ITMI942174A1 - Procedimento e sistema radio cellulare con salti di frequenza distribuiti nel tempo - Google Patents

Abstract

E' descritto un sistema di comunicazioni avente una disposizione di salti di frequenza che produce una diversità degli interferenti che è aumentata senza aumentare il ritardo del sistema. La disposizione dei salti di frequenza include la presenza di un periodo sfalsato e intercalato tra i salti delle stazioni base vicine o adiacenti, in modo da creare delle situazioni di interferenza supplementari (diversità).

Description

"PROCEDIMENTO E SISTEMA RADIO CELLULARE CON SALTI DI FREQUENZA DISTRIBUITI NEL TEMPO"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce in generale alle comunicazioni radio mobili cellulari. In modo più specifico, l'invenzione si riferisce ai procedimenti e ai sistemi per un uso efficiente e flessibile dello spettro di frequenza disponibile per comunicare in un sistema di comunicazioni radio .mobili ad accesso multiplo con divisione di frequenza (FDMA) oppure ad accesso multiplo con divisione di tempo (TDMA). La presente invenzione si riferisce anche alle stazioni base e alle stazioni mobili per un uso flessibile ed efficiente dello spettro di frequenza disponibile m tali sistemi di comunicazione.

Molti sistemi radiotelefonici mobili di vari tipi sono noti e sono in uso. In tutti questi sistemi la banda di frequenza disponibile per i collegamenti limita il numero di collegamenti simultanei possibili, o capacità del sistema. Due stazioni base o stazioni mobili che trasmettono sullo stesso canale radio di un sistema FDMA oppure sullo stesso intervallo elementare di tempo dello stesso canale radio in un sistema TDMA possono interferire l'una con l'alta. Questo tipo di interferenza è talvolta chiamato interferenza per canale comune o interferenza cocanale, per il fatto che l'interferenza proviene dallo stesso canale radio. Se l'intensità del segnale dei segnali che si riferiscono a uno dei collegamenti non è sufficientemente forte rispetto all'intensità dei segnali interferenti, rinformazione sul primo collegamento sarà quindi più o meno inintelligibile. Se i mobili che interferiscono o le stazioni base sono sufficientemente distanti gli uni dagli altri, tuttavia, i segnali che si riferiscono al collegamento saranno sufficientemente più intensi dei segnali di interferenza, e rinformazione dei collegamenti verrà ricevuta e appropriatamente decodificata.

Allo scopo di riuscire a usare lo stesso canale radio nei sistemi FDMA, oppure lo stesso intervallo elementare di tempo di un canale radio nei sistemi TDMA, per più di un collegamento, alcuni sistemi radio mobili sono organizzati quali sistemi cellulari. L'area geografica da ricoprire con un tale sistema è suddivisa in aree più piccole chiamate celle, e i mobili in una cella comunicano con una stazione base per tale cella. Alcuni o tutti ..i canali radio disponibili sono distribuiti tra le celle in conformità a un piano delle frequenze.

Un piano tradizionale delle frequenze prevede che dei canali radio differenti siano assegnati a un gruppo (cluster) di celle adiacenti o vicine. Non avviene mai che due celle nello stesso gruppo possano usare lo stesso canale radio nello stesso tempo. Ciascun canale radio usato dalla stazione base o da una stazione mobile di una cella in un gruppo è differente da ogni altro canale usato da una stazione base o da una stazione mobile in un'altra cella dello stesso gruppo. Tuttavia delle celle in gruppi differenti possono usare gli stessi canali radio. Pertanto vi può essere un uso multiplo simultaneo di un canale radio. Tale uso multiplo è talvolta chiamato riuso del canale o della frequenza. La distanza tra le celle che usano Io stesso canale radio è nota quale distanza di riuso.

Molte forme e dimensioni differenti di gruppi di celle sono noti ai tecnici del settore, per esempio i gruppi con 3 celle, 4 celle, 9 celle, 12 celle e 21 celle. Detto in modo alquanto semplificato, si ottiene la massima capacità di manipolazione delle chiamate per un sistema cellulare quando si usa il tipo più piccolo di gruppo che ottiene una interferenza cocanale sufficientemente bassa.

Benché i piani di frequenza sopra descritti ottengano l'importante vantaggio dell'uso plurimo di canali radio, tali piani di frequenze fìsse sono scomodi da attuare. A causa di variazioni geografiche, le celle coperte da ciascuna antenna delle stazioni base varieranno come dimensioni e come forma. L'area di copertura del sistema risulterà così normalmente coperta mediante parecchie combinazioni differenti delle combinazioni di gruppo note. Comunemente la configurazione del gruppo, o le decisioni su quali configurazione di riuso usare, sono fatte usando al calcolatore delle complesse simulazioni della topografia del sistema.

Altri svantaggi sono inoltre inerenti all'uso dei piani di frequenze fisse. Normalmente il numero di collegamenti desiderati in una cella varia col tempo, e una cella può non essere capace di manipolare tutti i collegamenti desiderati, in quanto tutti i canali e tutti gli intervalli elementari di tempo sui canali TDMÀ assegnati alla cella sono occupati. Nello stesso tempo il numero di collegamenti desiderati in una cella adiacente, oppure in una qualsiasi cella dello stesso gruppo, può essere sostanzialmente inferiore alla capacità totale di tutti i canali assegnati a tale cella in conformità al piano di frequenze fisse. Così tutti i collegamenti desiderati non possono essere manipolati dal gruppo di celle malgrado il fatto che vi è almeno un canale libero oppure almeno un intervallo elementare di tempo libero su un canale radio che potrebbe essere stato usato per i collegamenti desiderati se questo non fosse stato vietato dal piano di frequenze fìsse.

Un modo per ridurre lo svantaggio sopra indicato dei piani di frequenze fisse è quello di distribuire alcuni dei canali radio disponibili per i collegamenti in un sistema di comunicazioni radio mobili, e di conservare in riserva alcuni canali radio.

Tutti i canali tranne i canali in riserva sono distribuiti in conformità a un piano di frequenze. I canali radio in riserva possono essere usati temporaneamente da una cella qualsiasi che richiede una capacità supplementare al di sopra di quella ottenuta mediante i canali permanentemente assegnati a tale cella in conformità al piano delle frequenze. Tale uso temporaneo di un canale in riserva è soggetto a non provocare interferenza cocanale con un collegamento in un'altra cella che già usa tale canale radio in riserva. Benché questo procedimento di riservare e assegnare temporaneamente alcuni canali radio offra maggiore sensibilità per quanto riguarda la capacità di manipolazione di collegamenti variabili di quanto faccia un piano di frequenze fisse, la capacità di manipolazione totale per l'intero sistema può diminuire.

Un procedimento più approfondito per ottenere un'elevata flessibilità di manipolazione del traffico in varie aree di un sistema radio mobile cellulare, è quello di abolire completamente il piano delle frequenze fisse preferendo lasciare disponibili tutti i canali radio per collegamenti in tutte le celle. Una qualsiasi cella può usare un qualsiasi canale radio disponibile per i collegamenti, purché vi sia una interferenza cocanale sufficientemente bassa da altre celle che usano correntemente lo stesso canale radio. Questo procedimento dell'uso dei canali radio disponibili è talvolta chiamato assegnazione dinamica dei canali (DCA). Benché questo procedimento certamente ottenga vantaggi per quanto riguarda il cambio della capacità di manipolazione delle chiamate per una cella, esso include anche degli svantaggi. Per esempio la DCA è relativamente complesso, dato che richiede molte misure di qualità fatte dalle stazioni mobili, le quali sono riportate alle stazioni base. Per di più la DCA implica anche delle frequenti sostituzioni di canale.

Nei sistemi FDMA o TDMA tradizionali dove è usato lo stesso canale radio in tutto un collegamento, una qualsiasi interferenza cocanale perdurerà fino a che proseguono i due collegamenti quando le trasmissioni avvengono più o meno simultaneamente sullo stesso canale radio. Pertanto deve essere considerata una situazione del caso peggiore nella pianificazione delle frequenze e nel progetto di raggruppamento delle celle per garantire che sia mantenuta una qualità minima accettabile del segnale. Il salto di frequenza è una tecnica per garantire che non possano predominare situazioni di interferenza di caso peggiore per tempi più lunghi di un intervallo di salto di frequenza, al contrario della durata delfiniera collegamento.

