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Hintergrund
der Erfindung
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I. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf drahtlose Telefonsysteme.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf zellulare
Telefonsysteme, die einen Telefondienst mit reduzierten Kosten vorsehen.
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II. Beschreibung verwandter
Techniken
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Drahtbasierende
oder drahtgebundene Telefonsysteme sind die herkömmlichen Verfahren zum Vorsehen
von einem nicht mobilen Telefondienst. Drahtgebundene Telefonsysteme
sind für
diese Aufgabe gut geeignet, da sie hoch qualitative Telefonverbindungen
mit niedrigen Betriebskosten vorsehen und einfach eine erhöhte Nachfrage
nach einem Telefondienst aufnehmen können, und zwar durch Einfügen von
neuen Telefonleitungen in das existierende Netzwerk. Ein Nachteil
von drahtbasierten Telefonsystemen ist die umfassende Infrastruktur
sowie das Kapital nötig
für deren
Implementierung. Diese Anforderungen können drahtgebundene Telefonsysteme unökonomisch
für weniger
entwickelte Gebiete werden lassen, die abgelegen oder weniger dicht
besiedelt sind oder für
weniger entwickelte Gebiete, wo das benötigte Kapital nicht zur Verfügung steht.
Das Ergebnis ist, dass diese weniger dicht bevölkerten und entwickelten Gebiete
oft einen adäquaten
Telefondienst nicht aufweisen. Außerdem macht die Zeit, die
für den
Aufbau der benötigten
Infrastruktur vor Ort nötig
ist, drahtgebundene Telefonsysteme weniger wünschenswert in Gebieten, in
denen ein neuer Telefondienst schnell vorgesehen werden muss.
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Drahtlose
zellulare Telefonsysteme benötigen
wesentlich weniger Kapital und Infrastruktur im Vergleich zu drahtgebundenen
Telefonsystemen und sehen daher eine mögliche Alternative zum Vorsehen
eines primären
Telefondienstes in Gebieten vor, in denen Zugriff auf einen drahtgebundenen
Telefondienst inadäquat
ist. Der Grad zu dem zellulare Telefonsysteme einen primären Te lefondienst
vorsehen können,
ist jedoch begrenzt durch deren höhere Betriebskosten im Vergleich
zu drahtgebundenen Telefonsystemen, was höhere Benutzungskosten für den Teilnehmer
des zellularen Telefonsystems bedingt. Diese höheren Nutzungskosten begrenzen
die Anzahl von Teilnehmern, die es sich leisten können, ein zellulares
Telefonsystem als ihren primären
Telefondienstprovider innerhalb eines gegebenen Gebietes zu verwenden,
und reduziert daher die Anzahl von Märkten, in denen die Verwendung
von zellularen Telefonsystemen wirtschaftlich ist.
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Ein
neu konfiguriertes zellulares Telefonsystem, das reduzierte Betriebskosten
in den Vordergrund stellt anstatt die Mobilität, könnte die Anzahl von Gebieten,
in denen es profitabel und wirtschaftlich ist, zellulare Telefonsysteme
als primäre
Telefondienstprovider zu verwenden, erhöhen. Der resultierende erhöhte Zugriff
auf den Telefondienst würde das
Leben von Leuten in Gebieten, wo zuvor ein adäquater Telefondienst fehlte,
verbessern, und zwar dadurch, dass es ermöglicht wird, Fabriken und andere
Arbeitsplatz generierende Organisationen in größerer Anzahl in Regionen innerhalb
eines gegebenen Landes oder Region anzusiedeln. Wenn die Charakteristiken
von Niedrigkapitalkosten und einer schnellen Implementierungsmöglichkeit
in solch einem zellularen Telefonsystem beibehalten werden könnten, wäre ein solches
Telefonsystem ebenfalls in Gebieten nützlich, wo drahtgebundene Telefonsysteme
auf lange Sicht nicht zur Verfügung
stehen werden. Dies würde
weiterhin einen weltweiten Zugriff auf einen Telefondienst erhöhen.
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Es
wäre wünschenswert
solch ein zellulares Telefonsystem so kompatibel wie möglich mit
existierenden zellularen Telefonprotokollen zu gestalten, dass dies
die Kosten der Entwicklung des Systems reduzieren würde. Dadurch
dass ein solches zellulares Telefonsystem kompatibel mit herkömmlichen zellularen
Telefonsystemen gestaltet wird, würde es ebenso möglich werden,
beides, einen zellularen Niedrigkostentelefondienst mit reduzierter
Mobilität und
einen kostenintensiveren zellularen Telefondienst mit erhöhter Mobilität innerhalb
eines zellularen Telefonnetzwerks gleichzeitig vorzusehen, wobei zumindest
ein Teil derselben Infrastruktur, die in einem gegebenen Gebiet vorgesehen
wird, verwendet werden kann. Da Codemultiplex-Vielfachzugriffs- bzw. CDMA-Zellulartelefonsysteme
ein sehr effizientes und hochqualitatives Verfahren zum Betreiben
eines zellularen Telefonsystems vorsehen, würde es bevorzugt werden, solch
ein zellulares Telefonsystem kompatibel mit mindestens einem zellularen
CDMA-Telefonstandard zu gestalten.
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Weiterhin
wird auf das Dokument EP-A-0 583 233 aufmerksam gemacht, das ein
digitales zellulares Kommunikationssystem offenbart, wo standortfeste
Teilnehmer und mobile Teilnehmer sich Basistransceiverstationen,
Basisstationssteuerelemente und Mobilvermittlungsstellen teilen
können,
um mit einem PSTN zu kommunizieren. Mobile und standortfeste Teilnehmer
können über ein
beliebiges gemeinsames zellulares Funkprotokoll kommunizieren, wobei
jedoch die ortsfesten Teilnehmer über herkömmliche Telefone unter Verwendung
einer Multi-Teilnehmereinheit kommunizieren. Das System verwendet
bevorzugter Weise einen digitalen Sprachinterpolationspool in einem
Zeitmultiplexvielfachzugriffssystem mit unterschiedlichen Trägerfrequenzen,
von denen jede zeitlich in sechs Zeitschlitze aufgeteilt ist. Die
Multi-Teilnehmereinheit
kommuniziert mit der Basistransceiverstation über eine Funkverbindung, die
die meisten der Aufgaben managed, die für die Luftschnittstelle benötigt werden,
so dass kostengünstige
herkömmliche
Telefone für
die ortsfesten Teilnehmer verwendet werden können.
