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Dokumentenidentifikation DE69935682T2 13.12.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001432145
Titel Mobiler Sender-Empfänger mit Zustandsbericht
Anmelder Inmarsat Global Ltd., London, GB
Erfinder Febvre, Paul, Ipswich, Suffolk IP4 5HK, GB;
Mudge, David Denis, London SW9 OLP, GB
Vertreter Rummler, F., Dipl.-Ing.Univ., Pat.-Anw., 80802 München
DE-Aktenzeichen 69935682
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 12.11.1999
EP-Aktenzeichen 040029878
EP-Offenlegungsdatum 23.06.2004
EP date of grant 28.03.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.12.2007
IPC-Hauptklasse H04B 7/185(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft Kommunikationsvorrichtungen und -verfahren, insbesondere für drahtlose Kommunikationen, insbesondere, aber nicht ausschließlich, über Satellit.

Es wurde bereits eine Anzahl von drahtlosen Kommunikationssystemen vorgeschlagen, um einen geteilten Zugriff durch viele gleichzeitige Kommunikationssitzungen unterschiedlicher Arten zu unterstützen. Zum Beispiel offenbart die Patentveröffentlichung WO 98/25358 ein mobiles Satellitenkommunikationssystem, das die veränderlichen Bandbreitenanforderungen von mehreren gleichzeitigen Kommunikationssitzungen unterstützt.

Bei dieser Art von System ist es schwierig, Bandbreite zuzuteilen, um die sich verändernden Anforderungen von mehreren Endgeräten oder Sitzungen zu erfüllen, während die gesamte Bandbreite leistungsfähig verwendet wird. Die Bandbreitenzuteilungsprotokolle selbst rufen einen bedeutenden Signalisierungssteuerungsaufwand hervor, doch je größer die Menge der Informationen ist, die in diesen Protokollen ausgetauscht werden, desto besser ist das Netzwerk fähig, sich an die sich dauernd verändernde Nachfrage nach Bandbreite anzupassen. Es kann sein, dass etwas Bandbreite als für einen konfliktbasierten Zugriff verfügbar bestimmt ist, der gestattet, dass Daten und Signalisierung durch Mobiltelefone ohne eine für dieses Mobiltelefon spezifische Bandbreitenzuteilung übertragen werden, doch ein konfliktbasierter Zugriff ist hinsichtlich der Bandbreite sehr leistungsschwach; wenn die Wahrscheinlichkeit einer Kollision gering gehalten werden soll, muss viel mehr Bandbreite zugeteilt werden, als wahrscheinlich tatsächlich verwendet wird.

Das Dokument EP-A-0535762 offenbart ein Verfahren, in dem Bodenstationen Reservierungsanforderungen zu einer zentralen Station übertragen.

US-Patent 5 673 256 bezieht sich auf ein System für die effiziente Übertragung gespeicherter Datendateien oder Nachrichten (wie z.B. Daten, Fax, vorab aufgenommene Sprachnachrichten oder Video-Dateien) in einem Satellitenkommunikationssystem zu vorab programmierten Zeiten, wie z.B. zu Low-Traffic-Zeiten oder zu wirtschaftlichsten Zeiten. Ein Teilnehmer kann eine Planungstabelle einrichten, um die Übertragung unterschiedlicher Dateien, die zu verschiedenen Zeiten gesendet werden, zu planen. Die Planungstabellen werden lokal auf dem Mobiltelefon gespeichert.

Nach einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren nach Anspruch 1 bereitgestellt. Nach einem anderen Gesichtspunkt wird ein drahtloser Sender-Empfänger nach Anspruch 6 bereitgestellt.

Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Bandbreitenzuteilungsprotokoll in einem mobilen Kommunikationsnetzwerk, in dem Mobiltelefone ihre Bandbreitenanforderungen dem Netzwerk melden, wobei das Netzwerk die Bandbreitenmenge steuert, die von den Mobiltelefonen bei der Meldung ihrer Bandbreitenanforderungen verwendet wird. Auf diese Weise kann das Netzwerk den Signalisierungs-Overhead steuern, der vom Bandbreitenzuteilungsprotokoll verwendet wird, um mehr Bandbreite für Benutzerdaten zur Verfügung zu stellen, wenn ein Kanal überlastet ist. Alternativ dazu kann das Netzwerk, wenn der Kanal nicht überlastet ist, es den Mobiltelefonen ermöglichen, Änderungen bezüglich deren Bandbreitenanforderungen rascher zu melden, wodurch somit die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, dass die Dienstgüte-(QoS, Quality-of-Service-) Anforderungen durch aktive Kommunikationssitzungen auf den Mobiltelefonen erfüllt werden können.

Die Mobiltelefone geben sowohl die Menge der Daten an, die auf eine Übertragung warten, als auch die maximalen Verzögerungsanforderungen für die Übertragung dieser Daten. Anstatt die Verzögerungsanforderungen jedes einzelnen Blocks der auf eine Übertragung wartenden Daten einzeln anzugeben, geben die Mobiltelefone die Gesamtmenge der auf eine Übertragung wartenden Daten, die maximale Verzögerungszeit des wichtigsten Bestandteils der Daten und die maximale Verzögerungszeit des am wenigsten wichtigen Bestandteils an. Dies liefert dem Netzwerk genug Informationen, um die erforderliche Bandbreite zum rechten Zeitpunkt zuzuteilen, um die Verzögerungsanforderungen aller Daten zu erfüllen, wobei die Menge der für die Angabe der Verzögerungsanforderungen erforderlichen Informationen reduziert wird.

Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen werden nun bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, wobei

1 ein Diagramm der Bestandteile eines Satellitenkommunikationssystems ist, das Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthält;

2 die Kanäle zeigt, die für die Kommunikation zwischen dem Satellitenzugangsknoten SAN und den beweglichen Zugangsknoten MAN in einem Paketdatendienst verwendet werden, der im System von 1 ausgeführt wird;

3 ein Diagramm von Sender- und Empfängerkanaleinheiten in einem Satellitenzugangsknoten (SAN) des Systems von 1 ist;

4 ein Diagramm von Sender- und Empfängerkanaleinheiten in einem beweglichen Zugangsknoten (MAN) des Systems von 1 ist;

5a bis 5d den Aufbau eines der Land-Erdfunkstellen-Paket(LESP)-Kanäle von 4 zeigen;

6a den Burstaufbau eines Bursts von 5 ms in einem der beweglichen Bodenstations-Paket (MESP)-Kanäle von 4 zeigt;

6b den Burstaufbau eines Bursts von 20 ms in einem der MESP-Kanäle von 4 zeigt;

7 ein Zeittaktdiagramm ist, das den Betrieb eines anfänglichen Zeittaktkorrekturprotokolls zur Korrektur des Zeittakts von Übertragungen auf den MESP-Kanälen veranschaulicht;

8a ein Zeittaktdiagramm ist, das den Zeittakt einer Übertragung auf einem der MESP-Kanäle veranschaulicht, die unmittelbar auf eine Zeittaktkorrektur folgt;

8b ein Zeittaktdiagramm ist, das den Zeittakt einer Übertragung auf einem der MESP-Kanäle in einem Zeitabstand nach einer Zeittaktkorrektur veranschaulicht, wobei Zeittaktunsicherheit besteht;

9 ein Diagramm einer Medienzugriffssteuerungs-(MAC)-Schicht in einem der MANs zeigt; und

10 ein Diagramm einer MAC-Schicht in einem der SANs zeigt.

