DE60202618T2

DE60202618T2 - Zellulares system für asymmetrische drahtlose kommunikation mit einer trägerwelle für die abwärtsrichtung und ultrabreitband für die aufwärtsrichtung

Info

Publication number: DE60202618T2
Application number: DE60202618T
Authority: DE
Inventors: C. John WYNBEEK
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2001-08-13
Filing date: 2002-08-13
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2022-08-14
Also published as: DE60202618D1; US20030032422A1; US6853835B2; JP2005518690A; EP1417783A1; EP1417783B1; WO2003017530A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein drahtloses Kommunikationssystem und insbesondere auf ein asymmetrisches drahtloses Kommunikationssystem, das zwei unterschiedliche Funktechnologien verwendet.
Hintergrund der Erfindung
Viele Arten von modernen Kommunikationssystemen sind entwickelt worden. Ein Kommunikationssystemstyp, der sich vermehrter Beliebtheit erfreut, ist die drahtlose Hochfrequenz- (HF-) Kommunikation. Drahtlose HF-Kommunikationssysteme sind durch ein Übertragen von Hochfrequenzwellen zwischen Vorrichtungen wirksam. Ein drahtloses Kommunikationssystem bietet praktische Vorteile, einen sehr hohen Grad an Mobilität, Wirtschaftlichkeit (keine Notwendigkeit von Festnetzen) und eine große Reichweite. Drahtlose Kommunikationssysteme können Mobilkommunikationsvorrichtungen, wie z. B. Funkkommunikationsvorrichtungen, Zellulartelefone, Satellitentelefone, Zweiwegrufempfänger, Personaldigitalassistenten (PDAs), Laptopcomputer mit drahtlosen Modems usw., umfassen.
Ein drahtloses Kommunikationssystem kann eine oder mehr Basisstationen und eine oder mehr Mobilkommunikationsvorrichtungen umfassen, die miteinander oder mit anderen Kommunikationsvorrichtungen über die Basisstationen kommunizieren. Eine Mobilkommunikationsvorrichtung ist normalerweise batteriebetrieben und umfasst einen Sender und einen Empfänger. Die Mobilkommunikationsvorrichtungen können sich frei bewegen, während dieselben einen Funkkontakt mit der nächstgelegenen Basisstation aufrechterhalten. Außerdem können drahtlose Kommunikationssysteme mehrere Basisstatio nen umfassen, die durch Festnetze, wie z. B. Telefonleitungen usw., miteinander verbunden sind. Dies ermöglicht es, dass geographisch getrennte Benutzer durch ein Weiterleiten von Signalen zwischen Mobilkommunikationsvorrichtungen und zwischen Basisstation-Kommunikationsvorrichtungen kommunizieren.
1 zeigt ein drahtloses Kommunikationssystem gemäß dem Stand der Technik, das eine Basisstation-Kommunikationsvorrichtung 105 und eine Mobilkommunikationsvorrichtung 115 umfasst. Die Basisstation 105 gemäß dem Stand der Technik umfasst einen Trägerwellen-basierten Sender 106 und einen Trägerwellen-basierten Empfänger 107. Ebenso verwendet die Mobilkommunikationsvorrichtung 115 einen Trägerwellen-basierten Sender 116 und einen Trägerwellen-basierten Empfänger 117. Die Trägerwellen-basierten Sender und Empfänger sind Vorrichtungen, die eine modulierte HF-Trägerwelle verwenden. Die modulierte HF-Trägerwelle kann verwendet werden, um Informationen zwischen einem Sender und einem Empfänger zu übermitteln, was Sprache und Daten umfasst.
Das drahtlose HF-Kommunikationssystem gemäß dem Stand der Technik weist mehrere Nachteile auf. Beim Stand der Technik ist eine der größten Einschränkungen einer Mobilkommunikationsvorrichtung 115 die Leistungsquelle, d. h. die Batterie. Normale Batterien speichern nicht genug elektrische Leistung, um über lange Zeiträume hinweg zu senden und zu empfangen. Deshalb muss bei einer Mobilkommunikationsvorrichtung 115 immer ein Sparen von Batterieleistung berücksichtigt werden. Dieses Problem wird oft durch ein ständiges Senden eines Signals verschlimmert, selbst wenn keine Daten übermittelt werden, was wertvolle elektrische Leistung verschwendet.