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Weiterhin
wird auf das folgende Dokument aufmerksam gemacht: PROCEEDINGS OF
THE NATIONAL COMMUNICATIONS FORUM, Band 42, Nr. 2, September 1988,
Seiten 1714–1721, XP000053947,
McGuire R J: "Basic
Exchange Telecommunications Radio (BETR) Technology". Das Dokument beschreibt
eine Architektur von Punkt-zu-Multipunkt-Digitalfunksystemen, bestehend
aus einer Basisstation, Teilnehmerendgeräten und Repeatern. Ein Teilnehmerendgerät in der
Form eines Clusters ist gezeigt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Systems mit konzentrierten
Teilnehmern (concentrated subscriber system) für eine Wireless Local Loop
bzw. einen drahtlosen Teilnehmeranschluss, gemäß Anspruch 1, und eine Vorrichtung
zum Betreiben eines Systems mit konzentrierten Teilnehmern für einen
drahtlosen Teilnehmeranschluss gemäß Anspruch 9, vorgesehen. Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden in den Unteransprüchen beansprucht.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Basierend
auf dem Vorhergehenden wird ein zellulares Telefonsystem mit konzentrierten
Teilnehmern bzw. Concentrated Subscriber System (CSS) beschrieben.
Das CSS beinhaltet eines Satz von Teilnehmereinheiten, die jeweils
eine einmalige elektronische Seriennummer besitzen, die an ein CSS-Steuerelement gekoppelt
ist, das ein Interface zu einer Standardbasisstation eines zellularen
Telefonsystems vorsieht. Das CSS-Steuerelement beinhaltet einen
Satz von Modulator-Demodulator-Systemen (Modems) und einen HF-Transceiver und ein Antennensystem,
das speziell konfiguriert ist, um ausreichend Information für das Durchführen von mehreren
Telefonanrufen über
beide, kurze und lange Distanzen, zu senden. Das CSS-Steuerelement beinhaltet
außerdem
eine Steuerschaltung zum Koppeln des Satzes von Teilnehmereinheiten
an den Satz von Modems über
ein Multiplexersystem unter Verwendung von gespeicherter Information.
Die Anzahl von Modems ist signifikant geringer als die Anzahl von
Teilnehmereinheiten, die so implementiert sind, dass die Kosten
pro Teilnehmer des zellularen Telefondienstes reduziert sind.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden noch
offensichtlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung, insbesondere
wenn diese zusammen mit den Zeichnungen gesehen wird, in denen gleiche
Bezugszeichen durchgängig
Entsprechendes identifizieren und wobei die Figuren Folgendes zeigen:
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1 ist
ein Diagramm eines zellularen Telefonsystems im Einklang mit der
Verwendung von CDMA-Funk- und -Modulationstechniken.
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2 ist
ein Diagramm eines zellularen Telefonsystems, das gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist.
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3 ist
ein Blockdiagramm eines konzentrierten Teilnehmersystemsteuerelements,
das gemäß dem beschriebenen
Ausführungsbeispiel
der Erfindung konfiguriert ist.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Ein
Verfahren und Vorrichtung zum Interfacen bzw. zum Bilden einer Schnittstelle
von mehreren Teilnehmereinheiten mit einmaligen elektronischen Seriennummern über ein
Steuerelement eines Systems mit konzentrierten Teilnehmern wird
vorgesehen. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Prozeduren,
Anordnungen und Systeme im Detail beschrieben. Dies beinhaltet unter
anderem die Beschreibung eines zellularen Telefonsystems, das gemäß einer
bestimmten CDMA-Zelltelefonspezifikation und -Protokoll betrieben
wird. Es wird für den
Fachmann offensichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung in
einer Vielzahl von zellularen oder drahtlosen Kommunikationssystemen
angewendet werden kann, obwohl das beschriebene Ausführungsbeispiel
das bevorzugte ist. Zusätzlich
wird die Verwendung einer elektronischen Seriennummer für das Identifizieren
und Pagen einer Teilnehmereinheit beschrieben. Es wird dem Fachmann
ebenso offensichtlich sein, dass ein anderer einmaliger Identifikationscode
anstelle der elektronischen Seriennummer verwendet werden könnte, inklusive
einer Mobilidentifikationsnummer oder noch allgemeiner ausgedrückt einer
Teilnehmereinheitsidentifikationsnummer. In anderen Fällen werden
verschiedene bekannte Strukturen und Systeme in Blockform vorgesehen.
Dies geschieht um zu vermeiden, dass die Offenbarung der Erfindung
unnötig
verkompliziert wird.
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1 ist
eine Darstellung eines zellularen Telefonsystems, das im Einklang
mit der Verwendung von Funkwellenmodulationstechniken des Codemultiplex-Vielfachzugriffs
bzw. Code Division Multiple Access (CDMA) konfiguriert ist.
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Eine
Implementierung für
solch ein zellulares CDMA-Telefonsystem ist in den US-Patenten 4,901,307
('307) betitelt "Spread Spectrum Multiple Access
Communication System Using a Satellite or Terrestrial Repeater" und in 5,103,459
('459) betitelt "System and Method
for Generating Signal Waveforms in a CDMA Cellular Telephone System", die beide dem Rechtsnachfolger
der vorliegenden Erfindung zugewiesen sind, sowie in der Spezifikation
IS-95 von der Telekommunication Industry Association (2001 Pennsylvania
Avenue, Suite 800, Washington, DC 20006) betitelt "Mobile Station-Base
Station Compatibility Standard for Dual Mode Wide Band Spread Spectrum
Cellular System" (IS-95)
beschrieben. In diesen zellularen Telefonsystemen werden Funkfrequenz-
bzw. Radio-Frequency-(RF bzw. HF)-Signale, die ansprechend auf beides,
ankommende und abgehende Telefonanrufe gemäß der oben zitierten Patente '459 und '307 und der Spezifikation
IS-95 generiert werden, zwischen Teilnehmereinheiten 10 und 12 und
Basisstationstransceivern 14, 16 und 18 ausgetauscht.
