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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein Funkkommunikationssystem und insbesondere
auf unkoordinierte, private Funkkommunikationssysteme.
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Hintergrund
der Erfindung
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In
dem vergangenen Jahrzehnt hat die kommerzielle Anwendung von Zellen
gebundener Kommunikation für
drahtlose und mobile Telefone einen enormen Aufschwung erlebt. Grundsätzlich können diese
Zellen gebundenen Netzwerke in zwei Gruppen eingeteilt werden: einen
ortsfesten Anteil inklusive eines verbundenen Netzwerkes von Basisfunkstation
und einem mobilen oder tragbaren Anteil inklusive der mobilen Endgeräte, die
wie beispielsweise Funktelefone auf das Netzwerk zugreifen können. Jede
Basisstation überträgt Steuerinformationen über einen
Steuerkanal, die durch die mobilen Endgeräte genutzt werden können, um
auf das Netzwerk zuzugreifen. Jede Basisfunkstation in dem Netzwerk deckt
einen begrenzten Bereich ab, der Zelle genannt wird. Die unterschiedlichen
Basisstationen in dem Netzwerk werden durch die Basisstationsteuerung
(BSC = base station controller) koordiniert. Ein Frequenzwiederverwendungsmuster
(fest oder variabel) wird angewendet, um Interferenz zwischen den Übertragungen
von unterschiedlichen Basisstationen zu vermeiden. Beispiele dieser
Zellensysteme beinhalten AMPS, D-AMPS
und GSM.
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Bei
privaten Makrozellensystemen differiert der Netzwerkteil von demjenigen
eines großräumigen Zellen
gebundenen Äquivalents.
Private Systeme müssen
grundsätzlich
bedeutend preiswerter sein (weil die Systemkosten unter weniger
Nutzern geteilt werden). Darüber
hinaus decken private Systeme typischerweise Innenraumumgebungen
ab, die weniger vorhersagbar sind wie eine Außenumgebung (z.B. Wände, Türen, die offen
oder geschlossen sind, Korridore, die als Wellenleiter fungieren).
Deshalb arbeiten die Funkbasisstationen bei Innenraumsystemen autonomer,
bestimmen selbst, welcher Kanal für die Verkehrs- und Steuerung-
(oder Funkfeuer bzw. Baken)-Information genutzt werden soll.
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Bei
drahtlosen Geschäfts-
oder Bürotelefonsystemen,
wie beispielsweise DECT, kann es noch einen bestimmten Grad an Interaktionen
zwischen den Basisstationen eines einzelnen Innenraumnetzwerkes
geben. Während
die Funkbasisstationen in einem Geschäftssystem wie DECT so autonom
wie möglich
sind, sind sie lose durch das Netzwerk zeitsynchronisiert, um die Übergabe
von einer Basisstation an die andere zu erlauben. Netzwerkfunktionen werden
von einer Basisstationssteuerung ausgeführt. Für Übergabenotwendigkeiten ist
es wichtig, dass die Funkfeuer von unterschiedlichen Basisstationen
am mobilen Endgerät
in einem genauen Zeitfenster ankommen, um während Leerlaufphasen der Kommunikation
gescannt zu werden. In einem privaten System im Heimbereich wie
beispielsweise einem drahtlosen Telefon bildet die Basisfunkstation des
drahtlosen Telefons ein einziges privates Netzwerk, welches nur
an das öffentliche
Telefonnetz angeschlossen ist, und es gibt typischerweise keine Kommunikation
oder Synchronisation mit anderen privaten Basisstationen im Heimbereich
(wie denen von Nachbarn). Bei Funksystemen für den Innenbereich finden die
Basisfunkstationen den Kanal zum Betrieb selbstständig. Diese
Kanäle
sollten vorzugsweise nicht mit anderen in der Nähe befindlichen Funkbasisstationen
interferieren. Deshalb findet die Basisfunkstation den Kanal mit
dem geringsten Interferenzbetrag (ruhigster Kanal) bevor sie anfängt zu senden.
Periodische Messungen können
durchgeführt
werden, um sicherzustellen, dass die Basisstation auf einem Kanal
mit der geringsten Interferenz bleibt.
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Traditionelle
analoge Funktelefonsysteme nutzen grundsätzlich ein System, das als „frequency division
multiple access" (FDMA)
bezeichnet wird, um die Kommunikationskanäle zu erzeugen. Aus praktischen
Gründen,
die dem Fachmann unbekannt sind, werden Funktelefonkommunikationssignale,
die modulierte Wellenformen sind, typischerweise über vorher
bestimmte Frequenzbänder
in einem Spektrum von Trägerfrequenzen
kommuniziert. Diese diskreten Frequenzbänder dienen als Kanäle über welche
Zellen gebundene Funktelefone (mobile Endgeräte) durch die Basisstation
oder Satelliten, die als Zelle dienen, mit einer Zelle kommunizieren.
In den Vereinigten Staaten von Amerika haben Regierungsstellen für Zellen
gebundene Kommunikation einen Block des UHF-Frequenzspektrums reserviert, welcher
weiter in Paare von schmalbandigen Frequenzbändern unterteilt ist, einem
System, das als EIA-553 oder IS-19B bezeichnet wird. Eine Kanalpaarung
ist das Ergebnis der Doppelfrequenzanordnung, bei dem sich die Sende-
und Empfangsfrequenzen jedes Paares durch einen Offset von 45 MHz
unterscheiden. Derzeit gibt es in den Vereinigten Staaten von Amerika
832 Funkkanäle,
die 30 kHz weit sind.
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Diese
Begrenzungen der Anzahl von verfügbaren
Frequenzbändern
stellen verschiedene Engpässe
dar, wenn die Anzahl der Nutzer steigt. Eine steigende Anzahl von
Nutzern in einem Zellen gebundenen Funktelefonsysteme erfordert
eine effizientere Nutzung des limitiert verfügbaren Frequenzspektrums, um
insgesamt mehr Kanäle
bereitzustellen und gleichzeitig die Qualität der Kommunikation aufrechtzuerhalten.
Dieser Engpass wird dadurch erhöht,
dass Nutzer nicht gleichmäßig über die
Zellen in dem System verteilt sind. Mehr Kanäle können für bestimmte Zellen erforderlich
sein, um eine potenziell höhere
lokale Nutzerdichte zu beliebiger Zeit zu bewältigen. Beispielsweise kann
eine Zelle in einem Stadtgebiet leicht hunderte oder tausende von
Nutzern zu jedem Zeitpunkt enthalten, so dass leicht die Anzahl
der verfügbaren
Frequenzbänder
in der Zelle ausgehen.
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Aus
diesen Gründen
verwenden konventionelle Zellen gebundene Systeme Frequenzen erneut, um
die potenzielle Kanalkapazität
in jeder Zelle sowie die spektrale Effizienz zu erhö hen. Frequenzwiederverwendung
erfordert eine Frequenzbandzuordnung zu jeder Zelle, wobei Zellen,
die geografisch voneinander getrennt sind, die gleiche Frequenz
einsetzen, um Funktelefonen in unterschiedlichen Zellen gleichzeitig
die Nutzung der gleichen Frequenz zu ermöglichen, ohne dass sie miteinander
interferieren. Auf diese Weise können
Tausende von Nutzern durch ein System von nur einigen Hundert Frequenzbändern bedient
werden.
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Eine
andere Technik, die weiterhin die Kanalkapazität und die spektrale Effizienz
erhöht,
ist "time division
multiple access" (TDMA).
Ein TDMA-System kann durch eine Aufteilung der Frequenzbänder, die in
einem konventionellen FDMA-System
genutzt werden, durch sequenzielle Zeitscheiben implementiert werden.
Obwohl eine Kommunikation auf Frequenzbändern typischerweise auf einem
gemeinsamen TDMA-Frame
(TDMA-Rahmen), der eine Mehrzahl von Zeitscheiben beinhaltet, geschieht,
kann eine Kommunikation auf jedem Frequenzband entsprechend eines
eineindeutigen TDMA-Frames geschehen, wobei die Zeitscheiben eindeutig
für dasjenige Band
sind. Beispiele für
Systeme, die TDMA einsetzen, sind der duale analog/digital IS-54B-Standard, der
in den Vereinigten Staaten von Amerika eingesetzt wird, bei dem
jeder der ursprünglichen
Frequenzbänder
von EIA-553 in drei Zeitscheiben unterteilt ist, und der Europäische GSM-Standard, der jedes
seiner Frequenzbänder
in 8 Zeitscheiben einteilt. In diesen TDMA-Systemen kommuniziert
jeder Nutzer mit der Basisstation unter Nutzung von Bursts (Aussendungen)
von digitalen Daten, die während der
dem Nutzer zugewiesenen Zeitscheibe übertragen werden.
