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Gebiet der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
Kommunikationssysteme im Allgemeinen und ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Hoppen bzw. Springen eines digitalen Paketdatensignals
auf Sprachkanälen eines
Kommunikationssystems im Besonderen.
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Hintergrund der Erfindung
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Kommunikationssysteme sind wohlbekannt und
bestehen aus vielen Typen einschließlich dem mobilen Landfunk,
zellularen Funktelefonen, persönlichen
Kommunikationssystemen (PCS) und anderen Kommunikationssystemtypen.
Innerhalb des Kommunikationssystems werden Übertragungen zwischen einer
Sendeeinheit und einer Empfangseinheit über eine gemeinhin als Kommunikationskanal
bezeichnete Kommunikationsressource durchgeführt. Bis heute haben Übertragungen
typischerweise aus Sprachsignalen bestanden. In letzter Zeit ist
jedoch vorgeschlagen worden, andere Formen von Datensignalen zu
befördern.
Für eine
leichte Handhabung ist es besser, die Datenübertragungsfähigkeit
die bestehende Sprachkommunikationsfähigkeit derart überlagern
zu lassen, dass ihr Betrieb für
das Sprachkommunikationssystem im Wesentlichen transparent ist,
während
die Kommunikationsressourcen und andere Infrastruktur des Sprachkommunikationssystems
immer noch verwendet werden.
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Ein solcher mit zellularen Funktelefon-Kommunikationssystemen
assoziierter Dienst ist als zellulare digitale Paketdaten ("cellular digital
packet data" (CDPD))
bekannt. Die Verarbeitung von digitalen Paketdatensignalen innerhalb
des CDPD-Systems ist von der Verarbeitung von Sprachsignalen in
dem zellularen Funktelefon-Kommunikationssystem
getrennt. Jedoch ist das CDPD-System in die zellulare Infrastruktur
integriert, um ihre Sprachkanäle
zum Übertragen
von digitalen Paketdatensignalen zu nutzen.
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Da das CDPD-Equipment der zellularen
Infrastruktur überlagert
ist und dessen Betrieb für
das zellulare System im Wesentlichen transparent ist, besteht zwischen
den beiden keine Koordination. Folglich muss das CDPD-System fähig sein,
einen unbenutzten Sprachkanal zu identifizieren, auf dem zu übertragen
ist, so dass es Sprachkommunikationen innerhalb des zellularen Systems
nicht unterbricht. Selbst wenn der Sprachkanal zum Zeitpunkt des Übertragungsbeginns
unbelegt ist, ist es jedoch möglich,
dass die zellulare Infrastruktur demselben Verkehrskanal einen Sprachanwender
zuteilt. In diesem Falle muss das CDPD-Equipment schnell die Präsenz des
Sprachanwenders ermitteln, seine Übertra gung beenden und einen
neuen unbelegten Sprachkanal aussuchen, auf dem die Übertragung
wieder aufzunehmen ist, d. h. von dem aktuellen Sprachkanal zu einem
neuen Sprachkanal springen bzw. hoppen.
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Um eine Störung mit dem Sprachanwender und
eine Verschlechterung der Qualität
der Sprachübertragung
zu vermeiden, muss die Hoppingfähigkeit des
CDPD-Equipments schnell auf die Präsenz eines Sprachanwenders
reagieren. Das heißt,
es muss typischerweise die Präsenz
von sich auf dem Sprachkanal befindenden Sprachsignalen in ungefähr 40 Millisekunden
(ms) oder weniger identifizieren und von dem aktuellen Sprachkanal
zu einem Ausweichsprachkanal hoppen. Jedoch kann das Sprachsignal in
der Leistung viel niedriger sein als das denselben Kanal belegende
CDPD digitale Paketdatensignal, was eine Detektion sehr schwierig
macht. Vorhandene Geräte,
wie Scan- bzw. Abtastempfänger
und Teilnehmerempfänger,
sind benachteiligt durch eine Unfähigkeit, die Sprachsignale
zu ermitteln, die als ein störendes
Signal im gleichen Kanal auftreten, wenn das Sprachsignal in der
Leistung viel niedriger ist als das vorhandene digitale Paketdatensignal.
Und selbst wenn sie zur Detektion des Sprachsignals fähig wären, würde ihr
relativ langsamer Betrieb die erforderliche Hoppingperformance nicht
erbringen.