Zusätzliche
Teilnehmereinheiten werden normalerweise ebenso solche RF- bzw.
HF-Signale austauschen, sind jedoch aus Gründen einer einfachen Darstellung
nicht gezeigt. Die Basisstationstransceiver 14, 16 und 18 kommunizieren
auf verschiedene Arten und Weisen inklusive erdbasierte Leitungen,
optischen Faserkabeln oder Mikrowellenverbindungen mit Basisstationssteuerelement
bzw. Base Station Controller (BSC) 20, der die Anrufe über Mobilvermittlungsstelle
bzw. Mobile Switching Center (MSC) 21 zu dem öffentlichen
Telefonnetzwerk bzw. Public Switching Telephone Network (PSTN) 22 lenkt
und das auf ähnliche
Weise mit anderen Zellstandorten 24 interagiert. Im Allgemeinen
beinhalten Teilnehmereinheiten 10 und 12 jeweils
die Verwendung eines Modems zum Konvertieren von Information zwischen
digitalen und analogen Formaten und eines Transceiversystems zum
Generieren und Empfangen der HF-Signale und können nicht direkt miteinander
kommunizieren. Dieses Konvertieren beinhaltet das Paketieren, wo
Codieren und die Spreizspektrumcodierung der Daten, wie es in den
oben zitierten Patenten '459
und '307 sowie in der
Spezifikation IS-95 beschrieben ist. Wie es ebenfalls in den Patenten '459 und '307 und Spezifikation IS-95
beschrieben ist, wird die "forward
link"- bzw. Vorwärtsverbindungskommunikation,
die zwischen Basisstationstransceivern 14, 16 und 18 und
Teilnehmereinheiten 10 und 12 stattfindet, über verschiedene
Vorwärts-CDMA-Kanäle ausgeführt, die
jeweils 1,23 MHz der Funkfrequenzbandbreite belegen. Jeder der Vorwärts-CDMA-Kanäle ist in
verschiedene zusätzliche
Kanäle
aufgeteilt, die durch die Verwendung von einmaligen Pseudozufallsspreizcodes,
die auf die zu sendenden Daten angewendet werden, voneinander separiert
und unterschieden werden. Für
Kanäle,
die Signale tragen, die von beiden Teilnehmereinheiten 10 und 12 empfangen
werden sollen, wird ein vorbestimmter Spreizcode verwendet, der
jeder Kommunikationseinheit inklusive beider Teilnehmereinheiten 10 und 12,
bekannt ist. Für
Kanäle,
die Daten tragen, die nur für
eine Teilnehmereinheit 10 oder 12 bestimmt sind,
wird ein Spreizcode verwendet, der nur der bestimmten Kommunikationseinheit
bekannt ist und der im Allgemeinen als eine Funktion einer einmaligen
elektronischen 32-Bit- Seriennummer bzw. Electronic Serial Number
(ESN), die in jeder Teilnehmereinheit gespeichert ist, bestimmt.
Zusätzlich
zu der ESN, kann jede Teilnehmereinheit ebenfalls einer Mobilidentifikationsnummer (MIN)
zugeordnet sein, die im bevorzugten Ausführungsbeispiel ebenfalls 32
Bits besitzt, kann aber auch weiteren einmaligen Identifikationscodes
zugeordnet sein, auf die im Allgemeinen als Teilnehmereinheitsidentifikationscodes
Bezug genommen wird.
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Die
verschiedenen Kanäle
innerhalb eines gegebenen Vorwärts-CDMA-Kanals beinhalten
einen Satz von Datenkanälen,
einen Synchronisationskanal, einen Pilotkanal und einen Satz von
Paging-Kanälen,
die alle von den Basisstationstransceivern 14, 16 und 18 zu
den Teilnehmereinheiten 10 und 12 gesendet werden.
Das Pilotsignal ist ein regelmäßig wiederholtes
Muster, das für
jeden Zellstandort in einem lokalen Gebiet leicht phasenversetzt
ist und von beiden Teilnehmereinheiten 10 und 12 empfangen wird.
Das Pilotsignal erlaubt es Teilnehmereinheiten 10 und 12 die
verschiedenen Basisstationstransceiver, die in der Reichweite ihrer
Kommunikationsmöglichkeiten
liegen, zu identifizieren und sich mit ihnen zu synchronisieren.
Der Synchronisationskanal liefert zusätzliche Synchronisationsinformation,
die von beiden, der Teilnehmereinheit 10 und 12 verwendet
werden. Der Satz von Datenkanälen
trägt die
Daten, die den verschiedenen Kommunikationssitzungen (normaler weise
Telefonanrufe) zugeordnet sind und diese sind einer spezifischen
Teilnehmereinheit zugewiesen. Die Paging-Kanäle werden durch die Basisstationstransceiver
verwendet, um eine bestimmte Teilnehmereinheit dahin gehend zu informieren,
dass eine Anfrage für
eine Kommunikation empfangen wurde. Der Paging-Kanal richtet sich
auf eine Untergruppe der Teilnehmereinheiten, die sich innerhalb eines
bestimmten Zellstandortes befinden.
