverzögerung leicht unterscheiden, die am Beginn des erneuten Akquisitionsvorgangs verwendet wurde (Schritt 422). Die Teilnehmereinheit 316 fährt dann beim derzeitigen Leistungspegel mit dem Kanaleinrichtungsvorgang fort (Schritt 438). Wenn eine Teilnehmereinheit 316 nach einer vorbestimmten Zeit noch kein Bestätigungssignal von der Basisstation 314 empfangen hat, kehrt die Teilnehmereinheit 316 zum anfänglichen Akquisitionsvorgang zurück, der in 13 beschrieben ist.
Die Auswirkung der Einführung einer Codephasenverzögerung in der Tx-320- und Rx-322-Kommunikation zwischen der Basisstation 314 und einer Teilnehmereinheit 316 wird anhand der 15a und 15b erläutert. In 15a kommuniziert eine Basisstation 460 mit zwei Teilnehmereinheiten 462, 464. Die erste Teilnehmereinheit 462 ist bei der maximalen Betriebsreichweite 30 km von der Basisstation 460 entfernt. Die zweite Teilnehmereinheit 464 ist 15 km von der Basisstation 460 entfernt. Die Laufzeiten von Tx- und Rx-Kommunikationen zwischen der ersten Teilnehmereinheit 462 und der Basisstation 460 werden doppelt so groß sein wie diejenigen von Kommunikationen zwischen der zweiten Teilnehmereinheit 464 und der Basisstation 460.
Nachdem gemäß 15b ein zusätzlicher Verzögerungswert 466 in den Tx-PN-Generator der zweiten Teilnehmereinheit 464 eingefügt wurde, wird die Laufzeit der Kommunikationen zwischen der ersten Teilnehmereinheit 462 und der Basisstation 460 die gleiche sein wie die Laufzeit von Kommunikationen zwischen der zweiten Teilnehmereinheit 464 und der Basisstation 460. Aus Sicht der Basisstation 460 erscheint es so, als ob die zweite Teilnehmereinheit 464 sich in der virtuellen Entfernung 464' befände.
In 16 ist zu sehen, dass, wenn mehrere Teilnehmereinheiten S1–S7 virtuell S1'–S7' zur virtuellen Reichweite 475 relokalisiert werden, die Basisstation B nur die Codephasenverzögerungen testen muss, die um die virtuelle Reichweite 475 zentriert sind.
Unter Verwendung der vorliegenden Erfindung wird eine Teilnehmereinheit 316, die einen ausreichenden Leistungspegel erreicht hat, von der Basisstation 314 in ungefähr 2 ms akquiriert. Aufgrund der kürzeren Akquisitionszeit kann die Teilnehmereinheit 316 die Leistung viel schneller steigern (in der Größenordnung von 1 dB/ms), ohne dass dadurch beträchtlich über den erwünschten Leistungspegel hinausgeschossen wird. Unter Annahme der gleichen 20 dB-Leistungsverringerung würde die Teilnehmereinheit 316 zum Erreichen des ausreichenden Leistungspegels zur Erfassung durch die Basisstation 314 ungefähr 20 ms brauchen. Demnach wäre die gesamte Zeitdauer des erneuten Akquisitionsvorgangs der vorliegenden Erfindung ungefähr 22 ms, was eine Verringerung um eine Größenordnung gegenüber bekannten Verfahren zur erneuten Akquisition bedeutet.