Ein weiterer Nachteil des Stands der Technik besteht darin, dass ein Trägerwellen-basierter Sender ein Ausgangssignal relativ hoher Leistung benötigt, um sicherzustellen, dass das gesendete Signal von Rauschen zu unterscheiden ist. Dies steht im Gegensatz zu einem Trägerwellen-basierten Empfänger, der nur einen mäßigen Betrag an elektrischer Leistung benötigt, um ein HF-Signal zu empfangen und jegliche Informationen darin wiederzugewinnen. Die relativ große Sendeleistung ist im Hinblick auf die relativ kurze Batteriebetriebsdauer einer Mobilkommunikationsvorrichtung 115 nicht geeignet. Deshalb muss die Batterie bei der Mobilkommunikationsvorrichtung 115 gemäß dem Stand der Technik groß und schwer sein, um die benötigte elektrische Leistung zu liefern.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Mobilkommunikationsvorrichtung 115 gemäß dem Stand der Technik in etwa die gleiche Sende- und Empfangsleistung liefern muss wie die Basisstation-Kommunikationsvorrichtung 105 gemäß dem Stand der Technik.
Deshalb besteht weiterhin ein Bedarf in der Technik nach Verbesserungen bei drahtlosen Kommunikationssystemen.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein drahtloses Kommunikationssystem weist eine Basisstation-Kommunikationsvorrichtung auf, die einen Trägerwellen-basierten Sender umfasst und ferner einen Ultrabreitbandempfänger umfasst. Das drahtlose Kommunikationssystem weist ferner eine Mobilkommunikationsvorrichtung auf, die einen Trägerwellen-basierten Empfänger umfasst und ferner einen Ultrabreitbandsender umfasst. Für eine Ultrabreitbandsendung wird viel weniger Leistung benötigt als für eine Trägerwellensendung. Dementsprechend wird weniger Leistung durch die Mobilkommunikationsvorrichtung verbraucht. Da umgekehrt für einen Ultrabreitbandempfang mehr Leistung benötigt wird als für einen Trägerwellenempfang, erfolgt die Kommunikation von der Basisstation-Kommunikations vorrichtung zu der Mobilkommunikationsvorrichtung durch eine Trägerwellenübertragung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein drahtloses Kommunikationssystem gemäß dem Stand der Technik, das eine Basisstation-Kommunikationsvorrichtung und eine Mobilkommunikationsvorrichtung umfasst;
2 ist ein Blockdiagramm eines asymmetrischen drahtlosen Kommunikationssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 ist eine Kurve von Ultrabreitbandpulsen in dem Frequenzbereich; und
4 ist ein Flussdiagramm eines Kommunikationsverfahrens bei einem drahtlosen Kommunikationssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
2 ist ein Blockdiagramm eines asymmetrischen drahtlosen Kommunikationssystems 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das drahtlose Kommunikationssystem 200 verwendet zwei unterschiedliche Funktechnologien. Das drahtlose Kommunikationssystem 200 umfasst zumindest eine Basisstation-Kommunikationsvorrichtung 203 und zumindest eine Mobilkommunikationsvorrichtung 220. Die Basisstation-Kommunikationsvorrichtung 203 umfasst einen Trägerwellen-basierten Sender 207 und einen Ultrabreitbandempfänger 208. Die Mobilkommunikationsvorrichtung 220 umfasst einen Trägerwellen-basierten Empfänger 223 und einen Ultrabreitbandsender 228.
Bei dem Trägerwellen-basierten Sender 207 und dem Trägerwellen-basierten Empfänger 223 handelt es sich um einen herkömmlichen Sender/Empfänger, die eine Trägerwelle modulieren und demodulieren, wie es in der Technik bekannt ist. Der Sender 207 und der Empfänger 223 können einen Heterodyn-, Superheterodyn- oder Direktumwandlungsfunk oder irgendeinen anderen Typ von Trägerwellen-basiertem Funk umfassen.
3 ist eine Kurve von Ultrabreitbandpulsen in dem Frequenzbereich. Der Ultrabreitbandempfänger 208 und der Ultrabreitbandsender 228 kommunizieren unter Verwendung einer Folge von Breitbandpulsen. Anders als bei einer Trägerwellen-basierten Kommunikation verwendet die Ultrabreitbandübertragung eine große Mehrzahl von Pulsen kleiner Amplitude. Die Pulse sind zeitlich genau abgestimmt und weisen im Allgemeinen eine Dauer von etwa einem Zyklus auf. Deshalb sind die Pulse von extrem kurzer Dauer und weisen eine ultrabreite Bandbreite auf. Folglich kann jeder Puls ein großes Spektrum von Frequenzen enthalten. Die Bandbreite einer Ultrabreitbandübertragung kann mehr als 100% der Mittenfrequenz betragen.
