DE69737708T2

DE69737708T2 - Eine Einzelchip-Lösung für Multimedia GSM-Systeme mit Mobilstationen

Info

Publication number: DE69737708T2
Application number: DE69737708T
Authority: DE
Inventors: Johan Sunny Vale Lodenius
Original assignee: VIA Telecom Co Ltd; VIA Telecom Co Ltd Grand Cayman
Current assignee: VIA Telecom Co Ltd; VIA Telecom Co Ltd Grand Cayman
Priority date: 1996-05-24
Filing date: 1997-05-22
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2017-05-23
Also published as: DE69737708D1; US5799091A; US5923761A; EP0809366B1; EP0809366A3; EP0809366A2

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich generell auf GSM-Systeme mit Mobilstationen und insbesondere auf ein Einzelchip-Halbleiterbauelement, das in GSM-Systemen, wie in den ETSI GSM und den ANSI/TIA PCS Empfehlungen für gemeinsame Standards spezifiziert, nützlich ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Verschiedene Zellularfunk- oder Mobiltelefonsysteme sind gegenwärtig in Gebrauch, um hochwertige Mobilkommunikation über weite Überdeckungsbereiche bereitzustellen. Ein solches System ist das digitale Mobiltelefonsystem GSM (Group Special Mobile). Entwicklungen nach dem GSM-Standard werden im Rahmen des europäischen Instituts für Telekommunikationsstandards (ETSI) unter dem technischen Ausschuss „Special Mobile Group" (SMG) vorgenommen. Die SMG hat die vom Publikationsbüro des ETSI erhältlichen "Technischen GSM-Spezifikationen" veröffentlicht, die hierin durch Referenz inkorporiert sind, als ob sie vollkommen dargelegt sind. Das Spektrum der Anwendungen, die GSM-Technologie nutzen, ist äußerst breit. Beispielsweise umfassen die Anwendungen handgehaltene, tragbare, transportierbare PCMCIA, PC, PDA, Organisatoren, Adapterkarten, Modems und andere Systeme, wo GSM-Mobilstationsfunktionalität teilweise oder ganz durchgeführt wird.
Wegen der großen Vielfalt von Anwendungen, ist die Fähigkeit neue Benutzerservices, Mensch-Maschinen-Schnittstellen (MMI) und verschiedene Typen von Medien in eine GSM-Architektur zu implementieren für kommerzielle Produkte unerlässlich. Überdies sind, zur Implementierung des GSM-Standards, zahlreiche individuelle Schaltkreismodule erforderlich, um die Ressourcen zum Adressieren der verschiedenen, vom GSM unterstützten, Funktionen bereitzustellen. Zum Erhöhen der Vielseitigkeit und Kostenwirksamkeit eines GSM-Produkts ist es daher wünschenswert, dass die Architektur gemeinsame Ressourcen effizient nutzt. Außerdem ist es, da Mobilität zur Debatte steht, wünschenswert, dass die physikalische Größe des Produkts so klein wie möglich ist.
In konventionellen GSM-Produkten sind die Module zum Ausführen der in einem GSM-System erforderlichen Funktionen typisch auf einer Leiterplatte verbundene diskrete elektrische Schaltkreise. Das Dokument A 2,7V 800 MHz – 2,1 GHz Transceiver-Chipsatz für Mobilfunkanwendungen in 25 GHz ft Si-Bipolar. W. Veit. Siemens AG. 1994 offenbart einen Transceiver-Chipsatz für Mobilfunk. Detaillierte Beispiele von GSM-Modulen sind Fachleuten gut bekannt und, beispielsweise, in Mouly und Pautet, "Das GSM-System für Mobilkommunikation", (1992) (von den Verfassern veröffentlicht) internationale Standard Buchnummer 2-9507190-0-7, beschrieben, das hierin durch Referenz, als ob voll dargelegt, inkorporiert ist. Aber diese Art von Systemkonstruktion ist in Bezug auf die Flexibilität, die es zum Hinzufügen neuer Schnittstellen und MMI bieten kann, begrenzt, weil Änderungen der Funktionalität der Module die Umgestaltung der Leiterplattenarchitektur erforderlich machen könnte. Außerdem ist Konstruktion in Bezug auf die physikalische Größe durch die Raumbedürfnisse der montierten Komponenten begrenzt. Deshalb ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Lösung der oben erwähnten Probleme bereitzustellen und weitere Vorteile über den Stand der Technik bereitzustellen, wie angesichts der folgenden Offenbarung klar werden wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung gemäß wird ein Einzelchip-Halbleiterelement bereitgestellt. In einer Version der Erfindung