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Ein
Kanal in einem TDMA-System enthält
typischerweise ein oder mehrere Zeitscheiben für ein oder mehrere Frequenzbänder. Wie
oben diskutiert werden Verkehrskanäle zur Kommunikation von Sprache,
Daten oder anderen Informationen zwischen Nutzern eingesetzt, beispielsweise
zwischen einem Funktelefon und einem Draht gebundenen Telefon. Auf
diese Weise bildet jeder Verkehrskanal eine Richtung der Duplex kommunikationsverbindung,
die von einem System zu einem anderen Nutzer ausgebildet wird. Verkehrskanäle werden
typischerweise dynamisch von dem System zugewiesen, wenn sie benötigt werden.
Darüber
hinaus machen Systeme wie das Europäische GSM-System "Frequenzsprünge" der Verkehrskanäle, dass
heißt sie
wechseln das Frequenzband, über
den ein bestimmter Verkehrskanal übertragen wird. Frequenzspringen
reduzierte die Wahrscheinlichkeit von Interferenzvorkommnissen zwischen
Kanälen
unter Nutzung einer Beinflusserdiversifizierung und -mittelung, um
die gesamte Kommunikationsqualität
zu erhöhen.
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Eingeschlossen
in die dedizierten Steuerkanäle,
die innerhalb einer Zelle übertragen
werden, sind Weiterleitungssteuerkanäle (forward control channels),
die dafür
benutzt werden, Steuerinformationen in einer Zelle des Funktelefonsystems
an Funktelefonen auszusenden, die versuchen können, auf das System zuzugreifen.
Die Steuerinformationsaussendung auf einem Forward-Control-Channel kann
Dinge wie die Zellenidentifikation, eine zugeordnete Netzwerkidentifikation,
Systemzeitinformation und andere notwendige Informationen zum Zugriff des
Funktelefonsystems von einem Funktelefon enthalten.
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Forward-Control-Channels
wie der Broadcast Control Channel (Aussendungsteuerkanal) des GSM-Standards
werden typischerweise auf ausgewiesenen Frequenzbändern in
jeder Zelle übertragen.
Ein Funktelefon, das versucht auf das System zuzugreifen, "hört" generell auf einen Steuerkanal in einem
Standby-Mode und ist solange unsynchronisiert mit einer Basisstation
oder einem Satelliten bis es einen Steuerkanal einer Basisstation
oder eines Satelliten empfängt.
Um unnötige
Interferenz zwischen Steuerkanälen
benachbarter Zellen zu verhindern, wird konventionell eine Frequenzwiederverwendung
mit unterschiedlichen dedizierten Frequenzbändern angewendet, die für den Steuerkanal in
benachbarten Zellen genutzt werden; dies geschieht entsprechend
einem Frequenzwiederverwendungsmuster, welcher einen minimalen Abstand zwi schen
Co-Kanalzellen garantiert. Frequenzspringen, welches eine dichtere
Wiederverwendung von Steuerkanalfrequenzbändern erlaubt, wird typischerweise
nicht angewendet, weil ein unsynchronisiertes Funktelefon generell
Schwierigkeiten haben würde, einen
Frequenz springenden Steuerkanal wegen eines Mangels an Referenzpunkten
für die
angewendete Frequenzsprungsequenz aufzufangen. Darüber hinaus
kann bei privaten unkoordinierten Funkkommunikationssystemen ein
Frequenzwiederverwendungsmuster nicht genutzt werden, weil jedes
System unabhängig
von anderen potenziell interferierenden Systemen arbeitet.
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Generell
werden in Funkkommunikation-Steuerkommunikationen ein Downlink (von
der Basis zum tragbaren Gerät)
für Forward-Control-Channels
und ein Uplink (von dem tragbaren Gerät zur Basis) definiert. Eine
Basisfunkstation hört
die Uplink-Information des tragbaren Gerätes mit seinem Uplink-Empfänger. Um
die Downlink-Informationen, die von anderen Basisstationen gesendet
wird, zu hören,
benötigt
die Basisstation typischerweise auch einen Downlink-Empfänger. Der
Uplink und der Downlink kann über
unterschiedliche Frequenzen, so genannte Frequency-Division-Duplex
(FDD), oder durch unterschiedliche Zeitscheiben, so genanntes Time
Division Duplex (TDD) unterschieden werden. Zellen gebundene Systeme
nutzen typischerweise FDD, wie oben beschrieben, für Downlink-Steuerkanäle. Um andere
Basisstationen zu messen, würde ein
Downlink-Empfänger
in der Basisstation vorgesehen sein, wodurch zusätzliche Kosten entstehen. Mit einem
TDD-Schema würde
der Downlink nur in einer anderen Zeitscheibe lokalisiert werden
können,
so dass der Downlink- und Uplink-Empfang
mit der gleichen Empfängerarchitektur
ausgeführt
werden könnte.
DECT nutzt beispielsweise das TDD-Schema.
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Es
gibt eine Anzahl von Gründen,
warum bei bestimmten Anwendungen die Nutzung von FDD vor TDD bevorzugt
wird. Wenn die Basisstationen nicht zeitsynchronisiert sind, resultiert
ein TDD-Schema generell in gegenseitiger Interferenz zwischen Uplink und
Downlink. Weil Basisfunkstationen vorzugsweise an relativ hoch gelegenen
Orten angeordnet sind, um in Sichtverbindung mit den portablen Geräten zu sein,
kann Interferenz von Basis-Stationen (zu portablen Geräte und andere
Basisstationen) dominant sein. Bei FDD sind Uplink und Downlink
frequenzmäßig komplett
getrennt und interferieren grundsätzlich nicht miteinander.
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Wenn
darüber
hinaus private Systeme in Erwägung
gezogen werden, die auf Zellen gebundenen Funkschnittstellenstandards
wie GSM oder D-AMDS basieren, sollte FDD aus Kompatibilitätsgründen genutzt
werden. Deshalb bestimmen bei privaten Funkkommunikationssystemen,
die FDD zur Unterscheidung von Uplink und Downlink anwenden, Basisstationen
typischerweise auf welchem Kanal gearbeitet wird ohne die Kenntnis über andere,
nahe gelegene Basisfunkstation.
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Dieses
Problem ist insbesondere für
den Steuer- oder Funkfeuerkanal der Basisstation relevant, die periodisch
sendet, um portable Geräte
zu anzubinden. Für
Verkehrskanäle
kann das System in der Lage sein, den Downlink-Empfänger in
dem tragbaren Gerät
zu nutzen, um Kenntnisse über
die lokale Interferenzsituation abzuleiten. Die Downlink-Messungen,
die in dem portablen Gerät
gemacht werden, können
dann an die Basisfunkstation übermittelt
werden, welche dann den optimalen (Duplex)-Verkehrskanal auswählt. Für den Funkfeuerkanal
wird dieses Verfahren grundsätzlich
nicht angewendet, weil die Anwesenheit eines portablen Gerätes nicht
garantiert werden kann, wenn es keinen Funkverkehr gibt.
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In
unkoordinierten privaten Funkkommunikationssystemen können mobile
Endgeräte
und Basisstationen außer
Stande sein, eine Kommunikation aufzubauen, wenn eine Funkfeuerinterferenz
auftritt. Solche Interferenzen können
zwischen Funkfeuerübertragungen
bei unkoordinierten privaten Funkkommunikationssystemen auftreten,
die sich in einer Interferenzentfernung befinden und Funkfeuer zu überlappenden
Zeiten und Frequenzen übertragen.
Insbesondere können
Sie gleichzeitig über
ausgedehnte Zeitperioden interferieren, weil Funkfeuerübertragun gen
zu festen Zeitintervallen übertragen
werden, wodurch effektiv ein Zugriff eines mobilen Endgerätes auf
das unkoordinierte System verhindert wird.
