NO326627B1 - Hurtig tilegnelse av trafikkanaler for en svaert varierende datahastighet - Google Patents

Abstract

2007 -02- 0 7 Et tjenestevalg-overlegg for trådløs CDMA-kommunikasjon, hvor flere allokerbare underkanaler defineres på en revers-forbindelse ved å tilordne til hver underkanal forskjellige kodefaser for en gitt, lang pseudostøy-kode (PN-kode). De øyeblikkelige båndbredde-behov for hver abonnentenhet som er "på nett", tilfredsstilles da ved å allokere dynamisk ingen, én eller flere underkanaler på behovsbasis for hver nettverkslag-forbindelse. Systemet tilveiebringer effektivt et relativt høyt antall virtuelle fysiske forbindelser mellom abonnentenhetene og basestasjonene på revers-forbindelsen gjennom utstrakte ledig-perioder, slik som når datamaskiner koplet til abonnentenhetene er slått på, men ikke sender eller mottar data aktivt for øyeblikket. Disse opprettholdelses-underkanalene tillater basestasjonen og abonnent-enhetene å forbli i fase- og tids-synkronisering. Dette tillater i sin tur hurtig innhenting av ekstra underkanaler etter behov, ved å tildele nye kodefase-underkanaler. Fortrinnsvis tilordnes de nye kanalenes kodefaser i henhold til et forhåndsbestemt kodefase-forhold med hensyn på den tilsvarende opprettoldelses-underkanalens kodefase.

Description

Den økende bruk av trådløse telefoner og personlige datamaskiner har ført til et tilsvarende behov for avanserte telekommunikasjonstjenester som tidligere ble antatt å være ment for bruk bare i spesialanvendelser. 11980-årene ble trådløs talekommunikasjon tilgjengelig for et bredt publikum gjennom det celledelte telefonnettet. Slike tjenester ble først vanligvis antatt å være et eksklusivt område for forretningsfolk, på grunn av forventede høye abonnementskostnader. Det samme var også tilfelle for adgang til fjern-distribuerte datanett, hvor, inntil ganske nylig, bare forretningsfolk og store institusjoner kunne ha råd til de nødvendige datamaskiner og linjeadgangsutstyr. Som resultat av den utbredte tilgjengelighet når det gjelder begge teknikker, ønsker nå den vanlige befolkning i økende grad tilgang ikke bare til nettverk slik som Internett og private intranett, men også å aksessere slike nettverk på trådløs måte. Dette er spesielt viktig for brukerne av bærbare datamaskiner, "laptop"-datamaskiner, håndholdte, digitale "person-assistenter" og lignende, som ville foretrekke å aksessere slike nettverk uten å være hektet til en telefonlinje.

Det finnes fremdeles ingen tilfredsstillende og bredt tilgjengelig løsning for å tilveiebringe aksess til Internett, private intranett og andre nettverk med bruk<l>av den eksisterende, trådløse infrastrukturen og til lav kostnad, med høy hastighet og med bred geografisk dekning. Denne situasjonen er høyst sannsynlig et resultat av flere uheldige omstendigheter. For det første er ikke den vanlige måten å gi høyhastighets-datatjeneste over et tråd-nettverk i et forretningsmiljø enkelt å til-passe til talekvalitetstjenesten som er tilgjengelig i de fleste hjem eller kontorer. Slike standardmessige høyhastighetsdatatjenester er heller ikke godt egnet til effektiv overføring over standardmessige, celledelte, trådløse håndsett. Dessuten ble det eksisterende, celledelte nettverket opprinnelig utformet bare for å gi taletjenester. Som resultat av dette ligger vekten i de nåværende digitale, trådløse kommunikasjonsplanene på taleoverføring, selv om visse metoder, slik som CDMA, faktisk tilveiebringer noen tiltak med hensyn på asymmetrisk oppførsel for å ta vare på dataoverføring. For eksempel kan datahastigheten på en fremad-trafikkanal av type IS-95 justeres i inkrementer fra 1,2 kbps og opp til 9,6 kbps for det såkalte "Rate set 1", og i inkrementer fra 1,8 kbps og opp til 14,4 kbps for "Rate set 2".

Eksisterende systemer tilveiebringer derfor vanligvis en radiokanal som på sitt beste bare kan oppta maksimale datahastigheter i området 14,4 kilobit pr. sekund (kbps) i fremover-retning. En kanal med så lav datahastighet kan ikke tas direkte i bruk når det gjelder overføring av data med hastigheter på 28,8 eller til og med 56,6 kbps, som nå er vanlig tilgjengelige hastigheter når man benytter billige linje-modemer, for ikke å nevne de enda høyere datahastigheter slik som 128 kbps, som er tilgjengelige med utstyr av type ISDN (Integrated Services Digital Network). Datahastigheter på disse nivåene blir hurtig de laveste akseptable hastigheter for aktiviteter slik som kikking på nettsider. Andre typer datanettverk som benytter byggeblokker med høyere hastighet, slik som "xDSL-tjenesten (Digital Subscriber Line, digital abonnentlinje), begynner akkurat nå å bli tatt i bruk i USA. Kostnaden ved disse datanettene har bare nylig blitt redusert til et punkt hvor de blir attraktive for privatkunder.