Eine Teilnehmereinheit 500, die gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, ist in 17 gezeigt. Die Teilnehmereinheit 500 weist einen Empfängerabschnitt 502 und einen Senderabschnitt 504 auf. Eine Antenne 506 empfängt ein Signal von der Basisstation 314, das von einem Bandpassfilter 508 gefiltert wird, der eine Bandbreite gleich der doppelten Chiprate und eine Mittelfrequenz gleich der Mittelfrequenz der Spreizspektrum-Systembandbreite hat. Das Ausgangssignal des Filters 508 wird von einem Mischer 510 unter Verwendung eines lokalen Oszillators mit konstanter Frequenz (Fc) auf ein Basisbandsignal abwärts gemischt. Das Ausgangssignal des Mischers 510 wird dann durch Anlegen einer PN-Sequenz an einen Mischer 512 im PN-Rx-Generator 514 spreizspektrumsdecodiert. Das Ausgangssignal des Mischers 512 wird an ein Tiefpassfilter 516 angelegt, das eine Grenzfrequenz bei der Datenrate (Fb) der PCM-Datensequenz hat. Das Ausgangssignal des Filters 516 wird an einen Coder/Decoder (Codec) 518 angelegt, der mit der Kommunikationseinheit 520 in Verbindung steht.
Ein Basisbandsignal von der Kommunikationseinheit 520 wird vom Codec 518 pulscodemoduliert. Hierzu wird vorzugsweise eine adaptive Pulscodemodulation (ADPCM) mit 32 Kilotbit pro Sekunde verwendet. Das PCM-Signal wird an einen Mischer 522 im PN-Tx-Generator 524 angelegt. Der Mischer 522 multipliziert das PCM-Datensignal mit der PN-Sequenz. Das Ausgangssignal des Mischers 522 wird an ein Tiefpassfilter 526 angelegt, dessen Grenzfrequenz gleich der Systemchiprate ist. Das Ausgangssignal des Filters 526 wird dann an einen Mischer 528 angelegt und in entsprechender Weise aufwärts gemischt, wie das durch die Trägerfrequenz Fc bestimmt wird, die an die andere Klemme angelegt wird. Das aufwärts gemischte Signal wird dann durch ein Bandpassfilter 530 und an einen Breitband-HF-Verstärker 532 geleitet, der eine Antenne 534 ansteuert.
Der Mikroprozessor 536 steuert den Akquisitionsvorgang sowie die Rx- und Tx-PN-Generatoren 514, 524. Der Mikroprozessor 536 steuert die Codephasenverzögerung, die den Rx- und Tx-PN-Generatoren 514, 524 zum Akquirieren des Vorwärts-Pilot-Signals 320 hinzugefügt wird, und diejenige zur Akquirierung der Teilnehmereinheit 500 durch die Basisstation 314, und zeichnet die Codephasendifferenz zwischen diesen PN-Generatoren auf. Zur erneuten Akquisition fügt der Mikroprozessor 536 die aufgezeichnete Verzögerung dem Tx-PN-Generator 524 hinzu.
Die Basisstation 314 verwendet eine Konfiguration ähnlich der Teilnehmereinheit 316 zum Erfassen PN-codierter Signale von der Teilnehmereinheit 500. Der (nicht gezeigte) Mikroprozessor in der Basisstation 314 steuert den Rx-PN-Generator in ähnlicher Weise zur Erzeugung der Codephasendifferenz zwischen Rx-PN-Generator und dem Tx-PN-Generator gleich der Umlaufzeit des virtuellen Standorts der Teilnehmereinheit 316. Nachdem die Basisstation 314 das Zugangssignal 322 von der Teilnehmereinheit 316 akquiriert hat, verwenden alle anderen Signale von der Teilnehmereinheit 316 an die Basisstation 314 (Verkehr, Pilot, usw.) die gleiche Codephasenverzögerung, die während des Akquisitionsvorgangs bestimmt wurde.
Es wird darauf hingewiesen, dass bei der vorliegenden Erfindung zwar das virtuelle Lokalisieren von Teilnehmereinheiten 316 am Rand der Zelle 330 beschrieben wurde, doch kann das virtuelle Lokalisieren in einer beliebigen festen Entfernung von der Basisstation 314 geschehen.