Systemüberblick

1 zeigt die Hauptelemente eines Satellitenkommunikationssystems in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Mehrere bewegliche Zugangsknoten (MAN) 2 kommunizieren über einen Satelliten 4 mit einer Satellitenbodenstation, die nachstehend als Satellitenzugangsknoten (SAN) 6 bezeichnet wird. Der Satellit 4 kann zum Beispiel ein Inmarsat-3TM-Satellit sein, wie er zum Beispiel im Artikel „Launch of a New Generation" von J. R. Asker, TRANSAT, Ausgabe 36, Januar 1996, Seite 15 bis 18, erschienen bei Inmarsat, beschrieben ist, dessen Inhalte durch Nennung als hierin aufgenommen betrachtet werden. Der Satellit 4 ist geostationär und projiziert mehrere Punktstrahlen SB (im Fall eines Inmarsat-3TM-Satelliten fünf Punktstrahlen) und einen globalen Strahl GB, der die Abdeckungsbereiche der Punktstrahlen SB umgibt, auf die Erdoberfläche. Die MRNs 2 können tragbare Satellitenendgeräte mit manuell steuerbaren Antennen von der Art, die gegenwärtig zur Verwendung mit dem Inmarsat-Mini-MTM-System verfügbar ist, aber mit den nachstehend beschriebenen Abänderungen, sein. Innerhalb des Abdeckungsbereichs jedes Satelliten 4 können mehrere SANs 6 vorhanden sein und fähig sein, Kommunikationen mit den MANs 2 zu unterstützen, und es können auch weitere geostationäre Satelliten 4 mit Abdeckungsbereichen vorhanden sein, die jenen des beispielhaften Satelliten 4 überlappen oder nicht überlappen können. Jeder SAN 6 kann einen Teil einer Inmarsat-Land-Erdfunkstelle (LES) bilden und sich HF-Antennen und die Modulations-/Demodulationsausrüstung mit herkömmlichen Teilen der LES teilen. Jeder SAN 6 stellt eine Schnittstelle zwischen der Kommunikationsverbindung durch den Satelliten 4 und einem oder mehreren terrestrischen Netzwerken 8 bereit, um die MANs 2 mit terrestrischen Zugangsknoten (TAN) 10 zu verbinden, die direkt oder durch weitere Netzwerke indirekt mit einem beliebigen einer Anzahl von Kommunikationsdiensten wie etwa Diensten auf Basis des Internets, des öffentlichen Telefonwählnetzes PSTN oder des digitalen diensteintegrierenden Netzes ISDN verbunden werden können.

Kanalarten

2 zeigt die Kanäle, die für die Kommunikation zwischen einem beispielhaften der MANs 2 und dem SAN 6 verwendet werden. Alle Kommunikationen unter diesem Paketdatendienst vom MAN 2 zum SAN 6 werden auf einem oder mehreren Schlitzen eines oder mehrerer TDMA (Zeitmultiplexzugriffs)-Kanäle, die als MESP-Kanäle (bewegliche Bodenstations-Paketkanäle) bezeichnet werden, getragen. Jeder MESP-Kanal ist in Blöcke von 40 ms geteilt, die in Blöcke von 20 ms geteilt werden können. Jeder Block von 20 ms trägt entweder einen Burst von 20 ms oder vier Bursts von 5 ms in einem Format, das nachstehend beschrieben werden wird.

Alle Kommunikationen unter diesem Paketdatendienst vom SAN 6 zum MAN 2 werden auf einem oder mehreren Schlitzen eines oder mehrerer TDM (Zeitmultiplex)-Kanäle, die als LESP-Kanäle (Land-Erdfunkstellen-Paketkanäle) bezeichnet werden, getragen. Die Schlitze sind jeweils 80 ms lang und umfassen zwei Subrahmen von gleicher Länge.

Für die Zwecke der Kanaleinrichtung und anderer Netzwerksignalisierungen kommuniziert der MAN 2 auch mit einer Netzwerkkoordinierungsstation (NCS) 5, wie dies beim Inmarsat-Mini-MTM-Dienst bekannt ist. Der SAN 6 kommuniziert durch das Netzwerk 8 mit einer regionalen Land-Erdfunkstelle (RLES) 9, die mit der NCS 5 kommuniziert, um die Kanaleinrichtung und andere Netzwerksignalisierungen durchzuführen.

Die Satellitenverbindungsschnittstelle

Nun wird die Satellitenverbindungsschnittstelle zwischen den MANs 2 und dem SAN 6, mit dem die MANs 2 verbunden sind, beschrieben werden. Diese Schnittstelle kann als eine Reihe von Kommunikationsschichten betrachtet werden, eine physikalische Schicht, eine Medienzugriffssteuerungs-(MAC) schicht und eine Dienstverbindungsschicht.

Die SAN-Kanaleinheit

3 zeigt die Funktionen im SAN 6 einer Senderkanaleinheit ST, die die Übertragung von Datenpaketen über einen einzelnen Frequenzkanal der Satellitenverbindung durchführt, und einer Empfängerkanaleinheit SR, die den Empfang von Datenpaketen über einen einzelnen Frequenzkanal der Satellitenverbindung durchführt. Vorzugsweise beinhaltet der SAN 6 mehrere Senderkanaleinheiten ST und Empfängerkanaleinheiten SR, um fähig zu sein, Kommunikationsdienste für eine ausreichende Anzahl von MANs 2 bereitzustellen.

Eine Hardwareanpassungsschicht (HAL) 10 stellt eine Schnittstelle zwischen den Kanaleinheiten und Software höherer Ebene bereit und steuert die Einstellungen der Kanaleinheiten. In de Senderkanaleinheit ST gibt die HAL 10 Datenbursts Td aus, die durch einen Verwürfler 12 verwürfelt werden, dessen Ausgabezeittakt durch eine Rahmenzeittaktfunktion 14 gesteuert wird, die auch Rahmenzeittaktsteuersignale an die anderen Senderkanaleinheiten ST bereitstellt. Die verwürfelten Datenbursts werden dann durch einen Codierer 16 zum Beispiel mittels eines Turbocodierungsalgorithmus, wie er in WO99/34521 beschrieben ist, redundanzcodiert.

Die Daten und Paritätsbits werden vom Codierer 16 an eine Übertragungssynchronisierungsfunktion 18 ausgegeben, die die Daten und Paritätsbits als Sätze von vier Bits zur Modulation durch einen 16QAM-Modulator 20 ausgibt. Einzelwortsymbole (unique words UW) werden gemäß einem Schlitzformat, das nachstehend beschrieben ist, ebenfalls in den Modulator 20 eingegeben. Der Ausgabezeittakt des Codierers 16, des Übertragungssynchronisators 18 und des Modulators 20 wird durch die HAL 10 gesteuert, die auch die Frequenz des Übertragungskanals wählt, indem sie einen Übertragungsfrequenzsynthetisierer 22 so steuert, dass dieser ein Aufwärtsumsetzungsfrequenzsignal ausgibt. Dieses Frequenzsignal wird an einem Aufwärtsumsetzer 24, dessen Ausgang durch eine HF-Antenne (nicht gezeigt) zum Satelliten übertragen wird, mit dem Ausgang des Modulators 20 kombiniert.

In der Empfängerkanaleinheit SR wird ein Frequenzkanal durch eine HF-Antenne (nicht gezeigt) empfangen und durch Mischen mit einem Abwärtsumsetzungsfrequenzsignal an einem Abwärtsumsetzer 26 abwärtsumgesetzt. Das Abwärtsumsetzungsfrequenzsignal wird durch einen Empfangsfrequenzsynthetisierer 28 erzeugt, dessen Ausgabefrequenz durch die HAL 10 gesteuert wird.

Um die empfangenen Bursts richtig zu demodulieren, wird der Zeittakt des Empfangs der Bursts durch eine Empfangszeittaktsteuerung 29 vorhergesagt, die die Rahmenzeittaktsteuerinformationen von der Rahmenzeittaktfunktion 14 und Parameter des Satelliten 4 von der HAL 10 erhält. Diese Parameter definieren die Position des Satelliten 4 und seiner Strahlen und gestatten, dass der Zeittakt der Ankunft von Datenbursts von den MANs 2 am SAN 6 vorhergesagt wird. Die Ausbreitungsverzögerung vom SAN 6 zum Satelliten 4 schwankt als Ergebnis der Neigung der Umlaufbahn des Satelliten über einen Zeitraum von 24 Stunden zyklisch. Diese Verzögerungsschwankung ist für alle MANs 2 gleich und wird daher verwendet, um den Bezugszeittakt der MESP-Kanäle zu modifizieren, so dass der Zeittakt der einzelnen MANs 2 nicht modifiziert werden muss, um Schwankungen in der Satellitenposition auszugleichen.