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Ein
Kommunikationssystem, bei welchem ein Basisstationsidentifikationssignal
eine pseudo-zufällige
Signalsequenz des Synchronisierungssignals ist, ist aus
US 4703324 bekannt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung das Problem von
Funkfeuerkanalinterferenzen bei privaten Funkkommunikationssystemen
zu lösen, die
sowohl unkoordiniert sind und sich nicht gegenseitig hören können, aber
das gleiche Spektrum teilen. Um das Problem der Interferenzen zwischen Funkfeuersignalen
von unterschiedlichen unkoordinierten, unsynchronisierten, privaten
Funkkommunikationsbasisstationen zu lösen, schlägt die vorliegende Erfindung
eine Basisstation vor, die kurze Funkfeuer-Burst (radio beacon bursts)
angewendet, deren Platzierung auf einer Zeitachse pseudozufällig variieren
bzw. fluktuieren (engl. jitter). Kollisionen zwischen Funkfeuern
können
passieren, aber es ist sehr unwahrscheinlich, dass Funkfeuer beeinträchtigt werden,
wenn ein größeres Zeitfenster
betrachtet wird, weil Funkfeuer von unterschiedlichen Basisstationen
unabhängig
voneinander fluktuieren (jittern). Insbesondere ist es unwahrscheinlich,
dass eine Mehrzahl von aufeinander folgenden Kollisionen, die ausreichen,
um die Synchronisation zu verlieren, passieren werden. Weil aber
das Jittern für
eine gegebene Basisstation in einer pseudo-zufälligen Art ausgeführt wird,
kann ein mobiles Endgerät
trotzdem vorhersagen, wann das nächste
Funkfeuer von eine identifizierten Basisstation ankommen wird und
deshalb das Risiko eines Synchronisationsverlust mit der Basisstation
bedingt durch Funkfeuer-Jittern reduziert ist.
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Nach
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Funkfeuerkanalübertragungszeitgebung
für eine private
Funktelefonbasisstation vorgestellt. Das Verfahren weist folgende Schritte
auf: Initiierung einer Übertragung
eines Funkfeuersignals; Abwarten einer festgelegten Zeit nach dem
Initiierungsübertragungsschritt,
um eine Zeit als Funktionen eines Funkfeuer-Jitter-Wertes zu bestimmen;
und dann Wiederholung der Initiierungs- und Warteschritte, wobei
der Warteschritt den folgenden Schritt umfasst: Berechnung eines
aktuellen Funkfeuer-Jitter-Wertes, der einen Wert nicht größer als
ein maximaler Funkfeuer-Jitter-Wert aufweist, wobei eine vorher
bestimmte Funktion genutzt wird, die einen durchschnittlichen Ergebniswert
von im Wesentlichen 0 aufweist; wobei die bestimmte Zeit der Warteschritte
einer durchschnittlichen Periode zwischen Funkfeuerübertragungen
privater Funktelefonbasisstation plus des berechneten aktuellen
Funkfeuer-Jitter-Wertes beträgt,
und wobei die Basisstation einen zugeordneten Identifikationswert
aufweist, und wobei die vorher bestimmte Funktionen der Basisstation
zugeordnet ist; dabei enthält
das Funkfeuer den zugeordneten Identifikationswert, und dabei führt ein
mobiles Endgerät
im Übertragungsbereich der
Basisstation die folgenden Schritte aus: Empfangen eines übertragenen
Funkfeuers; Ableitung des Basisstationsidentifikationswertes aus
dem empfangenen Funkfeuer; und Synchronisierung zur Basistationfunkfeuer-Zeiteinteilung basierend
auf einer vorher bestimmten Funktion, der der identifizierten Basisstation
zugeordnet ist.
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Nach
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird eine private
Funktelefonbasisstation vorgestellt, die Folgendes aufweist: Funkübertragungsmitteln
zur Übertragung
von Funkkommunikation; und Funkfeuerübertragungssteuerungsmittel, die
zusammenwirkend verbunden sind mit den Funkübertragungsmitteln zur Steuerung
einer periodischen Übertragung
von Funkfeuern durch die Basisstation zu fluktuierenden Zeitintervallen
ist, und Folgendes umfasst: Jitter-Erzeugungsmittel zur Erzeugung eines
aktuellen Funkfeuer-Jitter-Wertes,
der einen Wert nicht größer als
ein vorher bestimmter maximaler Funkfeuer-Jitter-Wert hat und auf
einer vorher bestimmte Funktion beruht, die einen durchschnittli chen
Ergebniswert von im wesentlichen Null aufweist; und Funkfeuerübertragungsinitiierungsmittel
zusammenwirkend verbunden mit den Basisfunkübertragungsmittel und auf Jitter-Erzeugungsmittel zur
Initialisierung einer Übertragung
des Funkfeuers antwortend, was zu einem Zeit geschieht, der eine Funktion
des aktuellen Funkfeuer-Jitter-Wertes ist, wobei die private Funktelefonbasisstation
weiterhin Speichermittel, die zusammenwirkend mit den Funkfeuerübertragungssteuerungsmitteln
zur Speicherung der vorher bestimmte Funktionen verbunden sind,
umfasst, und wobei die Basisstationen einen zugeordneten Identifikationswert
aufweist, und die Speichermittel Mittel zum Speichern des zugeordneten
Identifikationswertes enthalten, und wobei das Funkfeuer den zugeordneten
Identifikationswert enthält.
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Nach
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein synchronisiertes,
privates Funkkommunikationssystem vorgestellt, dass ein jitterndes/fluktuierendes
Intervall zwischen Funkfeuerübertragungen
von der obigen privaten Basisstation an ein mobiles Endgerät aufweist,
wobei das mobile Endgerät
Folgendes umfasst: mobile Funkempfangsmittel zum Empfang des Funkfeuers;
Funkfeuerlesemittel, die zusammenwirkend verbunden sind mit den mobilen
Funkempfangsmitteln zur Ableitung des Basisstationsidentifikationswertes
aus dem empfangenen Funkfeuer; Funkempfangsmittel zum Empfangen
des Funkfeuers; Bestimmungsmittel zusammenwirkend verbunden mit
den Funkfeuererkennungsmitteln zur Bestimmung der vorher bestimmten
Jitter-Generierungsfunktion basierend auf dem Identifikationswert;
und Synchronisierungsmittel zusammenwirkend verbunden mit den Bestimmungsmitteln zur
Synchronisierung des mobilen Endgerätes zu den Zeitintervallen
der Funkfeuerübertragungen,
die auf der vorher bestimmten Funktion basieren. Beispielsweise
kann der Basisstationsidentifikationswert ein Parameter in der Jitter
generierenden Funktion sein, der es dem mobilen Endgerät erlaubt,
aufeinander folgende Jitter-Werte vorherzusagen.
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Dementsprechend
adressiert die Jitter-Funkfeuerübertragung der
vorliegenden Erfindung das Problem eine Funkfeuerkollision zwischen
unkoordinierten, privaten Funkkommunikationssystemen durch Jitter
der Zeiten von Funkfeuerübertragungen, um
das Potenzial für
wiederholte Kollisionen zu reduzieren. Die vorliegende Erfindung
stellt also ein pseudo-zufälliges
Funkfeuer-Jitter-Muster vor, das dem Basisstationsidentifikationswert
zugeordnet ist, welcher an ein mobiles Endgerät zusammen mit dem Funkfeuer übertragen
wird. Das mobile Endgerät
leitet den Identifikationswert ab und ist danach in der Lage das
Funkfeuer-Jitter-Muster für
die identifizierte Basisstation festzustellen, um eine Synchronisation auch
dann aufrechtzuerhalten, wenn mehrere aufeinander folgende Funkfeuerkollisionen
auftreten.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 stellt
schematisch drei private Funkkommunikationssysteme dar, die unkoordiniert
sind und überlappende Übertragungsbereiche
aufweisen;
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2 stellt
grafisch Funkfeuer-Burst-Kollisionen zwischen unkoordinierten privaten
Funkkommunikationssystemen dar;
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3 stellt
grafisch jitternde Übertragungen von
Funkfeuer-Bursts
(Burst = Aussendungen) dar, um wiederholte Kollisionen von Funkfeuer-Bursts
zu verhindern;
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3a stellt
schematisch einem modularen Schieberegistergenerator dar, der genutzt
werden kann, um eine Funkfeuer-Jitter-Funktion
entsprechend der vorliegenden Erfindung zu generieren;
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4 stellt
ein schematisches Blockdiagramm einer Personen orientierten Funkkommunikationsbasisstation
entsprechend der vorliegenden Erfindung dar;
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5 stellt
grafisch ein Ausführungsbeispiel von
Funkfeuer-Jitter entsprechend der vorliegenden Erfindung dar;
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6 stellt
grafisch ein anderes Ausführungsbeispiel
von Funkfeuer-Jitter entsprechend der vorliegenden Erfindung dar;
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7 stellt
grafisch Funkfeuer-Jitter entsprechend der vorliegenden Erfindung
in einer Multi-Frame-TDMA-Funkkommunikationsumgebung dar;
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8 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines mobilen Endgerätes entsprechend
der vorliegenden Erfindung;
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9 ist
ein Flussdiagramm, welches den Betrieb einer privaten Funkkommunikationsbasisstation
entsprechend der vorliegenden Erfindung darstellt;
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10 ist
ein Flussdiagramm, welches den Betrieb eines mobilen Endgerätes entsprechend
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Detaillierte
Beschreibung der dargestellten Ausführungsbeispiele
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Die
vorliegende Erfindung wird jetzt im größeren Detail unter Zuhilfenahme
der begleitenden Zeichnungen näher
beschrieben, in denen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt sind. Die Erfindung kann hingegen in vielen unterschiedlichen
Formen ausgeführt
sein und sollte nicht als beschränkt
auf die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele angesehen werden;
vielmehr werden diese Ausführungsbeispiele
vorgestellt, so dass diese Offenbarung umfassend und komplett ist
und dem Fachmann den Umfang der Erfindung voll erschließen lässt.