In un sistema a salto di frequenza ciascuna cella può usare tutti i canali disponibili, ma in tempi differenti così come è determinato mediante un generatore, di sequenze di salti di frequenza pseudocasuali. Tali generatori possono essere costruiti in modo da fornire una probabilità casuale che due celle qualsiasi scelgano la stessa frequenza nello stesso tempo (noto come salto non ortogonale), oppure per garantire che delle stazioni mobili o delle celle specificate non scelgano mai la stessa frequenza nello stesso tempo (noto come salto ortogonale), oppure una miscela delle due tecniche (per esempio segnali nella stessa cella saltano ortogonalmente, mentre sono non ortogonali nei riguardi di segnali di celle adiacenti). Oggigiorno vi è soltanto un esempio commerciale di radio cellulare a salti di frequenza. La normalizzazione europea GSM descrive questo sistema, che è basato su una combinazione di accesso multiplo con divisione di tempo (TDMA) in cui un ciclo di tempo di 4,6 ms su ciascun canale di frequenza è suddiviso in otto intervalli elementari di tempo di 560 ps occupati da utenti differenti, e di salti di frequenza in cui la frequenza di tutti gli otto intervalli elementari di tempo cambia ogni 4,6 ms.

Vi sono tuttavia vari svantaggi associati con i sistemi a salto di frequenza, in generale, e in particolare con la normalizzazione GSM. Per esempio la perdita occasionale di dati in un sistema a salti di frequenza può essere migliorata prevedendo dei bit di informazione ridondante che il demodulatore di un ricevitore può usare per recuperare della informazione corretta. Tipicamente ciò è ottenuto nei sistemi a salti di frequenza che presentano una codificazione di correzione degli errori la quale sparge i bit di informazione ridondante su numerosi salti di frequenza mediante intercalazione. Tali sistemi lavorano nel modo migliore quando i dati sono intercalati su molti salti anziché pochi salti, ma un effetto collaterale indesiderabile relativo all'intercalazione è un corrispondente aumento nel ritardo della trasmissione.

Lungo la stessa linea, si è riconosciuto vantaggioso nei sistemi a salti di frequenza quali il GSM, che le stazioni base adiacenti abbiano le loro strutture di trama TDMA e pertanto i loro istanti di salto di frequenza, che sono sincronizzate, in quanto ciò facilita la sostituzione della comunicazione con una stazione mobile da una stazione base verso un'altra stazione base quando la stazione mobile attraversa il confine tra le loro zone di copertura. Se le stazioni adiacenti non sono sincronizzate, allora la stazione mobile deve in qualche modo ottenere conferma della temporizzazione della nuova stazione base, idealmente prima di abbandonare il contatto con la stazione base originale, compito questo che è difficile da attuare tecnicamente.

Per di più, la richiesta di sincronizzazione tra stazioni base adiacenti ha bisogno della sincronizzazione di un'intera rete a copertura nazionale, e vi sono delle difficoltà nel coordinare questo quando le stazioni anche entro una singola nazione sono di proprietà di una molteplicità di fornitori di servizi tra loro in competizione. Pertanto la normalizzazione GSM non specifica delle stazioni base sincronizzate e gli operatori di rete singoli possono, per esempio, scegliere di sincronizzare le stazioni entro la propria rete pur non essendo sincronizzate in altre reti.

Questi e altri svantaggi dei sistemi di comunicazione cellulare tradizionali sono superati dai sistemi e dai procedimenti secondo la presente invenzione. Varie forme di esecuzione esemplificative della presente invenzione realizzano una quantità aumentata effettiva di intercalazione per aumentare la diversità effettiva degli interferenti mediante uso di salto di frequenza sfalsato e sincronizzato tra delle stazioni base vicine. Per di più questo aumento di intercalazione effettivo è ottenuto senza aumentare il ritardo di trasmissione.

Queste e altre caratteristiche, scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno più facilmente evidenti ai tecnici del settore dalla lettura della descrizione dettagliata che segue in relazione alle unite figure, in cui:

Figura 1 illustra una disposizione esemplificativa di un sistema cellulare: Figura 2 illustra un generatore di sequenze ortogonali esemplificativo;

Figure 3(a) - 3(c) mostrano delle trasmissioni per comunicazione con salti di frequenza di tre stazioni mobili:

Figura 4 (a) - 4 (e) illustrano delle trasmissioni per comunicazioni con salti di frequenza di stazioni mobili in conformità a una forma di esecuzione esemplificativa della presente invenzione;

Fig. 5 illustra una configurazione per riuso con distribuzione nel tempo o scalamento della temporizzazione con 3 celle secondo una forma di esecuzione esemplificativa.

Figura 6 è uno schema a blocchi di una stazione mobile secondo una forma di esecuzione esemplificativa;

Figura 7 è uno schema a blocchi di una stazione base secondo una forma di esecuzione esemplificativa; e

Figure 8(a) - 8(c) illustrano delle configurazioni di comunicazione secondo una forma di esecuzione TDMA esemplificativa.

Figura 1 illustra dieci celie da CI a C10 in un sistema radio mobile cellulare esemplificativo. Per ciascuna cella da CI a C10 vi è una corrispondente stazione base, indicata da B1 a B10. Le stazioni base sono situate al centro delle celle e hanno delle antenne omnidirezionali. Sono mostrate anche dieci stazioni mobili MI - MIO. Esse possono essere installate su automobili e alimentate dal sistema dell’energia elettrica del veicolo, oppure delle piccole e leggere stazioni portatili alimentate a batteria. Le stazioni mobili sono spostabili alfintemo di una cella e da una cella a un'altra. Un centro di commutazione dei mobili, abbreviato in MSC, è collegato a tutte le stazioni base mediante dei cavi o un qualsiasi altro mezzo fisso, quale un collegamento radio oppure ottico. Alcuni di questi cavi sono omessi in Figura 1 per semplicità. Il MSC è collegato anche mediante dei cavi o delle connessioni a una rete telefonica pubblica fissa o a una rete di comunicazioni fissa simile.

Durante il funzionamento, le stazioni mobili saranno a contatto con la parte fissa del sistema mediante trasmissione di segnali radio alle differenti stazioni base e mediante ricezione di segnali radio da esse. Le chiamate telefoniche, le connessioni per comunicazioni di dati o altri percorsi di comunicazione possono essere creati tra una stazione mobile e un'altra stazione mobile nel sistema. Le chiamate possono essere create anche verso delle stazioni mobili in un altro sistema o verso degli abbonati della rete fissa. Per gli scopi di questa descrizione tutte queste situazioni sono chiamate collegamenti, indipendentemente dal fatto che esse traggano origine da una stazione mobile o finiscano in una stazione mobile.

Il sistema esemplificativo di Figura 1 è naturalmente una semplificazione, in quanto normalmente il sistema comprenderà più celle e più stazioni base. Vi possono essere per esempio delle celle a ombrello ciascuna coprente un'area anch'essa coperta da un gruppo di microcelle. Inoltre il numero delle stazioni mobili sarà normalmente molto più grande. Le stazioni base collocate in prossimità dei bordi della cella e con antenne a settore sono pure comuni. Alcune celle possono essere servite da più di una stazione base. Normalmente esistono anche parecchi altri MSC con delle stazioni base collegate, e le stazioni mobili sono usualmente anch'esse libere di comunicare con questi altri MSC.

In primo luogo verrà descritto un sistema esemplificativo ad accesso multiplo con divisione di frequenza (FDMA) in cui la presente invenzione può essere attuata. Nei sistemi FDMA le stazioni mobili all'intemo di una cella non usano la stessa frequenza nello stesso tempo, ma invece è garantita una frequenza unica in un tempo particolare entro la cella. Delle stazioni mobili in altre celle possono usare la stessa frequenza, e sono pertanto una sorgente potenziale di interferenza. Nei sistemi a frequenza fissa (cioè senza salti), una situazione di interferenza che sorge può permanere per l'intera durata di una chiamata telefonica, e pertanto la configurazione del sistema deve tollerare tali casi peggiori. In un sistema a salti di frequenza tuttavia le frequenze delle stazioni mobili non sono fisse e sono variate sistematicamente secondo delle configurazioni più o meno casuali, ma con la proprietà che le configurazioni casuali usate entro una singola cella non conducono ad avere la stessa frequenza che è usata simultaneamente da due o più mobili. Tali configurazioni o sequenze sono note quali ortogonali. Un procedimento per produrre delle sequenze manifestamente casuali che hanno questa proprietà di ortogonalità è descritto nel brevetto Stati Uniti No. 4.476.566 avente per titolo "Frequency Hopping Radio Communication Apparatus Having Pseudo-Random Channel Selection", il quale è pertanto qui incorporato come riferimento.

Figura 2 mostra un sistema esemplificativo per produrre delle sequenze pseudocasuali ortogonali adatto per un'applicazione cellulare. Un contatore 21 avente un periodo desiderato qualsiasi o una qualsiasi base numerica è incrementato mediante un orologio 20 per la cadenza dei salti. Dopo ciascun incremento, le cifre del contatore sono estratte e caricate nei registri interni di un generatore 22 di numeri pseudocasuali (PRN). Le cifre di un numero memorizzato, chiamate la chiave di salto, 23 sono anch'esse inviate dentro il generatore 22 di numeri pseudocasuali. Il generatore PRN combina le cifre della chiave di salto con le cifre del contatore per produrre un numero casuale che dipende in qualche modo da tutte le cifre di ingresso. Poiché le cifre del contatore cambiano per ciascun salto, il numero casuale prodotto cambierà con ciascun salto.