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Die EP-A-0 521 610 offenbart ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausführung der zellularen Datenvernetzung
("cellular data
networking" (CDN)), d.
h. Identifizieren, Sammeln und Verwenden von ansonsten unbenutzter
oder nicht verwendbarer Funkzeit in einem vorhandenen fortgeschrittenen
Mobiltelefonsystem ("advanced
mobile telephone system" (AMPS)).
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Die
US
5,396,539 offenbart ein zellulares Telefonsystem, das ein
paketvermitteltes digitales Kommunikationsuntersystem enthält, das
ein leitungsvermitteltes (z. B. Sprach-) Kommunikationsuntersystem überlagert,
wobei sich Sprach- und Datendienste dieselben Sprachkanäle teilen.
Das Sprachkommunikationsuntersystem stellt unabhängig von dem Betrieb des Datenkommunikationsuntersystems Sprachdienste
zur Verfügung.
Andererseits überwacht
das Datenkommunikationsuntersystem die Nutzung der Sprachkanäle für Sprachkommunikation und
ordnet, in Erwiderung darauf, vorübergehend einen oder mehrere
der verfügbaren
Sprachkanäle dem
Datendienst zu.
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Deshalb besteht ein Bedarf für ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Hoppen von digitalen Paketdatensignalen auf
Sprachkanälen
eines Kommunikationssystems, das bzw. die schnell die Präsenz von
Sprachsignalen auf dem Sprachkanal identifiziert und einen Ausweichkommunikationskanal
zum Übertragen
der digitalen Paketdatensignale auswählt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine beispielhafte Basisstation eines zellularen Funktelefon-Kommunikationssystems, das
einen zellularen digitalen Paketdatendienst aufweist und eine Hoppingvorrichtung
für digitale
Paketdatensignale gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet;
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2 ist
ein ausführliches
Blockdiagramm einer Sprachsignal-Detektionsschaltung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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3 ist
ein Flussdiagramm, das die Schritte zum Hoppen eines digitalen Paketdatensignals
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform(en)
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Die vorliegende Erfindung stellt
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Feststellen bereit, wann
ein digitales Paketdatensignal und ein Sprachsignal auf einem Sprachkanal
des Kommunikationssystems gleichzeitig übertragen werden. Ein Sample des übertragenen
Signals wird mit einem Sample des digitalen Paketdatensignals vor
der Übertragung
verglichen. In Erwiderung auf den Vergleich hoppt ein Transceiver
für digitale
Paketdaten zum Übertragen des
digitalen Paketdatensignals von dem Sprachkanal zu einem unterschiedlichen
Sprachkanal, wenn das Sprachsignal vorliegt.
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Die vorliegende Erfindung wird in
einer bevorzugten Ausführungsform
als eine Überlagerung eines
zellularen Funktelefon-Kommunikationssystems beschrieben. Es wird
gut verstanden werden, dass die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
zum klaren Verständnis
der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist und auf keine Weise den Schutzbereich
der Erfindung beschränkt.
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Gemäß 1 verwendet eine Basisstation 100 eines
zellularen Funktelefon-Kommunikationssystems einen CDPD-Dienst und eine Hoppingvorrichtung 101 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Basisstation 100 ist, wie
dies wohlbekannt ist, mindestens mit einer mobilen Vermittlungsstelle
("mobile switching center" (MSC)), nicht gezeigt,
und potentiell mit einem Ba sisstationscontroller ("base station controller" (BSC)), nicht gezeigt,
geeignet gekoppelt, um zellulare Funktelefon-Kommunikationsdienste
für innerhalb des
Kommunikationssystems tätige
Teilnehmerkommunikationseinheiten bereitzustellen. Die Basisstation 100 enthält eine
Mehrzahl von Sprachkanal-Transceivern 112–116 zur
Bereitstellung von Sprachkommunikationsdiensten an die Teilnehmereinheiten.