Die vorhergesagten Zeittaktinformationen werden an jede der Empfangskanaleinheiten SR ausgegeben. Die empfangenen Bursts sind gemäß einem Schema, das durch den SAN 6 gesteuert wird, von einer Dauer von entweder 5 ms oder 20 ms. Die HAL 10 stellt Informationen über die erwarteten Schlitzarten an eine Schlitzsteuerung 32 bereit, die auch Informationen von der Empfangszeittaktsteuerung 29 erhält.

3 zeigt gesonderte Empfangswege für Bursts von 5 ms und 20 ms; Bezugnahmen auf Funktionen auf jedem dieser Wege werden durch die Nachsilben a bzw. b bezeichnet werden. Die Schlitzsteuerung 32 wählt gemäß der vorhergesagten Länge des Bursts, welcher Empfangsweg für jeden empfangenen Burst verwendet werden soll. Der Burst wird durch einen 16QAM-Demodulator 34a/34b demoduliert, und der Zeittakt des Bursts wird durch eine UW-Erlangungsstufe 36a/36b erlangt. Sobald der Anfang und das Ende des Bursts bestimmt wurden, wird der Burst durch einen Decoder 38a/38b turbodecodiert und durch einen Entwürfler 40a/40b entwürfelt. Der wiedergewonnene Datenburst von 5 oder 20 ms wird dann durch die HAL 10 empfangen.

Die MAN-Kanaleinheit

4 zeigt die Funktionen in einem der MANs 2 einer Empfängerkanaleinheit MR und einer Senderkanaleinheit MT. Der MAN 2 kann aus Gründen der Kompaktheit und der Kosten nur jeweils eine der Empfänger- und der Senderkanaleinheit aufweisen, doch wenn eine erhöhte Bandbreitenkapazität benötigt wird, können im MAN 2 mehrere Empfänger- und Senderkanaleinheiten enthalten sein.

In der Empfängerkanaleinheit MR wird ein Signal durch eine Antenne (nicht gezeigt) empfangen und durch einen Abwärtsumsetzer 42, der ein Abwärtsumsetzungsfrequenzsignal von einem Empfangsfrequenzsignalsynthetisierer 44 erhält, dessen Frequenz durch eine MAN-Hardwareanpassungsschicht 46 gesteuert wird, abwärtsumgesetzt. Das abwärtsumgesetzte Signal wird durch einen 16QAM-Demodulator 48 demoduliert, der die parallelen Bitwerte jedes Symbols an eine UW-Feststellungsstufe 50 ausgibt, wo der Zeittakt des empfangenen Signals durch Identifizieren eines Einzelworts (UW) im empfangenen Signal festgestellt wird. Die Zeittaktinformationen werden zu einer Rahmen- und Symbolzeittakteinheit 52 gesendet, die Zeittaktinformationen speichert und den Zeittakt der späteren Stufen der Verarbeitung des Signals steuert, wie in 4 gezeigt ist. Sobald die Blockgrenzen der empfangenen Daten festgestellt wurden, werden die empfangenen Blöcke durch einen Decodierer 54 turbodecodiert, durch einen Entwürfler 56 entwürfelt, und als empfangene Bursts an die HAL 46 ausgegeben.

In der Senderkanaleinheit MT werden Daten für Bursts mit einer Dauer von 5 oder 20 ms von der HAL 46 ausgegeben. In 4 sind für die Bursts von 5 bzw. 20 ms gesonderte Wege, die durch die Endsilben a und b identifiziert sind, gezeigt. Die Daten werden durch einen Verwürfler 48a/48b verwürfelt und durch einen Turbocodierer 50a/50b codiert. In Schritt 52a/52b werden wie durch das Burstformat angewiesen Einzelworte (UW) hinzugefügt, und der sich ergebende Datenstrom wird in Schritt 54a/54b auf den Übertragungssignalsatz abgebildet und in Schritt 56a/56b gefiltert. Der Übertragungszeittakt wird in einem Übertragungszeittaktsteuerschritt 58a/58b gesteuert. In diesem Schritt wird die TDMA-Schlitzposition durch einen Schlitzsteuerschritt 60 gemäß einer bestimmten Schlitzposition, die durch die HAL 46 angegeben wird, gesteuert. Ein Zeittaktversatz wird durch die HAL 46 ausgegeben und zu einem Zeittaktregulierungsschritt 62 geliefert, der den Zeittakt des Schlitzsteuerschritts 60 reguliert. Dieser Zeittaktversatz wird verwendet, um Schwankungen in der Ausbreitungsverzögerung, die durch die relative Position des MAN 2, des Satelliten 4 und des SAN 6 verursacht wird, auszugleichen, und wird durch ein Signalisierungsprotokoll gesteuert, wie nachstehend ausführlicher beschrieben werden wird. Die Sätze der Datenbits werden zu einer Zeit, die gemäß dem Schlitzzeittakt und der Zeittaktregulierung bestimmt ist, an einen 16QAM-Modulator 64 ausgegeben. Die modulierten Symbole werden durch einen Aufwärtsumsetzer 66 zu einer Übertragungskanalfrequenz aufwärtsumgesetzt, die durch einen Frequenzausgang von einem durch die HAL 46 gesteuerten Übertragungsfrequenzsynthetisierer 68, bestimmt wird. Das aufwärtsumgesetzte Signal wird durch eine Antenne (nicht gezeigt) zum Satelliten 4 übertragen.

Das LESP-Kanalformat

5a zeigt den Rahmenaufbau eines der LESP-Kanäle. Jeder Rahmen LPF weist eine Dauer von 80 ms auf und weist einen Datenkopf auf, der aus einem Einzelwort UW besteht, das für alle Rahmen gleich ist. Das Einzelwort UW wird für die Rahmenerlangung, zum Auflösen einer Phasenmehrdeutigkeit des Ausgangs des Demodulators, und zum Synchronisieren des Verwürflers 56 und des Decodierers 54 verwendet.

5b zeigt den Aufbau jedes Rahmens, der aus dem Einzelwort UW von 40 Symbolen, gefolgt von 88 Blöcken von 29 Symbolen, jeweils gefolgt von einem einzelnen Pilotsymbol PS besteht und in 8 Symbolen endet, um die gesamte Rahmenlänge auf 2688 Symbole zu bringen, wovon 2560 Datensymbole sind. Diese Datensymbole werden wie in 5c gezeigt in zwei Subrahmen SF1, SF2 geteilt, die durch den Codierer 16 jeweils gesondert codiert werden und jeweils 5120 Bits aufweisen, was 1280 Symbole ergibt. Der Codierer weist eine Codierungsrate von 0,509375 auf, so dass jeder Subrahmen aus einem Eingangsblock IB1, IB2 von 2608 Bit codiert wird, wie in 5d gezeigt ist. Der Aufbau ist nachstehend in Tabelle 1 zusammengefasst:

Tabelle 1: LESP-Rahmenformat

Das MESP-Kanalformat

Der MESP-Kanalaufbau beruht auf Blöcken von 40 ms mit einem Kanalzeittakt, der auf den Zeittakt des zugehörigen LESP-Kanals, wie er durch die MANs 2 empfangen wird, bezogen ist. Jeder Block von 40 ms kann in zwei Schlitze von 20 ms geteilt werden, wovon jeder weiter in vier Schlitze von 5 ms geteilt werden kann, und die Teilung jedes Blocks in Schlitze wird durch Protokolle höherer Ebene flexibel bestimmt. 6a zeigt das Format eines Bursts von 5 ms, der aus einer Vor-Burst-Schutzzeit G1 von 6 Symbolen, einer Präambel CW von 4 Symbolen, einem Anfangseinzelwort UW1 von 20 Symbolen, einem Datensubrahmen von 112 Symbolen, einem Endeinzelwort UW2 von 20 Symbolen, und einer Nach-Burst-Schutzzeit G2 von 6 Symbolen besteht.