Zusätzlich werden die Pulse mit sehr geringer Leistung gesendet. Die Pulse werden im Allgemeinen mit einem Leistungspegel gesendet, der in etwa einem typischen Hintergrundrauschen gleich ist. Da ein Ultrabreitbandsender Informationen in extrem kleine Pulse packt, ist derselbe außerdem nur einen Bruchteil der Zeit wirksam. Der Ultrabreitbandsender sendet nicht ständig oder häufig wie bei einem herkömmlichen Trägerwellen-basierten Sender. Dies führt zu einer Sendetechnologie, die einen sehr geringen Sendeleistungspegel verwendet. Folglich weist eine Ultrabreitbandübertragung eine hohe Beständigkeit gegenüber Störung und Abfangen auf.
Ultrabreitbandsender verwenden eine Pulspositionsmodulation (PPM), um Daten zu codieren. Bei PPM werden zwei (chronolo gisch) unterschiedliche Pulspositionen verwendet. Der Empfänger kann die Pulse empfangen und die Informationen darin durch herkömmliche PPM-Techniken decodieren.
Ultrabreitbandkommunikationssender und -empfänger sind erhältlich von Time Domain Corporation, Huntsville, Alabama.
Der bedeutendste Vorteil eines Ultrabreitbandsenders besteht darin, dass derselbe eine sehr geringe Sendeleistung benötigt, normalerweise ein Maximum von etwa 50 Mikrowatt. Im Vergleich dazu kann ein normaler Trägerwellen-basierter Sender für eine normale tragbare drahtlose Vorrichtung alles im Bereich von 1 bis 100 Milliwatt benötigen.
Der Nachteil des Ultrabreitbandkommunikationssystems besteht darin, dass die Leistungsanforderung des Ultrabreitbandkommunikationssystems sich anstelle eines Benötigens eines großen Leistungsbetrags bei dem Sender in dem Empfänger konzentriert. Der Empfänger erfordert eine Anzahl von Hochgeschwindigkeitskorrelatoren und eine Hochgeschwindigkeitsverarbeitung, um die eingebetteten Daten wiederzugewinnen. Ein typischer Ultrabreitbandempfänger benötigt deshalb etwa 50 Milliwatt, um das Ultrabreitbandsignal zu empfangen und zu decodieren. Im Vergleich dazu benötigt ein Trägerwellen-basierter Empfänger etwa 1 Milliwatt.
Ein Grund dafür, dass so viel Empfangsleistung benötigt wird, liegt in der Ultrabreitbandbeschaffenheit der gesendeten Pulse. Die Pulse sind über etwa 1 bis etwa 3 Gigahertz (GHz) Bandbreite gestreut. Deshalb benötigt der Ultrabreitbandempfänger eine erhebliche Menge Signalverarbeitung und -filterung, um die darin eingebetteten digitalen Daten zu decodieren.
In Betrieb wird eine Kommunikation von der Basisstation-Kommunikationsvorrichtung 203 unter Verwendung eines herkömmlichen Trägerwellen-basierten Übertragungssignals an die Mobilkommunikationsvorrichtung 220 gesendet. Dies kann z. B. eine AM- oder FM-Modulation umfassen. Im Gegensatz dazu erfolgt eine Kommunikation von der Mobilkommunikationsvorrichtung 220 zu der Basisstation-Kommunikationsvorrichtung 203 unter Verwendung einer Ultrabreitbandübertragungspulsfolge.
Die Fähigkeit eines asymmetrischen Sendens und Empfangens gemäß der Erfindung kann bei jedem beliebigen drahtlosen Kommunikationssystem angewendet werden. Die Erfindung kann bei Funksystemen, Zellulartelefonsystemen, Satellitentelefonsystemen, Laptopcomputern mit drahtlosen Modems, Zweiwegrufempfängern, PDAs usw. angewendet werden. Die Erfindung ist am vorteilhaftesten, wenn eine Mobilkommunikationsvorrichtung 220 Batterieleistung oder irgendeine unabhängige Leistungsquelle begrenzter Kapazität, wie z. B. Brennstoffzellen usw., verwendet. Außerdem kann die Erfindung bei jedem beliebigen drahtlosen Kommunikationssystem angewendet werden, das eine oder mehr Basisstation-Kommunikationsvorrichtungen 203 verwendet. Gemäß der Erfindung kann ein Großteil der Sende- und Empfangsleistungsanforderungen von der Mobilvorrichtung weg verlagert werden, so dass eine Basisstation-Kommunikationsvorrichtung 203 einen großen Anteil der Sende- und Empfangsleistung liefert.