In 18 sind die Aufgaben gezeigt, die gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einer anfänglichen Akquisition einer "noch nie akquirierten" Teilnehmereinheit 316 durch eine Basisstation 314 zugeordnet sind. Die Teilnehmereinheit 316 überträgt ein nullphasenwinkelausgerichtetes Zugangssignal 322 ständig an die Basisstation 314 (Schritt 600), wenn die Einrichtung eines Kanals 318 gewünscht wird. Während die Teilnehmereinheit 316 auf den Empfang eines Bestätigungssignals von der Basisstation 314 wartet, erhöht sie ständig die Sendeleistung, während sie mit der Sendung des Zugangssignals 322 fortfährt (Schritt 602).
Zum Erfassen von Teilnehmereinheiten, die noch nie akquiriert wurden, sendet die Basisstation 314 ein Vorwärts-Pilot-Signal 320 und durchsucht ein Mal die ganze Zelle durch Suchen aller Codephasen, welche dem gesamten Bereich von Laufzeiten der Zelle entsprechen (Schritt 604), und erfasst das nullphasenwinkelausgerichtete Zugangssignal 322, das von der Teilnehmereinheit 316 gesendet wurde, nachdem die Sendung eine zur Erfassung genügende Leistung erreicht hat (Schritt 606). Die Basisstation 314 sendet ein Signal an die Teilnehmereinheit 316 (Schritt 608), das bestätigt, dass das Zugangssignal 322 empfangen wurde. Die Teilnehmereinheit 316 empfängt das Bestätigungssignal (Schritt 610) und hört mit der Steigerung der Sendeleistung auf (Schritt 612).
Die Basisstation 314 stellt die gewünschte Codephasenverzögerung der Teilnehmereinheit 316 dadurch fest, dass die Differenz zwischen den Tx- und Rx-PN-Generatoren 524, 514 festgestellt wird (Schritt 614), nachdem die Teilnehmereinheit 316 akquiriert wurde. Der gewünschte Codephasenverzögerungswert wird als eine OA&M-Nachricht an die Teilnehmereinheit 316 gesendet (Schritt 616), welche den Wert empfängt und zur Verwendung während einer erneuten Akquisition speichert (Schritt 618) und mit dem Kanaleinrichtungsvorgang fortfährt (Schritte 622 und 624).
In 19 ist ein alternatives Verfahren einer schnellen erneuten Akquisition gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wenn ein Kommunikationskanal zwischen der Teilnehmereinheit 316 und der Basisstation 314 erneut eingerichtet werden muss, sendet die Teilnehmereinheit 316 das Zugangssignal 322 mit der gewünschten Codephasenverzögerung wie in der bevorzugten Ausführungsform.
Da sich alle der vorher akquirierten Teilnehmereinheiten 316 in der gleichen virtuellen Entfernung befinden, braucht die Basisstation 314 nur die Codephasenverzögerungen zu durchsuchen, die um den Rand der Zelle zentriert sind, um die Zugangssignale 322 dieser Teilnehmereinheiten 316 zu akquirieren (Schritt 630). Auf diese Weise kann eine Teilnehmereinheit 316 die Leistung schnell hochfahren, um die häufigeren Akquisitionsgelegenheiten zu nutzen. Die Teilnehmereinheit 316 wendet die Verzögerung in der gleichen Weise wie in der bevorzugten Ausführungsform an. Die Basisstation 314 erfasst in der Folge die Teilnehmereinheit 316 am Rand der Zelle (Schritt 636), sendet ein Bestätigungssignal an die Teilnehmereinheit (Schritt 637) und berechnet gegebenenfalls den gewünschten Codephasenverzögerungswert neu. Eine Neuberechnung (Schritt 638) gleicht Ausbreitungspfadveränderungen, Oszillatordrift und andere Kommunikationsvariablen aus. Die Teilnehmereinheit 316 empfängt das Bestätigungssignal von der Basisstation 316 (Schritt 639).