Zusätzlich
umfasst die Basisstation 100 einen Transceiver 118 für zellulare
digitale Paketdaten (CDPD). Ausgegebene Übertragungssignale, entweder Sprachsignale 102 von
den Sprachkanal-Transceivern 112–116 oder ein digitales
Paketdatensignal 104 von dem CDPD-Transceiver 118 werden
kombiniert und durch einen linearen Leistungsverstärker ("linear power amplifier" (LPA)) 120 für die Übertragung
verstärkt
und über
eine Antenne 122 gesendet. Es sollte klar sein, dass, wie
hierin verwendet, ein Sprachkanal-Transceiver eine Kommunikation auf einem
Sprachkanal zur Verfügung
stellt, der sich in der bevorzugten Ausführungsform auf ein Paar von
Kommunikationsfrequenzen in einem Kommunikationssystem mit Frequenzvielfach-Zugriffsverfahren
("frequency division
multiple access" (FDMA))
oder einen Zeitschlitz in einem Kommunikationssystem mit Mehrfachzugriff
im Zeitmultiplex ("time
division multiple access" (TDMA))
beziehen kann.
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In der bevorzugten Ausführungsform
ist der CDPD-Transceiver 118 ausgelegt
zum Empfangen von digitalen Paketdaten durch das zellulare Netzwerk
und zum Übertragen
der digitalen Paketdaten innerhalb des zellularen Kommunikationssystems auf
irgendeinem aus der Mehrzahl von verfügbaren Sprachkanälen. Der
CDPD-Transceiver 118 ist als vorzugsweise in die Basisstation 100 integriert
gezeigt. Sein Betrieb ist jedoch im Wesentlichen selbständig und
es wird klar sein, dass er nicht in die Basisstation 100 integriert
sein muss. Obwohl ein CDPD-Transceiver gezeigt ist, kann darüber hinaus eine
Mehrzahl von CDPD-Transceivern vorgesehen sein, ohne von dem fairen
Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Gemäß 1 enthält die Hoppingvorrichtung 101 in
Verbindung mit dem CDPD-Transceiver 118 einen Detektor 124 zum
Detektieren der Präsenz von
Sprachsignalen auf einem gegenwärtig
durch den CDPD-Transceiver 118 genutzten Sprachkanal und
zum Erzeugen eines Steuersignals 106, das dem CDPD-Transceiver 118 die
Präsenz
der Sprachsignale 102 auf dem Sprachkanal anzeigt. Zur
Klarheit ist der Detektor 124 als getrenntes Element gezeigt, jedoch
sollte klar sein, dass er in den CDPD-Transceiver 118 integriert
werden kann, ohne von dem fairen Schutzbereich der vorliegenden
Erfindung abzuweichen. Falls sich auf dem Sprachkanal Sprachsignale
befinden, ist der CDPD-Transceiver 118 dazu in der Lage,
zur Wiederaufnahme der digitalen Paketdatenübertragung auf einen bzw. zu
einem neuen Sprachkanal zu übertragen
oder zu hoppen.
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Der Detektor 124 empfängt ein
erstes Samplesignal 108, das ein Sample des Ausgabesignals 104 des
CDPD-Transceivers 118 vor der Übertragung ist. Der Detektor 124 empfängt weiterhin
ein zweites Samplesignal 110, das ein Sample des von dem
CDPD-Transceiver 118 und den Sprachkanal-Transceivern 112–116 gesendeten
Signals ist über
eine physisch in der Nähe
der Antenne 122 befindliche Prüfantenne 126. Der
Detektor 124 führt
mit diesen Signalen einen Vergleich durch und liefert das Steuersignal 106 an
den CDPD-Transceiver 118.
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Gemäß 2 ist in dem Detektor 124 eine Detektorschaltung 200 integriert
und sorgt gemäß der vorliegenden
Erfindung für
das Erzeugen des Steuersignals 106. Die Detektorschaltung 200 enthält einen
ersten Signalpfad 212 und einen zweiten Signalpfad 214 für die Verarbeitung
des ersten Samples 108 bzw. des zweiten Samples 110.
Jeder Signalpfad 212 und 214 enthält einen
Mischer 216 bzw. 218, die von einem direkten digitalen
Synthesizer 220 ein Eingabesignal zum Abwärtswandeln
der Signale 108 und 110 zu Zwischenfrequenzsignalen 208 bzw. 210 empfangen.
