DE10164665B4

DE10164665B4 - Rahmenstruktur mit Diversity

Info

Publication number: DE10164665B4
Application number: DE10164665A
Authority: DE
Inventors: Chris J. Goodings
Original assignee: VTech Communications Ltd
Current assignee: VTech Communications Ltd
Priority date: 2000-12-29
Filing date: 2001-12-30
Publication date: 2012-04-19
Anticipated expiration: 2021-12-31
Also published as: CA2366888A1; DE10164665A1; GB2374771B; US20020172162A1; GB0130996D0; CA2366888C; US7359343B2; GB2374771A

Abstract

Drahtloses digitales Frequenzsprung-Kommunikationssystem, bei dem Kommunikationsvorgänge in aufeinanderfolgenden Datenrahmen auf verschiedenen drahtlosen Trägerfrequenzen stattfinden, mit einem tragbaren Gerät, das umfasst: – einen Empfänger, der während jedes Datenrahmens einen ersten Block digitaler Daten während einer primären Datenempfangszeitspanne empfängt, wobei der erste Block digitaler Daten zuvor nicht empfangen wurde, und einen zweiten Block digitaler Daten während einer redundanten Datenempfangszeitspanne empfängt, wobei der zweite Block digitaler Daten zuvor auf einer anderen Trägerfrequenz während der primären Datenempfangszeitspanne des vorherigen Datenrahmens empfangen ritten Blocks digitaler Daten während einer primären Datensendezeitspanne, wobei der dritte Block digitaler Daten zuvor nicht gesendet wurde, und zum Senden eines vierten Blocks digitaler Daten während einer redundanten Datensendezeitspanne nur dann, wenn ein Batterieleistungspegel des tragbaren Geräts einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, wobei der zweite Block digitaler Daten zuvor gesendet wurde.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein drahtloses digitales Frequenzsprung-Kommunikationssystem, bei dem Kommunikationsvorgänge in aufeinanderfolgenden Datenrahmen auf verschiedenen drahtlosen Trägerfrequenzen stattfinden, sowie auf ein zugehöriges Verfahren zur Übertragung von Daten zwischen einem ersten und einem zweiten Gerät und ein Verfahren zum Senden und Empfangen von Daten über eine drahtlose, digitale Frequenzsprung-Kommunikationsverbindung.
Schnurlose Telefongeräte wurden bei Personen zunehmend populär, wobei sie viele Anwendungen sowohl auf kommerziellen als auch auf privaten Gebieten finden. Die Designer moderner Telefonsysteme haben die Verwendung digitaler Technologie aufgenommen, um zusätzliche Merkmale, verbesserte Leistungsfähigkeit und höhere Zuverlässigkeit für die Teilnehmer der verschiedenen Systeme bereitzustellen. Unabhängig davon, ob es sich um ein zu Hause verwendetes, schnurloses Telefon mit einem einzigen Handapparat, ein firmenweites schnurloses Telefonsystem mit mehreren Handapparaten für ein großes Unternehmen oder eines der allgegenwärtigen Mobiltelefone handelt, ist die große Mehrheit dieser Systeme zu einem der zahlreichen bekannten digitalen Kommunikationsstandards übergegangen oder befindet sich in einem Prozess des Übergangs zu diesen.
Hersteller digitaler Telefone besitzen eine breite Vielfalt digitaler Technologien, aus denen sie auswählen können, wenn digitale Telefonsysteme zu entwerfen sind, wobei jede Technologie ihre eigenen Vorteile aufweist. Ein derartiger digitaler Kommunikationsstandard ist der zeitgeteilte Mehrfachzugriff oder TDMA (Time Division Multiple Access). TDMA ermöglicht es mehreren Nutzern, auf der gleichen Hochfrequenz zu kommunizieren, indem Blöcke codierter Daten zu bestimmten, vorgegebenen Zeiten, die als Zeitschlitze bezeichnet werden, übertragen werden. Die TDMA-Technologie wird häufig bei der Implementierung von Mobiltelefonsystemen und schnurlosen Telefonsystemen sowohl mit einem einzigen als auch mit mehreren Handapparaten ebenso wie bei anderen Kommunikationssystemen verwendet. Eine verwandte Technologie ist zeitgeteilter Duplexbetrieb oder TDD (Time Division-Duplex). TDD-Systeme tragen sowohl Sende- als auch Empfangsdaten auf dem gleichen Frequenzkanal, wobei sich die zwei kommunizierenden Einheiten abwechseln und alternierend zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten Blöcke codierter Daten senden und empfangen. Dies ist in der einkanaligen Schnurlostelefon-TDD-Rahmenstruktur von 1 graphisch gezeigt. Es ist ein schnurloses Telefonsystem mit einem einzigen Handapparat dargestellt, wobei die Basisstation (BS) zuerst zu dem Handapparat (HS) 100 sendet, wonach dann die Handapparatantwort 101 folgt. Die Received-Signal-Strength-Indicator(RSSI)-Zeitspanne 102 am Ende des Datenrahmens wird dazu verwendet, das Maß an Interferenz auf irgendeiner speziellen Frequenz zwecks Interferenzabschwächung zu messen, und ist optional. Die schattierten Flächen zeigen Schutzbänder 103a, 103b und 103c, um einen Frequenz- und Schalteinschwingvorgang zu ermöglichen, während dem keine Datenübertragung auftritt. Kommunikationssysteme, die TDMA- und TDD-Technologien verwenden, profitieren von einer verbesserten Leistungsfähigkeit im Vergleich zu der Leistungsfähigkeit von älteren, analogen Kommunikationssystemen.
Designer arbeiten kontinuierlich daran, die Qualität und Kapazität von digitalen Kommunikationssystemen einschließlich TDMA- und TDD-Systemen zu verbessern. Eine Weise, in der die Systemleistungsfähigkeit verbessert werden kann, besteht darin, Frequenz-Springen zu verwenden. Ein Frequenzsprung-Funksystem ist eines, das Daten (was im Zusammenhang mit Schnurlostelefonen Stimmenverkehr beinhaltet) über eine Sequenz verschiedener Trägerfrequenzen überträgt. Zu jeder beliebigen Zeit wird nur eine Frequenz verwendet, diese Frequenz ändert sich (springt) jedoch im Zeitbereich. Die verwendete Sequenz von Frequenzen wird als das Sprung-Muster bezeichnet.