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In 1 ist
eine Betriebsumgebung der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt.
In 1 sind Basisstationen 10A, 10B und 10C,
die unkoordiniert und unsynchronisierte Funkbasisstationen sind,
dargestellt, die nicht in der Lage sein können, sich gegenseitig über die
Funkschnittstelle auf Grund von Inkompatibilitäten zwischen Uplink- und Downlink-Kanälen zu hören. Wie
in 1 dargestellt sind die Basisstationen 10A, 10B, 10C stationäre private
Personen orientierte Funkkommunikationssysteme, die in Privathäusern angetroffen
werden. Ein Beispiel solch eines Personen orientierter Funkkommunikationssystems
ist in dem US-Patent-Nr. 548668 beschrieben, welches als per Referenz
hierin vollständig
eingeschlossen angesehen werden soll. Jede Basisstation 10A, 10B, 10C ist
nur an ein öffentliches
Telefonnetz angeschlossen und hat typischerweise keine direkte Kommunikation
zum nächsten. Der Übertragungsbereich
jeder Basisstation ist durch gestrichelte Kreise 12A, 12B, 12C dargestellt,
und wie auch dargestellt, überlappen
sie einander. Konsequenterweise kann es zu Interferenzen zwischen den
Basisstationen 10A, 10B, 10C kommen.
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Basisstationen 10A, 10B, 10C übertragen periodisch
einen kurzen Funkfeuer-Burst, welcher Statusinformationen und einen
zugeordneten Identifikationswert für jede Basisstation 10A, 10B, 10C enthalten
kann. Das mobile Endgeräte 14 kann,
wenn es im Übertragungsbereich 12A, 12B, 12C der
Basisstation 10A, 10B, 10C ist, das Funkfeuer
empfangen und feststellen, ob es sich mit der Basisstation 10A, 10B, 10C verbindet
soll.
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Als
Nächstes
wird anhand von 2 das Problem der Funkfeuerbasiskommunikation
bedingt durch Interferenzen, die durch Kollisionen zwischen Funkfeuern
von unkoordinierten Basisstationen 10A, 10B, 10C bedingt
sind, beschrieben. Dargestellt sind bei 16, 18 und 20 Funkfeuerübertragungen
für die Basisstationen
A 10A, Basisstation B 10B und Basisstation C 10C.
Jede Basisstation 10A, 10B, 10C sendet
periodisch einen Funkfeuer-Burst. Deshalb wird gemäß 2 jedes
Funkfeuersignal über
die Zeit aus einer unendlichen Anzahl von Funkfeuer-Bursts bestehend,
die durch eine feste Periode "T" voneinander getrennt
sind. Weil die Funkfeuer-Bursts unsynchronisiert sind, können Sie
zufällig
aufeinander abgestimmt sein und miteinander kollidieren, wie es für die Basisstationsaussen dungen 16 und
Basisstationsaussendung 20 zu Zeiten 22, 24, 26, 28 dargestellt
ist. Wenn eine Kollision in der Zeitperiode 22 passiert,
werden bedingt durch die feste Zeitperiode T auch die nachfolgenden
Funkfeuer 24, 26, 28 grundsätzlich kollidieren.
Drift bei den Systemtaktgebern der Basisstation A 10A und
der Basisstation C 10C kann die Funkfeuer von einer Kollision
wegtreiben. Wenn allerdings die Taktgeber-Drift gering ist, können die
Basisstation A 10A und die Basisstation C 10C über einen
langen Zeitraum kollidierende Funkfeuer aufweisen.
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Das
bewusste Funkfeuerübertragungs-Jittern
der vorliegenden Erfindung löst
dieses Problem wie es in 3 grafisch dargestellt ist. 3 stellt
als 30, 32, 34 grafische Repräsentationen
von Funkfeuer-Burst-Übertragungen
für die
Basisstation A 10A, Basisstation B 10B und die
Basisstation C 10C dar. Die Zeitperioden zwischen aufeinander
folgende Funkfeuer-Bursts zittern bzw. variieren/fluktuieren innerhalb
eines vorher bestimmten Fensters einer durchschnittlichen Periode. Über die
Zeit bleibt die durchschnittliche Periode zwischen Funkfeuern noch – wie bei
den Systemen in 2 – eine feste Periode T. Es
ist auch dann noch möglich
eine Kollision zwischen Funkfeuern mit variierenden Übertragungen der
Funkfeuer zu erhalten, wie es bei der Zeitreferenz 36 dargestellt
ist, bei der eine Kollision zwischen den Funkfeuern der Basisstation
B 10B und der Basisstation C 10C vorkommt. Allerdings – und wie
in 3 dargestellt – haben die nächsten Aussendungen
der Basisstation B 10B und der Basisstation C 10C bedingt
durch Jitter bei der Übertragungen
der Funkfeuer keine Kollision.
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Es
kann mathematisch gezeigt werden, dass die Wahrscheinlichkeit, dass
M aufeinander folgende Funkfeueraussendungen eine Kollision erfahren,
exponentiell mit zunehmendem M abklingt. Dementsprechend nimmt die
Wahrscheinlichkeit von aufeinander folgenden Kollisionen exponentiell
ab, obwohl jitternde Funkfeuerübertragungen
der vorliegenden Er findung die Wahrscheinlichkeit einer einzelnen
Kollision zwischen Funkfeuerübertragungen
bei unkoordinierten Basisfunkstationen nicht zu beeinflussen vermag.
Weil die Wahrscheinlichkeit eines Synchronisationsverlustes zwischen
dem mobilen Endgerät 14 und
der Basisstation 10A, 10B, 10C erhöht ist je länger die
Zeitperiode zwischen dem Empfang von Funkfeuern ist, macht die vorliegende
Erfindung verbesserte Mittel zur Aufrechterhaltung einer Synchronisation
zwischen einem mobilen Endgerät 14 und unsynchronisierten
Basisstationen 10A, 10B, 10C verfügbar.
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Es
ist bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung für jitternde
Funkfeueraussendungen vorteilhaft, dass die Jitter-Muster in einer
pseudo-zufälligen
Art festgelegt werden. Pseudo-zufällig – wie hier genutzt – bedeutet
eine Jitter-Bestimmung, die eine angemessene, unkoordinierte Erzeugung
von Jitter für
unterschiedliche Basisstationen 10A, 10B, 10C bereitstellt,
während
gleichzeitig ein Jitter in den Jitter-Mustern für jede einzelne Basisstation 10A, 10B, 10C verfügbar gemacht
wird, das über
die Zeit vorhergesagt werden kann. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
hängt beispielsweise
das Jitter-Muster davon ab und kann vorhergesagt werden, dass es
von dem zugeordneten Identifikationswert der Basisfunkstation abhängt. Dieser
pseudo-zufällige
Jitter ist hinsichtlich des Jitter-Musters zwischen den Basisstationen 10A, 10B, 10C noch
zufällig,
so dass die Basisstationen 10A, 10B, 10C nicht
entsprechend eines gemeinsamen Musters jittern, was in dem Problem
von wiederholten Kollisionen enden würde. Das Vorhandensein eines
vorhersagbaren Jitter-Musters für
jede der einzelnen Basisstationen 10A, 10B, 10C entsprechend
dem Identifikationswert der Basisstation hilft dem mobilen Endgerät 14 trotzdem
bei der Aufrechterhaltung der Synchronisation mit jitternden Funkfeuerübertragungen
von der Basisstation 10A, 10B, 10C. Weil
das mobile Endgeräte 14 mit
zugeordneten Identifikationswerten der Basisstation in dem Funkfeuer
versorgt ist, ist es fähig,
das Jitter-Mustern für
die Basisstation 10A, 10B, 10C zu bestimmen.