II numero casuale è usato per indirizzare una memoria dei salti 24 che contiene un elenco delle frequenze disponibili a cui è consentito saltare da parte della stazione mobile o della stazione base. L'indirizzo è tuttavia dapprima modificato mediante aggiunta dello sfalsamento ortogonale nel sommatore 25. Il sommatore 25 agisce avendo come modulo il numero di frequenze M nella memoria dei salti 24. Il numero casuale e gli sfalsamenti ortogonali sono inoltre vincolati all'intervallo da 0 a M. Stazioni mobili differenti nella stessa cella hanno esattamente la stessa disposizione di contatore, di elenco delle frequenze e di chiave di salto, ma applicano differenti sfalsamenti ortogonali. Esse producono tutte lo stesso numero casuale nell'ingresso del sommatore 25, ma in virtù del fatto di avere degli sfalsamenti differenti sono garantite per l'indirizzo di frequenze differenti nella memoria 24.

Per esempio si supponga che, per M = 10, l’elenco di frequenze nella memoria sia indicato nel modo che segue nella Tabella 1:

Inoltre in un dato istante il generatore PRN 22 produce un numero 4 che si trova nell’intervallo da 0 a 9 consistente con pna limitazione in modulo 10. Pertanto la frequenza 4 nell'elenco, f9, verrà selezionata da una stazione mobile avente uno sfalsamento ortogonale di 0; la frequenza 5 dell'elenco, f4, verrà selezionata dalla stazione mobile avente lo sfalsamento 1, e così via. La stazióne mobile avente lo sfalsamento 6 selezionerà la frequenza 0 (f8) perché 4 6 = 0 neiraritmetica in modulo 10. Questa circolazione in modulo 10 continua fino al mobile che ha lo sfalsamento massimo pari a 9, dando il numero di frequenza 4 9 = 3 o f2. Tutti i mobili aventi sfalsamenti univoci ortogonali selezionano così un'unica frequenza. In un sistema cellulare può non avere conseguenze il fatto che il mobile avente lo sfalsamento ortogonale 5 selezioni sempre f4 quando il mobile avente lo sfalsamento 4 seleziona f9, e così via, ma nei sistemi militari che si affidano al salto di frequenza ortogonale per sicurezza della trasmissione, tale relazione mutua fissa è indesiderabile. Questa relazione mutua fissa può essere eliminata, se così si desidera, mentre tuttavia si producono sequenze ortogonali mediante l'invenzione descritta nel brevetto Stati Uniti sopra incorporato.

Le stazioni in un'altra cella possono usare lo stesso elenco di frequenze, ma hanno una chiave di salto differente e pertanto producono delle sequenze casuali prive di relazione, una qualsiasi delle quali ha esattamente la probabilità 1/M di produrre la stessa frequenza come una sequenza nella prima cella. Se tutti gli sfalsamenti ortogonali sono tuttavia in uso, tutte le frequenze disponibili verranno selezionate da almeno una stazione mobile nell'altra cella, pertanto l'interferenza con una stazione mobile nella prima cella esisterà. Dato che la frequenza usata da ciascuna stazione mobile cambia con ciascun salto, l'interferenza con la stazione mobile esisterà sempre in un sistema completamente caricato, ma non sempre dalla stessa stazione mobile nell'altra cella in ciascun salto. Questa variazione della sorgente di interferenza è chiamata diversità degli interferenti, e ha il beneficio che l'interferenza proviene talvolta da una stazione prossima e talvolta da una stazione lontana, talvolta da una stazione ad alta potenza e talvolta da una stazione a bassa potenza, ma non sempre da un interferente di caso peggiore. Così, mediante una opportuna intercalazione e una opportuna codificazione su vari salti per fare la media di raffiche di errori che si presentano in un unico salto cattivo, è necessario soltanto realizzare il sistema per il livello di interferenza medio anziché per il livello di interferenza del caso peggiore, consentendo un aumento di capacità quando si faccia il confronto con i sistemi a frequenze fisse.

Figure 3 (a) - 3 (c) illustrano un esempio del modo in cui l'interferenza influenza i segnali con salto di frequenza in una rete ipotetica completamente sincronizzata. Figura 3 (a) mostra una sequenza di frequenze selezionate mediante una data stazione mobile in una prima cella, e Figura 3 (b) mostra una sequenza di frequenze selezionate dalla stazione interferente in una cella vicina ricevuta, con intensità del segnale dominante, dalla stazione mobile nella prima cella. Figura 3 (c) mostra la sequenza di frequenze selezionate da un altro interferente ricevuto con una intensità di segnale più bassa di quella del l'interferente di Figura 3 (b) da parte della stazione mobile nella prima cella. Si suppone per gli scopi di questo esempio che le configurazioni dei salti di frequenza siano allineate nel tempo come tra celle adiacenti, cosicché quando si presentano dei conflitti di frequenza la loro durata occupa l'intero salto.

Si può vedere da Figure 3 (a) - 3 (c) che la qualità del segnale percepito dalla stazione mobile consiste di un intero salto "buono" dove nessuno degli interferenti potenziali sta usando la stessa frequenza, un intero salto "cattivo" in cui l'interferente forte sta usando la stessa frequenza, seguito da un salto "di qualità media" in cui l'interferente più debole sta usando la stessa frequenza. Se i blocchi di informazione codificata sono intercalati su due salti consecutivi soltanto, si può vedere che la codificazione potrebbe dover trattare simboli che sono per metà "cattivi" e per metà che sono "medi". Nella situazione del caso peggiore (non mostrata) è concepibile che potrebbero presentarsi due salti "cattivi" consecutivi e che la codificazione potrebbe non essere capace di compensare, nel qual caso l'informazione è perduta. Se d'altra parte i blocchi di informazione codificata fossero intercalati su tre salti consecutivi, allora un blocco codificato, nell'esempio delle Figure 3 (a) - 3 (c), consisterebbe di un terzo di simboli "buoni", un terzo di simboli "cattivi" e un terzo di simboli "medi". La qualità media dei simboli in questo caso è più alta, rendendo più facile, alla decodificazione di correzione degli errori, la correzione degli errori stessi. Per ottenere delle statistiche di qualità dei blocchi più uniformi, sarebbe desiderabile una intercalazione molto più forte di tre salti. Usando tuttavia delle tecniche tradizionali, l'aumento della profondità di intercalazione per ottenere una maggiore diversità degli interferenti provoca un aumento inaccettabile del ritardo nel sistema.

Tuttavia, secondo delle forme di esecuzione esemplificative della presente invenzione, una media statistica migliore della qualità dei simboli si ottiene tramite una maggiore diversità degli interferenti, senza aumentare il ritardo del sistema. Ciò è ottenuto facendo in modo che le stazioni base vicine cambino frequenza (salto) in istanti che sono sistematicamente sfalsati l'uno dall'altro. Questo deliberato sfalsamento di temporizzazione tra stazioni base conduce a situazioni di interferenza nel salto di frequenza come illustrato dalle trasmissioni esemplificative delle Figure 4 (a) - 4 (e).

Prima di descrivere le Figure 4 (a) - 4 (e), si dovrà notare che Figura 3 è una immagine semplificata di situazioni di interferenza che mostra, a scopo di illustrazione soltanto, due interferenti. Vi sono naturalmente un numero pressoché, infinito di interferenti su ciascuna frequenza, e così in realtà ogni salto è affetto da un livello non zero di interferenza. Poiché tuttavia la maggior parte degli interferenti sono a lunga distanza, i loro livelli di interferenza sono trascurabili, giustificando la semplificazione della Figura 3 in modo da includere dei salti "buoni" senza alcun interferente. Figura 3 è semplicemente destinata a illustrare l'ampio concetto che, in una rete completamente sincronizzata, soltanto tre differenti situazioni di interferenza possono sorgere nello spazio di tre salti di frequenza.

Figure 4 (a) - 4 (e) illustrano una situazione secondo la presente invenzione in cui sono considerate due celle vicine, e queste hanno degli sfalsamenti di temporizzazione deliberati di un terzo di salto, nel seguito chiamati segmento di salto, l'una rispetto all'altra. Il quadro è di nuovo semplificato, in quanto può essere mostrato un numero pressoché infinito di interferenti, ma sono mostrati due interferenti in ciascuna di due celle per semplicità. Indicando con Ijk l'interferente j-esimo nella cella k-esima, si può vedere che il segnale voluto è disturbato nel modo che segue nella Tabella 2.