Die Präambel CW ist nicht für Synchronisationszwecke durch Empfänger (zum Beispiel die Demodulatoren 30a, 30b) bestimmt, stellt aber bequemer Weise ein konstantes Leistungspegelsignal bereit, um die automatische Pegelsteuerung eines Verstärkers mit hoher Leistung (HPA, nicht gezeigt) im übertragenden MAN 2 zu unterstützen. In einem Beispiel weist jedes der Symbole der Präambel CW den Wert (0,1,0,0) auf. In einem alternativen Format kann die Präambel aus weniger als 4 Symbolen bestehen und werden die Symbolzeiten, die nicht durch die Präambel CW verwendet werden, zur Vor-Burst-Schutzzeit und zur Nach-Burst-Schutzzeit G1, G2 hinzugefügt. Zum Beispiel kann die Präambel CW gänzlich weggelassen werden und die Vor- und die Nach-Burst-Schutzzeit jeweils auf 8 Symbole erhöht werden.

Die Einzelworte enthalten nur die Symbole (1,1,1,1), die bei der maximalen Amplitude auf eine Phase von 45 ° abgebildet werden, und (0,1,0,1), die bei der maximalen Amplitude auf eine Phase von 225 ° abgebildet werden. Somit werden die Einzelworte wirksam BPSK-moduliert, obwohl die Symbole durch den 16QAM-Modulator 64 moduliert werden. Unter Angabe des Symbols (1,1,1,1) als (1) und des Symbols (0,1,0,1) als (0) umfasst das Anfangseinzelwort UW1 die Abfolge 10101110011111100100, während das Endeinzelwort UW2 die Abfolge von Symbolen 10111011010110000111 umfasst.

Der Burst von 5 ms ist zum Tragen kurzer Signalisierungsnachrichten oder Datennachrichten bestimmt, und der Aufbau ist nachstehend in Tabelle 2 zusammengefasst:

Tabelle 2: Aufbau des Bursts von 5 ms

6b zeigt den Aufbau eines Bursts von 20 ms des MESP-Kanals. Die gleichen Bezugszeichen werden verwendet werden, um die Teile des Aufbaus zu bezeichnen, die jenen des Bursts von 5 ms entsprechen. Der Aufbau besteht aus einer Vor-Burst-Schutzzeit G1 von 6 Symbolen, einer Präambel CW von 4 Symbolen, einem Anfangseinzelwort UW1 von 40 Symbolen, einem Datensubrahmen von 596 Symbolen, einem Endeinzelwort UW2 von 20 Symbolen und einer Nach-Burst-Schutzzeit G2 von 6 Symbolen. Der Aufbau ist nachstehend in Tabelle 3 zusammengefasst:

Tabelle 3: Aufbau des Bursts von 20 ms

Die Präambel CW weist die gleiche Form und den gleichen Zweck wie jene des Bursts von 5 ms auf. Das Anfangseinzelwort UW1 umfasst die Abfolge 0000010011010100111000010001111100101101, während das Endeinzelwort UW2 die Abfolge 11101110000011010010 umfasst wobie die gleiche Konvention wie jene des Bursts von 5 ms verwendet wird.

Die MESP-Zeittaktkorrektur

Wie oben gezeigt enthält der MESP-Schlitzaufbau an jedem Ende eine sehr kurze Schutzzeit von etwa 0,24 ms. Doch der Unterschied in der Ausbreitungsverzögerung vom SAN 6 zum MAN 2 zwischen dem MAN 2, der sich am Punkt unter dem Satelliten bzw. am Rand der Abdeckung befindet, beträgt für einen geostationären Satelliten etwa 40 ms, weshalb die Position jedes MAN 2 den Zeittakt des Empfangs gesendeter Bursts im MESP-Kanal beeinflussen wird und eine Interferenz zwischen Bursts von MANs 2 in unterschiedlichen Entfernungen vom Punkt unter dem Satelliten verursachen kann. Überdies ist der Satellit, obwohl er nominell geostationär ist, Störeinflüssen ausgesetzt, die eine kleine Neigung zur Umlaufbahn einbringen und verursachen, dass der Abstand zwischen dem Satelliten 4 und dem SAN 6, und zwischen dem Satelliten 4 und dem MAN 2, schwingt. Obwohl die Position des SAN 6 fest ist und jene des Satelliten 4 vorhergesagt werden kann, sind die MANs beweglich, weshalb sich ihre Positionen unvorhersagbar verändern und ihre Takte einem Jittern und einer Abwanderung unterliegen.

Durch den SAN 6 wird ein Zeittaktkorrekturprotokoll verwendet, um die Ausbreitungsverzögerung vom MAN 2 zu messen und einen Zeittaktkorrekturwert zum MAN 2 zu senden, um Unterschiede in der Ausbreitungsverzögerung zwischen den verschiedenen MANs 2 auszugleichen, um eine Interferenz zwischen Bursts von unterschiedlichen MANs, die durch eine Fehlausrichtung mit den Schlitzen verursacht wird, zu vermeiden. Das Protokoll wird nun unter Bezugnahme auf das Zeittaktdiagramm von 7 veranschaulicht werden.

7 zeigt LESP-Rahmen LPF einschließlich der Subrahmen SF1, SF2 und der Anfangseinzelwörter UW. Wenn der MAN 2 eingeschaltet wird oder nach einem Zeitabstand, in dem er nicht dazu fähig ist, fähig ist, einen der LESP-Kanäle zu erlangen, empfängt (Schritt 70) der MAN 2 einen LESP-Subrahmen SF von 40 ms einschließlich von Rücksendeplaninformationen, die die Schlitzverwendung eines entsprechenden MESP-Kanals vorschreiben. Die Rücksendeplaninformationen werden periodisch mit einer durch den SAN 6 gesteuerten Periodizität übertragen. Der Subrahmen SF enthält die Bezeichnung eines Blocks von zumindest neun zusammenhängenden Schlitzen von 5 ms als eine Zeittakterlangungsgruppe, die aus Zufallszugriffsschlitzen besteht, welche keinem bestimmten MAN 2 zugeteilt sind. Der MESP-Rücksendeplan, auf den sich der Subrahmen SF bezieht, beginnt 120 ms nach dem Beginn des Empfangs des Subrahmens SF. Dieser Zeitraum vom 120 ms erlaubt 90 ms für den MAN 2, um den LESP-Subrahmen SF zu demodulieren (Schritt 72) und 30 ms für den MAN 2, um sich selbst für die Übertragung zu initialisieren (Schritt 74).

Am Beginn des MESP-Rücksendeplans wird eine Zeittaktzuteilungsgruppe von Schlitzen von 5 ms zugeteilt. Anfänglich wird angenommen, dass der MAN 2 die höchste Zeittaktunsicherheit von 40 ms aufweist, die acht Schlitzen von 5 ms entspricht. Daher kann der MAN 2 erst nach den ersten acht Schlitzen der Zeittakterlangungsgruppe senden, und kann er in Erlangungsgruppen, die weniger als neun Schlitze enthalten, überhaupt nicht senden, um ein Interferieren mit Übertragungen in Schlitzen, die der Zeittakterlangungsgruppe vorausgehen, zu vermeiden.

Der MAN 2 wählt (Schritt 78) zufällig einen der Schlitze der Zeittakterlangungsgruppe, die den ersten acht Schlitzen folgen, und überträgt (Schritt 79) im gewählten Schlitz einen Burst, wobei der Burst eine Angabe des gewählten Schlitzes beinhaltet. Im Beispiel, das in 7 gezeigt ist, sind die Schlitze der Zeittakterlangungsgruppe von 0 bis M-1 nummeriert, wobei M die Anzahl der Schlitze in der Zeittakterlangungsgruppe ist, und wird im Burst in Schritt 79 die Nummer R, die zufällig aus 8 bis M-1 gewählt wird, übertragen. Der Burst kann auch die Art des Mobiltelefons angeben, wie etwa landbasiert, maritim oder aeronautisch.