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Beispielsweise
kann in einem Ausführungsbeispiel
der zugeordnete Identifikationswert der Basisstation 10A, 10B, 10C ein
pseudo-zufälliges
Jitter-Muster definieren. Nachdem in dem mobilen Endgerät 14 die
Phase der Basisstation 10A, 10B, 10C dieses
Musters bekannt ist, kann das mobile Endgerät 14 den Ort aller
Funkfeuer aus der identifizierten Basisstation 10A, 10B, 10C in
Zukunft vorhersagen. Die Phase kann durch die Basisstation 10A, 10B, 10C explizit über das
Funkfeuersignal oder einer ersten Registrierung übermittelt werden, wenn das
mobile Endgerät
Kontakt zur Basisstation aufnimmt. Danach kann das mobile Endgerät 14 an
die identifizierte Basisstation 10A, 10B, 10C gebunden
bleiben, ohne die Funkfeuersynchronisation auch dann nicht zu verlieren,
wenn die Anzahl der aufeinander folgenden Funkfeueraussendungen
bedingt durch eine Kollision von verschiedenen benachbarten unkoordinierten
Basisstationen 10A, 10B, 10C verloren
gegangen wäre.
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Insbesondere
ist ein Beispiel für
eine pseudo-zufällige
Technik basierend auf einem zugeordneten Identifikationswert, der
für eine
Nutzung mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist, wie folgt.
Die Jitter-Funktion der vorliegenden Erfindung kann mit einer Verschlüsselungsfunktion
in einem Wide-Area Zellen gebundenen Netzwerkbetrieb unter Protokollen
wie GSM verglichen werden. Ein Verschlüsselungswort wird durch eine
Funktion erzeugt, dessen Eingangswerte ein geheimer Schlüssel und
eine „Zähler"-Nummer ist, die
bei jedem Verschlüsselungsvorkommen
erhöht
wird. Typischerweise ist die Zählernummer
die Frame-Nummer des TDMA-Kanals. Die Zählernummer wird Modulo-N erhöht, wobei N
die Wiederholungsperiode des Verschlüsselungsalgorithmus ist. Die
Zählernummer
bestimmt dabei tatsächlich
die Phase des Algorithmus (welche kontinuierlich akkumuliert). Der
geheime Schlüssel
spezifizierte den spezifischen Algorithmus.
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Für Funkfeuerzittern
entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein ähnlicher
Ansatz genutzt. Der Eingangswert für den Jitter-(Verschlüsselungs-)Algorithmus
kann die Basisstati onsidentifikation sein, und eine Zählernummer
kann die Frame-Nummer
sein, wobei jedes Funkfeuersignal innerhalb eines Frame gesendet
wird. Optional kann ein geheimer Schlüssel hinzugefügt werden.
Der Jitter-Algorithmus erzeugt ein Wort von n Bits, wobei optional
die niedrigeren m LSBs dazu genutzt werden können, um 2m unterschiedliche
Jitter-Werte zu erzeugen. Die Frame-Nummer wird für jedes
neue Zitterintervall erhöht.
Die Basisstationsidentifikation ist festgelegte und bestimmt, wie
die Frame-Nummer auf den Jitter-Wert des Ausgangssignals abgebildet wird.
Darüber
hinaus kann zu der Basisstationsidentifikation ein geheimer Schlüssel hinzugefügt werden, welcher
zusammen mit der Basisstationsidentifikation die Abbildung von der
Frame-Nummer auf den Jitter-Wert festlegt. Der geheime Schlüssel kann
beispielsweise an das mobile Endgerät 14 während der Initialisierung übermittelt
werden. Dieses bedeutet, dass nur das mobile Endgerät 14 den
geheimen Schlüssel,
der zu der empfangenen Basisstationsidentifikation gehört, hat,
was ihm eine Synchronisation mit der Basisstation erlaubt.
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Um
sich mit der Basisstation zu synchronisieren, kennt das mobile Endgerät 14 die
Basisstationsidentifikation und die Frame-Nummer (und möglicherweise
den geheimen Schlüssel).
Die Basisstationsidentifikation kann mit dem Funkfeuer selbst gesendet
werden. Die Frame-Nummer kann auch mit dem Funkfeuer gesendet werden
(wie die Frame-Nummer in dem Broadcast-Control-Channel von aktuellen Wide-Area
Zellen gebundenen Netzwerken), oder es kann an das mobile Endgerät 14 übermittelt
werden, wenn das mobile Endgerät 14 sich zum
ersten Mal bei der sendenden Basisstation registriert. Der geheime
Schlüssel
kann von einer Referenztabelle abgeleitet werden, welche die Basisstationsidentifikation
auf einen geheimen Schlüssel
abbildet (eine Referenztabelle kann während der Initialisierung erzeugt
werden). Ein Verschlüsselungsalgorithmus,
welcher vorzugsweise mit der vorliegenden Erfindung genutzt wird,
liefert einen Jitter-Wert, der gleichmäßig über diesen Bereich verteilt
ist. Ein Verfahren ist die Nutzung von pseudo-zufälligen binären Sequenzgeneratoren (PRBS),
die lineare Feedback-Register (LFSR) oder modulare Schieberegistergeneratoren
(MSRG) anwenden. Ein Beispiel eines modularen Schieberegisterschaltkreises
ist in 3a dargestellt.
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Die
Hardware in dem Beispiel von 3a besteht
aus einer Reihe von Schieberegistern 37, die entsprechend
einer bestimmten Funktion zurückgeführt werden.
Die Multiplikatoren 38 multiplizieren das Feedback-Signal
mit den Koeffizienten a_i (i = 0 to N) und führen die Ergebnisse den Modulo-2-Addierern (EXORs) 39 zu.
Die Koeffizienten a_0 bis a_N bestimmen die Feedback-Funktion, welche
tatsächlich
die Jitter-Funktion ist. a_i kann 0 oder 1 sein, wobei eins 1 eine
Feedback-Verbindung festlegt, und einen 0 bedeutet, dass keine Verbindung
vorliegt. Die Basisstationsidentifikation (möglicherweise zusammen mit dem
geheimen Schlüssel)
bestimmt den Wert von a_i. Um einen neuen Jitter-Wert zu bestimmen,
wird die aktuelle Frame-Nummer in die Schieberegister geladen. Dann
wird die Information ein Mal getaktete (oder mehrere Male), und
danach wird der Jitter-Wert von den (oder von einigen) Ausgangssignalen
der Schieberegister abgeleitet. Für den nächsten Jitter-Wert wird die
Frame-Nummer erhöht,
in das Schieberegister geladen, und der Schaltkreis wird erneut
getaktet.
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Die
Abbildung der Basisstationsidentifikation kann zusammen mit dem
geheimen Schlüssel
auf unterschiedlichen Wegen erfolgen. Beispielsweise ist es möglich, eine
Referenztabelle zu benutzen, die die Basisstationsidentifikation
auf eine bestimmte Kombination von a_i abbildet. Viele Variationen
sind möglich,
um die Jitter-Funktion in geeigneter Weise zu implementieren, um
die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erhalten, wie sie von
dem Fachmann verstanden werden.
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Mit
Bezug auf 4 wird jetzt ein Ausführungsbeispiel
einer Basisstation 10A, 10B, 10C entsprechend
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Basisstation 10A, 10B, 10C enthält eine
Steuerung 40 oder andere Mittel zur Steuerung des Be triebes
der Basisstation 10A, 10B, 10C inklusive
einer Funkkommunikation zwischen der Basisstation 10A, 10B, 10C und
einem mobilen Endgerät 14.
Während die
Basisstationssteuerung 40 verschiedene Funktionen für Zwecke
der vorliegenden Erfindung wahrnimmt, beinhalten einschlägige Funktionen
der Basisstationssteuerung 40 die Bereitstellung der Basisstationsidentifikation
und Statusinformation an die Funkfeuerübertragungssteuerung 42 entweder
durch die elektrische Verbindung 44 oder durch den gemeinsamen
Speicher 46. Die Basisstationssteuerung 40 und
die Funkfeuerübertragungssteuerung
sind beide über
den Bus 48, 50 mit den Speicher 46 verbunden.