Interferenz ist in jeglichem Kommunikationssystem stets von Belang, und ein Frequenzsprung-Kommunikationssystem bildet keine Ausnahme. Die Interferenz kann die Form eines zeitlich nicht variierenden Interferenzsignals, wie eines Senders mit fester Frequenz, der innerhalb des gleichen Frequenzbereichs wie das Sprung-System arbeitet, oder eines zeitlich variierenden Interferenzsignals annehmen, wie eines weiteren Sprung-Systems, das innerhalb des gleichen Bandes wie das erste Sprung-System arbeitet.
Eine Weise, in der die Effekte der Festfrequenz- oder schwach zeitlich variierenden Interferenz abgeschwächt werden kann, besteht in der Verwendung von Frequenzanpassungstechniken. Wenn ein System einmal das Vorhandensein eines stabilen Interferenzsignals erfasst, können die Sprung-Frequenzen, die mit dem Interferenzsignal zusammenfallen, vermieden werden. Eine Interferenz, die bezüglich der Zeit mit einer Rate ähnlich jener oder schneller als die Sprung-Geschwindigkeit der in Rede stehenden variiert, kann typischerweise durch derartige Frequenzanpassungstechniken nicht vermieden werden, da die Frequenz des Interferenzsignals nicht vorhergesagt werden kann.
Eine weitere mögliche Technik zur Bekämpfung von Interferenz und zur Bereitstellung eines robusteren Signalempfangs besteht in der Verwendung von räumlicher Diversity. Räumliche Diversity wird innerhalb eines Kommunikationssystems erzeugt, wenn mehrere physikalische Pfade verwendet werden, um die gleiche Information zu ihrem Ziel zu übertragen. Dies kann durch Verwenden von zwei separaten Antennen erreicht werden, die mit zwei einzelnen Empfängern verbunden sind, die das empfangene Signal verarbeiten. Da die Signale zwangsläufig verschiedene Pfade nehmen, um bei den physikalisch getrennten Empfangsantennen anzukommen, werden die Signale durch Interferenz, Fading oder andere Phänomene in unterschiedlichen Ausmaßen gedämpft. Das System kann dann das stärkere der zwei empfangenen Signale auswählen oder die zwei Signale in einer bestimmten Weise kombinieren, um das bestmögliche empfangene Signal bereitzustellen.
Die Implementierung derartiger räumlicher Diversity-Systeme vermehrt jedoch häufig die Kosten, vergrößert die Anforderungen hinsichtlich physikalischer Abmessung und Leistungsverbrauch und ist für Verbraucherprodukte wie schnurlose Telefone nicht geeignet. Noch wichtiger, typische räumliche Diversity-Systeme gehen möglicherweise nicht adäquat auf die Interferenzherausforderungen ein, die von anderen Frequenzsprung-Systemen gestellt werden, die innerhalb des gleichen Frequenzbereichs arbeiten.
Weitere übliche Interferenzvermeidungstechniken beruhen auf der sorgfältigen Auswahl von Filtern, wie Keramik-, SAW- und Hohlraumfiltern, die gegen bekannte Interferenzquellen wirksam sind, die außerhalb der Arbeitsbandbreite des Kommunikationssystems existieren, die jedoch typischerweise nicht auf Interferenzsignale eingehen können, die in dem Band liegen. Des Weiteren wurden in einigen Systemen komplexe Interferenzauslöschungsalgorithmen verwendet, um Interferenzen innerhalb des Bandes anzugehen, die Effizienz dieser Techniken ist jedoch häufig zweifelhaft, während die zu ihrer Implementierung erforderliche Verarbeitungsleistung signifikant sein kann, mit hohen Entwicklungskosten, was derartige Algorithmen für viele Verbraucher-Kommunikationssysteme unerwünscht macht.
In der Offenlegungsschrift WO 00/70811 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Übertragung von Daten zwischen einem ersten und einem zweiten Gerät über eine drahtlose, digitale Frequenzsprung-Kommunikationsverbindung beschrieben, bei dem zwischen einem Sender und einem Empfänger zwei Verbindungen aufgebaut werden, die unterschiedliche Zeitschlitze nutzen, wobei jedes Datenpaket über beide Verbindungen und damit doppelt übertragen wird und die beiden Verbindungen unterschiedliche Frequenzsprungsequenzen benutzen. Dabei kann vorgesehen sein, eine der beiden Verbindungen abzuschalten, wenn vom Empfänger erkannt wird, dass es bei der anderen Verbindung keine Empfangsqualitätsprobleme gibt. Umgekehrt kann die abgeschaltete Verbindung wieder zugeschaltet werden, wenn solche Probleme vom Empfänger erkannt werden.
In der Patentschrift US 5.640.415 werden ein Frequenzsprung-Kommunikationssystem und zugehörige Übertragungs- und Empfangsverfahren beschrieben, bei dem ein jeweiliger Datenblock mehrfach, z. B. vier Mal, übertragen wird und ein Empfänger feststellt, welche der mehreren Übertragungen die höchste Signalübertragungsqualität besitzt. Dazu werden die mehreren übertragenen Datenblöcke vom Empfänger in einem jeweiligen Puffer zwischengespeichert, und über einen ansteuerbaren Schalter kann der Datenblock mit der höchsten Übertragungsqualität weitergeleitet werden. Zur Fehlererkennung können die Datenblöcke Fehlerdetektionsbits enthalten.