Auf diese Weise verwendet die vorliegende Erfindung vorteilhaft
die Zwischenfrequenz-(ZF-)Signalverarbeitung, was die Verwendung
von jederzeit verfügbarer
Signalverarbeitungshardware zulässt,
die in der Technik bekannt ist. Die abwärtsgewandelten Signale 208 und 210 werden
dann unter Verwendung von Filtern 222 bzw. 224 gefiltert,
um in den Samples auftretendes) Rauschen oder Signale von angrenzenden
Kanälen
zu beseitigen. Das gefilterte Signal 208 wird dann durch ein
Verzögerungselement 226 hinsichtlich
der Verzögerung
eingestellt, um im Wesentlichen die Signale 208 und 210 zeitlich
zu entzerren bzw. anzugleichen. Das Verzögerungselement 226 ist
einstellbar, jedoch sollte eine Einstellung nur bei der anfänglichen
Installierung des Systems erforderlich sein.
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Die Signale 208 und 210 werden
dann zu einer Verstärkungseinstellschaltung 228 übermittelt, wo
jedes in Verstärkern 230 bzw. 232 gepuffert
wird. Die Ausgaben der Verstärker 230 und 232 werden durch
Spannungsdetektoren 234 bzw. 236 detektiert, deren Ausgaben
an einen Differenzverstärker 238 übermittelt
werden. Die Ausgabe des Differenzverstärkers wird durch einen Filter 240 gefiltert
und als ein Verstärkungssteuersignal
dem ersten Signalpfadverstär ker 230 zugeführt, um
die Signalpegel der Signale 208 und 210 zu entzerren
bzw. anzugleichen.
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Die Signale 208 und 210 werden
dann einer Phaseneinstellschaltung 244 zugeführt, wo
sie abgetastet werden, und die Samples werden in einem Kombinator 246 kombiniert.
Das kombinierte Signal wird an einen Phasendetektor/Tiefpassfilter 248 angelegt,
um ein an das Phaseneinstellelement 250 angelegtes Phaseneinstellsignal
zu erzeugen, um die ZF-Trägerphase
des Signals 208 so einzustellen, dass sie im Wesentlichen
gleich der ZF-Trägerphase des
Signals 210 ist. Es sollte klar sein, dass sowohl die Verstärkungseinstellschaltung 228 als
auch die Phaseneinstellschaltung 244 über einen Timer 252 gesteuert
werden.
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Ein zeit-, verstärkungs- und phaseneingestelltes
Signal 208' wird
dann durch einen einstellbaren Verstärker 254 verstärkt, und
die Signale 208' und 210' werden dann
auf eine für
beschreibende Zwecke als Richtungskoppler gezeigte differenzierende
Schaltung 256 angewendet. Die differenzierende Schaltung 256 liefert
eine Differenz zwischen den Signalen 208 und 210.
Die Wirkung ist eine Löschung
von ungefähr
30 Dezibel (dB) des digitalen Paketdatensignalsamples 108 von
dem übertragenen
Signalsample 110. Das verbleibende Signal wird in einem
Verstärker 258 gepuffert,
und die Ausgabe wird in einem Schwellenwertdetektor 260 detektiert.
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Wenn Sprachsignale auf dem Verkehrskanal,
auf dem der CDPD-Transceiver 118 digitale Paketdaten überträgt, nicht
vorhanden sind, ist die Ausgangsspannung des Schwellenwertdetektors 260 ein niedriger
Wert. Wenn Sprachsignale auf dem Sprachkanal, der für die Übertragung
von digitalen Paketdaten verwendet wird, auftreten, beispielsweise
wenn die Basisstation 100 den Sprachkanal zur Sprachkommunikation
zuteilt, nimmt die Ausgangsspannung des Schwellenwertdetektors einen
hohen Wert an. Daher liefert das Ausgangsspannungssignal des Schwellenwertdetektors 260 einen
Vergleich des übertragenen
CDPD-Signals und des CDPD-Signals vor der Übertragung. Wenn die Differenz
einen hohen Wert erzeugt, zeigt sie an, dass auf dem Sprachkanal
Sprachsignale vorliegen. Deshalb kann die Ausgangsspannung des Schwellenwertdetektors 260 als
ein Steuersignal 106 an den CDPD-Transceiver 118 angelegt werden.