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Wie
es ebenfalls in dem Patent '459
und der Spezifikation IS-95 sowie in der ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung
Seriennummer 07/847,149 ('149)
betitelt "Apparatus
and Method for Reducing Power Consumption in a Mobile Communications
Receiver", dem Rechtsnachfolger
der vorliegenden Erfindung zugewiesen, beschrieben ist, ist das
Protokoll für
das Pagen einer Teilnehmereinheit so definiert, dass Hintergrundrauschen
gleichmäßig verteilt
ist und um den Leistungsverbrauch zu reduzieren. Dies geschieht
dadurch, dass jeder Paging-Kanal in einen Satz von Paging-"Slots" bzw. "Schlitze" oder -Zeitfenster
aufgeteilt ist, währenddessen
Paging-Signale, die entweder an Teilnehmereinheit 10 oder 12 gerichtet
sind, generiert werden können
und weiterhin durch Zuweisen von bestimmten CDMA-Kanälen, Paging-Kanälen und
Paging-Schlitzen an jede Teilnehmereinheit auf eine gleichmäßig verteilte
Art und Weise. Die Zuordnung wird über die Verwendung einer Hash-Funktion, die auf
die ESN einer jeden Teilnehmereinheit angewendet wird, ausgeführt. Die
Hash-Funktion ergibt einen Wert, der einem bestimmten Satz von Paging-Parametern,
inklusive einem CDMA-Kanal, einem Paging-Kanal und einem Paging-Schlitz,
entspricht. Die Teilnehmereinheiten werden dann konfiguriert um nach
einer Paging-Nachricht über
den CDMA-Kanal und Paging-Kanal während des entsprechenden Paging-Schlitzes
zu "hören". Da das Hören nach
einem Page einen bestimmten Leistungsbetrag benötigt, reduziert das Begrenzen
der Zeitdauer mit der eine Teilnehmereinheit die Abhörfunktion
hinsichtlich eines bestimmten Paging-Schlitzes ausführt, den
Gesamtleistungsverbrauch der Teilnehmereinheit und erhöht somit
die Lebensdauer von Batterien und anderer Leistungsspeicherungssysteme,
die von der Teilnehmereinheit verwendet werden. Die Page-Nachricht
selber enthält
die Teilnehmereinheitsidentifizierungsinformation, die in dem bestehenden Protokoll
die ESN der Teilnehmereinheit, die gepaged bzw. gerufen wird, in
codierter Form ist, so dass die Einheit sich selbst identifizieren
kann, wenn der Page empfangen wird.
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Das
zellulare CDMA-Telefonprotokoll, das in den oben erwähnten Patenten '459 und '307 und Spezifikation
IS-95 beschrieben wurde, enthält
ebenfalls eine Leistungssteuerungsfunktion, die die Fähigkeit
der Basisstation 14, 16, 18 ermöglicht,
die Information, die von jeder der Teilnehmereinheiten innerhalb
der Zelle des Abdeckungsgebietes gesendet wird, zu unterscheiden
und zu decodieren. Die Leistungssteuerungsfunktion beinhaltet die
Verwendung einer Feedback- bzw. Rückkopplungsschleife, in der, zum
Beispiel Basisstation 14 der Teilnehmereinheit 10 durch
die HF-Signale, die zwischen diesen ausgetauscht werden, anzeigt
ob die Teilnehmereinheit die Stärke
ihrer HF-Ausgabesignale
erhöhen
oder senken sollte. Weitere Details eines beispielhaften Leistungssteuerungssystems
sind in dem US-Patent Nr. 5,056,109 betitelt "Method and Apparatus for controlling
transmission power in a CDMA Cellular Mobile Telephone System" offenbart. Durch
Vorsehen dieser Leistungsbesteuerungsfähigkeit wird die Stärke der Signale,
die von jeder Teilnehmereinheit innerhalb des Abdeckungsgebietes
der Basisstation 14 gesendet werden ähnlich sein, wenn sie bei Basisstation 14 empfangen
werden. Dies macht das Decodieren und Unterscheiden der verschiedenen
Kanäle
leichter, und zwar durch Minimieren des Interferenzbetrags, der
zwischen den Signalen innerhalb der Zelle generiert wird. Innerhalb
einer jeden Teilnehmereinheit 110, 112 führt das
Modem die Page-Überwachungsfunktion
sowie die Funktion des Unterscheidens der verschiedenen Kanäle voneinander
aus, um die Information, die an das Teilnehmersystem, in dem es sich
befindet, zu bestimmen.
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2 ist
ein Blockdiagramm eines zellularen Telefonsystems, das gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist. Der Basisstationstransceiver 102 sendet
und empfängt Funkwellen,
die gemäß CDMA-Spreizspektrumtechniken,
wie sie in den oben erwähnten
Patenten '459 und '307 unter der Spezifikation
IS-95 beschrieben sind, moduliert sind, und zwar an und von Teilnehmereinheiten 100 und 112.
Zusätzlich
bildet Basisstationstransceiver 102 eine Schnittstelle
mit Basisstationssteuerelement bzw. Base Station Controller (BSC) 104,
und zwar auf beliebige Art und Wiese, zum Beispiel mittels einer
Mikrowellenverbindung, erdgebundener T1- oder E1-Kabelverbindungen oder
einer Kombination hiervon. BSC 104 bildet eine Schnittstelle
mit dem öffentlichen
Telefonnetzwerk bzw. Public Telephone Switching Network (PSTN) 106 über die
Mobilvermittlungsstelle (MSC) 105, was es erlaubt, verschiedene
Kommunikationssitzungen oder Telefonanrufe zwischen Basisstationstransceiver 102,
Basisstationstransceiver 110 und anderen Zellstandorten 108 vorzusehen.
Jeder der entfernten Kommunikationseinheiten 100, 112 ist
eine einmalige 32-Bit ESN, wie oben beschrieben, zugewiesen.
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Basisstationstransceiver 110 bildet
eine Schnittstelle mit BSC 104 auf eine ähnliche
Art und Weise wie Basisstationstransceiver 102 und kommuniziert
mit der entfernten Kommunikationseinheit 112 und einem
System mit konzentrierten Teilnehmern bzw. Concentrated Subscriber
System (CSS) 113 über
Funkwellen, die gemäß der oben
erwähnten
Patente '459 und '307 und der Spezifikation
IS-95 moduliert sind. Innerhalb von CSS 113 sind die Teilnehmereinheiten 116 (1)
bis (50) an CSS-Steuerelement 114 gekoppelt, das die Schnittstellenfunktion
mit Basisstationstransceiver 110 ausführt. Teilnehmereinheiten 116 (1)
bis (50) besitzen im Allgemeinen nicht die Schaltung, die nötig ist,
um Funkwellen zu senden und zu empfangen und Daten von digitalem
zu analogem Format zu modulieren und zu demodulieren und bestehen
im Wesentlichen aus einem Lautsprecher und einem Mikrophon ähnlich wie
ein Hörer bzw.