Die Basisstationssteuerung 40 koordiniert weiterhin die
Funkfeuerübertragung
durch die Funkfeuerübertragungsteuerung 42 mit
anderen Funkkommunikationsübertragungen
durch den Sender 52, die durch die Basisstationssteuerung 40 initiiert werden.
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Der
Speicher 46 oder andere Speichermittel, die zusammenwirkend
mit der Funkfeuerübertragungssteuerung 42 und
der Basisstationssteuerung 40 verbunden sind, speichern
vorher bestimmte Jitter-Funktion, die jeder Basisstation 10A, 10B, 10C zugeordnet
ist. Beispielsweise kann die vorher bestimmte Jitter-Funktion eine
Funktion sein, die eine Mehrzahl von Koeffizienten, die zugeordnet
werden können,
aufweist, die auf einem zugeordneten Identifikationswert der Basisstation
basieren. In diesem Fall würden
die Funktionskoeffizienten in dem Speicher 46 gespeichert
werden. Basisstationsstatusinformationen und die zugeordneten Identifikationswerte
können
auch in dem Speicher 46 gespeichert sein.
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Der
Sender 52 oder andere Funkübertragungsmittel zur Übertragung
von Funkkommunikationen ist zusammenwirkend verbunden mit der Funkfeuerübertragungssteuerung 42 und
der Basisstationssteuerung 40. Während die Funkübertragungsmittel 52 nur
ein Sender zum Zwecke von Funkfeuerübertragungen sein muss, kann
es auch ein Transceiver sein, um sowohl Sende- als auch Empfangsfunktionen
zur Unterstützung
einer Uplink- und Downlink-Kommunikation zwischen der Basisstation 10A, 10B, 10C und
in dem mobilen Endgerät 14 zu unterstützen.
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Die
Funkfeuerübertragungssteuerung 42 oder
andere Funkfeuerübertragungssteuerungsmittel
zur Steuerung einer periodischen Übertragung eines Funkfeuers
durch die Basisstation 10A, 10B, 10C zu
jitternden Zeitintervallen ist zusammenwirkend verbunden mit dem
Sender 52. Die Funkfeuerübertragungssteuerung 42 enthält einen
Jitter-Generator 54 oder andere Jitter erzeugende Mittel
zur Erzeugung eines aktuellen Funkfeuer-Jitter-Wertes, der eine Größe hat, die nicht größer als
ein vorher bestimmter maximaler Funkfeuer-Jitter-Wert ist, der auf einer
vorher bestimmten Funktion basiert, die in dem Speicher 46 gespeichert
ist, und die weiterhin einen durchschnittlichen Ausgangswert von
im Wesentlichen 0 aufweist. Der durchschnittliche Jitter-Ausgangswert
von im Wesentlichen 0, stellt den Vorteil der Aufrechterhaltung
einer durchschnittlichen Periode zwischen Funkfeuerübertragungen
T dar, die identisch zu einer fixierten Periode T ist. Die Nutzung eines
Jitter-Wertes mit einem vorher bestimmten maximalen Wert erlaubt
Frame-Taktung-Überlegungen, die
bei der Ausführung
der vorliegenden Erfindung in TDMA-basierten Funkkommunikationsumgebungen wichtig
sind, wie es weiter unten beschrieben wird.
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Die
Funkfeuerübertragungssteuerung 42 enthält ferner
einen Initiierungsschaltkreis 56 oder andere Funkfeuerübertragungsinitiierungsmittel
zur Initiierung der Übertragung
eines Funkfeuers zu einer Zeit, die eine Funktion des aktuellen
Funkfeuer-Jitter-Wertes ist, der durch den Jitter-Generator 54 erzeugt
wird. Der Sendendinitiierungsschaltkreis ist deshalb – reagierend
auf den Jitter-Generator 54 – zusammenwirkend elektrisch
mit dem Sender 52 durch die elektrische Verbindung 58 verbunden.
Die Funkfeuerübertragungssteuerung 42 bereitet
das Funkfeuer inklusive zugeordnete Identifikationswerte für die Basisstation 10A, 10B, 10C und
Statusinformationen Basisstationssteuerung 40 vor, die
von dem Sender 52 in Reaktion auf den Sendeinitiierungsschaltkreis 56,
der eine Übertragung
einer Funkfeueraussendung zu pseudo-zufälligen Jitter-Wertintervallen
initiiert, übertragen
werden.
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In 4 ist
auch ein Taktgeber oder andere Taktmittel zur Bereitstellung einer
Taktreferenz an die Funkfeuerübertragungssteuerung 42 zur
Taktung der Sendung von Funkfeuern vorgesehen. Der Taktgeber 60 ist
elektrisch an die Funkfeuerübertragungssteuerung 42 über die
elektrische Verbindung 62 angeschlossen.
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Während verschiedene
Funktionen durch die Funkfeuerübertragungssteuerung 42 zum
wiederholten Übertragung
eines Funkfeuers zu jitternden Zeitintervallen angewendet werden
können,
werden zwei explizite Ausführungsbeispiele
mit Referenz auf die 5 und 6 beschrieben. 5 stellt
die Initiierung einer Übertragung
anhand eines Ausführungsbeispiels
basierend auf dem gewünschten durchschnittlichen
Zeitintervallen T und dem Jitter-Wert von den Jitter-Generator 54 dar.
Insbesondere wird die festgestellte Zeit zwischen der Übertragung
von aufeinander folgenden Funkfeuern auf die Übertragungszeit des zuletzt
gesendeten Funkfeuers referenziert.
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Wie
in 5 dargestellt wird ein erstes Funkfeuer 64 von
einem zweiten Funkfeuer 66 gefolgt, welches zu einer Zeit
T + Δ1 initiiert wird, wobei T die gewünschte durchschnittliche
Zeit zwischen Funkfeuerübertragungen
und Δ der
aktuelle Funkfeuer-Jitter-Wert des Jitter-Generators ist. Das Funkfeuer 68 wird
zur Zeit T + Δ2 nach der Initiierung der Übertragung
des zweiten Funkfeuers 66 gesendet. Ähnlich wird das Funkfeuer 70 zur
Zeit T + Δ3 nach der Initiierung der Übertragung
des dritten Funkfeuers 68 gesendet. Δ2 and Δ3 sind
zugehörige
Funkfeuer-Jitter-Werte für
jeden nachfolgenden Zyklus von dem Jitter-Generator 54.
Durch die Definition der Jitter-Generatorfunktion
als eine pseudo-zufällige Funktion,
die basierend auf dem zugeordneten Identifikationswert der entsprechenden
identifizierten Basisstation 10A, 10B, 10C bestimmt
wird nachdem das mobile Endgerät 14 jedes
der Funkfeuer 64, 66, 68, 70 empfangen
hat, ist das mobile Endgerät 14 in der
Lage, alle nachfolgenden Δi vorherzusagen und zu den Funkfeuerübertragungen
von der identifizierten Basisstation 10A, 10B, 10C zu
synchronisieren.
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Mit
anderen Worten basiert im Ausführungsbeispiel
von 5 die Referenz zum Jittern auf der Lage der vorherigen
Funkfeuer-Burst-Übertragungen.
Wenn man beispielsweise annimmt, dass der erste Funkfeuer-Burst
bei T1 gesendet wird, dann wird die zweite
Ausbildung bei T2 = T1 + T + Δ2 übertragen.
Genauso basierte der dritte Burst auf der Lage des zweiten Burst
und wird bei T3 = T1 +
T + Δ2 + T + Δ3 = T1 + 2T + Δ2 + Δ3 ankommen,
wobei Δ2 der Jitter für das zweite Funkfeuer und Δ3 der
Jitter für das
dritte Funkfeuer ist. Wie vorher beschrieben ist der durchschnittliche
Jitter Δi Null.
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Mit:
Bezug auf 6 wird jetzt ein alternatives
Ausführungsbeispiel
zur Bestimmung einer bestimmten Zeit, zu welcher der Sendeinitiierungsschaltkreis 56 Übertragungen
von Funkfeuern initiiert, dargestellt. In dem Ausführungsbeispiel
von 6 basiert der Jitter des Funkfeuerübertragungstaktes
auf einer konstanten Zeitreferenz an Stelle von Verschiebungen basierend
auf Übertragungszeiten gegenüber dem
vorherigen Funkfeuer-Burst. Wie in 6 dargestellt
wird die Funkfeuerübertragung
hinsichtlich einer vorher bestimmten Zeitreferenz 72, 72', 72'', 72''' variiert. In
dem Ausführungsbeispiel von 6 basiert
für jede
Funkfeuer-Burst-Übertragung
die Initiierung der Funkfeuerübertragung
auf der Zeitreferenz 72, 72', 72'', 72'''.