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Mit Bezug auf 3 werden der Betrieb der Hoppingvorrichtung 101 und
das Verfahren 300 zum Hoppen eines digitalen Paketdatensignals
beschrieben. Das Verfahren beginnt bei Schritt 302 und schreitet
weiter zu Schritt 304, wo digitale Paketdaten auf einem an der Basisstation
verfügbaren
anfänglichen
Sprachkanal übertragen
werden. Bei Schritt 306 wird ein Sample der übertragenen digitalen Paketdaten,
d. h. ein Sample des übertragenen
Sprachkanals, genommen, und bei Schritt 308 wird ein Sample der
digitalen Paketdaten vor der Übertragung,
d. h. der Ausgabe des CDPD-Transceiver 118, genommen.
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Bei Schritt 310 wird ein Vergleich
des übertragenen
Samples und des Samples vor der Übertragung
durchgeführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird die Differenz der Samples gebildet, um, wie vorstehend
beschrieben, ein Spannungssignal zu erzeugen. Wenn bei dem Entscheidungsschritt 312 der
Vergleich keine Präsenz von
Sprachsignalen auf dem Sprachkanal anzeigt, d. h. die Ausgangsspannung
des Detektors 260 unter einem Schwellenwert liegt, fährt der
CDPD-Transceiver 118 fort, digitale Paketdaten auf dem
Sprachkanal zu übertragen.
Wenn der Vergleich jedoch anzeigt, dass Sprachsignale auf dem Sprachkanal
vorhanden sind, muss der CDPD-Transceiver 118 den Sprachkanal
zum Vorteil der Sprachsignale freigeben. Der CDPD-Transceiver 118 wird
durch das Steuersignal 106, die einen zulässigen Bereich überschreitende
Ausgangsspannung des Detektors 260, von dieser Bedingung
informiert.
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Bei Schritt 314 beendet der CDPD-Transceiver 118 die Übertragung
von digitalen Paketdaten auf dem anfänglichen Sprachkanal. Dies
macht den Sprachkanal für
Sprachsig-nale frei. Als nächstes identifiziert
der CDPD-Transceiver 118 bei Schritt 316 einen Ausweichsprachkanal.
Dies erfolgt auf dieselbe Weise, wie Sprachsignale auf dem anfänglichen
Kanal ermittelt wurden. Das heißt
ein Sample eines auf einem Ausweichsprachkanal übertragenen Signals wird mit
einem Sample der Ausgabe des CDPD-Transceivers 118 verglichen.
Im Falle des Suchens nach einem Ausweichsprachkanal ist der CDPD-Transceiver 118 still.
Deshalb ist der Vergleich im Wesentlichen der Pegel des auf dem
Ausweichsprachkanal vorliegenden Signals, d. h. falls ein Signal
in dem Signalpfad 214 vorliegt. Falls Sprachsignale auf
dem Ausweichsprachsignal vorhanden sind, wird die Ausgangsspannung,
d. h. das Steuersignal 106, hoch sein. Bei dem Entscheidungsschritt 318 betrachtet
der CDPD-Transceiver 118 das Steuersignal 106,
das die Präsenz
von Sprachsignalen auf dem Ausweichsprachkanal anzeigt. Wenn das
Signal niedrig ist, steht der Sprachkanal zur Wiederaufnahme der Übertragung
von digitalen Paketdaten zur Verfügung, Schritt 320. Wenn das
Steuersignal 106 hoch ist, enthält auch der Ausweichsprachkanal Sprachsignale,
und der CDPD-Transceiver 118 fährt mit seiner Suche fort,
um einen verfügbaren
Sprachkanal zu identifizieren. Sobald die Übertragung auf dem Ausweichsprachka nal
beginnt, kehrt das Verfahren, Schritt 322, so zurück, dass
der Ausweichsprachkanal der anfängliche
Sprachkanal wird, und das Verfahren wird von Beginn, 302, an wiederholt.
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Aus dem Vorstehenden wird klar, dass
die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitstellt,
das bzw. die schnell das Vorhandensein von Sprachsignalen auf einem
für einen CDPD-Dienst
genutzten Sprachkanal identifiziert. Zudem sorgt sie dafür, dass
der CDPD-Transceiver 118 über diesen Zustand derart informiert
wird, dass er die Übertragung
beenden und einen Ausweichsprachkanal identifizieren kann, auf dem
die Übertragung
von digitalen Paketdaten fortgesetzt werden kann. Diese und andere
Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich
in einfacher weise aus der vorstehenden Beschreibung und der faire
Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus den beigefügten Ansprüchen.