Handgerät,
das in den meisten drahtgebundenen Telefonen zu finden ist. In einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind die Teilnehmereinheiten 116 Standardtelefongeräte, die
verwendet werden um einen herkömmlichen
drahtgebundenen, pulscodemodulierten Telefondienst vorzusehen und
werden Twisted-Pair- oder PBX-Verbindungen besitzen. Jeder Teilnehmereinheit 116 ist
außerdem
eine einmalige ESN zugewiesen und kann auf eine Art und Weise ähnlich zu
einem Standardtelefon verwendet werden, um Telefonanrufe zu initiieren
und zu empfangen. Obwohl das CSS- Steuerelement 114 direkt
gekoppelt an Teilnehmereinheiten 116 dargestellt ist, könnten alternative
Verfahren zum Austauschen von Information bedacht werden, inklusive
einer vereinfachten Form einer funkwellenbasierten Kommunikation.
Zusätzlich
könnten
unterschiedliche Anzahlen von Teilnehmereinheiten 116 an
das CSS-Steuerelement 114 gekoppelt werden, und zwar an
eine andere Anzahl als die angezeigten 50 Einheiten.
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Während des
Betriebes empfängt
der Basisstationstransceiver 110 Anfragen, um mit Teilnehmereinheit 100 und 112 und
Teilnehmereinheit 116 sowie mit anderen Teilnehmereinheiten,
die aus Gründen
der einfachen Darstellung nicht gezeigt sind, zu kommunizieren.
Ansprechend auf eine Anfrage mit Teilnehmer 112 zu kommunizieren,
generiert der Basisstationstransceiver 110 eine Paging-Nachricht
auf einem CDMA-Kanal, Paging-Kanal und einem Paging-Schlitz, bestimmt
durch die Anwendung einer Hash-Funktion auf die ESN der entfernten
Kommunikationseinheit 112. Die Hash-Funktion ist so konstruiert,
dass sie den Satz von Paging-Signalen gleichmäßig über die zu Verfügung stehenden
Paging-Kanäle
und Paging-Schlitze verteilt und ist in dem oben erwähnten Patent '459, der Patentanmeldung '159 und der Spezifikation
IS-95 beschrieben. Es sei anzumerken, dass alternative Verfahren
des Pagens von Teilnehmereinheiten 112 oder 100 im
Einklang mit der Verwendung der vorliegenden Erfindung stehen.
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Wenn
eine Anfrage hinsichtlich einer Kommunikation mit einer der Teilnehmereinheiten 116 (1) bis
(50) durch den Basisstationstransceiver 110 empfangen wird,
wird eine Page-Nachricht auf einem bestimmten CDMA-Kanal, Paging-Kanal
und Paging-Schlitz generiert, und zwar bestimmt auf eine alternative
Art und Weise zu der für
die Teilnehmereinheiten 100 und 112 verwendeten
Art und Weise, die bewirken wird, dass derselbe CDMA-Kanal, Paging-Kanal und Paging-Schlitz
für alle
Teilnehmereinheiten 116 verwendet wird. Die Generierung
dieser Paging-Nachricht ist im weiteren Detail in der gleichzeitig
eingereichten und ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung
mit der Seriennummer 08/382,472, betitelt "Method and Apparatus for Paging a Concentrated
Subscriber System for Wireless Local Loop" beschrieben, die dem Rechtsnachfolger der
vorliegenden Erfindung zugewiesen ist ("Paging-Patent"). Dieses Paging-Signal wird durch das CSS-Steuerelement 114 empfangen,
das die entsprechend modifizierte entfernte Kommunikationseinheit 116 ansprechend
hierauf informiert und hiernach alle zusätzlichen Daten, die in Beziehung
stehen zu der zugeordneten Kommunikationssitzung oder -telefonanruf
zu der Teilnehmereinheit 116 transferiert.
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3 ist
ein Blockdiagramm des CSS-Steuerelements 114 der 2,
die gemäß der oben
beschriebenen Ausführungsbeispiele
der Erfindung konfiguriert ist. Das Antenneninterface- bzw. -schnittstellensystem 270 empfängt die
Funkwellen von dem Basisstationstransceiver 110 durch Antenne 250 und sendet
die Signale durch Kabel 251 und Modemschnittstellensystem 252 zu
der Modembank 260, die aus Modems 262 (1) bis
(16) besteht. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Modems 262 ähnlich aufgebaut
sein und eine ähnliche
Funktionalität
besitzen wie die Modems, die in dem Teilnehmersystem 110 oder 112 der 1 verwendet
werden, um die Kosten der Entwicklung des CSS-Steuerelements zu
reduzieren, obwohl die Verwendung von alternativen Modems im Einklang
steht mit vielen Aspekten der Erfindung. Ein Transceiveruntersystem bzw.
-subsystem wird innerhalb des Systems mit konzentrierten Teilnehmern
durch Antenne 250, Antennenschnittstellensystem 270 und
Modemschnittstellensystem 252 gebildet. Viele Transceiveruntersysteme
sind auf dem Fachgebiet bekannt und eine Implementierung eines Transceiveruntersystems
ist in größerem Detail
in der ebenfalls anhängigen
US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 08/398,619, betitelt "Radio Frequency Transceiver
System for Digital Communication",
die dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung zugewiesen ist,
beschrieben. Multiplexersystem 266 koppelt die Teilnehmereinheitsleitungen 256 (1)
bis (50) an Modems 262 (1) bis (16) der Modembank 260 und
ist in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
konfiguriert um mit den Teilnehmereinheiten 116 zu interagieren,
die als standardpulscodemodulierte und drahtgebundene Telefongeräte konfiguriert
sind, obwohl andere drahtgebundene Telefongeräte ebenfalls in Erwägung gezogen werden.
Wie es in 2 gezeigt ist, sind Teilnehmerleitungen 256 an
Teilnehmereinheiten 116 gekoppelt. Steuersystem 254 empfängt und
liefert Information an Modembank 260 und steuert Multiplexersystem 266 unter
Verwendung von Information, die in dem Speicheruntersystem 253 gespeichert
ist. Zusätzlich ist
Steuersystem 254 an Modeminterfacesystem 252 gekoppelt.