Dalla Tabella 2 si può vedere che nello spazio di tre salti sono sorte cinque differenti situazioni di interferenza. Così il valore della diversità degli interferenti è stato aumentato a confronto del sistema ipoteticamente completamente sincronizzato descritto più sopra, il quale è soggetto soltanto allo stesso numero di situazioni di interferenza differenti in un dato intervallo di tempo, uguale al numero di salti contenuti in tale intervallo di tempo. In effetti se nelle Figure 4 (a) -4 (e) fossero stati illustrati degli interferenti in numero maggiore, sarebbe diventato chiaro che il numero di situazioni di interferenza differenti che nasce nello spazio di tre salti era nove, a motivo dello scalamento nella temporizzazione di un terzo di salto.

Una comprensione più generale del meccanismo della diversità degli interferenti secondo una forma di esecuzione esemplificativa della presente invenzione può essere ottenuta considerando un sistema completamente caricato in cui ciascuna frequenza disponibile è simultaneamente in uso da parte di una stazione mobile in ciascuna cella. Pertanto l'interferenza nel primo terzo di un salto è la somma dell'interferenza da un mobile in ciascuna cella. Ciò può essere suddiviso in un gruppo S1 di mobili in celle che cambieranno frequenza alla fine del primo terzo di salto, più un gruppo S2 di mobili che cambieranno frequenza alla fine del secondo terzo di salto. Il secondo terzo è quindi soggetto a interferenza dallo stesso gruppo S2 di nuovo, ma SI è cambiato in un nuovo gruppo S3. L'ultimo terzo di salto subirà interferenza di nuovo da parte di S3, ma S2 sarà cambiato in un nuovo S4. Così i tre segmenti di un terzo di salto del segnale voluto possono essere considerati disturbati da parte di SI S2, S2 S3, e S3 S4 rispettivamente. Benché le tre situazioni di interferenza non siano totalmente prive di correlazione, almeno metà dell'interferenza è differente tra ciascun terzo di salto. Per di più, l'interferenza attribuibile a un gruppo, comune può essere cambiata a causa di evanescenza Rayleigh relativa all'interferenza provocata da questo stesso gruppo in un precedente segmento di un terzo di salto, se il periodo di salto è maggiore di pochi millisecondi.

Il numero di situazioni di interferenza effettivamente differenti diventa meno pronunciato quando il numero di scalamenti di temporizzazione disponibili da assegnare a celle circostanti viene aumentato. Per esempio, se fossero presenti sette scalamenti di temporizzazione, l'interferenza in ciascuno dei sette settimi di salto di un segnale voluto giungerebbe quindi da insiemi di stazioni mobili come è mostrato nella Tabella 3 che segue.

Si vede che cinque dei sei interferenti sono gli stessi in segmenti di un settimo di salto adiacenti, cosicché le. situazioni di interferenza adiacenti nel tempo comprendono su una base percentuale molta meno variazione di quella presentata nel precedente esempio con tre segmenti. Per di più la differenza di tempo tra segmenti adiacenti è ridotta a un settimo di un salto, cosicché l'evanescenza Rayleigh può non alterare l'effetto della parte comune in grado apprezzabile, a meno che il periodo del salto sia relativamente ampio. Cosi, a seconda della situazione del progetto, può essere preferibile usare un numero relativamente piccolo di temporizzazioni scalate disponibili. Tuttavia la presente invenzione è destinata a comprendere ogni numero di temporizzazioni scalate.

Secondo una forma di esecuzione esemplificativa coerente con la descrizione che precede, si desidera assegnare tre scaglionamenti di temporizzazione a delle celle di un sistema di comunicazione in maniera che le celle più vicine non usino la stessa temporizzazione di ciascuna delle altre. Ciò è analogo all'assegnazione delle frequenze nei sistemi cellulari a frequenze fisse, e i procedimenti per realizzare i piani di frequenza sono ben noti. Pertanto altri tipi di scaglionamento o di assegnazione sfalsata potranno essere attuati facilmente sulla base di considerazioni di traffico. La presente invenzione comprende tutti i tipi di pianificazione deliberata di sfalsamenti della temporizzazione.

Un frammento di un piano per 3 celle per un sistema con 3 scalamenti è mostrato in Figura 5. In esso le celle indicate con to saltano con uno sfalsamento relativo pari a zero, le celle indicate con t1 saltano con uno sfalsamento di un terzo di un periodo di salto, e le celle indicate con t2 saltano con uno sfalsamento di due terzi di un periodo di salto.

Benché la descrizione che precede si riferisca a un sistema FH-FDMA esemplificativo secondo la presente invenzione, la presente invenzione è applicabile anche ai sistemi TOMA. Le Figure 6 e 7 sono schemi a blocchi di forme di esecuzione esemplificative di una stazione mobile e di una stazione base rispettivamente, per comunicazioni su canali radio TOMA in un sistema radio mobile cellulare. Le stazioni base e le stazioni mobili illustrate in esso sono destinate a un sistema secondo le norme EIA/TIA IS-54, ma anche per la trasmissione secondo l'invenzione in un sistema TDMA senza canali di traffico analogici. Poiché le comunicazioni su canali di comando analogici possono essere fatte sostanzialmente secondo le pratiche normalizzate e la presente invenzione si riferisce al salto tra i canali di traffico digitale, la parte delle stazioni base e delle stazioni mobili usata soltanto per i canali di comando analogici e per i canali di traffico analogici secondo EIA/TIA IS-54 non è illustrata.

Normalmente una stazione base è destinata a servire molte stazioni mobili, cioè a dei collegamenti di manipolazione e aggiomamento/verifica che implicano molte stazioni mobili.

Tuttavia per creare un disegno più intelleggibile, Figura 7 illustra soltanto quelle parti di una stazione base che servono a manipolare tre collegamenti simultanei in intervalli elementari di tempo differenti. Così per esempio la stazione base ha soltanto tre dispositivi di comando di canale 1, 2 e 3, ciascuno dei quali manipola uno di tre collegamenti. Per di più, la stazione base ha soltanto un modulatore a radiofrequenza e un amplificatore di potenza che ricevono delle raffiche dai dispositivi di comando dei canali. Normalmente una stazione base avrà molti modulatori a radiofrequenza e amplificatori di potenza, ciascun modulatore ricevendo delle raffiche da tanti dispositivi di comando per i canali quanti sono gli intervalli di tempo elementari in una trama.

In Figura 7, ai blocchi del dispositivo di comando della stazione base che corrispondono a dei blocchi della stazione mobile simili in Figura 6 sono assegnati gli stessi numeri di riferimento, ma con un apice. Verrà fatta per prima una descrizione molto succinta dello scopo o del funzionamento di ciascun blocco secondo le norme ΕΙΑ/ΉΑ IS-54. Dei blocchi corrispondenti nella stazione base sono supposti avere uno scopo e un funzionamento simili, a meno che sia indicato diversamente.

Un codificatore del parlato 101 nella stazione mobile converte il segnale analogico generato da un microfono esposto alla voce umana oppure i dati ricevuti da una sorgente di dati (non illustrata) in una corrente di dati sotto forma di bit. Questa corrente di dati viene poi suddivisa in pacchetti di dati in conformità al principio TOMA. II codificatore parlato/dati 10Γ nella stazione base converte l'informazione digitale che arriva in pacchetti di dati dello stesso tipo, come il codificatore del parlato 101 nella stazione mobile.

In conformità alle norme EIA/TIA IS-54 vi è un canale, di comando associato rapido, FACCH, e un canale di comando associato lento, SACCH. Il generatore FACCH 102’ nella stazione base è usato durante la segnalazione di messaggi di comando e di supervisione per la stazione mobile. Quando si prepara un cambio di collegamento, la stazione base può trasmettere informazione di salto nell'intervallo elementare di tempo su un canale radio FACCH, per esempio simile a GSM oppure l'identità di uno schema di salti, da usare da parte della stazione mobile per il suo collegamento dopo il cambio di collegamento. Il generatore FACCH 102 nella stazione mobile è usato dalla stazione mobile stessa durante la segnalazione di messaggi di comando e di supervisione. Un messaggio FACCH trasmesso da una stazione base o da una stazione mobile in un intervallo elementare di tempo di una trama sostituisce il parlato o i dati da tale stazione base o da tale stazione mobile in quella trama.

Il SACCH è un canale di comando continuo, ciò significando che un numero fisso di bit (per esempio 12) è riservato per il SACCH in ciascuna raffica che si riferisce a un collegamento. Il generatore SACCH 103' nella stazione base è usato dalla stazione base quando si scambiano dei messaggi di segnalazione con la stazione mobile. Prima di un cambio di collegamento, la stazione base può trasmettere informazioni sui salti sul SACCH, per,esempio secondo GSM, oppure l'identità di un canale radio e lo schema dei salti negli intervalli di tempo elementari, per l'uso da parte della stazione mobile per il collegamento dopo il cambio di collegamento. Il generatore SACCH 103 nella stazione mobile viene usato dalla stazione mobile quando scambia messaggi di segnalazione con la stazione base.