Ein weiteres herkömmliches drahtloses digitales Frequenzsprung-Kommunikationssystem mit zugehörigen Übertragungs- und Empfangsverfahren ist in der Offenlegungsschrift WO 99/20000 A1 offenbart.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines drahtlosen digitalen Frequenzsprung-Kommunikationssystems und zugehöriger Übertragungs- und Empfangsverfahren zugrunde, die vergleichsweise kostengünstig und leicht zu implementieren sind und gegenüber zeitabhängiger Interferenz für Verbraucher-Kommunikationssysteme effektiv sind, insbesondere für schnurlose Telefonsysteme und andere Systeme, die eine TDMA- oder TDD-Technologie verwenden.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines drahtlosen digitalen Frequenzsprung-Kommunikationssystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eines Datenübertragungsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 7, 8 oder 10, eines Datensende- und Datenempfangsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 11 sowie eines Datenempfangsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
Beim erfindungsgemäßen drahtlosen digitalen Frequenzsprung-Kommunikationssystem kann ein Zeitteilungs-Duplexdatenrahmen verwendet werden, um Daten zwischen Geräten unter Verwendung von Zeit- und Frequenz-Diversity zuverlässig zu übertragen. Jeder Rahmen beinhaltet eine primäre Datenübertragungszeitspanne ebenso wie eine redundante Datenübertragungszeitspanne. Die redundante Übertragungszeitspanne kann zum Übertragen des gleichen Dateninhalts verwendet werden, der innerhalb der primären Datenübertragungszeitspanne des vorhergehenden Datenrahmens übertragen wurde. Somit ist die redundante Übertragung im Vergleich zu der primären Datenzeitspanne sowohl in der Zeit als auch in der Frequenz vom Diverstyp. Der Datenrahmen kann auch eine Präambel beinhalten, während der Fehlerdetektions- und/oder Fehlerkorrekturinformation übertragen werden kann, um zu ermitteln, ob Fehler durch die Kommunikationsverbindung eingebracht wurden.
Da die Übertragung von Daten während der redundanten Datenzeitspanne den Leistungsverbrauch und die Bandbreite erhöht, die von einem übertragenden Gerät eingesetzt wird, kann die Verwendung der redundanten Datenzeitspannen von verschiedenen Betrachtungen abhängig sein. Wenn zum Beispiel das übertragende Gerät batteriebetrieben ist, kann vorgesehen sein, dass Daten während der redundanten Datenzeitspanne nur dann übertragen werden, wenn der in der Batterie des Gerätes verbliebene Leistungspegel einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt. Außerdem kann vorgesehen sein, dass Daten während der redundanten Datenzeitspanne nur dann übertragen werden, wenn die Qualität der Kommunikationsverbindung unter ein minimales akzeptables Niveau fällt, zum Beispiel wenn die Bitfehlerrate einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt.
Der durch den Empfang des Datenrahmens erforderliche Leistungsverbrauch kann reduziert werden, indem bestimmt wird, ob die Inhalte der primären Datenzeitspanne eines gegebenen Datenrahmens ohne Fehler empfangen werden. Wenn dem so ist, dann kann der Empfänger während des Empfangs der redundanten Datenzeitspanne des nächsten Datenrahmens ohne Leistungsversorgung sein.
1 ist eine graphische Darstellung einer einkanaligen TDD-Sprung-Rahmenstruktur des Standes der Technik in einem Frequenzsprung-Kommunikationssystem.
2 ist eine graphische Darstellung, die eine erste TDD-Rahmenstruktur mit Zeit- und Frequenz-Diversity darstellt.
3 ist ein Flussdiagramm, das eine Datenhandhabungsroutine für eine Rahmenstruktur mit Zeit- und Frequenz-Diversity darstellt.
4 ist eine graphische Darstellung, die eine zweite TDD-Rahmenstruktur mit Zeit- und Frequenz-Diversity darstellt.
5 ist eine graphische Darstellung, die Frequenzsprünge in Abhängigkeit von der Zeit für ein Sprung-System mit Interferenzquellen springender und fester Frequenz darstellt.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Implementierung einer Zeit/Frequenz-Diversity-Rahmenstruktur bei Erfüllen einer Betriebsbedingung darstellt.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Implementierung einer Zeit/Frequenz-Diversity-Rahmenstruktur basierend auf Leistungsreserven darstellt, die in einer batteriebetriebenen Sendeempfängereinheit zur Verfügung stehen.
2 stellt eine Zeitteilungs-Duplex(TDD)-Rahmenstruktur dar, die jedes Datenpaket zweimal in aufeinanderfolgenden Frequenzsprüngen überträgt, so dass sowohl Frequenz- als auch Zeit-Diversity in der Datenübertragung vorliegt. Wenn Daten durch eine Interferenzquelle während einer ersten, primären Übertragung verfälscht werden, kann somit dann eine zweite, redundante Übertragung der gleichen Daten die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass die Daten ohne Verfälschung empfangen werden.
Die Datenrahmenstruktur beginnt mit einem Schutzband 109, das die Zeit zum Einschwingen der Senderträgerfrequenz bereitstellt. Eine Sendepräambel 110 enthält Daten, die der Zeit/Frequenz-Diversity nicht unterworfen sind, wie ein Synchronisationsfeld. Eine primäre Sendedatenzeitspanne 111 enthält einen Dateninhalt, der für den momentanen Rahmen neu ist, d. h. der zum ersten Mal übertragen wird. Eine redundante Datenzeitspanne 112 enthält Daten, die während eines vorherigen Datenrahmens übertragen wurden. Die während der Zeitspannen 111 und 112 übertragenen Daten implementieren ein Fehlerdetektionsprotokoll, zum Beispiel durch den Einschluss eines CRC-Feldes. Ein Schutzband 113 ermöglicht es einem Sendeempfänger, der die Datenrahmenstruktur von 2 implementiert, zwischen Sende- und Empfangsbetriebsarten umzuschalten, zum Beispiel zum Einschwingen eines Sende/Empfangs(T/R)-Schalters oder eines Phasenregelkreises (PLL). Außerdem stellen die Schutzbänder des Weiteren eine Zeittakttoleranz bereit, um die Effekte einer Ausbreitungsverzögerung in dem Kommunikationssystem auszugleichen. Eine Empfangspräambel 114 ermöglicht den Empfang eines Datenfeldes analog zu jenem, das während der Sendepräambel 110 übertragen wurde. Während einer primären Empfangsdatenzeitspanne 115 wird die erste Übertragung eines Datenblocks empfangen. Während einer redundanten Datenzeitspanne 116 wird die zweite Übertragung eines Datenblocks, der zuvor während des vorherigen Rahmens empfangen wurde, ein zweites Mal empfangen. Ein Schutzband 117 stellt Zeit für ein PLL-Einschwingen bereit, wie es möglicherweise für eine erneute Abstimmung des Empfängerschaltkreises notwendig ist. Schließlich stellt ein RSSI-Feld 118 eine Zeitspanne bereit, während der eine andere Trägerfrequenz durch den Sendeempfänger beobachtet werden kann, wie es möglicherweise wünschenswert ist, um das Maß an Interferenz oder andere Kommunikationsvorgänge festzustellen, die auf einem bestimmten Frequenzkanal auftreten. Diese Rahmenstruktur wird dann auf jeder Frequenz in der Frequenzsprung-Sequenz periodisch wiederholt.