Selv om slike nettverk var kjent på det tidspunkt da celledelte systemer opprinnelig ble tatt i bruk, er det for det meste ingen tiltak for å gi datatjenester over celledelte nettverkstopologier med ISDN- eller xDSL-kvalitet og med høy hastighet. I et trådløst miljø er dessverre adgang til kanaler for flerfoldige abonnenter dyr, og det er konkurranse om dem. Enten multiaksess tilveiebringes ved hjelp av tradisjonell FDMA (frekvensdelt multiaksess) som benytter analog modulering på en gruppe radiobærebølger, eller ved hjelp av nyere, digitale modulasjonsmetoder som tillater at en radiobærebølge deles ved bruk av TDMA (tidsdelt multiaksess) eller CDMA (kodedelt multiaksess), er det egenskap ved radiospekteret at det er et medium som forventes å bli brukt på deling. Dette er helt ulikt det tradisjonelle miljøet for dataoverføring, hvor linjemediet er relativt billig å tilveiebringe, og derfor vanligvis ikke er ment å bli brukt på deling.

Andre betraktninger er egenskapene ved selve dataene. Legg f.eks. merke til at adgang til nettsider vanligvis er skur-orientert, med asymmetriske overførings-krav når det gjelder datahastighet. Spesielt vil brukeren av en fjerntliggende klient-datamaskin først spesifisere en nettsides adresse overfor et leser-program. Leser-programmet (browser program) sender så denne nettsidens adressedata, som vanligvis har lengde 100 byte eller kortere, over nettverket til en tjener-datamaskin. Tjenere-datamaskinen svarer så med den ønskede nettsidens innhold, som kan innbefatte hva som helst fra 10 kilobyte til flere megabyte med tekst, bilde, lyd eller til og med video-data. Brukeren kan så bruke i det minste flere sekunder eller til og med flere minutter på å lese innholdet av denne siden, før han ber om nedlasting av en annen side. Derfor er vanligvis de nødvendige datahastigheter på en fremover-kanal, dvs. fra basestasjonen til abonnenten, flere ganger høyere enn de nødvendige datahastigheter på den motsatte kanalen.

I et kontormiljø er vanligvis de fleste ansattes arbeidsvaner ved datamaskinen slik at de kontrollerer noen få nettsider, og deretter gjør de noe annet i en utstrakt tidsperiode, slik som å aksessere lokalt lagrede data, eller helt å stoppe bruk av datamaskinen. Selv om slike brukere kan forvente å være tilknyttet Internett eller et privat intranett kontinuerlig gjennom en hel dag, er derfor den egentlige og totale karakter av behovet for å benytte en ønsket dataoverførings-aktivitet til og fra en spesiell abonnentenhet, faktisk temmelig sporadisk.

Det som er nødvendig, er en effektiv metode for bruk av trådløs datakom-munikasjon, slik som fra bærbare datamaskiner til datanettverk slik som Internett og private intranett, med anvendelse av en bredt tilgjengelig infrastruktur. Uheldigvis gir ikke en gang de mest moderne, trådløse standarder i utstrakt bruk, slik som CDMA, noen adekvat struktur for å støtte de vanligste aktiviteter, slik som kikking på nettsider. I retninger for fremover- og revers-forbindelse er den maksimalt tilgjengelige kanalbåndbredde i et CDMA-system av type IS-95 bare 14,4 kbps. På grunn av at IS-95 er linjesvitsjet, er det bare et maksimalt antall på 64 linjesvitsjede brukere som kan være aktive samtidig. I praksis er denne gren-sen vanskelig å oppnå, og det benyttes vanligvis 20 eller 30 samtidige brukere.

I tillegg krever det eksisterende CDMA-systemet visse operasjoner før en kanal kan bli brukt. Både aksess- og trafikkanaler moduleres ved hjelp av såkalte sekvenser med lang-kodet pseudo-støy (PN, pseudonoise), og for at mottakeren skal kunne virke korrekt, må den derfor først synkroniseres med senderen. Opp-settingen og nedtakingen av kanaler krever derfor ekstra datarom (overhead) for utførelse av slik synkronisering. Denne tilleggskapasiteten resulterer i en merkbar forsinkelse for brukeren av abonnentenheten.

En attraktiv metode for å øke datahastigheten for en gitt bruker, er deling av kanaler både i fremover- og revers-forbindelsesretning. Dette er en attraktiv mulig-het, særlig med den lette måten å oppnå multiaksess på med CDMA; ytterligere brukere kan opptas ved bare å tilføye ekstra-koder for fremover-forbindelsen, eller kode-faser i revers-forbindelsen for et IS-95-system. Idéelt vil denne underkanal-ekstrakapasiteten (subchanal overhead) bli minimert slik at når ytterligere underkanaler må tildeles til en forbindelse, så er de tilgjengelige så hurtig som mulig.

For å opprettholde synkronisering er det derfor fordelaktig å anordne underkanalene på en slik måte at en forbindelse med den lavest mulige hastighet settes opp på en revers-forbindelse, mens man samtidig opprettholder effektiv og rask "ramp-up" for ytterligere kodefase-kanaler etter behov. Dette vil i sin tur maksimere antallet tilgjengelige forbindelser, mens virkningen på hele systemets kapasitet minimeres.

US 5,442,625 beskriver en fremgangsmåte for trådløs kommunikasjon av digitalsignaler, der digitalsignalene blir kommunisert mellom et antall trådløse brukerenheter og en basestasjon over minst en radiofrekvenskanal via CDMA. Digitalsignalene har en nominell datahastighet, hvor et mangfold av underkanaler i hver CDMA-radiokanal gjøres tilgjengelig, slik at datahastigheten i hver underkanal er vesentlig mindre enn den nominelle datahastigheten til digitalsignalene. De tilgjengelige underkanalene allokeres bare på en som-nødvendig-basis til aktive forbindelser mellom brukerenhetene og basestasjonen, hvor en bestemt av underkanalene er allokert til a frembringe en synkroniseringsunderkanal, som overfører informasjon for a tillate opprettholdelse av en synkroniserings-tomgangs-modusforbindelse for brukerenhetene som er påslått, men ikke aktivt sender data.