Vi è un codificatore di canale 104 e 104' collegato a ciascuno dei blocchi 101 - 103, e da 101' a 103' rispettivamente. Un codificatore di canale manipola i dati in arrivo per rendere possibile una rivelazione e una correzione degli errori. I meccanismi usati sono la codificazione con convoluzione per proteggere bit di dati importanti nel codice del parlato, e la verifica di ridondanza ciclica (CRC) dove i bit significativi in modo percepibile nella trama del codificatore del parlato, per esempio 12 bit, sono usati per calcolare una verifica con 7 bit.

Un selettore 105 è collegato al decodificatore di canale 104 associato con il codificatore del parlato 101 e con il generatore FACCH 102. Il selettore 105 è comandato mediante il dispositivo di comando con microprocessore 130 in maniera che, in tempi appropriati, l informazione dell'utente su un collegamento particolare è sostituita con dei messaggi sul FACCH.

Il dispositivo 106 di intercalazione a due raffiche intercala i dati dal codificatore del parlato 101 oppure del generatore FACCH 102 su due intervalli di tempo elementari. I 260 bit di dati che costituiscono una parola di trasmissione sono suddivisi in due parti uguali e assegnati a due intervalli di tempo elementari consecutivi. In questo modo risulteranno ridotti gli effetti dell'evanescenza Rayleigh.

L'uscita dei due dispositivi 106 di intercalazione a due raffiche è collegata all'ingresso di un sommatore modulo 2 indicato con 107, in maniera che i dati trasmessi sono cifrati, bit per bit, mediante un'addizione logica modulo due di una corrente di bit pseudocasuali inviata dal circuito di cifratura 112.

I dati trasmessi lungo il SACCH sono intercalati mediante il dispositivo 106 di intercalazione a 22 raffiche su 22 intervalli elementari di tempo, ciascuno dei quali consiste di 12 bit di informazione. Due messaggi SACCH sono intercalati in parallelo, cioè il secondo messaggio è ritardato di 11 raffiche a confronto del primo, in conformità al principio della diagonale.

La memoria DVCC delle parole di sincronismo, indicata con 109, è un dispositivo di immagazzinamento per parole di sincronismo e per codici di colore di verifica digitale, DVCC. Una parola di sincronizzazione a 28 bit è usata per la sincronizzazione e l’identificazione degli intervalli di tempo elementari e anche per l’addestramento dell'equalizzatore. Sono definiti dei dispositivi di identificazione di intervallo elementare differenti, uno per ciascun intervallo elementare di tempo, e altri tre sono riservati per un futuro sviluppo. Il DVCC è un codice a 8 bit che è inviato dalla stazione base alla stazione mobile e viceversa. Il DVCC è usato per garantire che sia decodificato il corretto canale radio.

A seconda dello stato del funzionamento, da parte del generatore di raffiche 110' della stazione base sono generati due tipi di raffiche. La raffica del canale fonia/traffico è configurata mediante integrazione di 260 bit DATA, 12 bit SACCH, 28 bit SYNC, 12 bit codificati DVCC e 12 bit di delimitazione in conformità al formato deU’intervallo elementare di tempo specificato dalle norme EIA/TIA IS 54, tranne per il fatto che i 12 bit di delimitazione sono usati, in conformità alle forme di esecuzione esemplificative della presente invenzione, per il gradiente di potenza alta/bassa tra i salti di frequenza, dato che non è desiderabile commutare frequenza con il trasmettitore a piena potenza. In una raffica di canale di comando, DATA e SACCH sono sostituiti con dati generati mediante il. generatore di messaggi di canale di comando 132'. La trasmissione di una raffica in un intervallo elementare di tempo di un canale radio è sincronizzata con<’ >la trasmissione di raffiche negli altri due intervalli elementari di tempo, se vi sono.

À seconda dello stato del funzionamento, sono generati due tipi di raffiche da parte del generatore di raffiche 110 delia stazione mobile. La raffica del canale fonia/traffico è configurata mediante integrazione di 260 bit DATA, 12 bit SACCH, 28 bit SYNC, 12 bit codificati DVCC e dei periodi di 12 bit di gradiente di potenza afta/bassa.

Tre intervalli elementari di tempo a piena cadenza costituiscono una trama. Il contatore di trame 111 per 20 ms aggiorna il codice di cifratura ogni 20 ms, cioè una volta per ogni trama trasmessa. Per la cifratura è usato un algoritmo pseudocasuale. Il circuito di cifratura 112 è comandato da una chiave che è unica per ciascun abbonato. L'unità di tasto 113 comprende un dispositivo di sequenza per aggiornare il codice di cifratura.

Allo scopo di far fronte a una propagazione con percorsi multipli e ad altre difficoltà che provocano dispersione di tempo, è realizzato un metodo di equalizzazione con adattamento mediante l'equalizzatore 114' nella stazione base, allo scopo di migliorare la qualità del segnale. La sincronizzazione con il generatore di raffiche 110' è ottenuta allo scopo di trovare l'intervallo elementare di tempo associato con il corretto canale ricevuto. Una correlazione eseguita nell'equalizzatore regola la temporizzazione della corrente di bit ricevuta. La parola di sincronismo e il DVCC sono verificati per motivi di identificazione.

La stazione mobile ha anche un equalizzatore 114 per eseguire un procedimento di equalizzazione con adattamento , onde migliorare la qualità dei segnale. Una correlazione eseguita nell'equalizzatore si regola sulla, temporizzazione della corrente di bit ricevuta. La stazione base è la stazione principale e la stazione mobile è quella secondaria nei riguardi dèlia temporizzazione della trama. L'equalizzatore della stazione mobile trova la temporizzazione in arrivo e sincronizza il generatore di raffiche. La parola di sincronismo e il DVCC sono di nuovo verificati per motivi di identificazione.

Il modulatore a radiofrequenza 122 modula la frequenza portante dal sintetizzatore di frequenza di trasmissione 124 in conformità al metodo π/4-D-QPSK (modulazione a spostamento di fase in quadratura codificata in modo differenziale, spostata di π/4). Questa tecnica implica che l'informazione sia codificata in modo differenziale, cioè dei simboli a 2 bit sono trasmessi come quattro possibili cambiamenti di fase: /-π/4 e /-π/4.

L'amplificatore di potenza 123 amplifica i segnali provenienti dal modulatore a radiofrequenza 122. Il livello di emissione della potenza a radiofrequenza è selezionato su comando del dispositivo di comando 130 a mi cropr oc es s ore .

Il sintetizzatore 124' della frequenza di trasmissione nella stazione base genera la frequenza portante del trasmettitore in conformità ai comandi dal microprocessore 130'. Quando viene attuato il salto dei canali radio, il microprocessore 130' calcola o legge quale canale radio deve essere usato per ciascuna raffica in conformità all'informazione sui salti immagazzinata in una memoria del microprocessore (non mostrata), e l'informazione sui salti è trasmessa alla stazione mobile destinata a ricevere la raffica. Il microprocessore 130' invia quindi delle istruzioni temporizzate al sintetizzatore 124’ della frequenza del trasmettitore per generare una sequenza di frequenze portanti in conformità alla sequenza o schemi di salti di frequenza da usare.

II sintetizzatore 124 della frequenza di trasmissione nella stazione mobile genera la frequenza portante del trasmettitore in conformità ai comandi dal microprocessore 130. Quando è attuato il salto dei canali radio, il microprocessore 130 legge o calcola una sequenza di canali radio da usare in conformità all'informazione sui salti degli intervalli elementari di tempo del canale radio selezionata ricevuta dalla stazione base sul canale di comando durante la predisposizione della chiamata, oppure su uno dei canali di comando associati durante un cambio di collegamento. Il microprocessore 130 invia al sintetizzatore 124 dei comandi temporizzati che riguardano il canale radio desiderato.

Il sintetizzatore 125' della frequenza di ricezione nella stazione base genera la frequenza della portante del ricevitore in conformità ai comandi dal microprocessore 130'. Il microprocessore determina quale portante di ricevitore deve essere usata e per quale intervallo elementare di tempo in conformità all'informazione sui salti immagazzinata in una memoria del microprocessore (non mostrata), per esempio in conformità a uno schema di salti di intervallo di tempo elementare del canale radio, e invia delle istruzioni temporizzate al sintetizzatore 125'.

Nella stazione mobile, il sintetizzatore 125 della frequenza di ricezione genera la frequenza della portante del ricevitore in conformità alle istruzioni dal microprocessore 130. L'appropriato canale radio è letto o calcolato dal microprocessore 130 in conformità a uno schema di salto di intervalli di tempo elementari per canali radio o ad altra informazione sui salti ricevuta dalla stazione base sul canale di comando durante una predisposizione di chiamata, oppure su uno dei canali di comando associati durante un cambio di collegamento.