Die Erfindung unterscheidet sich von den drahtlosen Systemen gemäß dem Stand der Technik darin, dass Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik normalerweise entweder ausschließlich Trägerwellen-basierte Systeme oder ausschließlich Ultrabreitbandsysteme verwenden. Keines verwendet jedoch eine vorteilhafte Kombination von beiden wie bei der Erfindung, bei der ein Typ für eine Kommunikation in eine Richtung verwendet wird, und der andere Typ für eine Kommunikation in die entgegengesetzte Richtung verwendet wird.
Das drahtlose Kommunikationssystem 200 gemäß der Erfindung bewahrt deshalb eine Empfangsfähigkeit niedriger Leistung bei der Mobilkommunikationsvorrichtung 220, während gleichzeitig eine Sendefähigkeit geringer Leistung gewonnen wird. Dies verlagert einen großen Anteil der Leistungsanforderung von der Mobilkommunikationsvorrichtung 220 zu der Basisstation-Kommunikationsvorrichtung 203. Diese Verlagerung ist akzeptabel, da die Basisstation-Kommunikationsvorrichtung 203 normalerweise mit einer externen und kontinuierlichen Leistungsquelle verbunden ist, wie z. B. einer Wechselstrom- (AC-) Netzleitung. Die Batteriebetriebsdauer der Mobilkommunikationsvorrichtung 220 wird dadurch verlängert, und das Gewicht und die Größe der Mobilkommunikationsvorrichtung 220 kann verringert werden.
4 ist ein Flussdiagramm 400 eines Kommunikationsverfahrens bei einem drahtlosen Kommunikationssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei Schritt 406 erfolgt eine Kommunikation von der Basisstation-Kommunikationsvorrichtung 203 zu der Mobilkommunikationsvorrichtung 220 unter Verwendung einer Trägerwellen-basierten Übertragung.
Bei Schritt 409 erfolgt eine drahtlose Kommunikation von der Mobilkommunikationsvorrichtung 220 zu der Basisstation-Kommunikationsvorrichtung 203 unter Verwendung einer Ultrabreitbandübertragung.

Claims

Ein drahtloses Kommunikationssystem, das folgende Merkmale aufweist: eine Basisstation-Kommunikationsvorrichtung, die einen Trägerwellen-basierten Sender umfasst und ferner einen Ultrabreitbandempfänger umfasst; und eine Mobilkommunikationsvorrichtung, die einen Trägerwellen-basierten Empfänger umfasst und ferner einen Ultrabreitbandsender umfasst; wobei eine Trägerwellenkommunikation in einem Vorwärtskanal von der Basisstation-Kommunikationsvorrichtung zu der Mobilkommunikationsvorrichtung durchgeführt wird, und eine Ultrabreitbandkommunikation in einem Rückkanal von der Mobilvorrichtung zu der Basisstation-Kommunikationsvorrichtung durchgeführt wird.
Das drahtlose Kommunikationssystem gemäß Anspruch 1, wobei das drahtlose Kommunikationssystem ein Funksystem aufweist.
Das drahtlose Kommunikationssystem gemäß Anspruch 1, wobei das drahtlose Kommunikationssystem ein Zellulartelefonsystem aufweist.
Das drahtlose Kommunikationssystem gemäß Anspruch 1, wobei das drahtlose Kommunikationssystem ein Satellitentelefonsystem aufweist.
Das drahtlose Kommunikationssystem gemäß Anspruch 1, wobei das drahtlose Kommunikationssystem ein Rufempfängersystem aufweist.
Das drahtlose Kommunikationssystem gemäß Anspruch 1, bei dem die Basisstation-Kommunikationsvorrichtung mit einem Festnetz verbunden ist.
Ein Verfahren zur drahtlosen Kommunikation, das folgende Schritte aufweist: Durchführen einer Kommunikation von einer Basisstation-Kommunikationsvorrichtung zu einer Mobilkommunikationsvorrichtung unter Verwendung eines Trägerwellen-basierten Übertragungssignals; und Durchführen einer Kommunikation von der Mobilkommunikationsvorrichtung zu der Basisstation-Kommunikationsvorrichtung unter Verwendung einer Ultrabreitbandübertragungspulsfolge.