Der SAN 6 empfängt den Burst, der durch den MAN 2 übertragen wird und zeichnet seine Ankunftszeit auf. Der SAN 6 berechnet aus der Schlitznummer R, die im Burst angegeben ist, die Differenzausbreitungsverzögerung zu diesem MAN 2. Da der Zeittakt der Übertragung des Bursts (120 + R × 5) ms nach der Zeit des Empfangs des LESP-Subrahmens SF war, ist der Zeittakt des Empfangs TR des Bursts ungefähr (2 × DP + C + 120 + 5 × R) ms nach der Zeit der Übertragung des LESP-Subrahmens LPSF, wobei DP die Differenzausbreitungsverzögerung zu diesem MAN 2 ist, und C eine Verzögerung ist, die für alle MANs in einer Gruppe gleich ist und verschiedene Faktoren wie etwa die Ausbreitungsverzögerung zum und vom Satelliten 4 und die Rückübertragungsverzögerung des Satelliten 4 beinhaltet. Daher wird die Differenzausbreitungsverzögerung in diesem Beispiel als DP = TR – C – 120 – 5 × R(1) berechnet.

Der SAN 6 überträgt dann ein Datenpaket, das einen Zeittaktkorrekturversatz X im Bereich von 0 bis 40 ms angibt, zum MAN 2. Der Versatz ersetzt den anfänglichen Zeittaktversatz von 40 ms in Schritt 76 für anschließende Übertragungen. Der MAN 2 empfängt den Zeittaktkorrekturversatz und reguliert seinen Übertragungszeittakt entsprechend.

Wenn der Burst, der durch den MAN 2 übertragen wird, mit einem Burst interferiert, der durch einen anderen MAN 2 übertragen wird, welcher ebenfalls versucht, eine Zeittaktkorrektur zu erhalten, kann der SAN 6 nicht fähig sein, die Inhalte beider Bursts zu lesen, und wird er in diesem Fall keine Zeittaktversatzkorrektur zu beiden MANs 2 senden. Wenn der MAN 2 innerhalb einer vorbestimmten Zeit keine Zeittaktversatzkorrektur vom SAN 6 erhält, wartet der MAN 2 für einen zufälligen Zeitabstand innerhalb eines vorbestimmten Bereichs, bevor er versucht, in der nächsten anschließend verfügbaren Zeittakterlangungsgruppe einen Burst zu übertragen. Der vorbestimmte Bereich von Zeitabständen ist durch ein vom SAN 6 übertragenes Signalisierungspaket bestimmt, das Höchst- und Mindestzeitabstände, die durch MANs 2 nach einer ersten erfolglosen Übertragung einzuhalten sind, bevor eine Neuübertragung versucht wird, zusammen mit einem weiteren Wartezeitabstand, der jedes Mal, wenn im Anschluss an eine erfolglose Übertragung eine weitere Neuübertragung vorgenommen wird, zum gesamten Wartezeitabstand hinzugefügt wird, angibt.

8a veranschaulicht den Übertragungszeittakt eines der MANs 2, der vorher einen Zeittaktkorrekturversatzwert X empfangen hat. Wie in 7 empfängt (Schritt 80) der MAN 2 den LESP-Subrahmen SF, der Rücksendeplaninformationen beinhaltet. Der MAN 2 demoduliert (Schritt 82) den LESP-Subrahmen LPSF und initialisiert (Schritt 84) seine übertragende Kanaleinheit während einer gesamten zugewiesenen Zeit von 120 ms nach dem Beginn des Empfangs des LESP-Subrahmens LPSF. Der MAN 2 berechnet den Beginn des MESP-Rücksendeplans als (120 + X) ms ab dem Beginn des Empfangs des Subrahmens SF, der die Rücksendeplaninformationen trägt. Der MAN 2 wartet daher nach dem Ende des Zeitraums von 120 ms für den Zeittaktversatzzeitraum X (Schritt 86), bevor er zur Übertragung fähig ist.

In diesem Beispiel beinhaltet der Rücksendeplan, der durch den LESP-Subrahmen LPSF vorgeschrieben wird, vier Schlitze von 5 ms gefolgt von einem Schlitz von 20 ms. Wenn dem MAN 2 ein Schlitz von 20 ms zugeteilt wurde, wird er im bestimmten Schlitz von 20 ms übertragen (Schritt 88), wenn dem MAN 2 ein Schlitz von 5 ms zugeteilt wurde, wird er im bestimmten Schlitz von 5 ms übertragen. Alternativ wählt der MAN 2 dann, wenn die Schlitze von 5 ms als Zufallszugriffsschlitze bestimmt sind und der MAN 2 über ein kurzes Paket verfügt, das zum SAN 6 übertragen werden soll, einen der vier Schlitze zufällig und übertragt in diesem Schlitz (Schritt 89).

Wenn der SAN 6 aus der Übertragung durch den MAN 2 feststellt, dass eine Korrektur im Zeittaktversatz benötigt wird, zum Beispiel, wenn die durch den SAN 6 gemessene Zeit zwischen dem Beginn des Bursts und der Schlitzgrenze geringer als eine vorbestimmte Anzahl von Symbolen ist, gibt der SAN 6 dem MAN 2 in einem anschließenden Datenpaket eine neue Zeittaktkorrektur an. Diese kann als ein absoluter Zeittaktversatz X oder als ein relativer Zeittaktversatz, der dem gegenwärtigen Wert von X hinzugefügt oder davon abgezogen werden soll, angegeben werden.

Die Zeittaktunsicherheit

Im Zeittaktkorrekturversatzburst überträgt der SAN 6 zusammen mit dem Zeittaktversatz eine Zeittaktunsicherheitsrate RU, die die Rate angibt, mit der sich der Zeittakt des MAN 2 wahrscheinlich verändern wird, zum MAN 2. Zum Beispiel kann die Zeittaktunsicherheitsrate eine Anzahl von Symbolen pro Sekunde darstellen, um die der MAN 2 wahrscheinlich seinen Zeittakt verändern wird. Der SAN 6 bestimmt die Zeittaktunsicherheitsrate aus der Klasse des MAN 2 (z.B.

landbeweglich, aeronautisch) und anderen Faktoren wie etwa der Neigung der Umlaufbahn des Satelliten 4.

Der MAN 2 misst den Zeitabstand, der vergangen ist, seit die letzte Zeittaktkorrektur empfangen wurde, und multipliziert diesen mit der Zeittaktunsicherheitsrate RU, um eine Zeittaktunsicherheit tU anzugeben, wobei TU = MIN(T – TC × RU, 40 ms)(2) ist, wobei T die gegenwärtige Zeit ist, und TC die Zeit ist, zu der die letzte Korrektur empfangen wurde. Die MIN-Funktion bedeutet, dass die Zeittaktunsicherheit die höchste Unsicherheit von 40 ms nicht überschreiten kann.

Der Zeittaktversatz X wird um die Zeittaktunsicherheit tU verringert, so dass sich X = MIN(XC – tU, 0)(3) ergibt, wobei XC der in der letzten Korrektur angegebene Anfangswert von X ist, und die MIN-Funktion sicherstellt, dass X nicht unter Null fallen kann.

8b veranschaulicht den Übertragungszeittakt eines der MANs 2 mit Zeittaktunsicherheit. Die Schritte 80 bis 84 entsprechen den in 8a gezeigten, und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt werden. In Schritt 86 berechnet der MAN 2 den MESP-Rücksendeplan als (120 + X) ms nach dem Anfang des Empfangs des Subrahmens SF beginnend, wobei der durch die Zeittaktunsicherheit tU verringerte Wert von X verwendet wird. Als Ergebnis der Zeittaktunsicherheit tU muss der MAN 2 die ersten I Schlitze einer Zufallszugriffsgruppe ignorieren, wobei I = INT[(tS – tG + tU)/tS](4) ist, wobei tS die Schlitzdauer von 5 ms ist, und tG die Schutzzeit G1 ist, die in diesem Fall ein Zeitraum von 6 Symbolen ist.