Foreliggende oppfinnelse er et overlag for å gi ekstratjenester (service option overlay) for et trådløst CDMA-kommunikasjonssystem som ligner på IS-95 og som tilfredsstiller kravene som oppsettes i det ovenstående. Spesielt defineres et antall underkanaler for en fremover-forbindelse innen båndbredden for en eneste CDMA-radiokanal, slik som ved å tilordne forskjellige, ortogonale koder til hver underkanal. Flere underkanaler defineres på revers-forbindelsen ved å tilordne forskjellige kodefaser for en gitt, lang pseudostøy-kode (PN code) til hver underkanal. De øyeblikkelige båndbreddebehov for hver abonnentenhet som er tilkoplet, tilfredsstilles da ved å tildele dynamisk ingen, én eller flere underkanaler på behovsbasis for hver nettverkslag-forbindelse.

Oppfinnelsen fremlegger som et aspekt en brukeranordning for kodedelt multiaksess som omfatter en antenne og en styringsenhet konfigurert for å styre en CDMA-sender/mottaker slik at en CDMA-tilkobling til et nettverk etableres. Videre etableres en CDMA-styringskanal, og data sendes over tilordningsbare kodekanaler, hvor kodekanalene er tidsdelt av radiorammer som videre er under-oppdelte i underrammer. Kodekanaler er tilordnet på grunnlag av underrammer for å støtte de sendte data, hvor tilordningen av kodekanaler omfatter å tilføye og å fjerne kodekanaler tilordnet CDMA-brukeranordningen, og nettverkstilkoblingen opprettholdes når CDMA-brukeranordningen ikke har noen tilordnede kodekanaler for å sende dataene. Brukeranordningen kjennetegnes ved at CDMA-styringskanalen muliggjør at kodekanalene gjentilordnes uten å reetablere en kodefase-reservering over CDMA-tilkoblingen når senderen/mottakeren ikke aktivt sender data.

Oppfinnelsen fremlegger samtidig en fremgangsmåte for å kommunisere data mellom en basestasjon og minst én kodedelt multiaksess brukeranordning. Fremgangsmåten omfatter å etablere en CDMA-tilkobling mellom basestasjonen og CDMA-brukeranordningen, å etablere en CDMA-styringskanal mellom basestasjonen og CDMA-brukeranordningen hvor CDMA-styringskanalen muliggjør at kodekanalene gjentilordnes uten å reetablere en kodefase-reservering over CDMA-tilkoblingen. Videre omfatter fremgangsmåten å sende data fra CDMA-brukeranordningen til basestasjonen over tilordningsbare kodekanaler hvor kodekanalene er tidsdelt av radiorammer som videre er oppdelte i underrammer, å tilordne kodekanalene på et underramme-grunnlag til å støtte de sendte data hvor tilordningen av kodekanaler omfatter å tilføye og å fjerne kodekanaler tilordnet til CDMA-brukeranordningen og å opprettholde nettverkstilkoblingen når CDMA-brukeranordningen ikke har noen tilordnede kodekanaler for å sende dataene.

Mer spesielt tilveiebringer foreliggende oppfinnelse effektivt et relativt høyt antall virtuelle, fysiske forbindelser mellom abonnentenhetene og basestasjonene på revers-forbindelsen i lange tomgangsperioder slik som når datamaskiner som er forbundet med abonnentenhetene, er slått på, men ikke for øyeblikket aktivt sender eller mottar data. Disse vedlikeholdsunderkanalene tillater at basestasjonen og abonnentenhetene kan forbli i fase- og tidssynkronisering. Dette tillater i sin tur rask innhenting av ytterligere underkanaler etter behov, ved å tildele nye kodefase-underkanaler. Fortrinnsvis tilordnes de nye kanalenes kodefaser i henhold til et forutbestemt kodefase-forhold med hensyn på den tilsvarende vedlike-holdsunderkanalens kodefase.

I tomgangsmodus (idle mode) sender abonnentenheten en synkronise-ringsmelding eller "hjerteslagsmelding" på vedlikeholdsunderkanalen med datahastighet som bare behøver å være rask nok til å tillate at abonnentenheten opprettholder synkronisering med basestasjonen.

Varigheten av hjerteslagssignalet bestemmes ved å betrakte innfangningsområdet eller låseområdet for kodefase-låsekretsene i basestasjonens mottaker.

For eksempel har mottakeren vanligvis en PN-kodekorrelator som går med samme hastighet som kodechip-hastigheten (code chip rate). Ett eksempel på en slik kodekorrelator bruker en forsinkelseslåsesløyfe som består av en tidlig/sent-detektor. Et sløyfefilter styrer sløyfens båndbredde, som i sin tur bestemmer hvor lenge kodekorrelatoren må tillates å virke før den kan garantere faselåsning. Denne tidskonstanten for sløyfen bestemmer graden av "skjelving" Gitter) kan tolereres; faselåsning anses vanligvis å være oppnåelig når denne er lik en brøkdel av en chip-tid, slik som omkring 1/8 av en chip-tid.

Hjerteslagsmeldingene sendes fortrinnsvis i tidsluker som dannes på subkanalene som defineres av kodefasene. Bruken av tidsluker tillater at et minimalt antall dedikerte basestasjonmottakere opprettholder de ledige reversforbindelsene. Spesielt frembringes reverskanal-forbindelsene for vedlikehold ved bruk av flere faser i samme lange kode, samt ved å tilordne en tidsluke på en slik kode til hver abonnentenhet. Dette reduserer administrasjonsdataene for opprettholdelses av et stort antall forbindelser i basestasjonen.