Durch Übertragen von Datenpaketen auf verschiedenen Frequenzen und zu verschiedenen Zeiten ist es wahrscheinlicher, dass eine transiente Interferenz vermieden wird, wie jene, die aus vielen Frequenzsprung-Kommunikationsanwendungen entsteht. Wenn bei der Zeit und der Frequenz, bei denen eine primäre Datenübertragung auftritt, eine Interferenz vorliegt, ist es nicht wahrscheinlich, dass die Interferenzquelle zu einer anderen Zeit und einer anderen Frequenz vorhanden ist, bei der die redundante Datenübertragung in dem nachfolgenden Rahmen auftritt.
3 stellt eine Datenhandhabungstechnik dar, die durch den Empfängerteil eines Sendeempfängers implementiert wird, der unter Verwendung der Rahmenstruktur von 2 arbeitet. Die Inhalte eines Datenpakets, das zum ersten Mal in einem ersten Datenrahmen empfangen wird (z. B. während der primären Datenempfangszeitspanne 115), sind in 3 mit D₁ bezeichnet, während Daten, die während der zweiten Zeitspanne in dem nachfolgenden Datenrahmen empfangen werden (z. B. während der redundanten Datenempfangszeitspanne 116), in 3 mit D₂ bezeichnet sind. D₁ wird in Schritt 119 empfangen. Es wird ein Fehlerdetektions- und Fehlerkorrekturprotokoll, wie zum Beispiel eine zyklische Redundanzüberprüfung (”CRC”) basierend auf D₁ berechnet, Schritt 120. Die in Schritt 120 berechnete CRC wird mit dem Fehlerdetektionsfeld verglichen, das innerhalb D₁ während des ersten Datenrahmens empfangen wurde, um zu bestimmen, ob die Inhalte von D₁ während der Übertragung verfälscht wurden, Schritt 121. Wenn D₁ korrekt empfangen wurde, dann ist die zweite Datenübertragung D₂ während des nachfolgenden Datenrahmens nicht erforderlich, so dass jegliche Daten, die während dieser zweiten Zeitspanne in dem nachfolgenden Rahmen empfangen werden, ignoriert werden können. Somit werden Daten D₁ zur späteren Verwendung in einem Puffer (oder Speicher) gespeichert, Schritt 122.
In der Ausführungsform von 3 wird, wenn D₁ korrekt empfangen wurde, der Empfangsschaltungsaufbau des Sendeempfängers während der redundanten Empfangsperiode des nachfolgenden Rahmens abgeschaltet, Schritt 123, so dass während der Zeitspanne, während der D₂ ansonsten empfangen würde, Leistung gespart wird. Dieser Vorgang kann häufig wesentliche Leistungseinsparungen bereitstellen, da die Daten unter normalen Bedingungen beim ersten Mal korrekt empfangen werden. Wenngleich ein Datenrahmen analog zu jenem von 2 mit umgeschalteter Reihenfolge der primären und redundanten Empfangszeitspannen implementiert werden kann, kann es sein, dass in anderen Ausführungsformen die Implementierung dieser Leistungseinspartechnik erfordert, dass die primäre Datenzeitspanne vor der redundanten Datenzeitspanne empfangen wird. Ansonsten würden zum Beispiel Verzögerungszeiten, die beim Abschalten und Wiederanschalten des Empfängers zwischen der Empfangspräambel und der primären Empfangsdatenzeitspanne auftreten – die jeweils beide stets empfangen werden sollten –, die Zeitspanne verringern, während welcher der Empfänger abgeschaltet bleiben könnte.
Wenn jedoch in Schritt 121 die CRC anzeigt, dass D₁ verfälscht ist, dann ist eine redundante Übertragung erforderlich. D₁ wird verworfen, Schritt 124, und die redundante Übertragung der gleichen Daten während des nachfolgenden Datenrahmens, D₂, wird empfangen, Schritt 125. D₂ wird beim Empfang auf Fehler über eine Berechnung der CRC ausgewertet, Schritt 126, und die CRC wird abgeschätzt, Schritt 127. Wenn D₂ ohne Verfälschung empfangen wird, wird D₂ in dem Puffer für eine nachfolgende Verarbeitung gespeichert, Schritt 129. Wenn jedoch die redundante Übertragung der Daten D₂ ebenfalls verfälscht ist, werden Null-Daten in dem Puffer gespeichert, Schritt 128. Der Prozess von 3 wird aufeinanderfolgend für jeden Datenrahmen wiederholt. Währenddessen können Daten, die in dem Puffer gespeichert sind, je nach Bedarf wiedergewonnen werden, wie es zur weiteren Verarbeitung erforderlich ist.
Während in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die redundante Übertragung der Daten des vorherigen Rahmens nach der Übertragung der neuen Daten stattfindet, kann es, um durch ein strategisches Abschalten des Empfängerschaltungsaufbaus Leistungseinsparungen zu erreichen, in anderen Ausführungsformen wünschenswert sein, die Reihenfolge der Datenübertragung umzukehren. Speziell können Pufferspeicher- und Rechenanforderungen reduziert werden, indem die Daten des vorherigen Rahmens vor der Übertragung neuer Daten erneut übertragen werden. Dies ermöglicht es dem Empfänger zum Beispiel zwischen den primären und den redundanten Übertragungen jedes gegebenen Datenblocks zu wählen und anschließend jene Daten zur Verarbeitung weiterzuleiten, bevor irgendwelche nachfolgenden neuen Daten empfangen und gespeichert werden. Somit braucht der Empfänger durch Umkehren der Reihenfolge der Datenübertragung gegenüber jener in den Zeichnungen gezeigten nicht sowohl neue als auch alte Unterpakete von Daten gleichzeitig handzuhaben.