Die tatsächliche Übertragung
wird durch den Sendeinitiierungsschaltkreis 56 basierend
auf Hinzufügen
des aktuellen Funkfeuer-Jitter-Wertes zu den fixierten Initialzeiten 72, 72', 72'', 72''' von dem Jitter-Generatoren 54 initiiert.
Nehmen wir beispielsweise an, dass die erste Funkfeueraussendung
zur Zeit T1 = 0 + Δ1 initiiert wird,
wie es in 6 bei 74 dargestellt
ist. Die Null-Referenzzeit beschreibt nur die Zeitreferenz 72 und
ist nur aus Klarheitsgründen
erwähnt.
Wie bei 76 dargestellt wird der zweite Funkfeuer-Burst zur Zeit T2 = T + Δ2 initiiert. Wie bei 78 dargestellt
ist, kommt der dritte Funkfeuer-Burst zur Zeit T3 =
T + Δ3 an.
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Hinsichtlich
des Ausführungsbeispiels
von 5 gleicht die bestimmte Zeit zwischen der Initiierung
von Übertragungen
von Funkfeuer-Bursts der durchschnittlichen Periode T zwischen Basisstationsunkfeuerübertragungen
plus dem berechneten aktuellen Funkfeuer-Jitter-Wert von dem Jitter-Generator 54.
Im Gegensatz dazu – entsprechend
dem Ausführungsbeispiel
von 6 mit Jitter nach vorher bestimmter Referenz 72, 72', 72'', 72''' – gleicht
die bestimmte Zeit zwischen der Initiierung von Übertragung von Funkfeueraussendungen
der durchschnittlichen Periode zwischen Basisstationsfunkfeueraussendungen
plus dem berechneten aktuellen Funkfeuer-Jitter-Wert minus dem berechneten
Funkfeuer-Jitter-Wert für
die zuletzt übertragenen
Funkfeueraussendung. Dementsprechend kann im Ausführungsbeispiel
von 6 ein Funkfeuerübertragungs-Jitter hinsichtlich der vorher bestimmten
Referenz 72, 72', 72'', 72''' durch Taktinitiierung
von Übertragungen
hinsichtlich der vorangegangenen Funkfeuerübertragung durch Beibehalten
von sowohl dem aktuellen Funkfeuer-Jitter-Wert als auch dem letzten Funkfeuer-Jitter-Wert
für die
letzte übertragende Funkfeueraussendung
erreicht werden. Es kann mathematisch gezeigt werden, dass durch Überwachung
der Basisstation 10A, 10B, 10C über eine
relativ kurze Zeitperiode Abweichungen für einen gegebenen maximalen
Funkfeuer-Jitter-Wert von der durchschnittlichen Zeit T in dem Ausführungsbeispiel von 5 viel
größer sein
können
als solche des Ausführungsbeispiels
in 6.
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Für private
Funktelefonbasisstationen 10A, 10B, 10C,
die sich in der häuslichen
Umgebung befinden, kann entweder das Ausführungsbeispiel nach 5 oder 6 genutzt
werden. Das Ausführungsbeispiel
nach 5 hat einen zufälligeren Charakter, und deshalb
ist die Wahrscheinlichkeit für
aufeinander folgende Kollisionen kleiner als im Ausführungsbeispiel
von 6. Auf der anderen Seite ist in dem Ausführungsbeispiel
von 6 die Wahrscheinlichkeit eines Verlustes der Funkfeuersynchronisation mit
einem mobilen Endgerät 14 kleiner,
wenn eine große
Anzahl von aufeinander folgenden Funkfeuerkollisionen auftritt.
Für private
Mehrbenutzer-Funktelefonbasisstationen 10A, 10B, 10C,
bei denen eine Mehrzahl von Basisstationen ein entsprechendes privates
lokales Netzwerk bilden, kann das Ausführungsbeispiel nach 6.
vorgezogen werden. Dieses trifft insbesondere dann zu, wenn das
private Netzwerk einen TDMA-Kommunikationsstandard nutzt, welches
dem mobilen Endgerät 14 nur
erlaubt, auf Funkfeueraussendungen während Leerlauf-Frames zu achten.
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Beispielsweise
kann in privaten Funkkommunikationsnetzwerken, die eine GSM-kompatible Funkschnittstelle
nutzen, ein mobiles Endgerät 14 nur
nach Basisstationsfunkfeuerübertragungen
während
der Leerlauf-Frames 80, 80' (7) schauen, die
alle 26 TDMA-Frames vorkommen. Die Funkfeuer-Burst-Signale müssen in
den Leerlauf-Frames 80, 80' ankommen, um von dem mobilen Endgerät 14 erfasst
werden. Wie in 7 dargestellt, läuft über das mobile
Endgerät 14 (Graph 82)
ein Anruf auf einer Funkkommunikationsverbindung mit der Basisstation 10B (Graph 84).
In den Leerlauf-Frames 80, 80' kann die Basisstation 10A, 10B Funkfeuer übertragen,
und das mobile Endgerät 14 kann
auf die Funkfeuerübertragungen
achten. Die Funkfeuerübertragungsperiode
T ist – wie
in 7 dargestellt – ein Vielfaches der 26 Frame
Multi-Frames; das
Jittern muss über
einen Frame oder 8 Slots erfolgen. Das Jittern verhindert Funkfeuerübertragungskollisionen
zwischen den Basisstationen 10A und 10B (bei Vergleich
der Graphen 84 und 86).
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Der
Fachmann erkennt, dass die oben beschriebenen Aspekte der vorliegenden
Erfindung in 4 in Hardware, Software oder
einer Kombination von beiden ausgeführt sein kann. Während die
verschiedenen Komponenten der Basisstation 10A, 10B, 10C in 4 als
diskrete Elemente dargestellt worden sind, können sie praktisch als Mikrocontroller inklusive
Eingangs- und Ausgangs-Ports mit einem ablaufenden Software-Code,
durch Custom- oder Hybrid-Chips mit ablaufenden Software-Code, durch diskrete
Komponenten oder einer Kombi nation von allem implementiert sein.
Beispielsweise kann die Funkfeuerübertragungssteuerung 42,
der Speicher 46 und die Basisstationssteuerung 40 alle
in einer einzigen programmierbaren Vorrichtung implementiert sein.
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Unter
Zuhilfenahme von 8 wird nun ein mobiles Endgerät 14 entsprechend
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein mobiles Endgerät 14 enthält eine
mobile Endgerätesteuerung 88 oder
andere Mittel zur Steuerung des Betriebes eines mobilen Endgerätes inklusive
der Steuerung einer Funkkommunikation zwischen einem mobilen Endgerät 14 und
einer Basisstation 10A, 10B, 10C. Das
mobile Endgerät 14 enthält außerdem einen
Empfänger
in 90 oder andere Funk empfangenen Mittel zum Empfang von
Funkkommunikationen inklusive Funkfeuern von einer Basisstation 10A, 10B, 10C;
dabei ist der Empfänger
elektrisch mit der mobilen Endgerätesteuerung 88 über die
Leitung 89 verbunden. Der Empfänger 90 braucht nur
am Empfänger
für Zwecke eines
Funkfeuerempfangs zu seinen, kann aber auch ein Transceiver sein,
der sowohl Übertragungs-
als auch Empfangsfunktionen zur Unterstützung von Uplink- und Downlink-Kommunikationen
zwischen dem mobilen Endgerät 14 und
Basisstation 10A, 10B, 10C ausweist.
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Das
mobile Endgerät 14 entfällt einen
ID-Ableitungsschaltkreis 92 oder
andere Funkfeuerlesemittel zur Ableitung des übertragenen Basisstationsidentifikationswertes
aus dem empfangenen Funkfeuer. Der ID-Ableitungsschaltkreis 92 ist
zusammenwirkend elektrisch durch Leitung 91 mit dem Empfänger 90 verbunden.