Während 16 Modems
und 50 zellulare Kommunikationsleitungen gezeigt sind, ist die Verwendung
von einer unterschiedlichen Anzahl dieser Elemente im Einklang mit
dem Betrieb der Erfindung. Weiterhin können zusätzliche Schaltungen zum Manipulieren
der Signale von Teilnehmereinheiten 116 zwischen der Modembank 260 und
Teilnehmereinheitsleitungen 256 platziert werden, wobei
diese auf dem Fachgebiet bekannt sind und Analog-zu-Pulscode-modulierte
Umwandlungssysteme bzw. Puls-Code-Modulated-(PCM)-Umwandlungssysteme beinhalten.
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Während des
Betriebes weist Steuersystem 254 eines der Modems 262 für das Überwachen
hinsichtlich Paging-Nachrichten zu, die über die HF-Signale, die über Antenne 250 empfangen
werden, gesendet werden und das Steuersystem 254 liefert
dem Modem 262 Page-Überwachungsinformation,
die nötig
ist, um die Page-Überwachungsfunktion
gemäß der verschiedenen
vereinfachten Page-Nachrichten-Generierungstechniken, die in dem
oben erwähnten
Paging-Patent beschrieben werden, durchzuführen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beinhaltet
diese Page-Überwachungsinformation eine
Paging-ESN, die eine 32-Bit-Zahl ist, die ähnlich ist zu der ESN einer
Teilnehmereinheit, wobei der Wert hiervon gemäß einer Vielzahl von alternativen Ausführungsbeispielen
der Erfindung bestimmt wird. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist die Paging-ESN ein spezieller vorbestimmter Wert, der derselbe
für alle
CSS-Systeme ist. In einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist die Paging-ESN eine spezielle vorbestimmte Zahl, die einmalig
für jedes
CSS-System ist. In einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist die Paging-ESN ebenfalls eine vorbestimmte Zahl, die einmalig
ist für jedes
CSS, wobei jedoch die ausgewählte
Zahl einen Satz von zwanzig höherwertigen
Bits besitzen muss, der identisch ist zu den zwanzig höherwertigen
Bits der ESN einer jeden Teilnehmereinheit, die ein Teil des bestimmten
CSS ist. In anderen Abwandlungen dieses dritten Ausführungsbeispiels
der Erfindung kann die Anzahl von Bits, die in der Paging-ESN und der
ESN einer jeden Teilnehmereinheit identisch ist, von Zwanzig unterschiedlich
sein, und kann woanders innerhalb der zweiunddreißig Bits
angeordnet sein, und zwar nicht dort wo die Bits höchster Ordnung
sind. Die Zahl Zwanzig ist jedoch die bevorzugte Zahl, da sie zwölf Bits
für die "Einmaligkeit" zwischen der ESN
einer jeden Teilnehmereinheit vorsieht, was mehr als zehntausend
einmalige Codes innerhalb eines CSS existieren lässt, was einer Vierziffernerweiterung
in einer Zehnerbasisdarstellung entspricht, die in der Telekommunikationsindustrie üblich ist.
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Sobald
die Paging-ESN von dem Steuersystem 254 vorgesehen wurde,
fährt das
zugewiesene Modem 262 damit fort, hinsichtlich Paging-Nachrichten
auf einem CDMA-Kanal, Paging-Kanal und Paging-Schlitz, die dadurch
berechnet werden, dass die Standard-Hash-Funktion auf die Paging-ESN
angewendet wird, zuzuhören.
Der CDMA-Kanal, Paging-Kanal und Paging-Schlitz weist die Paging-Parameter
in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel auf,
da CDMA-Zelltelefontechnologie,
die gemäß dem IS-95-Standard
ausgebildet ist, verwendet wird. Andere Ausführungsbeispiele können unterschiedliche
Paging-Parameter
gemäß beliebiger
verwendeter alternativer Zelltelefonprotokolle oder -standards beinhalten.
Zusätzlich
können
diese anderen Zelltelefonprotokolle und -standards ein unterschiedliches Verfahren
zur Berechnung ihrer jeweiligen Paging-Parameter sowie unterschiedlicher
Page-Überwachungsinformation
verwenden. Wenn eine Page-Nachricht durch das zugewiesene Modem 262 empfangen
wird, wird die ESN der Teilnehmereinheit, die gepagt wird und die
hierin enthalten ist, an Steuersystem 254 geliefert und
eine Bestätigungsnachricht
wird auf einem alternativen Datenkanal, der gemäß dem Normalbetrieb des IS-95-CDMA-Zelltelefonsystems
bestimmt wird, gesendet. Ansprechend auf die Page-Information bestimmt
Steuersystem 254, ob die ESN, die in der Page-Nachricht
enthalten ist, einer Teilnehmereinheit entspricht, die ein Teil
des CSS ist. Diese Bestimmung wird unter Verwendung von Daten ausgeführt, die
in dem Speicherteilsystem 253 gespeichert sind.
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Wenn
die ESN, die in der Page-Nachricht enthalten ist, einer Teilnehmereinheit
entspricht, die in dem CSS enthalten ist, bestimmt das Steuersystem 254 weiterhin,
ob ein Modem 262 zur Verfügung steht, um die Information,
die dem angefragten Telefongespräch
zugeordnet ist, zu verarbeiten.
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Wenn
ein Modem zur Verfügung
steht, weist Steuersystem 254 das Modem 262 an,
den Telefonanruf abzuwickeln und beliefert das Modem mit Codierungsinformation,
die nötig
ist, um den Telefonanruf, der der Paging-Nachricht zugeordnet ist,
auszuführen.
Das Modem verwendet dann diese Information, um Daten von der Teilnehmereinheit 116 für die Übertragung über HF-Signale
zu konditionieren bzw. vorzubereiten, und versetzt die Daten von
der Modemschnittstelle in einen Zustand für eine Verwendung durch das
Multiplexersystem 266 sowie Teilnehmereinheit 116.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
umfasst diese Konvertierung die Vocodierung, Paketisierung und Modulation
der Information sowie die entsprechende Entkonvertierung und die
Codierungsinformation beinhaltet die ESN empfangen in der Page-Nachricht,
die der Teilnehmereinheit 116 zugeordnet ist, wobei all
dies in den oben zitierten Patenten '459 und '307 und Spezifikation IS-95 beschrieben
ist. Andere Ausführungsbeispiele der
Erfindung können
unterschiedliche Codierungsinformation verwenden und unterschiedliche
Codierungsprozesse gemäß der jeweiligen
Protokolle beinhalten. Zusätzlich
instruiert das Steuersystem 254 das Multiplexersystem 266 eine
der Zellkommunikationsleitungen 256 (1) bis (50) an das
zugewiesene Modem 262 zu koppeln. Die geeignete Leitung 256 wird
diejenige sein, die an die Teilnehmereinheit gekoppelt ist, die
der ESN, die in der Paging-Nachricht enthalten ist, zugeordnet ist.