På grunn av vedlikeholdsreverskanalens tidsluke-egenskaper kan også basestasjonens mottaker tidsdeles blant de forskjellige reversforbindelsene. For å tillate dette laster først basestasjonens mottaker, i løpet av hver tidsluke tildelt til en spesiell abonnentenhet, informasjon vedrørende den siste kjente tilstand for dens faselåsing, slik som den siste kjente tilstand for tidlig/sent-korrelatorer. Så trener den tidlig/sent-korrelatorene i nødvendig tidsrom for å sikre at faselåsingen fremdeles er gyldig, og lagrer korrelatorenes tilstand ved tidslukens avslutning.

Når ytterligere underkanaler er nødvendige for å tilfredsstille båndbredde-krav, tilordnes de ekstra kodefasene i et forhåndsbestemt faseforhold med hensyn på den låste koden, for å minimalisere sendinger av administrasjonsdata som ellers ville være nødvendige fra basestasjonens trafikkanal-prosessor. Som resultat kan mange tusen ledige abonnentenheter opprettholdes på én eneste CDMA-radiokanals revers-forbindelse, mens samtidig oppstartsforsinkelsen minimaliseres når kanaler må tildeles.

For øvrig defineres oppfinnelsen gjennom de vedføyde patentkrav.

De ovennevnte og andre formål, trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende, mer spesielle beskrivelse av foretrukne utførel-sesformer av oppfinnelsen, illustrert i de vedføyde tegningene, hvor de samme henvisningstall viser til de samme deler i alle tegningene. Fig. 1 er et blokkdiagram over et trådløst kommunikasjonssystem som gjør bruk av en styringsplan for båndbredde i henhold til oppfinnelsen. Fig. 2 er et diagram som viser hvordan underkanaler blir tilordnet i en gitt radiofrekvenskanal (RF) for en forover-forbindelse. Fig. 3 er et diagram som viser hvordan underkanaler tilordnes innenfor en gitt RF-kanal på revers-forbindelsen. Fig. 4 er et tilstandsdiagram for en styringsfunksjon for båndbredde på revers-forbindelsen i abonnentenheten; og Fig. 5 er et tilstandsdiagram for båndbredde-styringsfunksjonen på revers-forbindelsen i basestasjonen.

Idet man nå ser nærmere på tegningene, er fig. 1 et blokkdiagram over et system 100 for å tilveiebringe data- og taletjeneste med høy hastighet over en trådløs forbindelse ved sømløs integrering av en digital dataprotokoll slik som for eksempel ISDN (Integrated Services Digital Network, digitalt nettverk for integrerte tjenester) med en digitalt modulert, trådløs tjeneste slik som kodedelt multiaksess-CDMA.

Systemet 100 består av to forskjellige typer komponenter, innbefattende abonnentenheter 101-1,101-2 101-u (kollektivt: abonnentenhetene 101) og én eller flere basestasjoner 170. Abonnentenhetene 101 og basestasjonene 170 samvirker for å tilveiebringe de funksjoner som er nødvendige for å gi trådløse datatjenester til en bærbar datamaskinanordning 110, slik som en "laptop"-datamaskin, bærbar datamaskin, personlig "digital assistent" (PDA) eller lignende. Basestasjonen 170 samvirker også med abonnentenhetene 101 for å tillate endelig overføring av data til og fra abonnentenheten og det offentlige telefonnettet (PSTN, Public Switched Telephone Network) 180.

Mer spesielt tilveiebringes også data- og/eller taletjenester ved hjelp av abonnentenheten 101 til den bærbare datamaskinen 110, samt én eller flere andre anordninger slik som telefoner! 12-1, 112-2 (kollektivt omtalt her som telefoner 112). Telefonene 112 kan selv i sin tur forbindes med andre modemer og datamaskiner som ikke vises i fig. 1.1 vanlig terminologi for ISDN omtales den bærbare datamaskinen 110 og telefonene 112 som terminalutstyr (TE, terminal equipment). Abonnentenheten 101 tilveiebringer de funksjoner som omtales som en nettverksterminering av type 1 (NT-1). Den illustrerte abonnentenheten 101 er spesielt ment å fungere med en ISDN-forbindelse av type BRI (basic rate inter-face, grensesnitt med grunnleggende hastighet), som tilveiebringer to bærer-kanaler eller "B-kanaler" og en enkelt datakanal eller "D-kanal", hvor den vanlige betegnelse er 2B+D.

Selve abonnentenheten 101 består av et ISDN-modem 120, en anordning som her omtales som protokoll-omformer 130, som utfører de forskjellige funksjoner i henhold til oppfinnelsen, innbefattet "juksing" (spoofing) 132 og båndbredde-administrasjon 134, en CDMA-sender/mottaker 140 og abonnentenhet-antenne 150. De forskjellige komponentene i abonnentenheten 101 kan realiseres som diskrete anordninger eller som en integrert enhet. For eksempel kan et eksisterende, konvensjonelt ISDN-modem 120, som er lett tilgjengelig fra et antall leveran-dører, benyttes sammen med eksisterende CDMA-sendere/mottakere 140.1 dette tilfelle tilveiebringes de spesielle funksjonene fullt og helt av protokoll-omformeren 130, som kan selges som en separat anordning. Alternativt kan ISDN-modemet 120, protokoll-omformeren 130 og CDMA-sender/mottakeren 140 være integrert som en komplett enhet, og solgt som en eneste abonnentenhet-anordning 101. Andre typer grensesnittforbindelser slik som Ethernet eller PCMCIA kan benyttes til å kople dataanordningen til protokoll-omformeren 130. Anordningen kan også koples til et Ethernet-grensesnitt, istedenfor et ISDN-grensesnitt av type "U".