Wenngleich 2 eine Rahmenstruktur im Zusammenhang mit einer schnurlosen Telefonbasiseinheit in einem System mit einem einzigen Handapparat darstellt, versteht es sich, dass die Rahmenstruktur von einem zugehörigen schnurlosen Telefonhandapparat verwendet werden kann, indem die Positionen der Sendezeitspannen 110, 111 und 112 mit Empfangszeitspannen 114, 115 beziehungsweise 116 vertauscht werden. Ein derartiges System ist in 4 dargestellt, wobei Empfangszeitspannen 210, 211 und 212 analog zu Empfangszeitspannen 114, 115 und 116 in 2 sind. In ähnlicher Weise sind in 4 Sendezeitspannen 214, 215 und 216 analog zu Sendezeitspannen 110, 111 und 112 in 2. Des Weiteren ist die Zeitabstimmung der Datenrahmen der Basis und des Handapparats derart konfiguriert, dass der Handapparat, wenn die Basiseinheit Daten während der primären und der redundanten Sendezeitspannen sendet, die gesendeten Daten während der zugehörigen primären beziehungsweise redundanten Empfangszeitspannen des Handapparats empfängt. In ähnlicher Weise empfängt die Basiseinheit, wenn der Handapparat Daten während der primären und der redundanten Sendezeitspannen sendet, die gesendeten Daten während der zugehörigen primären beziehungsweise redundanten Empfangszeitspannen der Basiseinheit.
Die Erfindung kann ohne Weiteres im Zusammenhang mit einem Schnurlostelefonsystem mit zeitgeteiltem Mehrfachzugriff und mehreren Handapparaten verwendet werden, indem eine Mehrzahl von Empfangsschlitzen, die aus Präambel-, primären und redundanten Zeitspannen bestehen, und eine Mehrzahl von Sendeschlitzen vorgesehen wird, die aus Präambel-, primären und redundanten Zeitspannen bestehen. Außerdem kann ein System, das die Rahmenstrukturen der 2 und 4 implementiert, einen zweiten Handapparat unterstützen, der während des redundanten Schlitzes sendet, wenn das Diversity-Merkmal nicht genutzt wird. Die Rahmenstruktur kann ohne Weiteres außer bei Schnurlostelefonen bei anderen drahtlosen digitalen Kommunikationsanwendungen eingesetzt werden.
5 stellt die Arbeitsweise der Rahmenstruktur von 2 im Zusammenhang mit einem Frequenzsprung-System mit sowohl Festfrequenz- als auch Sprung-Interferenzquellen dar. Übertragungen, die durch drei überlappende Kommunikationssysteme erzeugt werden (zwei Frequenzsprungsysteme und ein Festfrequenzsystem), sind als Funktion der Zeit in Abhängigkeit von der Frequenz graphisch dargestelllt. Übertragungen des Festfrequenzsystems sind als schattierter Bereich 106 dargestellt. Übertragungen des ersten Frequenzsprungsystems 104 sind durch Frequenzsprünge mit nach links unten verlaufender Schraffur dargestellt. Übertragungen des zweiten Frequenzsprungsystems 105 sind durch Frequenzsprünge mit nach rechts unten verlaufender Schraffur dargestellt.
Die Übertragungssysteme 105 und 106 erzeugen beide unerwünschte Interferenzen bezüglich des Kommunikationssystems 104. Jedes Mal, wenn die Frequenz des Systems 104 mit einem Interferenzsignal kollidiert (entweder dem Sprung-Signal 105 oder dem Festfrequenzsignal 106), ist es möglich, dass Daten verlorengehen mit einer resultierenden Verschlechterung der Sprachqualität oder des Datendurchsatzes. Zum Beispiel treten Frequenzsprünge 104a und 104c zur gleichen Zeit und bei der gleichen Frequenz auf wie Übertragungen des Festfrequenz-Kommunikationssystems 106. Ein Sprung 104e leidet unter der Interferenz mit dem zweiten Sprungsystem 105 und ist somit so gezeigt, dass er sowohl eine nach links unten verlaufende Schraffur als auch eine nach rechts unten verlaufende Schraffur beinhaltet. Somit ist es wahrscheinlich, dass die Verwendung von anderen Rahmenstrukturen für das System 104 als die vorliegende Rahmenstruktur zu verschlechterten Kommunikationsvorgängen aufgrund von Interferenz während der Sprünge 104a, 104c und 104e führen.
Über eine Implementierung der Diversity-Rahmenstruktur von 2 werden Daten, die durch die Interferenzquellen von 5 verfälscht wurden, in dem nachfolgenden Sprung neu gesendet, bei dem es wahrscheinlich ist, dass die Daten ohne Interferenz empfangen werden. Zum Beispiel werden Daten, die während eines verfälschten Sprungs 104a übertragen wurden, während eines Sprungs 104b neu gesendet, der ohne Interferenz korrekt übertragen werden kann. In ähnlicher Weise können Daten, die während eines verfälschten Sprungs 104c übertragen wurden, während eines Sprungs 104d richtig empfangen werden. Daten, die während eines verfälschten Sprungs 104e übertragen wurden, können während eines Sprungs 104f richtig empfangen werden.