Der Telefonanruf wird dann unter Verwendung des zugewiesenen Modems 262 bis
zu dessen Beendigung durchgeführt,
wobei dann das Modem 262 das Steuersystem 254 dahingehend
informiert, dass es für
weitere Anrufverarbeitung zur Verfügung steht.
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Wenn
zu dem Zeitpunkt, zu dem die Page-Nachricht empfangen wird, das
Steuersystem 254 bestimmt, dass keine zusätzlichen
Modems für
das Durchführen
von Telefonanrufen zur Verfügung
stehen, wird das Modem, das zuvor für das Überwachen nach Page-Nachrichten
zugewiesen war, für
die Verar beitung des Telefonanrufs, der der ankommenden Page-Nachricht
zugeordnet ist, neu zugewiesen und mit der Codierungsinformation,
inklusive der ESN der zugeordneten Teilnehmereinheit, versorgt.
Keine Antwort wird hinsichtlich neuer zusätzlicher Paging-Nachrichten
vorgesehen, was anzeigt, dass das CSS besetzt ist. Sobald ein Telefonanruf
abgeschlossen ist und ein Modem für die Verarbeitung von Telefonanrufen
zur Verfügung
steht, wird das Modem von dem Steuersystem 254 zum Überwachen
hinsichtlich Paging-Nachrichten zugewiesen und mit der Paging-ESN
versorgt.
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Normalerweise
würden
Pages, die sich an Teilnehmereinheiten, die verwendet werden gerichtet sind,
nicht empfangen werden, da das Basisstationssteuerelement bestimmen
wird, dass die Teilnehmereinheit, mit der Kommunikation beantragt
wird, verwendet wird, und wird daher ein Besetzt-Signal zurückgeben,
ohne eine Page-Nachricht ansprechend hierauf zu generieren. Wenn
die Teilnehmereinheit eines Systems mit konzentrierten Teilnehmern
abgenommen verbleibt, d.h. "off
the hook" bzw. "der Hörer abgenommen
ist" und nicht verwendet
wird, wird das Basisstationssteuerelement nicht hinsichtlich dieser Unverfügbarkeit
informiert sein und wird eine Page-Nachricht generieren. In diesem Fall
wird das Steuersystem 254 bemerken, dass die Teilnehmereinheit
nicht aufgelegt ist und wird eine Nachricht zurückgeben, die anzeigt, dass
die Teilnehmereinheit nicht zur Verfügung steht, auf die wiederum
auf verschiedene Arten und Weisen reagiert werden kann, inklusive
der Generierung eines Besetzt-Signals durch das Basisstationssteuerelement.
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Bei
abgehenden Telefonanrufen detektiert Steuersystem 254,
wann eine Teilnehmereinheit 116 (2) aktiviert
wird, und zwar durch Multiplexersystem 266. Die Aktivierung
der Teilnehmereinheit entspricht normalerweise dem Entfernen eines
Hörers aus
einer Dockingstation, wie es bei einem normalen Standardtelefon
der Fall ist. Sobald eine Aktivierung detektiert wird, bestimmt
Steuersystem 254 ob ein Modem 262 für die Verarbeitung
eines Telefonanrufs zur Verfügung
steht. Wenn ein Modem zur Verfügung steht,
sieht das Steuersystem 254 ein wähltonähnliches Signal an die aktivierte
Teilnehmereinheit 116 vor. Zusätzlich wird ein Modem 262 zugewiesen,
um den Telefonanruf zu verarbeiten und wird mit der Codierungsinformation
versehen, die der Teilnehmereinheit zugeordnet ist, und zwar inklusive
der ESN der aktivierten Teilnehmereinheit. Sobald die Codierungsinformation
vorgesehen wurde, wird die aktivierte Teilnehmereinheit 116 an
das zugewiesene Modem 262 durch Multiplexersystem 266 gekoppelt. Der
Anruf wird dann auf normale Art und Weise verarbeitet, wobei die
Daten modifiziert werden unter Verwendung eines Spreizcodes, der
eine Funktion der ESN ist. Diese modifizierten Daten werden dann an
Modemschnittstellensystem 252 vorgesehen, der die Daten
mit den Daten von anderen abgehenden Telefonanrufen in ein verstärktes Ausgabesignal kombiniert,
das durch Kabel 251 zum Antennenschnittstellensystem 276 weitergeleitet
wird und dann in ein HF-Signal transformiert wird, das durch Antenne 250 zu
Basisstationstransceiver 110 der 2 gesendet
wird.
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Steuersystem 254 liefert
eine Leistungsanfragereduzierungsfunktion, die die Fähigkeit
des Systems verbessert, mit verschiedenen Arten von Transceiversystemen
zu operieren, inklusive desjenigen, das in der oben zitierten ebenfalls
anhängigen
Anmeldung, betitelt "Radio
Frequency Transceiver System for Digital Communication" beschrieben wurde. Wenn
das Transceiverunter- bzw.