ISDN-modemet 120 omformer data- og talesignaler mellom terminalutstyret 110 og 112, til et format som kreves av standard-grensesnittet ISDN "U". U-grensesnittet er et referansepunkt i ISDN-systemer som betegner et punkt i forbindelsen mellom nettverkstermineringen (NT) og telefonselskapet.

Protokoll-omformeren 130 utfører "juksing" (spoofing) 132 og grunnleggende funksjoner med styring av båndbredde 134. Generelt består "juksingen" 132 i å sikre at abonnentenheten 101 hele tiden synes for terminalutstyret 110, 112 som er forbundet med det offentlige telefonnettet 180 på den andre siden av basestasjonen 170. Båndbredde-administrasjonsfunksjonen 134 er ansvarlig for å allokere og de-allokere CDMA-radiokanaler 160 etter behov. Båndbredde-styringen 134 innbefatter også dynamisk styring av båndbredden som er tildelt til en gitt sesjon ved å tilordne dynamisk under-deler av CDMA-radiokanalene 160 på en måte som beskrives mer fullstendig lengre den.

CDMA-sender/mottakeren 140 aksepterer dataene fra protokoll-omformeren 130 og reformaterer disse data på passende form for sending gjennom en abonnentenhet-antenne 150 over CDMA-radioforbindelsen 160-1. CDMA-sender/mottakeren 140 kan virke over bare én eneste radiofrekvenskanal på 1,25 MHz, eller alternativt, i en foretrukket utførelsesform, kan den være avstembar over flere allokerbare radiofrekvenskanaler.

CDMA-signaloverføringer mottas så og behandles av basestasjonutstyret 170. Basestasjonutstyret 170 består vanligvis av flerkanal-antenner 171, flere CDMA-sender/mottakere 172 og en båndbredde-administrasjonsfunksjon 174. Båndbredde-administrasjonen 174 styrer tildelingen av CDMA-radiokanaler 160 og underkanaler på en måte som er analog med abonnentenheten 101. Basestasjonen 170 kopler så de demodulerte radiosignalene til det offentlige telefonnettet (PSTN) 180 på en måte som er velkjent innen teknikken. For eksempel kan basestasjonen 170 kommunisere med PSTN 180 over et hvilket som helst antall forskjellige, effektive kommunikasjonsprotokoller, slik som primær-hastighet ISDN, eller andre LAPD-baserte protokoller slik som IS-634 eller V5.2.

Det skal også bemerkes at datasignaler går i to retninger over CDMA-radiokanalene 160. Med andre ord koples datasignaler som mottas fra PSTN 180, til den bærbare datamaskinen 110 i en fremover-forbindelsesretning, og datasignaler med opphav i den bærbare datamaskinen 110 koples til PSTN 180 i en såkalt revers-forbindelsesretning. Foreliggende oppfinnelse involverer spesielt måten å implementere revers-forbindelseskanalene på.

Idet det i fortsettelsen vises kort til fig. 1, innebærer derfor "juksingen" 134 å få CDMA-sender/mottakeren 140 til å sløyfe-føre disse synkrone databitene tilbake over ISDN-kommunikasjonsbanen, for å "lure" (spoof) terminalutstyret 110, 112 til å tro at en tilstrekkelig bred, trådløs kommunikasjonsforbindelse 160 er tilgjengelig hele tiden. Imidlertid allokeres trådløs båndbredde bare når det faktisk er data tilstede fra terminalutstyret til den trådløse sender/mottakeren 140. Derfor behøver ikke nettverkslaget tildele den tilordnede, trådløse båndbredden gjennom hele kommunikasjonssesjonens varighet. Dvs. at når data ikke blir presentert på terminalutstyret til nettverksutstyret, de-allokerer båndbredde-administrasjonsfunksjonen 134 radiokanal-båndbredde 160 som er tilordnet innledningsvis, og gjør den tilgjengelig for en annen sender/mottaker og en annen abonnentenhet 101.

For å forstå bedre hvordan båndbredde-styringen 134 og 174 utfører den dynamiske tildelingen av radiokanaler, skal vi nå se på fig. 2. Denne figuren illustrerer én mulig frekvensplan for de trådløse forbindelsene 160 i henhold til oppfinnelsen. Spesielt kan en typisk sender/mottaker 170 avstemmes på kommando til en hvilken som helst kanal på 1,25 MHz innenfor en mye større båndbredde, slik som opp til 30 MHz. Når de er plassert i et eksisterende, celledelt radiofre-kvensbånd, gjøres disse båndbreddene vanligvis tilgjengelige i området fra 800 til 900 MHz. For trådløse systemer av typen "personlig kommunikasjonssystem"

(PCS) allokeres båndbredden vanligvis i området fra omkring 1,8 til 2,0 GHz. I tillegg er det vanligvis to avpassede bånd som er aktive samtidig, atskilt av et sik-kerhetsbånd, slik som 80 MHz; de to avpassede båndene danner en full dupleks-forbindelse i fremover- og revers-retning.

Hver av CDMA-sender/mottakerne, slik som sender/mottaker 140 i abonnentenheten 101, og sender/mottakere 172 i basestasjonen 170, er i stand til å bli avstemt på et hvilket som helst tidspunkt til en gitt radiofrekvenskanal på 1,25 MHz. Det forstås generelt at en slik radiofrekvensbærebølge på 1,25 MHz på sitt beste tilveiebringer en total ekvivalent på omkring 500 til 600 kpbs som maksimal dataoverføringshastighet, innen akseptable grenser for bitfeilhyppighet.