Ein Kommunikationssystem, das die Rahmenstruktur von 2 verwendet, kann so konfiguriert werden, dass es in einer Vielfalt von Betriebsarten arbeitet, einschließlich eines Divers-Modus, eines Nichtdivers-Modus und eines asynchronen Modus, indem gewählt wird, ob die redundanten Daten in einem nachfolgenden Rahmen empfangen und/oder gesendet werden. In einem vollständig diversen Betriebsmodus senden beziehungsweise empfangen beide Kommunikationseinheiten Datenzeitspannen 112 und 116, wie vorstehend beschrieben. In einem Nichtdivers-Modus sendet oder empfängt keine Einheit die redundanten Datenzeitspannen 112 und 116. In einem asynchronen Modus arbeitet eine Kommunikationseinheit in einem ersten Diversity-Modus, wobei entweder eine Kommunikations-Aufwärtsverbindung oder eine Kommunikations-Abwärtsverbindung in einem Divers-Modus arbeitet, während die andere Verbindung einen Nichtdivers-Betriebsmodus implementiert, so dass nur für eine Richtung einer bidirektionalen Verbindung eine verbesserte Kommunikationszuverlässigkeit erzielt wird.
6 stellt eine Technik zur Steuerung des Divers-Betriebsmodus für eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung dar, die gemäß der Rahmenstruktur von 2 arbeitet, wobei die Betriebsart von einer Betriebsbedingung abhängig ist. Speziell zwingt die Technik von 6 bei Bedarf ein Gerät in einen Divers-Betriebsmodus, wenn es erforderlich ist, eine adäquate Qualität der Kommunikationsverbindung aufrechtzuerhalten. Daten werden durch ein Gerät in einem Nichtdivers-Betriebsmodus empfangen, Schritt 140, und die Bitfehlerrate (”BER”) empfangener Daten wird berechnet, Schritt 141. Die BER wird dann mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen, der mit dem minimalen wünschenswerten Leistungsfähigkeitsniveau verknüpft ist, Schritt 142. Wenn die BER den Schwellwert übersteigt, so dass der Nichtdivers-Betriebsmodus nicht in der Lage ist, die gewünschte Kommunikationsverbindungsqualität zu erreichen, dann überführt das Gerät die Kommunikationsverbindung in einen Divers-Betriebsmodus, so dass nachfolgende Datenübertragungen mit Zeit- und Frequenz-Diversity empfangen werden. Das Gerät kann zum Beispiel einen Befehl in dem nächsten Rahmen übertragen, der anfordert, dass der Gegensendetransmitter in einen Divers-Sendemodus wechselt.
Wenn die BER unterhalb des Schwellwerts liegt, Schritt 142, dann arbeitet das Gerät weiterhin in einem Nichtdivers-Modus. Somit können, wenn Interferenz die Systemleistungsfähigkeit nicht wesentlich verschlechtert, Bandbreite und Leistung eingespart werden, indem in einem Nichtdivers-Modus gearbeitet wird und redundantes Senden und Empfangen von Datenpaketen vermieden wird. Wenn jedoch Interferenz vorliegt, kann das System ohne Weiteres zu einer Divers-Kommunikationsverbindung übergehen, um hohe Systemleistungsfähigkeitsniveaus aufrechtzuerhalten. Wenngleich 6 BER zur Steuerung des Diversity-Modus verwendet, können auch andere Systemparameter dazu verwendet werden, den Diversity-Modus zu bestimmen.
Da Senden und Empfangen von redundanten Datenpaketen einen wesentlichen Betrag an Leistung verbrauchen kann, kann es auch wünschenswert sein, die Auswahl eines Betriebsmodus auf der Basis des Leistungspegels vorzunehmen, der in einer batteriebetriebenen Kommunikationsvorrichtung verblieben ist. 7 stellt ein Verfahren dar, durch das eine batteriebetriebene Kommunikationsvorrichtung basierend auf dem in der Batterie verbliebenen Leistungspegel in einen Nichtdivers-Betriebsmodus gezwungen werden kann. Die verbleibende Batterieleistung wird bestimmt, Schritt 150. Der Batterieleistungspegel wird dann gemessen, um zu bestimmen, ob der verbliebene Leistungspegel einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt, Schritt 151. Wenn dem so ist, wiederholt sich der Vorgang, ohne den Betriebsmodus zu beeinflussen. Wenn dem nicht so ist, dann wird die Vorrichtung in einen Nichtdivers-Betriebsmodus überführt, Schritt 153, wodurch Batterieleistung eingespart und die Lebensdauer der Kommunikationsvorrichtung verlängert wird. Da ein Sender eines Sendeempfängers typischerweise wesentlich mehr Leistung verbraucht als ein Empfängerschaltkreis, kann es wünschenswert sein, lediglich den Sendebetriebsmodus in Schritt 153 auf nicht-divers umzuschalten, so dass eine tragbare Vorrichtung weiterhin aus redundanten Sendevorgängen Nutzen ziehen kann, die von einem mit mehr Leistung versorgten Gegengerät empfangen werden. Es versteht sich des Weiteren, dass viele Variationen von Diversity-Betriebsarten zwischen zwei oder mehr Kommunikationseinheiten möglich sind, ohne von der Erfindung abzuweichen.

Claims

Drahtloses digitales Frequenzsprung-Kommunikationssystem, bei dem Kommunikationsvorgänge in aufeinanderfolgenden Datenrahmen auf verschiedenen drahtlosen Trägerfrequenzen stattfinden, mit einem tragbaren Gerät, das umfasst: – einen Empfänger, der während jedes Datenrahmens einen ersten Block digitaler Daten während einer primären Datenempfangszeitspanne empfängt, wobei der erste Block digitaler Daten zuvor nicht empfangen wurde, und einen zweiten Block digitaler Daten während einer redundanten Datenempfangszeitspanne empfängt, wobei der zweite Block digitaler Daten zuvor auf einer anderen Trägerfrequenz während der primären Datenempfangszeitspanne des vorherigen Datenrahmens empfangen wurde, und – einen Sender zum Senden eines dritten Blocks digitaler Daten während einer primären Datensendezeitspanne, wobei der dritte Block digitaler Daten zuvor nicht gesendet wurde, und zum Senden eines vierten Blocks digitaler Daten während einer redundanten Datensendezeitspanne nur dann, wenn ein Batterieleistungspegel des tragbaren Geräts einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, wobei der zweite Block digitaler Daten zuvor gesendet wurde.