Die Basisstation 314 sendet den aktualisierten gewünschten Codephasenverzögerungswert an die Teilnehmereinheit 316 (Schritt 640), die den aktualisierten Wert empfängt und speichert (Schritt 642). Die Teilnehmereinheit 316 und die Basisstation 314 fahren dann mit den Kanaleinrichtungsvorgangskommunikationen fort (Schritte 644 und 646).
Es wird darauf hingewiesen, dass bei der alternativen Ausführungsform die Basisstation sowohl die Codephasenverzögerungen durchsuchen muss, die um den Rand der Zelle zentriert sind, um zuvor akquirierte Teilnehmereinheiten erneut zu akquirieren, als auch die Codephasenverzögerungen für die gesamte Zelle, um Teilnehmereinheiten zu akquirieren, die noch nie akquiriert wurden.
In 20 sind die Aufgaben gezeigt, die einer anfänglichen Akquisition noch nie akquirierter Teilnehmereinheiten 316 durch eine Basisstation 314 gemäß einer zweiten alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zugeordnet sind. Wenn bei der in 18 gezeigten Ausführungsform eine noch nie akquirierte Teilnehmereinheit 316 akquiriert wird, bleibt das Zugangssignal 322 mit dem Vorwärts-Pilot-Signal 320 nullphasenwinkelausgerichtet. In dieser Ausführungsform verändern die Basisstation 314 und die Teilnehmereinheit 316 die Codephasenausrichtung des Zugangssignals 322 von nullphasenwinkelausgerichtet auf (um die Codephasenverzögerung) verzögert, um die Teilnehmereinheit 316 am Rand der Zelle erscheinen zu lassen. Diese Veränderung wird zu einer festgelegten Zeit durchgeführt.
Die Schritte 700 bis 718 sind die gleichen wie die entsprechenden Schritte 600 bis 618, die in 18 gezeigt sind. Nachdem jedoch die Basisstation 314 den erwünschten Verzögerungswert an die Teilnehmereinheit 316 gesendet hat (Schritt 716), sendet die Basisstation 314 eine Nachricht an die Teilnehmereinheit 316, um zu einer Zeit auf den gewünschten Verzögerungswert umzuschalten, die auf einen Unterphasenwinkel des Vorwärts-Pilot-Signals 320 bezogen ist (Schritt 720). Die Teilnehmereinheit 316 empfängt diese Nachricht (Schritt 722), und beide Einheiten 314, 316 warten, bis die Umschaltzeit erreicht wurde (Schritte 724, 730). Zu dieser Zeit fügt die Basisstation 314 den gewünschten Verzögerungswert seinem Rx-PN-Generator (Schritt 732) hinzu, und die Teilnehmereinheit 316 fügt den gleichen gewünschten Verzögerungswert ihrem Tx-PN-Generator (Schritt 726) hinzu. Die Teilnehmereinheit 316 und die Basisstation 314 fahren dann mit ihrer Kanaleinrichtungsvorgangskommunikation fort (Schritt 728, 734).
Auch wenn die Erfindung teilweise unter detaillierter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurde, sollen solche Einzelheiten eher unterrichtend als einschränkend verstanden werden.