I kontrast til dette under-inndeler foreliggende oppfinnelse den tilgjengelige datahastigheten på omtrent 500 til 600 kpbs, i et relativt stort antall underkanaler. I det illustrerte eksempelet deles båndbredden opp i 64 underkanaler 300, som hver gir en datahastighet på 8 kpbs. En gitt underkanal 300 implementeres fysisk ved å kode en sending med én av et antall forskjellige, pseudovilkårlige koder som kan tilordnes. For eksempel kan de 64 underkanalene 300 defineres i en eneste CDMA-RF-bærebølge ved å benytte en annen ortogonal kode for eksempelvis hver definert underkanal 300, for fremover-forbindelsen.

Som nevnt ovenfor tildeles underkanaler 300 bare etter behov. For eksempel innvilges flere underkanaler 300 i tidsrom hvor en spesiell ISDN-abonnentenhet 101 ber om å få overføre store datamengder. Disse underkanalene 300 frigis hurtig i tidsrom hvor abonnentenheten 101 er relativt lett belastet.

Foreliggende oppfinnelse er spesielt relatert til det å opprettholde revers-forbindelsen slik at synkronisering av underkanalene ikke behøver å bli reetablert hver gang kanaler blir tatt bort og deretter gitt tilbake.

Fig. 3 er et diagram som illustrerer arrangementet med hvordan underkanalene blir tilordnet på revers-forbindelsen. Det er ønskelig å benytte et eneste radiobærebølge-signal på revers-forbindelsen så langt som mulig, for å spare effekt, samt for å spare mottakerens ressurser, som må gjøres tilgjengelige i basestasjonen. Derfor velges det et eneste bånd 350 på 1,2288 MHz fra det tilgjengelige radiospekteret.

Et relativt høyt antall, N, slik som 1000 individuelle abonnentenheter kan da betjenes ved å benytte en eneste, lang pseudostøy-kode (PN, pseudonoise) på en spesiell måte. Først velges et antall, p, kodefaser blant de tilgjengelige 2<42->1 forskjellige, lange kodefasene. En gitt, lang kodefase er spesiell for en spesiell abonnentenhet, og forandrer seg aldri. Slik det vil bli forklart, er dette også tilfelle for tilleggskodefaser. De p kodefase-forskyvningene benyttes så for å tilveiebringe p underkanaler. Deretter deles hver av de p underkanalene videre inn i s tidsluker. Tidsluke-dannelsen benyttes bare i ledig-modus (idle mode), og gir to fordeler; den reduserer antallet mottakere for "opprettholdelse" i basestasjonen, og den reduserer innvirkningen på revers-kanalkapasitet ved å redusere sendeeffekt og således interferens. Derfor er det maksimalt brukbare antall abonnentenheter som kan betjenes, N, p ganger s. Under Ledig-modus gir bruk av samme PN-kode med forskjellige faser og tidsluker, mange forskjellige underkanaler som tillater bruk av en eneste rake-mottaker i basestasjonen 104.

I den ovennevnte kanaltildelingsplanen forventes radioressursene å bli tildelt på behovsbasis. Imidlertid må man også ta i betraktning det faktum at for å sette opp en ny CDMA-kanal må normalt en gitt revers-forbindelseskanal gis tid til å oppnå kodefase-låsing i mottakeren. Foreliggende oppfinnelse unngår behovet for å vente på at hver kanal skal oppnå kodefase-låsing hver gang den blir satt opp, ved hjelp av flere mekanismer som blir beskrevet mer inngående i det følgende. Generelt er teknikken å sende et opprettholdelsessignal med en hyppig-het som er tilstrekkelig til å opprettholde kodefase-låsing for hver underkanal selv i fravær av data.

Målet er her å minimalisere størrelsen av hver tidsluke, hvilket i sin tur maksimaliserer antallet abonnenter som kan opprettholdes i ledig-modus. Stør-relsen t av hver tidsluke bestemmes av den minste tid det tar å garantere faselåsning mellom senderen i abonnentenheten og mottakeren i basestasjonen. Spesielt må en kodekorrelator i mottakeren motta et opprettholdelses- eller "hjerteslags"-signal som består av i det minste et visst antall vedlikeholdsbiter, i løpet av en viss tidsenhet. I et grensetilfelle sendes dette hjerteslagssignalet ved å sende minst én bit fra hver abonnentenhet på hver revers-forbindelse på et forhåndsbestemt tidspunkt, for eksempel dens utpekte tidsluke på en forhåndsbestemt underkanal blant de N underkanalene.

Den korteste tidsluke-varigheten, t, avhenger derfor av et antall faktorer som innbefatter signal/støy-forholdet og den forventede maksimale hastighet av abonnentenheten i cellen. Med hensyn på signal/støy-forhold avhenger dette av

Eb / No + lo

hvor Eb er energi pr. bit, No er foreliggende støy-gulv, og lo er innbyrdes interferens fra andre, kodede sendinger i de andre underkanalene på revers-forbindelsen som deler samme spektrum. Å lukke forbindelsen krever vanligvis integrering over 8 chip-tider i mottakeren, og det er vanligvis nødvendig å multi-plisere dette med 20 for å garantere deteksjon. Derfor er typisk omkring 160 chip-tider nødvendig for å motta det kodede signalet korrekt på revers-forbindelsen. For en 1,2288 MHz-kode, Tc, er chip-tiden 813,33 ns, så denne minste integra-sjonstiden er omkring 130 \ is. Dette gir i sin tur den absolutt minste varighet for en databit, og derfor den korteste varighet for en luke-tid, t. Den korteste luke-tid på 130 |is betyr at på sitt høyeste kan 7692 tidsluker gjøres tilgjengelige pr. sekund for hvert fasekodet signal.