-teilsystem bestehend aus Antenne 250, Antennenschnittstellensystem 276 und
Modemschnittstellensystem 252, ein Leistungsalarmsignal
setzt, was anzeigt, dass das Transceiversystem überlastet ist, und dieses Leistungsalarmsignal
durch Steuersystem 254 detektiert wird, führt das
Steuersystem 254 verschiedene Schritte aus, um die Leistungsanfragen
des Systems mit konzentrierten Teilnehmern zu reduzieren. Um richtig
mit dem Steuersystem 254 zu interagieren, sollte das Leistungsalarmsignal
gesetzt werden und solange beibehalten werden, solange die Leistungsausgabenanforderungen
des Systems mit konzentrierten Teilnehmern einen vorbestimmten Pegel überschreitet,
die den Fähigkeiten
des Antennenschnittstellensystems 276 entspricht. Ansprechend
auf das Leistungsalarmsignal instruiert zuerst das Steuersystem 254 Modems 262 Anfragen
nach einer erhöhten Leistungsausgabe,
die von Basisstation 110 empfangen werden, zu ignorieren
und beginnt dann damit das Leistungsalarmsignal mit erhöhter Regelmäßigkeit
zu überwachen
um zu bestimmen, ob es ein "Fast-Fade-" bzw. "Schnellschwund-" oder ein "Slow-Fade-" bzw. "Langsamschwund-Alarm" ist. Wenn das Leistungsalarmsignal
aufgehoben wird in diesem Zustand für eine vorbestimmte Zeitperiode verbleibt,
dann wird bestimmt, dass es sich bei dem Leistungsalarm um ein Schnellschwundsignal
handelt und auf Anfragen nach erhöhter Leistungsausgabe wird
erneut geantwortet. Wenn das Leistungsalarmsignal gesetzt verbleibt
oder erneut gesetzt wird innerhalb der vorbestimmten Zeitperiode,
dann wird bestimmt, dass der Leistungsalarm ein langsamer Schwund
ist und zusätzliche
Handlungen müssen durchgeführt werden.
Die geeignete vorbestimmte Zeitperiode sollte durch Experimente
und Anwendung von Schnellschwund- bzw. Langsamschwundtheorien, die
auf dem Fachgebiet bekannt sind, festgelegt werden.
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Ansprechend
auf einen Langsamschwundleistungsalarm sperrt das Steuersystem 254 zuerst abgehende
Anrufe und ankommende Page- bzw. Funkruf-Antworten und instruiert die Modems 262, die Übertragungsrate
um 12,5% oder ein Achtel zu reduzieren, wodurch die Leistungsanforderungen
eines jeden Modems reduziert werden, was außerdem eine leichte Verschlechterung
in der Sprachqualität bewirkt.
Soll das Leistungsalarmsignal gesetzt verbleiben oder erneut gesetzt
werden, während
die reduzierten Übertragungsraten
gültig
sind, wird das Steuerungssystem 254 bewirken, dass Telefonanrufe auf
zufällige
Art und Weise beendet bzw. terminiert werden bis der Leistungsalarm
aufgehoben wird. In anderen Ausführungsbeispielen
der Erfindung werden bestimmten Anrufen eine Priorität bei dem
Beendigungsprozess eingeräumt,
wobei eine Priorität
basierend auf der angerufenen Nummer erteilt wird, zum Beispiel
911, was die Notrufnummer in vielen Gebieten ist, oder die Priorität wird auf
der Basis der ESN der Teilnehmereinheit erteilt, was bestimmten Telefonanrufen
von bestimmten Benutzern eine höhere
Priorität über anderen
Telefonanrufen einräumt.
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Das
oben beschriebene System mit konzentrierten Teilnehmern sieht nicht-mobile Drahtloszelltelefondienste
mit reduzierten Kosten im Vergleich zu her kömmlichen Zelltelefonsystemen
vor, wobei die Charakteristik der reduzierten Kapital- und Infrastrukturanforderungen
solcher Telefonsysteme erhalten bleibt. Das Modemzuweisungsschema
erlaubt es, eine Untergruppe von Modems von einem größeren Satz
von Telefondienstteilnehmern zu verwenden. Dies verteilt die Kosten
der Modems über
eine größere Anzahl
von Benutzern, wodurch die Kosten pro Benutzer des Telefondienstes
reduziert werden. Zusätzlich
erlaubt es die Fähigkeit
des oben beschriebenen Systems mit konzentrierten Teilnehmern die Leistungsausgabeanforderungen
ansprechend auf Signale von einem Transceiversystem zu steuern, CDMA-Modems
zusammen mit einem einzelnen HF-Transceiversystem zu verwenden.
Dies senkt weiter die Betriebskosten des zellularen Telefondienstes,
da CDMA-Zelltelefonsysteme
die HF-Bandbreite effizienter als andere Zelltelefonsysteme verwenden
und die Kosten des einzelnen HF-Transceiversystems ebenfalls durch
die mehreren Teilnehmer geteilt werden können. Die Reduzierung der Betriebskosten
des drahtlosen und zellularen Telefondienstes erhöht die Anzahl
von Gebieten, in denen die Verwendung eines zellularen und drahtlosen
Telefonsystems wirtschaftlich und profitabel ist und erhöht somit
insgesamt den weltweiten Zugriff auf einen Telefondienst, was die
wirtschaftliche, physikalische und politische Situation derer, die
momentan keinen Zugriff auf einen Telefondienst besitzen, verbessert.
Da die tatsächliche
Verbindung zu dem Telefonnetzwerk mittels HF-Signalen ausgeführt wird,
ist der Bedarf nach kapitalintensiven drahtgebundenen Verbindungen
von herkömmlichen
Telefonsystemen vermieden, wodurch es dem oben beschriebenen System
mit konzentrierten Teilnehmern ermöglicht wird, die Charakteristik
von reduzierten Kapital- und Infrastrukturanforderungen beizubehalten.
Dies erlaubt es, einen Telefondienst mittels des oben beschriebenen
Systems mit konzentrierten Teilnehmern schneller in Gebieten einzuführen, wo
drahtgebundene Telefone auf längere
Zeit hinaus nicht zu Verfügung
stehen werden.
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Somit
wird ein System mit konzentrierten Teilnehmern für einen drahtlosen Teilnehmeranschluss
beschrieben, das es einem zellularen Telefonsystem ermöglicht,
einen Telefondienst mit niedrigeren Kosten vorzusehen, während reduzierte
Kapital- und Infrastrukturanforderungen des zellularen Telefonsys tems
beibehalten werden. Verschiedene alternative Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden dem Fachmann offensichtlich werden. Das beispielhafte
Ausführungsbeispiel,
das oben vorgesehen wurde, dient lediglich dem Zwecke der Darstellung und
sollte nicht als einschränkend
für den
Rahmen der Erfindung angesehen werden.