I segnali radio sono ricevuti dalle antenne mediante il ricevitore 126 nella stazione mobile e un ricevitore separato 126' per ciascuna antenna nella stazione base. La portante a radiofrequenza da un ricevitore è demodulata in un demodulatore di radiofrequenza 127 o 127', mediante generazione di una frequenza intermedia. Nel demodulatore di frequenza intermedia 128 il segnale a frequenza intermedia è demodulato, ripristinando l'informazione digitale modulata originale π/4 - DQPSK. L'intensità del segnale ricevuto è misurata dal misuratore 129 dei livello dei segnali, e il valore è inviato al dispositivo di comando a microprocessore Il rivelatore di simboli 115 converte il formato dei simboli a 2 bit ricevuto dall'equalizzatore 114 in una corrente di dati di bit unica. Il dispositivo 116 per eliminazione dell'intercalazione con due raffiche ricostruisce i dati del parlato/FACCH dal sommatore modulo 2 indicato con 107 mediante composizione e risistemazione delfinformazione da due trame consecutive. I dati SACCH, che sono sparsi su ventidue trame consecutive, sono ricomposti e risistemati mediante il dispositivo 117 per eliminazione dell'intercalazione con ventidue raffiche.

I dati codificati in modo convolutorio da un dispositivo per eliminazione di intercalazione sono decodificati mediante un decodificatore di canale 118 usando il principio inverso rispetto a quello usato per codificare i dati. I bit di verifica della ridondanza ciclica (CRC) ricevuti sono verificati per determinare se si è presentato un qualche errore. Il decodificatore di canale 118 per il FACCH rivela inoltre la distinzione tra il canale del parlato e l'informazione FACCH e dirige i decodificatori in conformità.

II decodificatore 119 per il parlato elabora i dati ricevuti in conformità all algoritmo del codificatore del parlato, per esempio VSELP (Predizione Lineare Eccitata a Somma di Vettori), e genera il segnale del parlato ricevuto. II segnale analogico è infine esaltato mediante delle tecniche di filtraggio. Il rivelatore FACCH 120 rivela i messaggi sul canale di comando associato rapido e trasferisce l’informazione al dispositivo di comando a microprocessore 130. Durante un cambio di collegamento la stazione mobile può ricevere l'identità delle configurazioni dei salti da usare nel successivo collegamento su questo canale.

I messaggi sul canale di comando associato lento sono rivelati mediante il rivelatore SACCH 121 e l’informazione è trasferita al dispositivo di comando a microprocessore 130. Durante un cambio di collegamento, la stazione mobile può ricevere su questo canale l'identità degli schemi di spostamento da usare nel collegamento successivo.

L'attività della stazione radio base e la comunicazione della stazione mobile sono comandate mediante il dispositivo di comando a microprocessore 130' nella stazione base. Sono prese decisioni in conformità ai messaggi ricevuti e alle misure fatte. Quando viene attuato il salto, sono determinati una sequenza di combinazioni di un canale radio e degli schemi di spostamento di canale nell'intervallo elementare di tempo per ciascuno dei sensi di trasmissione per ciascuna stazione mobile servita e in gioco in un collegamento.

L'attività della stazione mobile e la comunicazione della stazione base sono comandate mediante il dispositivo di comando a microprocessore 130 della stazione mobile, che manipola anche ingresso e uscita del visualizzatore 131 della tastiera del terminale. Sono prese decisioni in conformità ai messaggi ricevuti e alle misure fatte. Per ciascun intervallo elementare di tempo, i canali radio del trasmettitore e del ricevitore saranno determinati in conformità all'informazione sui salti ricevuta e all'informazione immagazzinata nella memoria del microprocessore (non mostrata). Il visualizzatore 131 della tastiera della stazione mobile esegue lo scambio di informazione tra l'utente e la stazione base.

Il generatore 132 di messaggi dei canali di comando genera dei messaggi di canali di comando in conformità agli ordini ricevuti dal microprocessore 130. Il rivelatore 133 dei messaggi di canali di comando rivela il messaggio dei canali di comando ricevuti e li invia al dispositivo di comando a microprocessore 130.

L'interruttore di tempo 134 nella stazione mobile collega il trasmettitore oppure il ricevitore all'antenna della stazione mobile. La temporizzazione è sincronizzata sulla sequenza di ricezione e di trasmissione mediante il dispositivo di comando a microprocessore 130.

Nei sistemi FH-TDMA, come per esempio quelli che includono delle stazioni mobili e delle stazioni base simili a quelle stazioni esemplificative che sono state più sopra descritte in cui i periodi di sosta su una data frequenza sono suddivisi in intervalli elementari di tempo i quali sono assegnati a stazioni mobili differenti, lo scalamento nella temporizzazione realizzato in conformità alla presente invenzione può essere una frazione del periodo deH'intervalIo elementare di tempo anziché il periodo di sosta totale, come mostrato nelle Figure 8 (a) - 8 (c). Figura 8 (a) illustra un sistema FH-TDMA con 3 intervalli elementari, ma per semplicità mostra l’attività soltanto per un singolo segnale voluto che appartiene a una stazione mobile alla quale è stato assegnato uno dei tre intervalli elementari di tempo.

Il segnale voluto mostrato in Figura 8(a) utilizza l'intervallo elementare di tempo 1. Nel primo esempio di intervallo elementare di tempo 1, la frequenza usata nella trama è fi. Tre intervalli elementari di tempo più tardi, ritorna di nuovo il turno per la trasmissione del segnale voluto, ma questa volta la frequenza di trama è f2.

La trama FH-TDMA illustrata in Figura 8(b) mostra la temporizzazione sfalsata usata nella prima stazione base interferente. Di nuovo, è qui illustrato soltanto un segnale, tale segnale avendo sostato sulla frequenza f6 nella trama precedente e su fi in questa trama, mostrando una sovrapposizione con gli ultimi due terzi della raffica TDMA del segnale voluto. In un sistema completamente caricato naturalmente un altro segnale in questa stazione base avrebbe usato fi nella trama precedente, sovrapponendosi con il primo terzo della raffica del segnale voluto.

La trama FH-TDMA illustrata in Figura 8(c) appartiene a una seconda stazione base interferente avente il terzo sfalsamento di temporizzazione. II segnale illustrato in questo caso è quello che ha usato fi nella trama precedente, sovrapponendosi ai primi due terzi della raffica del segnale voluto. Così tutti i tre segmenti di un terzo della raffica del segnale voluto hanno subito interferenza con delle combinazioni alquanto differenti di interferenti, ottenendo la desiderata diversità degli interferenti aumentata. Come sopra descritto, la diversità degli interferenti aumentata condensa essenzialmente la distribuzione delle grandezze delle differenti situazioni di interferenza attorno alla media, cosa questa che come risultato abbassa l'interferenza di un non residente del caso peggiore. Questo a sua volta aumenta la capacità del sistema, poiché i progettisti dei sistemi possono fare affidamento su una migliore soglia di interferenza.

Figure 8(a) - 8(c) indicano anche un collocamento preferito di configurazione di simboli noti, noti come parole di sincronismo e usati per scopi di sincronismo in ciascuna raffica, in modo che essi coincidono con i periodi di guardia tra i salti degli interferenti. Il ricevitore esegue la correlazione dei segnali ricevuti con le parole di sincronismo note, sia per ottenere informazione di temporizzazione sui segnali ricevuti sia per stimare la risposta impulsiva del canale. Questa informazione può poi essere usata per determinare il funzionamento di un equalizzatore per compensare gli echi nel canale radio. Poiché questi risultati della correlazione influenzano il modo in cui un intero blocco di simboli di informazione è elaborato, può essere più importante disporre un ambiente di interferenza più basso per le parole di sincronismo anziché per pochi simboli di dati.

Pertanto secondo il sistema FH-TDMA esemplificativo che precede, in conformità alla presente invenzione, le parole di sincronismo di un segnale sono sovrapposte da parte delle parole di sincronismo di un altro segnale. Pertanto l'interferenza per le parole di sincronismo di un segnale non consiste di dati incogniti, ma di simboli noti. È pertanto possibile eliminare una gran parte dell'interferenza per le parole di sincronismo mediante, per esempio, una stima o un procedimento di correlazione congiunti e/o una assegnazione intelligente di parole di sincronismo a delle celle in un'appropriata configurazione di riuso.

Per esempio, nelle Figure 8(a) - 8(c) dove le raffiche di parole di sincronismo sono indicate con tratteggio incrociato, si può vedere che l'interferenza per la prima parola di sincronismo del segnale voluto nasce soltanto da quelle stazioni che hanno un ritardo del salto di due terzi e da quelle che hanno lo stesso sfalsamento nella temporizzazione e sono separate dalla distanza di riuso di 3 celle (per esempio altre celle designate in modo simile a Figura 5 come le celle che contengono segnali voluti). Quelle aventi la stessa temporizzazione possono essere disposte per l'uso di parole di sincronismo ortogonali. Per esempio, se le parole di sincronismo sono lunghe 8 bit, sette parole ortogonali possono essere composte e sistemate in una configurazione di 7 (x3) celle in maniera che la ripetizione della stessa parola di sincronismo con lo stesso sfalsamento della temporizzazione si presenta soltanto dopo una distanza di riuso di 21 celle.