For å være konsistent med visse gruppe-tidsstyringskrav i effektstyringen, kan varigheten av en tidsluke relakseres noe. I IS-95-standarden er det for eksempel et gruppe-tidsstyringskrav innen effektstyringen om en utgangseffekt-prøve fra hver abonnentenhet for hvert 1,25 ms.

Så snart kode-faselåsning er oppnådd, bestemmes varigheten av hjerteslagssignalet ved å se på innfangningsområdet eller låsningsområdet for kodefase-låsekretsene i basestasjonens mottaker. For eksempel har mottakeren vanligvis en PN-kodekorrelator som går med kode-chiphastigheten. Ett eksempel på en slik kodekorrelator benytter en forsinkelseslåsesløyfe som består av en tidlig/sent-dektektor. Et sløyfefilter styrer denne sløyfens båndbredde, som i sin tur bestemmer hvor lenge kodekorrelatoren må tillates å virke før den kan garantere faselåsning. Denne sløyfe-tidskonstanten bestemmer den tidsforskyvning som kan tolereres i kodekorrelatoren, slik som omkring 1/8 av en chip-tid, Tc.

I den foretrukne utførelsesform er systemet 100 ment å kunne betjene såkalt nomadisk mobilitet. Dvs. at funksjon med høy mobilitet i bevegelige kjøre-tøyer, hvilket er typisk for celledelt telefoni, er ikke forventet å være nødvendig. I stedet beveger den typiske bruker av en bærbar datamaskin som er aktiv, seg bare i rask spaserhastighet på omkring 7 km/h. Med 7 km/h som tilsvarer en hastighet på 2,0 m/s, vil en bruker bevege seg 30,8 m på 1/8 av chip-tiden (Tc) på 1/1,2288 MHz. Det vil derfor ta omtrent 30,8 m delt på 2,0 m, eller omkring 15 s, for en slik bruker å bevege seg en avstand som er tilstrekkelig lang for ham, til et punkt hvor kodefase-synkroniseringssløyfen ikke kan garanteres å forbli låst. Så lenge et fullstendig synkroniseringssignal blir sendt for en gitt revers-forbindelseskanal hvert 15. sekund, vil derfor revers-forbindelsessløyfen forbli i låsning.

Fig. 4 er et tilstandsdiagram for en båndbredde-administrasjonsfunksjon for revers-forbindelsen i abonnentenheten. I ledig-modus 400 gås det først inn i en første tilstand 401, hvor abbonentenheten mottar en tidsluke-tilordning for sin kodefase-reverskanal. Denne tidsluken benyttes bare i ledig-modus. Samme lange kodefase er tilordnet på forhånd, og er permanent for abonnentenheten.

I en neste tilstand 402 sendes hjerteslagssignalet i de tilordnede tidslukene. Det gås inn i en tilstand 403 hvor abonnentenheten overvåker sine interne databuffere for å bestemme om det er nødvendig med ytterligere kodefase-kanaler for å støtte etablering av en revers-forbindelse med tilstrekkelig båndbredde til å betjene en aktiv trafikkanal. Hvis dette ikke er tilfelle, returnerer abonnenten til tilstand 402, og forblir i ledig-modus 400.

Før det gås inn i den aktive tilstand 450 fra ledig-modus 400 må abonnentenheten foreta en begjæring overfor basestasjonen. Dersom denne innvilges (trinn 403-b), går behandlingen videre til 451, og hvis den ikke innvilges, går behandlingen til trinn 402. Hvis imidlertid abonnentenheten har data som skal sendes, gås det inn i aktiv modus 450.1 den første tilstand 451 i denne modus blir nye kodefaser beregnet i tilstand 452, dersom det er nødvendig med nye kodefase-kanaler. Spesielt vet abonnentenheten at den er tilordnet kodefase-kanaler som står i forhåndsbestemt forhold til kodefase-kanalen i dens grunnleggende kanal, dvs.

hvor Pn+1 er kodefasen for den nye kanalen (n+1), og P0 er kodefasen som er tilordnet den grunnleggende kanalen for den spesielle abonnenten. Et slikt kodefase-forhold F kan for eksempel være å velge ensartet blant de tilgjengelige 2<42 >kodene hver 2<42>/2<10->nde eller hver 232 -nde kodefase i et system som betjener 1024 (2<10>) revers-forbindelser for en enkelt abonnent.

Et antall C av disse nye kodefasene blir derfor beregnet øyeblikkelig, basert ganske enkelt på antallet ekstra kodefase-kanaler, og uten behov for å kreve kodefase-synkronisering for hver ny kanal.

Etter at trinn 452 er behandlet, fremsettes en begjæring om nye kodefase-kanaler. Hvis denne innvilges (trinn 452-b), går behandlingen videre til trinn 453 og hvis den ikke bevilges, går behandlingen til trinn 451 for å behandle de ytterligere kanal-begjæringene. I en neste tilstand 453 begynner abonnentenheten å sende sine data på sine tilordnede kodefase-kanaler. I tilstand 454 fortsetter den å overvåke sine interne databuffere og sin tilknyttede fremover-aksesskanal, for å bestemme når den skal gå tilbake til ledig-modus 400, til tilstand 451, for å bestemme om nye kodefase-kanaler må tilordnes, eller til tilstand 455, hvor de blir de-allokert.