Im Beispiel, das in 8b gezeigt ist, gibt es am Beginn des MESP-Rücksendeplans vier Schlitze von 5 ms, doch beträgt tU 7 ms, so dass die ersten beiden Schlitze ignoriert werden müssen. Der MAN 2 kann dann nur im dritten und im vierten Schlitz übertragen.

Wenn die Zeittaktunsicherheit tU größer als ein vorbestimmter Wert wie etwa der Wert der Schutzzeit ist, kehrt der MAN 2 zum in 7 gezeigten Zufallszugriffszeittaktkorrekturanforderungsprozess zurück und blockiert er Übertragungen in Zeitschlitzen, die ihm selbst exklusiv zugeteilt wurden, außer wenn eine ausreichende Anzahl davon verkettet ist, so dass ihre gesamte Länge sowohl die Zeittaktunsicherheit als auch den Burst selbst unterbringen kann, bis vom SAN 6 ein neuer Zeittaktkorrekturversatz empfangen wurde. Doch das Protokoll unterscheidet sich darin von jenem von 7, dass der MAN 2 seinen gegenwärtigen Zeittaktversatz X verwendet, anstatt zum Standardwert von 40 ms in Schritt 76 zurückzukehren. Dieses Protokoll verringert die Wahrscheinlichkeit einer Interferenz zwischen Bursts in zugeteilten Schlitzen.

In der obigen Ausführungsform wird der Zeittaktversatz X für alle Übertragungen durch den MAN 2 um die Zeittaktunsicherheit tU verringert. In einer alternativen Ausführungsform wird der Zeittaktversatz X nur für Übertragungen durch den MAN 2 in Zufallszugriffsschlitzen um die Zeittaktunsicherheit tU verringert, während der ursprüngliche Zeittaktversatz XC, der in der letzten Zeittaktkorrekturnachricht vom SAN 6 empfangen wurde, angewendet wird, wenn in zugeteilten Schlitzen übertragen wird. In dieser alternativen Ausführungsform ist es wichtig, zwischen Zeittaktkorrekturnachrichten, die durch den SAN 6 nach der Feststellung einer Übertragung durch den MAN 2 in einem zugeteilten Schlitz, der zu dicht an der Schlitzgrenze liegt, ausgelöst werden, und Zeittaktkorrekturnachrichten, die durch den SAN 6 als Reaktion auf eine Zeittaktkorrekturanforderung durch den MAN 2 gesendet werden, welche einen Zeittaktversatz aufweisen werden, der von den Übertragungen in zugeteilten Schlitzen verschieden ist, zu unterscheiden. Daher gibt der SAN 6 in der Zeittaktkorrekturnachricht an, ob diese als Reaktion auf eine Anforderung durch den MAN 2 gesendet wurde oder durch den SAN 6 ausgelöst wurde. Der MAN 2 bestimmt dann aus dem Zeittaktversatz, der in der Zeittaktkorrekturnachricht angegeben war, den neuen Zeittaktversatz XC je nachdem, wie die Zeittaktkorrekturnachricht ausgelöst wurde.

Die MAC-Schicht

Wie oben beschrieben beinhaltet die Satellitenverbindungsschnittstelle an jedem der MANs 2 und dem SAN 6 eine Medienzugriffssteuerungs(MAC)schicht, die eine Schnittstelle zwischen der physikalischen Schicht, wovon Gesichtspunkte oben beschrieben sind, und der Dienstverbindungsschicht bereitstellt, die einen Zugriff auf die Satellitenverbindung für einen oder mehrere Dienstverbindungen bereitstellt. Die MAC-Schicht kann einen im Wesentlichen wie in der britischen Patentanmeldung Nr. 9822145.0 beschriebenen Aufbau aufweisen. 9 veranschaulicht den Schichtaufbau am MAN 2, wobei eine physikalische Schicht MPL die Übertragung von Paketen auf einem der MESP-Kanäle und den Empfang von Paketen auf einem der LESP-Kanäle verwaltet, und die MAC-Schicht MMAC Dienstverbindungen an der Dienstverbindungsschicht MSCL dynamisch auf Schlitze in den MESP- und in den LESP-Kanälen abbildet. 10 veranschaulicht den Schichtaufbau am SAN 6, wobei eine physikalische Schicht SPL die Übertragung von Paketen auf mehreren LESP-Kanälen und den Empfang von Paketen auf mehreren MESP-Kanälen verwaltet, und die MAC-Schicht LMAC Dienstverbindungen an der Dienstverbindungsschicht LSCL dynamisch auf Schlitze in den MESP- und in den LESP-Kanälen abbildet.

Die MAC-Schicht LMAC des SAN ist für das Zuteilen von Kanalbetriebsmitteln sowohl auf den LESP- als auch auf den MESP-Kanälen verantwortlich. Die MAC-Schicht MMAC des MAN erzeugt Signalisierungspakete, die ihre gegenwärtigen Kanalanforderungen zum Unterstützen der Dienstgüte(QoS)-Anforderungen aller Dienstverbindungen der Dienstverbindungsschicht MSCL angeben. Der Ausdruck „Dienstgüte" (QoS) beinhaltet eines oder mehrere aus der Mindest- und der Höchstbitrate, der durchschnittlichen Bitrate, und den maximalen Verzögerungsanforderungen, und kann auch andere Anforderungen beinhalten, die für bestimmte Arten der Kommunikation besonders sind. Zum Beispiel kann die Dienstgüte dort, wo die Verschlüsselung an der physikalischen Schicht gehandhabt wird und verschlüsselte Daten auf einem fest zugeordneten Kanal gesendet werden, eine Verschlüsselungsanforderung beinhalten. Die Dienstverbindungen können, sowohl wenn sie eingerichtet werden, als auch während der Lebensdauer einer Dienstverbindung, QoS-Parameter angeben, ohne angeben zu müssen, wie diese QoS erreicht werden soll, und es ist die Aufgabe der MAC-Schicht, bei der Abbildung der Dienstverbindungen auf die physikalische Schicht die QoS-Anforderungen aller ihrer Dienstverbindungen zu erfüllen. Die MAC-Schicht MMAC des MAN fordert die Kanalkapazität für diese Aufgabe an, indem sie Signalisierungspakete zur MAC-Schicht LMAC des SAN sendet.

Die MAC-Schicht des SAN bestimmt, wie die LESP-Kanalschlitze ihren eigenen übertragenden Dienstverbindungen zugeordnet werden, bestimmt die Abfolge von Schlitzen von 5 ms und 20 ms in jedem MESP-Kanal und die Zuteilung dieser Schlitze zu den MANs 2 oder zum Zufallszugriff, und überträgt Signalisierungspakete, die die Schlitzabfolgen und Zuteilungen angeben, in den LESP-Kanälen. Jeder LESP-Subrahmen enthält ein oder mehrere Pakete von unterschiedlicher Länge, wobei jegliche unverwendeten Bits mit Auffüllbits gefüllt werden. Die MAC-Schicht MMAC des MAN empfängt das Paket, das ihre gegenwärtige Zuteilung angibt, und entscheidet, wie diese Zuteilung unter ihren Dienstverbindungen aufgeteilt werden soll.

Jede MAC-Schicht MAC empfängt Daten von Dienstverbindungen, formatiert die Daten in Pakete, und bildet die Datenpakete gemäß dem gegenwärtigen Zuteilungsschema auf physikalische Kanäle ab. Jedes Datenpaket beinhaltet ein Kennungsfeld, das identifiziert, zu welcher Dienstverbindung das Paket gehört. Die empfangende MAC-Schicht empfängt Datenpakete, die durch die physikalische Schicht gelesen werden, und ordnet die Dateninhalte den Dienstverbindungen zu, die durch die Pakete identifiziert werden. Die Pakete sind abhängig von ihrer Art und ihrem Inhalt von unterschiedlicher Länge, und jeder LESP-Subrahmen oder MESP-Burst von 5 oder 20 ms kann eine ganze Zahl von Paketen, mit Auffüllung, falls nicht alle der Datenbits verwendet werden, enthalten.