Drahtloses digitales Frequenzsprung-Kommunikationssystem nach Anspruch 1, bei dem der Empfänger den zweiten Block digitaler Daten während der redundanten Datenempfangszeitspanne auch dann empfängt, wenn der Batterieleistungspegel des den Datenrahmen verwendenden, tragbaren Geräts den vorgegebenen Schwellwert nicht übersteigt.
Drahtloses digitales Frequenzsprung-Kommunikationssystem nach Anspruch 1, bei dem – der Sender Fehlerdetektionsinformation sendet, die mit den Inhalten der primären Datensendezeitspanne und der redundanten Datensendezeitspanne während einer Sendepräambelzeitspanne des Datenrahmens verknüpft ist, und – der Empfänger Fehlerdetektionsinformation empfängt, die mit den Inhalten der primären Datenempfangszeitspanne und der redundanten Datenempfangszeitspanne während einer Empfangspräambelzeitspanne des Datenrahmens verknüpft ist.
Drahtloses digitales Frequenzsprung-Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Sender den vierten Block von Daten nur sendet, wenn die Qualität der Kommunikationsvorgänge innerhalb des drahtlosen Frequenzsprung-Kommunikationssystems einem ersten vorgegebenen Qualitätsschwellwert nicht genügt.
Drahtloses digitales Frequenzsprung-Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Empfänger den zweiten Block von Daten nur empfängt, wenn die Qualität der Kommunikationsvorgänge innerhalb des drahtlosen Frequenzsprung-Kommunikationssystems einem zweiten vorgegebenen Qualitätsschwellwert nicht genügt.
Drahtloses digitales Frequenzsprung-Kommunikationssystem nach Anspruch 4 oder 5, bei dem der vorgegebene, erste und/oder zweite Qualitätsschwellwert eine maximale Bitfehlerrate ist.
Verfahren zur Übertragung von Daten zwischen einem ersten Gerät und einem zweiten Gerät über eine drahtlose, digitale Frequenzsprung-Kommunikationsverbindung, wobei das Verfahren folgende Schritte beinhaltet: – Übertragen eines ersten Blocks von Daten vom ersten Gerät zum zweiten Gerät während einer ersten Datenübertragungszeitspanne eines ersten Datenrahmens, wobei der erste Block von Daten zuvor nicht gesendet wurde; – Übertragen eines zweiten Blocks von Daten vom ersten Gerät zum zweiten Gerät während einer zweiten Datenübertragungszeitspanne des ersten Datenrahmens, wobei der zweite Datenblock durch das erste Gerät auch während eines Datenrahmens unmittelbar vor dem ersten Datenrahmen übertragen wurde; – Übertragen eines dritten Blocks von Daten vom zweiten Gerät zum ersten Gerät während einer dritten Datenübertragungszeitspanne des ersten Datenrahmens, wobei der dritte Block von Daten zuvor nicht übertragen wurde; und – Übertragen eines vierten Blocks von Daten vom zweiten Gerät zum ersten Gerät während einer vierten Datenübertragungszeitspanne des ersten Datenrahmens nur dann, wenn ein Batterieleistungspegel des zweiten Geräts einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt, wobei der vierte Block von Daten durch das zweite Gerät auch während des Datenrahmens übertragen wurde, der dem ersten Datenrahmen unmittelbar vorausgeht, – wobei auch dann, wenn der Batterieleistungspegel des zweiten Geräts den vorgegebenen Schwellwert nicht übersteigt, das zweite Gerät während der primären Datenempfangszeitspanne jedes Datenrahmens einen zuvor nicht empfangenen Block digitaler Daten empfängt und während der redundanten Datenempfangszeitspanne einen während der primären Datenempfangszeitspanne eines unmittelbar vorausgehenden Datenrahmens empfangenen Block digitaler Daten empfängt.
Verfahren zur Übertragung von Daten zwischen einem ersten Gerät und einem zweiten Gerät über eine drahtlose, digitale Frequenzsprung-Kommunikationsverbindung, wobei die Kommunikationsvorgänge in eine Mehrzahl von Datenrahmen unterteilt werden, wobei das Verfahren folgende Schritte beinhaltet: – Übertragen von wenigstens einem Datenblock innerhalb jedes Rahmens vom ersten Gerät zum zweiten Gerät, wobei jeder Datenblock einmal übertragen wird; – Feststellen, dass die Qualität der Kommunikationsverbindung einem vorgegebenen Kriterium nicht genügt; – Senden eines ersten Datenblocks und eines zweiten Datenblocks vom ersten Gerät zum zweiten Gerät innerhalb jedes Rahmens, wobei der erste Datenblock Daten enthält, die zuvor nicht vom ersten Gerät zum zweiten Gerät übertragen wurden, und der zweite Datenblock Daten enthält, die auch während des vorhergehenden Rahmens vom ersten Gerät zum zweiten Gerät übertragen wurden; – Senden eines dritten Datenblocks vom zweiten Gerät zum ersten Gerät innerhalb jedes Rahmens, wobei der dritte Datenblock Daten enthält, die zuvor nicht vom zweiten Gerät zum ersten Gerät übertragen wurden, und – Senden eines vierten Datenblocks vom zweiten Gerät zum ersten Gerät innerhalb jedes Rahmens nur dann, wenn ein Batterieleistungspegel des zweiten Geräts einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt, wobei der vierte Datenblock Daten enthält, die auch während des vorherigen Rahmens vom zweiten Gerät zum ersten Gerät gesendet wurden, – wobei das zweite Gerät den ersten und den zweiten Datenblock innerhalb jedes Rahmens auch dann empfängt, wenn der Batterieleistungspegel des zweiten Geräts den vorgegebenen Schwellwert nicht übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Schritt der Feststellung, dass die Qualität der Kommunikationsverbindung einem vorgegebenen Kriterium nicht genügt, des Weiteren aus den Unterschritten besteht: – Messen einer Bitfehlerrate von Daten, die auf der Kommunikationsverbindung übertragen werden; und – Feststellen, dass die Bitfehlerrate einen vorgegebenen maximalen akzeptablen Pegel übersteigt.