Fig. 5 er et tilstandsdiagram over ledig-modusbehandling i revers-for-bindelsens administrasjonsfunksjon i basestasjonen 104.1 en første tilstand 501 gås det inn i en tilstand 502, for hver ledig (idle) abonnentenhet 101, hvor en lagret tilstand for korrelatorene for den aktuelle tidsluke (p,s) fra en tidligere synkroniseringssesjon blir avlest. I en neste tilstand 503 trenes en tidlig/sent-korrelator på nytt gjennom varigheten t av tidsluken. I en neste tilstand 504 lagres korrelator-tilstanden; og i tilstand 505 fortsettes sløyfen for hver abonnent.

Selv om denne oppfinnelsen er vist og beskrevet spesielt med henvisning til foretrukne utførelsesformer av den, vil det forstås av fagfolk innen teknikken at forskjellige forandringer i form og detaljer kan foretas i disse uten å avvike fra opp-finnelsens ånd og omfang slik som definert ved hjelp av de vedføyde kravene.

Istedenfor ISDN kan det for eksempel inkorporeres andre linje- og nett-verksprotokoller, slik som xDSL, Ethernet og X.25, og disse kan derfor med fordel benytte den dynamiske, trådløse underkanal-tilordningsmetode som er beskrevet her.

Fagfolk innen teknikken vil erkjenne, eller være i stand til å se, uten å benytte mer eksperimentering enn rutinemessig sådan, mange ekvivalenter av de spesielle utførelsesformer av oppfinnelsen som er beskrevet spesielt her. Slike ekvivalenter er ment å omfattes av kravenes omfang.

Claims (16)

1. Brukeranordning for kodedelt multiaksess (CDMA)omfattende: en antenne; og en styringsenhet konfigurert for å styre en CDMA-sender/mottaker slik at en CDMA-tilkobling til et nettverk etableres, en CDMA-styringskanal etableres, data sendes over tilordningsbare kodekanaler, hvor kodekanalene er tidsdelt av radiorammer som videre er under-oppdelte i underrammer, kodekanaler er tilordnet på grunnlag av underrammer for å støtte de sendte data, hvor tilordningen av kodekanaler omfatter å tilføye og å fjerne kodekanaler tilordnet CDMA-brukeranordningen, og nettverkstilkoblingen opprettholdes når CDMA-brukeranordningen ikke har noen tilordnede kodekanaler for å sende dataene,karakterisert ved at CDMA-styringskanalen muliggjør at kodekanalene gjentilordnes uten å reetablere en kodefase-reservering over CDMA-tilkoblingen når senderen/mottakeren ikke aktivt sender data.

2. CDMA-brukeranordningen ifølge krav 1, hvor underrammen omfatter minst én tidsluke.

3. CDMA-brukeranordning ifølge krav 1, hvor CDMA-sender/mottakeren er konfigurert for å virke på flere allokerbare radiofrekvenskanaler.

4. CDMA-brukeranordning ifølge krav 1, hvor en båndbredde-forvaltningsfunksjon konfigureres til å tilordne kodekanalene på et behovsgrunnlag, hvor antallet av tilordningsbare kodekanaler er variabel under varighet av en kommunikasjonssesjon.

5. CDMA-brukeranordning ifølge krav 4, hvor båndbreddeforvaltningsfunksjonen konfigureres til å oppheve tilordningen til en innledende tilordnet kodekanal når det ikke finnes data å bli sendt fra CDMA-brukeranordningen.

6. CDMA-brukeranordning ifølge krav 1, hvor en CDMA-sender/mottaker sender en melding over CDMA-styringskanalen for å gjøre en høyere datarate mulig.

7. CDMA-brukeranordning ifølge krav 1, videre omfattende: et modem konfigurert for å etablere en kommunikasjonssesjon over CDMA-tilkoblingen hvor modemet er konfigurert for å omforme data og stemmesignaler til et standardformat.

8. CDMA-brukeranordning ifølge krav 1, hvor dataene omfatter nettleserdata som fremvises på CDMA-brukeranordningen.

9. Fremgangsmåte for å kommunisere data mellom en basestasjon og minst én kodedelt multiaksess (CDMA-) brukeranordning, idet fremgangsmåten omfatter: å etablere en CDMA-tilkobling mellom basestasjonen og CDMA-brukeranordningen; å etablere en CDMA-styringskanal mellom basestasjonen og CDMA-brukeranordningen hvor CDMA-styringskanalen muliggjør at kodekanalene gjentilordnes uten å reetablere en kodefase-reservering over CDMA-tilkoblingen; å sende data fra CDMA-brukeranordningen til basestasjonen over tilordningsbare kodekanaler hvor kodekanalene er tidsdelt av radiorammer som videre er oppdelte i underrammer; å tilordne kodekanalene på et underramme-grunnlag til å støtte de sendte data hvor tilordningen av kodekanaler omfatter å tilføye og å fjerne kodekanaler tilordnet til CDMA-brukeranordningen; og å opprettholde nettverkstilkoblingen når CDMA-brukeranordningen ikke har noen tilordnede kodekanaler for å sende dataene.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, hvor underrammen omfatter minst én tidsluke.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 9, hvor CDMA-brukeranordningen konfigureres for å operere over et flertall av tilordningsbare radiofrekvenskanaler.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 9, hvor kodekanalene tilordnes på et behovsgrunnlag, med et variabelt antall av tilordningsbare kodekanaler under varighet av en kommunikasjonssesjon.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, hvor tilordningen av en innledende tilordnet kodekanal oppheves når det ikke finnes data til å bli sendt fra CDMA-brukeranordningen.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 9, videre omfattende å sende en melding over CDMA-styringskanalen hvor melding-en gjør en høyere datatjenesterate mulig.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 9, hvor en kommunikasjonssesjon etableres over CDMA-tilkoblingen hvor data og stemmesignaler er omformet til et standardformat.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 9, hvor dataene omfatter nettleserdata som fremvises på CDMA-brukeranordningen.