Die Betriebsmittelverwaltung

Wie nun beschrieben werden wird, werden durch die MAC-Schicht LMAC des SAN Betriebsmittelverwaltungsalgorithmen durchgeführt, um die QoS-Anforderungen der MAC-Schicht MMAC jedes MAN so genau als möglich zu erfüllen.

Der SAN 6 überträgt periodisch ein Rücksendeplansignalisierungspaket auf einem oder mehreren der LESP-Kanäle, das die Zuteilung der Schlitze in einem der MESP-Kanäle angibt. Die MAC-Schicht LMAC des SAN wählt gemäß der gegenwärtigen Zuteilung der MANs 2 zu den LESP-Kanälen und den MANs, denen im Rücksendeplan Kapazität zugeteilt wird, auf welchem LESP-Kanal ein Rücksendeplansignalisierungspaket übertragen werden soll. Daher wird ein Rücksendeplansignalisierungspaket, das einem der MANs 2 MESP-Kapazität zuteilt, auf dem LESP-Kanal übertragen, auf den dieser MAN 2 abgestimmt ist. Um die Anzahl der unterschiedlichen Rücksendepläne, die übertragen werden müssen, auf ein Mindestmaß zu verringern, speichert die MAC-Schicht LMAC des SAN eine Verbindungstabelle, die mit jedem der LESP-Frequenzkanäle einen Satz von einem oder mehreren MESP-Frequenzkanälen verbindet. Wo ein MAN 2 auf einen bestimmten LESP-Kanal abgestimmt ist, ordnet die MAC-Schicht LMAC des SAN diesem MAN 2 vorzugsweise Kapazität auf dem MESP-Kanal oder -Kanälen zu, der bzw. die mit diesem LESP-Kanal verbunden ist bzw. sind. Die Verbindungstabelle ist nicht fest, sondern kann durch die MAC-Schicht LMAC des SAN abgeändert werden. Jeder MESP-Kanal kann mit mehr als einem LESP-Kanal verbunden werden.

Der Rücksendeplan teilt auch Zufallszugriffsschlitze in den MESP-Kanälen zu, die mit dem LESP-Kanal verbunden sind, auf dem der Rücksendeplan ausgestrahlt wird. Selbst wenn die Gesamtheit eines MESP-Kanals als Zufallszugriff zugeteilt wird, wird der Rücksendeplan, der dies angibt, auf jedem der Hinsendeträger, die mit diesem MESP-Kanal verbunden sind, übertragen werden.

Die MAC-Schicht MMAC jedes MAN sendet Signalisierungspakete zur MAC-Schicht LMAC des SAN, die einen Warteschlangenzustandsbericht beinhalten, der angibt, wie viele Daten übertragen werden müssen, und die Zeit, zu der die Daten gesendet werden müssen, angibt. Der Warteschlangenzustandsbericht weist wie nachstehend in Tabelle 4 gezeigt drei Felder auf, die letzte Lieferzeit des Datenpakets am Kopf der Warteschlange und daher mit höchster Priorität, die letzte Lieferzeit des Datenpakets am Ende der Warteschlange, die daher die niedrigste Priorität aufweist, und die gesamte Länge der Daten in der Warteschlange:

Tabelle 4: Zustandspaketformat
wobei die Felder wie folgt definiert sind:
  • Abfolgenummer: identifiziert die Abfolgenummer des Zustandspakets, so dass der SAN 6 die Abfolgereihenfolge verschiedener Zustandspakete vom gleichen MAN 2 identifizieren kann;
  • U: Markierung kleiner Einheiten, die identifiziert, ob die nachfolgende Warteschlangenlänge in großen oder kleinen Dateneinheiten ausgedrückt ist; die großen Einheiten können der Kapazität eines Schlitzes von 20 ms gleich sein; Warteschlangenlänge: die Länge der Datenwarteschlange am MAN 2, die gemäß der Markierung kleiner Einheiten in großen oder kleinen Einheiten ausgedrückt ist;
  • Zeit Kopf: die Lieferzeit, als Versatz von der Zeit der Übertragung des Warteschlangenzustandsberichts, des ersten Pakets in der Datenwarteschlange; und
  • Zeit Ende: die Lieferzeit, als Versatz von der Zeit der Übertragung des Warteschlangenzustandsberichts, des letzten Pakets in der Datenwarteschlange.

Dieses Format ist insofern besonders leistungsfähig, als es das Übertragen der Übertragungszeitanforderungen eines jeden der Datenpakete, welches einen zu großen Signalisierungssteuerungsaufwand benötigen würde, vermeidet, während es der MAC-Schicht LMAC des SAN genug Informationen bereitstellt, um zu entscheiden, wie viel Kapazität, und wann, dem anfordernden MAN 2 zugeteilt werden soll.

Doch der Wartschlangenzustandsbericht nimmt immer noch eine bedeutende Bandbreite auf den MESP-Kanälen ein, die benötigt werden kann, um Datenpakete zu Zeiten einer hohen Belastung zu übertragen. Überdies kann die MAC-Schicht MMAC des MAN Warteschlangenzustandsinformationen in einem konfliktbasierten Schlitz übertragen, wenn keine reservierte Kapazität verfügbar ist, was die Wahrscheinlichkeit einer Kollision in den konfliktbasierten Schlitzen erhöht. Um die Konfliktschlitzbelastung zu verringern, und daher zu gestatten, dass etwas dieser Bandbreite für die Datenpaketzuteilung zurückgefordert wird, kann der SAN 6 Berichtsebenen-Steuersignalisierungspakete übertragen, die an alle MANs 2 gerichtet sind. Die Steuersignalisierungspakete können die Mindestverzögerung angeben, die benötigt wird, bevor der Warteschlangenzustand in einem Konfliktschlitz berichtet wird, und können auch einen Berichtssteuerparameter angeben, der bestimmt, ob die MANs 2 Warteschlangenzustandsinformationen so rasch als möglich (abhängig von der Mindestverzögerung), so spät als möglich, oder an einem bestimmten Punkt zwischen diesen beiden Extremen übertragen werden. Die späteste mögliche Verzögerung wird aus den QoS-Verzögerungsanforderungen und der Zweiwege(MAN-SAN-MAN)-Verzögerung bestimmt und gestattet dem SAN 6 nur eine Mindestzeit, um bei Empfang der Warteschlangenzustandsinformationen die Rücksendekapazität zuzuteilen. Die MAC-Schicht MMAC jedes MAN wendet bei Erhalt eines Berichtsebenen-Steuersignalisierungspakets die darin angegebenen Parameter an. In Fällen, in denen die QoS-Anforderungen der Dienstverbindungen mit einem MAN 2 sehr schnell zunehmen, kann ein langer Mindestberichtszeitabstand und/oder ein hoher Berichtssteuerparameter die Anforderungen der MAC-Schicht des MAN nach Kapazität verzögern, so dass der SAN 6 unfähig ist, die benötigten Verzögerungszeiten, die für alle MANs in den QoS-Verzögerungsanforderungen angegeben sind, zu erfüllen. Ein kurzer Mindestberichtszeitabstand und/oder ein niedriger Berichtssteuerparameter wird die Wahrscheinlichkeit, dass die Anforderungen der MAC-Schicht des MAN den SAN 6 rechtzeitig erreichen, damit die benötigte Kapazität zugeteilt wird, erhöhen, wird aber die Anzahl der benötigten Konfliktschlitze erhöhen. Der SAN 6 kann die passenden Parameter für die Mischung des getragenen Verkehrs bestimmen.