Verfahren zur Übertragung von Daten zwischen einem ersten Gerät und einem zweiten Gerät über eine drahtlose, digitale Frequenzsprung-Kommunikationsverbindung, wobei die Kommunikationsvorgänge in eine Mehrzahl von Datenrahmen unterteilt werden und das erste Gerät durch eine Batterieleistungsquelle gespeist wird, wobei das Verfahren folgende Schritte beinhaltet: – Feststellen eines in der Batterieleistungsquelle verbliebenen Leistungspegels; – Übertragen eines ersten Datenblocks und eines zweiten Datenblocks vom ersten Gerät zum zweiten Gerät innerhalb jedes Rahmens, wenn der Leistungspegel einen vorgegebenen Schwellwertpegel übersteigt, wobei der erste Datenblock Daten enthält, die zuvor nicht vom ersten Gerät zum zweiten Gerät übertragen wurden, und der zweite Datenblock Daten enthält, die auch während des vorhergehenden Rahmens vom ersten Gerät zum zweiten Gerät übertragen wurden; – Feststellen, ob der zweite Datenblock vom zweiten Gerät mit einem oder mehreren Fehlern empfangen wurde; – Speichern der Inhalte des zweiten Datenblocks in einem Puffer, wenn der zweite Datenblock ohne Fehler empfangen wurde; und – Übertragen wenigstens eines Datenblocks innerhalb jedes Rahmens vom ersten Gerät zum zweiten Gerät, wenn der in der Batterieleistungsquelle verbliebene Leistungspegel unterhalb des vorgegebenen Schwellwertpegels liegt, wobei jeder Datenblock nur einmal übertragen wird.
Verfahren zum Senden und Empfangen von Daten über eine drahtlose, digitale Frequenzsprung-Kommunikationsverbindung, über die ein Datenrahmen während jedes Frequenzsprungs übertragen wird, wobei der Datenrahmen eine primäre Zeitspanne zum Empfangen einer anfänglichen Kopie eines Datenblocks und eine zweite Zeitspanne zum Empfangen einer redundanten Kopie des Datenblocks umfasst und das Verfahren die Schritte umfasst: – Empfangen eines ersten Datenrahmens, der einen ersten Datenblock und ein Fehlerdetektionsfeld enthält, das mit den Inhalten des ersten Datenblocks verknüpft ist, während eines ersten Frequenzsprungs durch ein erstes Gerät; – Verwenden der Inhalte des Fehlerdetektionsfeldes, um festzustellen, dass der erste Datenblock mit einem oder mehreren Fehlern empfangen wurde; – Empfangen eines zweiten Datenrahmens, der einen zweiten Datenblock und ein Fehlerdetektionsfeld enthält, das mit den Inhalten des zweiten Datenblocks verknüpft ist, während eines zweiten Frequenzsprungs, der dem ersten Frequenzsprung unmittelbar folgt, auch dann, wenn ein Batterieleistungspegel des ersten Geräts unter einem vorgegebenen Schwellwert liegt, wobei die Inhalte des zweiten Datenblocks identisch mit den Inhalten des ersten Datenblocks sind; – Verwenden der Inhalte des Fehlerdetektionsfeldes, um festzustellen, ob der zweite Datenblock mit einem oder mehreren Fehlern empfangen wurde; – Speichern von Null-Daten in einem Puffer, wenn der zweite Datenblock mit einem oder mehreren Fehlern empfangen wurde; und – Speichern der Inhalte des zweiten Datenblocks in einem Puffer, wenn der zweite Datenblock ohne Fehler empfangen wurde, – Senden eines dritten Datenblocks vom ersten Gerät zu einem zweiten Gerät während des ersten Datenrahmens, wobei der dritte Datenblock zuvor nicht gesendet wurde, und – Senden eines vierten Datenblocks vom ersten Gerät zum zweiten Gerät während der zweiten Datenrahmenzeitspanne nur dann, wenn der Batterieleistungspegel den vorgegebenen Schwellwert übersteigt, wobei der vierte Datenblock auch zuvor vom ersten Gerät gesendet wurde und das erste Gerät während jedes Datenrahmens einen nicht zuvor empfangenen digitalen Datenblock während der primären Datenempfangszeitspanne empfängt und einen während der primären Datenempfangszeitspanne eines vorherigen Datenrahmens empfangenen Block digitaler Daten während der redundanten Datenempfangszeitspanne auch dann empfängt, wenn der Batterieleistungspegel des ersten Geräts den vorgegebenen Schwellwert nicht übersteigt.
Verfahren zum Empfangen von Daten durch ein drahtloses Gerät über eine digitale Frequenzsprung-Kommunikationsverbindung, wobei die Kommunikationsverbindung aus einer Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Datenrahmen besteht, wobei jeder Datenrahmen eine primäre Datenzeitspanne und eine redundante Datenzeitspanne umfasst, wobei die Inhalte der redundanten Datenzeitspanne dieselben wie die Inhalte der primären Datenzeitspanne während des vorhergehenden Datenrahmens sind, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: – Empfangen eines ersten Datenrahmens, wobei der erste Datenrahmen auch ein Fehlerdetektionsfeld enthält, das mit den Inhalten von wenigstens der ersten Datenzeitspanne des ersten Datenrahmens verknüpft ist; – Verwenden der Inhalte des Fehlerdetektionsfeldes, um festzustellen, dass die Inhalte der ersten Datenzeitspanne ohne irgendwelche Fehler empfangen wurden; – Speichern der Inhalte der ersten Datenzeitspanne in einem Puffer, wenn die Inhalte der ersten Datenzeitspanne ohne Fehler empfangen wurden; und – Abschalten eines Empfängerschaltkreises, der mit dem drahtlosen Gerät verknüpft ist, während des Empfangs von wenigstens der zweiten Datenzeitspanne während eines zweiten Datenrahmens, der dem ersten Datenrahmen unmittelbar folgt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der zweite Datenblock nur gesendet wird, wenn die Qualität der Kommunikationsvorgänge innerhalb des drahtlosen Frequenzsprung-Kommunikationssystems einem vorgegebenen Qualitätsschwellwert nicht genügt.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der vorgegebene Qualitätsschwellwert eine maximale Bitfehlerrate ist.