Le celle che hanno uno sfalsamento di temporizzazione relativo possono quindi usare parole di sincronismo che non sono ortogonali rispetto al primo insieme, ma ciononostante hanno tanti bit differenti quanti è possibile. Degli insiemi di parole di sincronismo aventi tali proprietà possono essere composti per esempio usando il procedimento descritto nella domanda di brevetto Stati Uniti Serie No. 07/866.865 avente per titolo "Multiple Access Coding for Mobile Radio Communications" e depositata il 10 aprile 1992, che viene pertanto qui incorporata come riferimento.

Per trarre vantaggio dalla migliorata diversità degli interferenti ottenuta mediante la presente invenzione, verrà ora descritta un'altra forma di esecuzione esemplificativa della presente invenzione. Come si è descritto sopra, è desiderabile intercalare dei simboli codificati su tanti segmenti di un terzo di salto quanti è possibile senza indebitamente aumentare il ritardo in tal modo provocato. Se può essere tollerato un ritardo di intercalamento che giustifica tre salti, una configurazione di intercalamento conveniente può essere costruita come segue.

Si dividano i simboli dei dati di ciascun salto per la trasmissione in nove porzioni. Per esempio tre di questi blocchi potrebbero essere divisi come segue:

Pertanto la trasmissione di queste porzioni può essere intercalata in manièra che ciascun blocco è trasmesso su parte di tre salti, in cui ciascun salto ha tre segmenti di un terzo. Un intercalamento esemplificativo è riepilogato in appresso; in esso i segmenti di salto 1-9 comprendono i nove segmenti di salto dei salti 3, 4 e 5. Come si può vedere, tutto il blocco 3 dei dati è trasmesso sui salti 3, 4 e 5, come pure parte dei blocchi di dati 1, 2, 4 e 5.

Le nove porzioni di ciascun blocco di dati sono così distribuite sopra i nove segmenti di un terzo di salto di tre salti. Naturalmente la suddivisione di ciascun blocco di dati in nove porzioni può essere fatta in un qualsiasi modo desiderato, e non richiede di essere eseguita in conformità aU'esempio dato sopra. Così per esempio i simboli assegnati alle nove porzioni potrebbero non essere simboli adiacenti nel blocco di dati, ma invece possono essere scelti da posizioni disperse in maniera da conferire la migliore dispersione degli errori dei simboli che si presentano come risultato di un terzo di segmento di salto che è cattivo.

Per di più, i blocchi di dati possono essere intercalati su più o meno di tre salti a seconda del valore del ritardo che è in tal modo generato e se tale ritardo è tollerabile. Inoltre i blocchi di dati possono essere suddivisi in un numero qualsiasi di porzioni, a seconda del numero di sfalsamenti o di scalamenti usati entro ciascun salto e del numero di salti su cui si desidera avere l intercalamento.

Si dovrà menzionare che i sistemi cellulari impiegano spesso l illuminazione di tre celle dalla loro giunzione comune anziché dai loro centri, allo scopo di risparmiare sui siti delle apparecchiature e pertanto sui costi dei beni immobili. Questo procedimento di illuminazione, talvolta noto come disposizione a settori, non altera materialmente il principio della temporizzazione scalata applicato ai sistemi a salto di frequenza, ma esiste l'opzione di considerare ciascun settore illuminato come una cella in una configurazione di riuso nella temporizzazione, oppure applicare la configurazione di riuso di temporizzazione ai siti.

Poiché una struttura a rete comune usata nei sistemi cellulari FDMA esistenti consiste di tre settori per sito moltiplicati per un riuso di 7 siti, effettivamente una forma di configurazione di riuso con 21 celle, tali reti comuni possono essere adattate facilmente per l'attuazione della forma di esecuzione esemplificativa sopra descritta in cui gli sfalsamenti di temporizzazione sono assegnati in conformità a una configurazione di riuso con tre settori, mentre le parole di sincronismo ortogonali sono assegnate in conformità a una configurazione di riuso con 7 siti.

Benché la presente invenzione sia stata descritta nei riguardi delle forme di esecuzione esemplificative che precedono, queste forme di esecuzione sono intese essere sotto tutti i riguardi illustrative e non limitative né restrittive della presente invenzione. Ogni e qualsiasi modificazione o cambiamento che rientra nello spirito e nell’ambito della presente invenzione è inteso essere in tal modo incluso. Così per esempio, benché la presente invenzione sia stata descritta in termini di sistemi FDMA e TDMA, i tecnici del settore comprenderanno che la presente invenzione potrebbe essere applicata anche ai sistemi CDMA in cui deve essere sottoposta a salti la portante CDMA.