Claims

System zur Kommunikation zwischen einer Basisstation (14) und mindestens einer Teilnehmereinheit (16), wobei sowohl die Basisstation (14) als auch die Teilnehmereinheit (16) Mittel zum Senden (50, 72) und zum Erfassen (52, 74) von Signalen haben, aufweisend ein System zum Verkürzen der Reakquisitionszeit der Teilnehmereinheit (16) durch die Basisstation (14), wobei die Basisstation (14) aufweist: Mittel (62) zum Erfassen eines Zugangssignals (322), das über eine maximale Codephasenverzögerung von der Teilnehmereinheit (16) zentriert ist, wenn ein detektierbarer Leistungspegel und die maximale Codephasenverzögerung erreicht wurden; und Mittel (66) zum Erzeugen eines Bestätigungssignals zum Senden an die Teilnehmereinheit, wenn das Zugangssignal (322) erfasst wurde, und wobei die Teilnehmereinheit (16) aufweist: Mittel (90) zum Erzeugen des Zugangssignals (322) zum Senden an die Basisstation (41); Mittel (74) zum Erhöhen der Sendeleistung und einer Codephasenverzögerung des Zugangssignals (322), bis ein Bestätigungssignal von der Basisstation (14) empfangen wird, wobei die Codephasenverzögerung in vorbestimmten Schritten von Null bis zu der der maximalen Codephasenverzögerung entsprechenden Verzögerung variiert wird, die dem Rand einer Zelle entspricht; Mittel (78) zum Erfassen des Bestätigungssignals (322); und Mittel (74) zum Beenden der Variation der Sendeleistung und der Codephasenverzögerung, wenn das Bestätigungssignal (322) empfangen wird; und Mittel zum Speichern der Zugangssignalverzögerung, wenn das Bestätigungssignal empfangen wird, zur Verwendung bei zukünftigen Reakquisitionen der Teilnehmereinheit (16).
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhöhen der Sendeleistung durch stufenweises Erhöhen der Sendeleistung bewerkstelligt wird.
Verfahren zum Verkürzen der Reakquisitionszeit einer Teilnehmereinheit (16) durch eine Basisstation (14) in einem Netz zum Kommunizieren zwischen der Basisstation (14) und mindestens einer Teilnehmereinheit (16); wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Senden eines Zugangssignals (322) von einer Teilnehmereinheit (16) mit einem vorbestimmten Sendeleistungspegel; Erhöhen der Sendeleistung und einer Codephasenverzögerung des Zugangssignals (322), bis ein Bestätigungssignal von der Basisstation (14) empfangen wird, wobei die Codephasenverzögerung in vorbestimmten Schritten von Null bis zu der der maximalen Codephasenverzögerung entsprechenden Verzögerung variiert wird, die dem Rand einer Zelle entspricht; Erfassen des Zugangssignals (322) bei der Basisstation (14), wenn ein detektierbarer Leistungspegel und die maximale Codephasenverzögerung erreicht wurden, wobei das Erfassen über die maximale Codephasenverzögerung zentriert ist; Senden eines Bestätigungssignals von der Basisstation, wenn das Zugangssignal (322) erfasst wurde; Empfangen des Bestätigungssignals bei der Teilnehmereinheit (16); Beenden der Variation der Sendeleistung und der Codephasenverzögerung bei der Teilnehmereinheit (16), wenn das Bestätigungssignal empfangen wird; und Speichern der Codephasenverzögerung des Zugangssignals, wenn das Bestätigungssignal empfangen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Erhöhen der Sendeleistung durch stufenweises Erhöhen der Sendeleistung bewerkstelligt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es ein nachfolgendes Reakquirieren der Teilnehmereinheit (16) nach Beendigung anfänglicher Kommunikationen unter Verwendung der gespeicherten Codephasenverzögerung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das nachfolgende Reakquirieren umfasst: Senden eines nachfolgenden Zugangssignals (322) von der Teilnehmereinheit (16) mit einem vorbestimmten Leistungspegel und mit der gespeicherten Verzögerung; stufenweises Erhöhen der Sendeleistung; Erfassen des nachfolgenden Zugangssignals (322) an der Basisstation (14), wenn ein detektierbarer Leistungspegel erreicht wurde; Senden eines nachfolgenden Bestätigungssignals von der Basisstation (14), wenn das Zugangssignal (322) erfasst wurde; Empfangen des nachfolgenden Bestätigungssignals bei der Teilnehmereinheit (16); und Beenden des stufenweisen Erhöhens der Sendeleistung von der Teilnehmereinheit (16), wenn das Bestätigungssignal empfangen wird.