Das mobile Endgerät 14 enthält weiterhin
einen Funktionsbestimmungsschaltkreis 94 oder andere Bestimmungsmitteln
zur Bestimmung einer vorher bestimmten Funktion, die von der identifizierten
Basisstation 10A, 10B, 10C für Jitter
von Funkfeuerübertragungen
basierend auf dem Basisstationsidentifikationswert genutzt wird,
und die durch den Ableitungsschaltkreis 92 abgeleitet wird. Der
Funktionsbestimmungsschaltkreis 94 ist zusammenwirkend
elektrisch mit dem ID-Ableitungsschaltkreis 92 verbunden,
wie es durch die Lei tung 96 dargestellt ist. Der Funktionsbestimmungsschaltkreis 94 ist
auch zusammenwirkend elektrisch über
Leitung 97 zum Synchronisationsschaltkreis 98 oder
anderen Mitteln zur Synchronisation des mobilen Endgerätes 14 zu
Funkfeuerübertragungsempfängen zu
den Zeitintervallen von „gejitterten" Funkfeuerübertragungen von
der identifizierten Basisstation 10A, 10B, 10C basierend
auf der vorher bestimmten Jitter-Funktion verbunden. Der Synchronisationsschaltkreis
ist auch zusammenwirkend mit dem Empfänger 90 verbunden,
wie es durch Leitung 101 dargestellt ist, und kann auch
zusammenwirkend mit der mobilen Endgerätessteuerung 88 verbunden
sein.
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In 8 ist
auch ein Taktgeber 100 oder andere Takt gebende Mittel
zu Bereitstellung einer Taktreferenz an das mobile Endgerät 14 zur
Empfangstaktung oder Übertragung
von Funkfeuern dargestellt. Der Taktgeber 100 ist zusammenwirkend elektrisch
mit dem Synchronisationsschaltkreis 98 durch die elektrische
Verbindung 102 verbunden.
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Der
Speicher 104 ist zusammenwirkend sowohl mit dem ID-Bestimmungsschaltkreis 92 als
auch mit der mobilen Endgerätesteuerung 88 durch
die elektrischen Verbindungen 106 und 108 verbunden. Der
Speicher 104 kann Mittel wie eine Referenztabelle mit Cross-Referenzinformationen
zwischen Identifikationswerten der sendenden Basisstation und der vorher
bestimmten Jitter-Funktion bereithalten.
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Dem
Fachmann ist klar, dass die oben beschriebenen Aspekte der vorliegenden
Erfindung in 8 durch Hardware, Software oder
einer Kombination von beiden realisiert werden kann. Während verschiedene
Komponenten des mobilen Endgerätes 14 in 8 als
diskrete Elemente dargestellt wurden, können sie praktisch durch einen
Mikrocontroller inklusive Eingangs- und Ausgangs-Ports und dem Ablauf
eines Software-Code,
durch Custom- oder Hybrid-Chips, durch diskrete Elemente oder eine
Kombination von allem implementiert werden. Beispielsweise können die
mobile Endgerätesteuerung 88,
der Speicher 104, der ID-Ableitungsschaltkreis 92,
der Funktionsbestimmungsschaltkreis 94 und der Synchronisation
Schaltkreis 98 in einer einzigen programmierbaren Vorrichtung
implementiert sein.
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9 beschreibt
ein Verfahren für
den Betrieb für
eine Funkfeuerkanalübertragungstaktung
bei privaten Funktelefonbasisstationen 10A, 10B, 10C, die
eine wiederholte Übertragung
von Funkfeuern bei zufällig
variierten Zeitintervallen umfasst. Der Betrieb der Funkfeuerübertragungstaktung
beginnt bei Block 110 mit der Initialisierung der Funkfeuerübertragung durch
die Basisstation 10A, 10B, 10C. Das übertragene
Funkfeuer enthält
einen zugeordneten Identifikationswert für die übertragene Basisstation 10A, 10B, 10C,
und kann zusätzlich
Basisstationszustandsinformationen enthalten. Bei Block 112 berechnet die
Basisstation 10A, 10B, 10C einen aktuellen
Funkfeuer-Jitter-Wert. Der Jitter-Wert ist auf eine maximale Jitter-Wert-Größe begrenzt,
wie es bereits vorher beschrieben wurde, und wird durch eine vorher
bestimmte Funktion erzeugt, die dem Basisstationsidentifikationswert
zugeordnet ist, und der einen durchschnittlichen Ausgangswert von
Null aufweist.
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Bei
Block 114 berechnet die Basisstation 10A, 10B, 10C eine
bestimmte Zeit zwischen der Initialisierung von Übertragungen von aufeinander
folgenden Funkfeuern basierend auf einer Funktion des aktuellen
Funkfeuer-Jitter-Wertes und der durchschnittlichen Periode T zwischen
Funkfeuerübertragungen
für das
private Funkkommunikationssystem. Bei Block 116 wartet
die Basisstation 10A, 10B, 10C die berechnete
bestimmte Zeit bevor sie zu Block 110 zur Initiierung der Übertragung
eines weiteren Funkfeuers zurückkehrt,
und um die Schritte der Blöcke 112, 114, 116 zur
Berechnung und zum Abwarten des zufällig variierten Zeitintervalls
bis zur nächsten Übertragung
zu wiederholen.
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10 stellt
den Betrieb eines mobilen Endgerätes
in einem Ausführungsbeispiel
des Verfahrens der vorliegenden Er findung dar. Bei Block 120 empfängt das
mobile Endgerät 14 ein
gesendetes Funkfeuer von der Basisstation 10A, 10B, 10C.
Bei Block 122 leitet das mobile Endgerät 14 die Statusinformation
der Basisstation aus dem empfangenen Funkfeuer ab. Das mobile Endgerät bestimmt
dann die Verfügbarkeit
der identifizierten Basisstation zur Kommunikation mit dem mobilen
Endgerät
basierend auf der empfangenen Basisstationszustandsinformation bei
Block 124. Eine Basisstation kann beispielsweise nicht
verfügbar
sein, wenn ein Anwender nicht für
diese Basisstation autorisiert ist. Wenn die Statusinformationen
darauf hinweist, dass die entsprechende Basisstation 10A, 10B, 10C nicht
für eine Kommunikation
mit dem mobilen Endgerät 14 verfügbar ist,
kehrt das mobile Endgerät 14 zum
Block 120 zurück,
um gesendete Funkfeuer von den Basisstationen 10A, 10B, 10C zu
empfangen.
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Wenn
die empfangene Statusinformation darauf hinweist, dass die sendende
Basisstation für eine
Kommunikation mit dem mobilen Endgerät 14 verfügbar ist,
leitet das mobile Endgerät 14 bei
Block 126 den Basisstationsidentifikationswert aus dem empfangenen
Funkfeuer ab. Die zugeordnete vorher bestimmte Jitter-Funktion der
identifizierten Basisstation wird in Block 128 bestimmt.
Bei Block 130 synchronisiert das mobile Endgerät 14 zum
Takt der identifizierten Basisstation 10A, 10B, 10C basieren auf
der vorher bestimmten Jitter-Funktion, die der identifizierten Basisstation
gemäß den Berechnungen
in Block 128 zugeordnet ist. Das mobile Endgerät 14 übernimmt
die Taktung der zufällig
variierten Funkfeuerübertragungen
von der identifizierten Basisstation 10A, 10B, 10C,
und hält
die Synchronisation aufrecht bis es sich außerhalb des Übertragungsbereiches 12A, 12B, 12C der
identifizierten Basisstation 10A, 10B, 10C bewegt.
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Wie
in 10 dargestellt wird der Status abgeleitet und
danach die Basisstation identifiziert. Es ist selbstverständlich,
dass die Vorteile der vorliegenden Erfindung auch erreicht werden
können,
wenn die Identifikation zuerst abgeleitet wird. Das mobile Endgerät 14 kann
dann basierend auf der Identifikation bestimmen, ob es eine erlaubte
Basisstation ist, und falls dem so ist, die Statusinformation abzuleiten. Falls
die Basisstationsidentifikation nicht in der Liste der Basisstationen,
die das mobile Endgerät 14 erlaubt
es zu benutzen, vorhanden ist, braucht der Status nicht abgeleitet
zu werden.
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In
den Zeichnungen und der Spezifikation wurden typische Ausführungsbeispiele
der Erfindung offenbart, und obwohl spezifische Begriffe genutzt wurden,
wurden sie nur in einem allgemeinen und beschreibenden Sinne und
nicht für
Zwecke einer Beschränkung
benutzt; der Umfang der Erfindung wird durch die nachfolgenden Ansprüche bestimmt.