Claims (26)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per comunicazioni radio tra una pluralità di stazioni base e una pluralità di stazioni mobili in un sistema radiotelefonico cellulare, comprendente le fasi che consistono: nel variare una frequenza usata per ciascun collegamento di comunicazione tra stazione mobile e stazione base a intervalli regolari secondo una configurazione pseudocasuale, in maniera che ciascuna stazione mobile che comunica con una stazione base in una data cella cambia frequenza nello stesso tempo; e nel variare le frequenze usate dalle stazioni mobili in celle circostanti in tempi sfalsati, in cui tali tempi sfalsati sono una funzione della posizione della cella rispetto a detta cella data.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detta funzione della posizione della cella comprende una configurazione di riuso regolare.
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detta funzione della posizione della cella è una configurazione di riuso con 3 celle.
4. 4. Procedimento secondo la rivendicazione 1, ulteriormente comprendente la fase: della selezione di frequenze differenti per le stazioni mobili in detta cella data a detti intervalli regolari.
5. 5. Procedimento secondo la rivendicazione 1 in cui dette fasi che consistono di variazioni comprendono le fasi: del l'applicazione di un impulso di orologio a un generatore di numeri pseudocasuali che impiega una variabile di chiave dei salti a più cifre; dell'estrazione di un numero pseudocasuale e dell'uso di esso quale indirizzo per una tabella di valori di frequenza prestabiliti; e della selezione di un valore di frequenza immagazzinato in un detto indirizzo e dell'uso di detta frequenza per determinare una frequenza di trasmissione o di ricezione.
6. 6. Procedimento secondo la rivendicazione 4, in cui detta fase della selezione di frequenze differenti comprende inoltre le fasi: dell'applicazione di un impulso di orologio a un generatore di numeri pseudocasuali che impiega una variabile di chiave dei salti a più cifre; dell'estrazione di un numero pseudocasuale tra 0 e un valore massimo consentito; dell'applicazione di detto numero pseudocasuale a uno sfalsamento ortogonale per ottenere una somma, e della riduzione, con aritmetica modulare, della somma in modo che sia inferiore o uguale a detto valore massimo consentito onde generare un indirizzo di memoria; e dell'uso di detto indirizzo di memoria per selezionare da una memoria uno di numerosi valori di frequenza immagazzinati, e dell'uso di detto valore di frequenza selezionato per determinare una frequenza del trasmettitore o del ricevitore.
7. 7. Procedimento per comunicazioni radio tra una pluralità di stazioni base e una pluralità di stazioni mobili in un sistema radiotelefonico cellulare utilizzante un accesso multiplo a divisione di tempo combinato con salti di frequenza, comprendente le fasi: della divisione dei periodi di trama TDMA in numerosi intervalli elementari di tempo; dell'assegnazione degli intervalli elementari di tempo in ciascun periodo di trama per la comunicazione tra stazioni mobili differenti in un primo gruppo di stazioni mobili e una prima stazione base; della variazione di una frequenza per la trasmissione o la ricezione degli intervalli di tempo elementari in un periodo di trama, da periodo di trama a periodo di trama, in conformità a una configurazione pseudocasuale; e dello sfalsamento dei periodi di trama TDMA usati da stazioni base circostanti nel tempo secondo numerose frazioni di un intervallo elementare di tempo che sono funzione della posizione della stazione base rispetto a detta prima stazione base.
8. 8. Procedimento secondo la rivendicazione 7, in cui detta funzione della posizione costituisce una configurazione di riuso regolare.
9. 9. Procedimento secondo la rivendicazione 7, in cui detta funzione della posizione è una configurazione di riuso con 3 celle.
10. 10. Procedimento secondo la rivendicazione 7, in cui ulteriori gruppi di stazioni mobili comunicano anch'esse con detta prima stazione base usando gli stessi intervalli elementari di tempo, ma frequenze differenti.
11. 11. Procedimento secondo la rivendicazione 10, in cui dette frequenze differenti sono inoltre variabili in modo pseudocasuale in maniera che mai due stazioni mobili in comunicazione con la stessa stazione base usano la stessa frequenza nello stesso tempo.
12. 12. Procedimento secondo la rivendicazione 11, in cui detta variazione di frequenza pseudocasuale è ottenuta mediante: applicazione di un impulso di orologio ogni periodo di trama TDMA a un generatore di numeri pseudocasuali che impiega una variabile di chiave dei salti a più cifre; estrazione di un numero pseudocasuale tra 0 e un valore massimo consentito; aggiunta di detto numero pseudocasuale a uno sfalsamento ortogonale e riduzione in aritmetica modulare di una somma in modo che sia inferiore o uguale a detto valore massimo consentito onde ottenere un indirizzo di memoria; e uso di detto indirizzo di memoria per selezionare da una memoria uno di numerosi valori di frequenza immagazzinati, e uso del valore di frequenza selezionato per determinare una frequenza del trasmettitore o del ricevitore.
13. 13. Procedimento per comunicazioni radio tra una pluralità di stazioni base e una pluralità di stazioni mobili in un sistema radiotelefonico cellulare comprendente le fasi: della codificazione di segnali del parlato, usando un codice di correzione degli errori, in blocchi di simboli dei dati per la trasmissione; della dispersione di detti blocchi di simboli su numerosi salti per la trasmissione e dell'inclusione di almeno una configurazione di simboli nota in ciascun salto e di numerosi simboli -di guardia all'inizio e alla fine di ciascun salto: della selezione di frequenze in modo sequenziale per ciascun salto in conformità a una sequenza pseudo casuale; della trasmissione di detti salti in sequenza tra una stazione mobile e una stazione base mediante aumento uniforme della potenza di trasmissione da zero mentre detti simboli di guardia all'inizio di un salto sono trasmessi, e mediante riduzione a zero in modo uniforme della potenza di trasmissione mentre sono trasmessi detti simboli di guardia alla fine di un salto , onde formare un periodo di guardia di trasmissione zero tra i salti; e della selezione di sfalsamenti della temporizzazione tra stazioni base in celle differenti, in maniera che detti periodi di guardia delle trasmissioni in una prima cella coincidono con trasmissioni di detta configurazione di simboli nota in una seconda cella.
14. 14. Sistema per comunicazioni radio tra una pluralità di stazione base e una pluralità di stazioni mobili, comprendente: dei mezzi per variare una frequenza usata per ciascun collegamento di comunicazione tra stazioni mobili e stazioni base a intervalli regolari in conformità a una configurazione pseudocasuale, in maniera che ciascuna stazione mobile che comunica con una stazione base in una data cella cambia frequenza nello stesso tempo; e dei mezzi per variare le frequenze usate dalle stazioni mobili in celle circostanti in tempi sfalsati, in cui detti tempi sfalsati sono una funzione della posizione della cella rispetto alla detta cella data.
15. 15. Sistema secondo la rivendicazione 14, in cui detta funzione della posizione delle celle comprende una configurazione di riuso regolare.
16. 16. Sistema secondo la rivendicazione 14, in cui detta funzione della posizione della celle è una configurazione di riuso con 3 celle,
17. 17. Sistema secondo la rivendicazione 14, ulteriormente comprendente: dei mezzi per selezionare delle frequenze differenti per le stazioni mobili in detta cella data a detti intervalli regolari.
18. 18. Sistema secondo la rivendicazione 14, in cui detti mezzi per variare una frequenza comprendono inoltre: dei mezzi per applicare un impulso a orologio a un generatore di numeri pseudocasuali che impiega una variabile di chiave dei salti a più cifre; dei mezzi per estrarre un numero psaudocasuale e per usarlo quale indirizzo per una tabella di valori di frequenza prestabiliti; e dei mezzi per selezionare un valore di frequenza immagazzinato in detto indirizzo e per usare detta frequenza per determinare una frequenza di trasmissione o di ricezione,
19. 19. Sistema secondo la rivendicazione 17, in cui detti mezzi per selezionare frequenze differenti comprendono inoltre: dei mezzi per applicare un impulso di orologio a un generatore di numeri pseudocasuali che impiega una variabile di chiave dei salti a più cifre; dei mezzi per estrarre un numero pseudocasuale tra 0 e un valore massimo consentito; dei mezzi per aggiungere detto numero pseudocasuale a uno sfalsamento ortogonale per ottenere una somma e per ridurre, con aritmetica modulare, la somma in modo che sia inferiore o uguale a detto valore massimo consentito onde generare un indirizzo di memoria; e dei mezzi per usare detto indirizzo di memoria per selezionare da una· memoria uno di numerosi valori di frequenza immagazzinati e per usare detto valore di frequenza selezionato onde determinare una frequenza del trasmettitore o del ricevitore.
20. 20. Sistema per comunicazioni radio tra una pluralità di stazioni base e una pluralità di stazioni mobili in un sistema radiotelefonico cellulare usando un accesso multiplo a divisione di tempo combinato con salti di frequenza, comprendente: dei mezzi per dividere i periodi di trama TDMA in numerosi intervalli elementari di tempo; dei mezzi per assegnare gli intervalli elementari di tempo in ciascuna trama per la comunicazione tra stazioni mobili differenti in un primo gruppo di stazioni mobili e una prima stazione base; e dei mezzi per variare una frequenza per la trasmissione o la ricezione degli intervalli elementari di tempo in un periodo di trama, da periodo di trama a periodo di trama, in conformità a una configurazione pseudocasuale, in cui i periodi di trama TDMA usati da stazioni base circostanti sono sfalsati nel tempo secondo numerose frazioni di un intervallo elementare di tempo che sono una funzione della posizione della stazione base rispetto a detta prima stazione base.
21. 21. Sistema secondo la rivendicazione 20, in cui detta funzione della posizione costituisce una configurazione di riuso regolare.
22. 22. Sistema secondo la rivendicazione 20, in cui detta funzione della posizione è una configurazione di riuso con 3 celle.
23. 23. Sistema secondo la rivendicazione 20, in cui ulteriori gruppi di stazioni mobili comunicano anch'esse con detta prima stazione base usando gli stessi intervalli di tempo elementari, ma frequenze differenti.
24. 24. Sistema secondo la rivendicazione 23, ulteriormente comprendente: dei mezzi per variare in modo pseudocasuale dette frequenze differenti in modo tale che mai due stazioni mobili in comunicazione con la stessa stazione base usano la stessa frequenza nello stesso tempo.
25. 25. Sistema secondo la rivendicazione 24, in cui detti mezzi per variare in modo pseudocasuale dette frequenze differenti comprendono inoltre: dei mezzi per applicare un impulso di orologio ogni periodo di trama TDMA a un generatore di numeri pseudocasuali che impiega una variabile di chiave dei salti a più cifre; dei mezzi per estrarre un numero pseudocasuale tra 0 e un valore massimo consentito: dei mezzi per aggiungere detto numero pseudocasuale a uno sfalsamento ortogonale e per ridurre con aritmetica modulare la somma in modo che sia inferiore o uguale a detto valore massimo consentito onde ottenere un indirizzo dì memoria; e dei mezzi per usare detto indirizzo di memoria per selezionare da una memoria uno di numerosi valori di frequenza immagazzinati e per usare detto valore di frequenza selezionato per determinare una frequenza del trasmettitore o del ricevitore.
26. 26. Sistema per comunicazioni radio tra una pluralità di stazioni base e una pluralità di stazioni mobili in un sistema radiotelefonico cellulare; comprendente: dei mezzi per codificare dei segnali del parlato, usando un codice di correzione degli errori, in blocchi di simboli di dati per la trasmissione; dei mezzi per disperdere detti blocchi di simboli su numerosi salti per la trasmissione e includendo almeno una configurazione di simboli noti in ciascun salto e numerosi simboli di guardia all'inizio e alla fine di ciascun salto; dei mezzi per selezionare in sequenza delle frequenze per ciascun salto in conformità a una sequenza pseudocasuale; dei mezzi per trasmettere in sequenza detti salti tra una stazione mobile e una stazione base mediante aumento in modo uniforme della potenza di trasmissione da zero mentre detti simboli di guardia all'inizio di un salto sono trasmessi, e per ridurre a zero in modo uniforme la potenza di trasmissione mentre detti simboli di guardia alla fine di un salto sono trasmessi, onde formare un periodo di guardia di trasmissione zero tra i salti; e dei mezzi per selezionare degli sfalsamenti di temporizzazione tra le stazioni in celle differenti, in maniera che detti periodi di guardia tra i salti delle trasmissioni in una prima cella coincidono con le trasmissioni di detta configurazione di simboli noti in una seconda cella. La presente è una traduzione perfettamente conforme al testo originale concesso dall Ufficio Europeo dei Brevetti.