wird eine Einzelchip-CMOS-Technologiearchitektur verwendet, um alle oder verschiedene Kombinationen von GSM-Funktionen wie Basisbandfunkübertragung, Basisbandschnittstellen und Filterung, Quellencodierung, Quellenschnittstellen und Filterung, Steuerung und Überwachung, Leistungs- und Taktmanagement, Tastatur- und Displaytreiber, Speichermanagement und Codekompaktierung, digitale Signalverarbeitung („DSP") und DSP-Speicher und Funkschnittstelle zu implementieren. Module zum Ausführen dieser Funktionen sind in drei Untersysteme geordnet, die auf einem Einzel-Halbleiterplättchen oder -Halbleiterchip gebildet sind: eine Quellencodierbank (SCB), ein Funk-Transceiver (RTX) und eine Steuerungs- und Funkschnittstelle (CR1). In einer speziellen Ausführungsform ist ein Einzelchip-Halbleiterbauelement vorgesehen, das in einem GSM-System mit Mobilstationen nützlich ist, das ein Hochfrequenzmodul („HF"-Modul) zum Senden und Empfangen von Funksignalen umfasst. In dieser Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauelement eine Quellencodierungsbank („SCB") mit einer Datenportschnittstelle in elektrischer Kommunikation mit einem Daten-Codec, einer Audioschnittstelle in elektrischer Kommunikation mit einem Sprach-Codec und einer Videoschnittstelle in elektrischer Kommunikation mit einem Video-Codec; eine Steuerfunkschnittstelle („CRI") mit einem Quellen-Codec-Selektor in elektrischer Kommunikation mit dem Daten-Codec, dem Sprach-Codec und dem Video-Codec; einen Funktransceiver („RTX") in elektrischer Kommunikation mit der CR1 via eine RTX-Steuerschnittstelle, wobei der RTX eine Basisbandschnittstelle aufweist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung durch Bezugnahme auf die folgende Zeichnung besser verständlich sein, in der:
1 ein Blockdiagramm eines Einzelchip-Halbleiterbauelements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Zur Erläuterung der hierin beschriebenen Ausführungsformen bezieht sich "GSM" auf GSM900 und die abgeleiteten Standards DCS 1800 PCS 1900. Alle dieser teilen sich dieselbe Struktur für die in der Erfindung enthaltene Funktionalität. Die Unterschiede liegen in erster Linie in der HF-Moduldomäne, wobei die Wichtigsten, Verwendung verschiedener Frequenzen und Leistungssteuerung sind und, daher keine signifikante Auswirkung auf den Inhalt der Erfindung haben. Aber es wird allgemein angenommen, dass die hierin beschriebene Erfindung an andere verwandte Kommunikationsstandards angepasst werden könnte.
Bezug nehmend auf die 1 ist ein Blockdiagramm eines Halbleiterbauelements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Fachleute werden erkennen, dass, abhängig von der Implementierung, die drei Untersysteme verschiedene Grade der in dieser speziellen Ausführungsform beschriebenen Funktionalität enthalten könnten. Dies berücksichtigt Optimierung, um die Bedürfnisse der spezifischen Anwendung zu erfüllen. Außerdem soll allgemein angenommen werden, dass die in den schattierten Feldern umrissenen Funktionsblöcke, in einigen Ausführungsformen, unter Einsatz analoger oder gemischter Signalzellen als Teil ihrer Funktionalität implementiert sind. Dies erleichtert maximale Nutzung des CMOS-Einzelchips und minimiert die Verwendung externer Komponenten.
Wie gezeigt wird ein Einzelchip-Halbleiterbauelement 100 zur Verwendung in einem GSM-System mit Mobilstationen bereitgestellt. Das GSM-System umfasst ein externes HF-Modul 108 zum Senden und Empfangen von Funksignalen. Das HF-Modul 108 führt außerdem solche Funktionen wie Aufwärts- und Abwärtsumsetzung von Basisband zu ZF und HF durch und sorgt für Steuerung von Frequenz und Leistung und PA (Leistungsverstärker) und LNA (rauscharmer Verstärker) für das Front-End. Das HF-Modul 108 ist nicht auf dem Halbleiterbauelement gebildet, weil typische HF-Module GaAs-, BIP- oder BiCMOS-Technologie, spezielle analoge CMOS-Bauelemente und eine Vielfalt diskreter Filter erforderlich machen, die nicht kostenwirksam in Standard-CMOS integriert sind. Daher wird das HF-Modul 108 selbst nicht auf dem Halbleiterbauelement 100 gebildet.
In einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauelement 100 eine Quellencodierbank („SCB") 102. Die SCB 102 führt alle Funktionalität durch, die zum Senden und Empfangen von Quellendaten in Form von Sprache, Daten/FAX und stehender oder beweglicher Bilder zum und vom Benutzer der GSM-Mobilstation ("MS") erforderlich ist. Diese Daten können analoges oder digitales Format haben. Eine geeignete Mischsignalumsetzfunktion wird zum Anpassen an eine analoge Quelle und Umsetzen des Signals in die digitale Domäne verwendet. Die SCB komprimiert und/oder adaptiert dann die Datenrate des Quelldatenflusses und verbindet mit dem GSM-Kanalcodierer gemäß den Spezifikationen für GSM-Kanalformate.
In einer spezielleren Ausführungsform umfasst die SCB eine Datenportschnittstelle 202, ein FAX-Modem 204 und einen Daten-Codec 206. Diese Schaltkreise führen Schnittstellen-, Protokollumsetzungs- und Datenratenanpassung zwischen einer Datenquelle wie beispielsweise einem PC, PDA, FAX, Datenterminal, Positionierungs- und/oder Navigationssystem, elektronischem Abbildungs- und/oder Führungssystem, Telemetrie- und Steuerausrüstung, verdrahtetem Modem für POTS oder ISDN und anderer drahtloser Ausrüstung durch. Die Datenportschnittstelle 202 ist eine beliebige allgemein verwendete serielle oder parallele Datenschnittstelle wie RS-232, IEEE 802,3 oder PCMCIA.
Der Datenquellen-Codec setzt das Protokoll und die Datenrate um, damit diese den spezifizierten GSM-Kanalformaten entsprechen. Übliche serielle synchrone und asynchrone Datenformate und andere, wie der Hayes AT Befehlssatz und Fax der Gruppe 2 und 3 können, ebenso wie irgendein anderes spezifiziertes Protokoll, das zum Interpretieren zum und vom Mobilsystem erforderlich ist, implementiert werden. Kompliziertere Datenformate wie ISDN und ATM werden ebenso unterstützt. In anderen Ausführungsformen der Erfindung werden ETSI-Terminaladapter nach mehreren Standards, wie beispielsweise GSM 05.03 – Kanalcodierung, GSM 07.01 – General an Terminalanpassungsfunktionen für MSs, GSM 07.02 – Terminalanpassungsfunktionen für Services, die asynchrone Trägerfähigkeiten verwenden und GSM 07.03 – Terminalanpassungsfunktionen für Services, die synchrone Trägerfähigkeiten verwenden, bereitgestellt.
Die SCB weist außerdem eine Audioschnittstelle 212 in elektrischer Kommunikation mit einem Sprach- oder Sprachquellen-Codec 222 auf. Die Audioschnittstelle 212 umfasst einen an ein externes Mikrofon 208 anschließbaren Sprachcodierer 214 und einen an einen externen Lautsprecher 210 anschließbaren Sprachdecodierer 216. Die Audioschnittstelle 212 erlaubt Signalübertragungen zwischen dem Mikrofon 208, dem Lautsprecher 210 und dem Sprach-Codec 222. Der Sprach-Codec 222 führt einfache oder mehrfache Sprach-Codec-Algorithmen, wie für GSM durch ETSI und ANSI/T/A spezifiziert, auf. In noch einer spezielleren Ausführungsform umfasst die Audioschnittstelle 212 den G.711 PCM Codec, Taktgebung, Verstärkungsprogrammierbarkeit und analoge Umsetzfunktionen. Anderen Ausführungsformen gemäß ist der Sprach-Codec 222 mit akustischer Echokompensation versehen, um restliche Empfangssignale aus dem Übertragungsdatenfluss auszufiltern. Diese Ausführungsform ist besonders zum Gebrauch in Autoanwendungen geeignet und verbesserte akustische Freisprech-Echokompensation könnte verwendet werden, um den Feedback-Grundgeräuschpegel weiter zu reduzieren.
Die SCB unterstützt in noch weiteren Ausführungsformen der Erfindung ETSI mit Standardbitrate, Bitratenhalbierung und verbesserte Sprach-Codecs mit Standardbitrate und Bitratenhalbierung und unterstützende Funktionen gemäß kommerziellen Standards wie GSM 05.03 – Kanalcodierung, GSM 06.01 – Sprachverarbeitungsfunktionen: Allgemeine Beschreibung, GSM 06.10 – GSM Sprachcodeumsetzung mit Standardbitrate, GSM 06.11 – Substitution und Stummabstimmung verlorener Rahmen für Sprechverkehrskanäle mit Standardbitrate, GSM 06.12 – Komfort-Rauschaspekte für Sprechverkehrskanäle mit Standardbitrate, GSM 06.31 – Übertragung im Aussetzbetrieb (DTX) für Sprechverkehrskanäle mit Standardbitrate, GSM 06.32 – Sprachaktivitätserkennung (VAD), GSM 11.10 – Mobilstation-Konformitätsspezifikationen, ETSI GSM Phase 2 Dokumente für Codierung mit Bitratenhalbierung und verbesserter Codierung mit Standardbitrate und ANSI/TIA North American PCS 1900 Action Group (NPAG) Sprach-Codec und Unterstützungsfunktionen nach J-STD-007 – US1 Codec (T1P1/95-124) mit verbesserter Standardbitrate.