Die MAC-Schicht LMAC des SAN teilt periodisch einen zusammenhängenden Block von zumindest neun Blöcken von 5 ms als Zeittakterlangungsgruppe zu und überträgt ein Signalisierungspaket, das diese Zuteilung angibt. Die Länge und die Frequenz der Zeittakterlangungsgruppen wird durch die MAC-Gruppe LMAC des SAN gemäß der erwarteten Nachfrage (die durch die festgestellte Zeittakterlangungsgruppenbelastung bestimmt werden kann) abhängig von einem vorbestimmten Höchstzeitabstand zwischen Zeittakterlangungsgruppen zugeteilt, um einen leistungsfähigen Betrieb des Zeittakterlangungsprotokolls zu gestatten.

Die MAC-Schicht LMAC des SAN bestimmt auch die kleinsten und größten randomisierenden Zeitabstände und weitere Zeitabstände, für die die MANs 2 wie oben beschrieben warten, bevor ein Zeittakterlangungsburst im Anschluss an eine erfolglose Zeittakterlangung neuübertragen wird. Diese Zeitabstände bestimmten die Zeittaktausbreitung der Zeittakterlangungsburstneuübertragungen und sind so gewählt, dass sie die Wahrscheinlichkeit einer Kollision zwischen Neuübertragungen gering halten, ohne eine übermäßige Verzögerung für die MANs 2, die die Zeittakterlangung durchführen, zu verursachen.

Die MAC-Schicht LMAC des SAN überwacht auch den Verkehr, der auf den LESP-Kanälen übertragen wird, um die zukünftigen Übertragungskapazitätsbedürfnisse eines jeden der MANs 2 vorherzusagen. Zum Beispiel werden dem MAN 2 für jede Dienstverbindung, die in der ARQ-Betriebsart tätig ist, Betriebsmittel zugeteilt, durch die die Verbindung tätig ist, wenn ein ARQ-Zeitüberwachungszeitraum dabei ist, abzulaufen. Es kann auch eine dienstspezifische Betriebsmittelvorhersage durchgeführt werden. Zum Beispiel wird dann, wenn die MAC-Schicht LMAC des SAN feststellt, dass ein Paket, das zu einem MAN 2 übertragen wird, eine Anforderung für die Übertragung eines Blocks von Daten enthält, dem MAN 2 die Kapazität, die nötig ist, um diesen Block von Daten zu übertragen, zugeteilt, ohne darauf zu warten, dass der MAN 2 die zusätzliche Kapazität anfordert. Es kann jedoch möglicherweise nicht möglich sein, die Dateninhalte von Paketen zu interpretieren, zum Beispiel, wenn die Inhalte bereits verschlüsselt sind oder der MAC-Schicht LMAC des SAN die Art der Anwendung unbekannt ist. Überdies kann die Interpretation von Benutzerdaten durch Kommunikationsschnittstellen für Benutzer nicht annehmbar sein. Daher kann zusätzlich oder alternativ ein statistisches Modell am SAN 6 gespeichert werden und verwendet werden, um die Nachfrage durch die MANs 2 vorherzusagen; optional kann das statistische Modell durch Überwachen des Verkehrsflusses an einzelnen Duplexverbindungen über die LESP- und MESP-Kanäle und Ableiten statistischer Muster abgeändert werden. Zum Beispiel kann festgestellt werden, dass einer Abfolge von kurzen Datenpaketen mit einer konstanten Länge und einem konstanten Abstand, die zu einer Dienstverbindung auf dem MAN 2 übertragen werden, gewöhnlich ein hoher Fluss von Daten folgt, die durch den MAN 2 von dieser Dienstverbindung übertragen werden. Das statistische Modell wird dann aktualisiert, so dass dem MAN 2 jedes Mal, wenn danach die gleiche Abfolge von Datenpaketen festgestellt wird, zusätzliche Kapazität in der Richtung vom Mobiltelefon zugeteilt wird, falls eine solche verfügbar ist. Diese umgekehrte Datenflussvorhersage verringert die Menge der Warteschlangensignalisierung, die durch den MAN 2 übertragen werden muss.

Die obigen Ausführungsformen wurden nur beispielhaft unter Bezugnahme auf bestimmte InmarsatTM-Systeme beschrieben, und die Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung sind nicht darauf beschränkt. Stattdessen können Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung auf terrestrische drahtlose Netzwerke, insbesondere jene, die einen konfliktbasierten Zugriff unterstützen, angewendet werden. Die obigen Ausführungsformen sind unter Bezugnahme auf eine Architektur veranschaulicht, in der mehrere bewegliche Endgeräte über einen einzelnen Zugangspunkt (den SAN) über einen Satelliten, der nur als Repeater wirkt, auf ein Netzwerk zugreifen. Doch Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung sind auch auf Satellitennetzwerke anwendbar, in denen ein oder mehrere Satelliten Betriebsmittelverwaltungs- und/oder Formatierungsfunktionen durchführen. Darüber hinaus ist es nicht wesentlich, dass die beweglichen Endgeräte Betriebsmittelzuteilungssignale vom gleichen Knoten erhalten, mit dem die zugeteilten Betriebsmittel zur Kommunikation verwendet werden.

Obwohl die Vorrichtung der bestimmten Ausführungsformen hinsichtlich funktionaler Blöcke beschrieben wurde, entsprechen diese Blöcke nicht notwendigerweise diskreten Hardware- oder Softwareobjekten. Wie wohlbekannt ist, können die meisten Basisbandfunktionen in der Praxis durch geeignet programmierte DSPs oder Allzweckprozessoren durchgeführt werden, und kann die Software anstatt hinsichtlich des Aufbaus hinsichtlich der Geschwindigkeit optimiert sein.


Anspruch[de]
Verfahren zum Übertragen durch einen drahtlosen Sender-Empfänger (2) in einem Funknetz, gekennzeichnet durch:

Übertragen eines Zustandsberichts an das Netz, der eine Menge an Daten, die auf Übertragung durch den Sender-Empfänger (2) warten, und die erforderliche Übertragungszeit wenigstens einiger der Daten angibt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Zustandsbericht sich auf Übertragung in einem bestimmten Kanal bezieht. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Zustandsbericht umfasst:

ein Längefeld, das die Menge an Daten, die auf Übertragung warten, angibt;

ein Startzeitfeld, das die erforderliche Übertragungszeit eines ersten Abschnitts der Daten, die auf Übertragung warten, angibt; und

ein Endzeitfeld, das die erforderliche Übertragungszeit eines letzten Abschnitts der Daten, die auf Übertragung warten, angibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erforderliche Übertragungszeit relativ zu der Übertragungszeit des Zustandsberichts angegeben wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einschließlich des Bestimmens der Menge an Daten und der erforderlichen Übertragungszeit. Drahtloser Sender-Empfänger (2) für ein Funknetz, gekennzeichnet durch:

Mittel zum Übertragen eines Zustandsberichts an das Netz, der eine Menge an Daten, die auf Übertragung durch den Sender-Empfänger (2) warten, und die erforderliche Übertragungszeit wenigstens einiger der Daten angibt.
Drahtloser Sender-Empfänger (2) nach Anspruch 6, wobei der Zustandsbericht sich auf Übertragung in einem bestimmten Kanal bezieht. Drahtloser Sender-Empfänger (2) nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Zustandsbericht umfasst:

ein Längefeld, das die Menge an Daten, die auf Übertragung warten, angibt;

ein Startzeitfeld, das die erforderliche Übertragungszeit eines ersten Abschnitts der Daten, die auf Übertragung warten, angibt; und

ein Endzeitfeld, das die erforderliche Übertragungszeit eines letzten Abschnitts der Daten, die auf Übertragung warten, angibt.
Drahtloser Sender-Empfänger (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die erforderliche Übertragungszeit relativ zu der Übertragungszeit des Zustandsberichts angegeben wird. Drahtloser Sender-Empfänger (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, einschließlich Mittel zum Bestimmen der Menge an Daten und der erforderlichen Übertragungszeit.






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