In noch einer weiteren Ausführungsform umfasst die SCB einen PCM-Codec, der, unter Einsatz von entweder μ-Gesetz- oder A-Gesetz-Kompandierung und 13-, 14- oder 16-Bit 8kHz Proben, mit dem GSM-Sprach-Codec verbindet. Segmentierung wird verwendet, um vom PCM-Format des kontinuierlichen Datenflusses auf das im GSM-System verwendete 20ms Burstformat umzusetzen. Die Segmentierung wird vom Segmentierungsmodul 218 und Desegmentierungsmodul 220 durchgeführt.
Ein Halbleiterbauelement nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Steuerfunkschnittstellen-Untersystem 104 („CRI") 104 mit einem Quellen-Codec-Selektor 300 in elektrischer Kommunikation mit dem Daten-Codec 206, dem Sprach-Codec 222 und dem Video-Codec 234. Das CRI-Untersystem 104 umfasst eine Mikrosteuereinheit („MCU") und eine digitale Signalverarbeitung (DSP), die zusammen alle Anrufverarbeitung, Administration, Systemleistungs/Speicher-/Taktmanagement und HF-Steuerschnittstellenfunktionen ausführen, die nötig sind das gesamte System zu steuern und zu überwachen und die Aktivitäten zwischen der MS und dem Netzwerk, Untersystemen und Funktionsblöcken zu planen.
Eine Funktion des CRI-Untersystems 104 ist das Management und die Planung von RTX-Funktionsblockereignissen in Bezug auf die Echtzeitanrufverarbeitung. Eine weitere Funktion des CRI-Untersystems ist die Fähigkeit Meldungen, Software- und Hardware-Unterbrechungen, sowie andere in der Mobilstation auftretende geplante und ungeplante Ereignisse zu handhaben. In einer spezifischen Ausführungsform werden diese Funktionen von der digitalen Verarbeitungseinheit („DSP") 306 und der MCU 312 ausgeführt. In anderen Versionen der Erfindung werden ein oder mehrere DSPs oder MCUs verwendet. Die DSP- und MCU-Maschinen lassen sich anpassen Echtzeitbetriebssysteme („RTOS") zu betreiben, um ihre erforderlichen Funktionen auszuführen. In der gezeigten Ausführungsform ist die DSP 306 in elektrischer Verbindung mit dem Viterbi-Beschleuniger 310 und Speicher, z. B. RAM und/oder ROM 308. Noch weiter können üblich verwendete intensive Signalverarbeitungsfunktionen ergänzend zur DSP-Maschine benutzt werden.
Eine Busschnittstelleneinheit („BIU") 316 ist vorgesehen verschiedene Typen von RAM-, ROM-, EPROM-, EEPROM-Speichern oder einen anderen Speichertyp für den externen MCU-Speicher zu unterstützten. Daten für diesen Speicher werden über einen Anschluss an den externen Bus 326 übertragen. Die BIU 316 unterstützt außerdem eine Code-Kompaktierungseinheit, die, wenn mit, beispielsweise, einer 32-Bit-RISC MCU verwendet, die Codegröße um soviel wie 50% herabsetzen könnte. Wie implementiert, realisiert diese Ausführungsform die Dekompaktierungsfunktion, die die codierten Instruktionen und Daten vom Speicher interpretiert. Die Kompaktierung wird, z. B., in einem C-Code-Kompilierer vorgenommen. Ein zusätzlicher Nutzen beim Kompaktierungsprozess ist, dass der Code schneller ausführt, da weniger Instruktionen nötig sind, um einen gegebenen Vorgang zu vervollständigen.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein dedizierter serieller Port 314 oder serieller Port für Datenquellencode bereitgestellt. Der serielle Port 314 wird von der MCU für solche Zwecke wie Herunterladen von Daten für Software-Upgrades und Debugging verwendet. Außerdem könnte ein GSM-Protokoll-Stapelanalysator an den Port 314 zum Testen von Übereinstimmung mit GSM-Lage 1, 2 und 3 oder Simulierung verschiedener Verkehrsfälle angeschlossen werden.
Außerdem ist ein Leistungs- und Taktmanagementblock 320 vorgesehen. Dieses Modul ist konzipiert, seine Referenz vom GSM-System-Taktgeber zu nehmen, wie sie vom Empfänger wiedergewonnen und von einem lokalen Oszillator aufsynchronisiert wird. Die erforderlichen Oszillator- und PLL-/Vorteiler-/Synthesizerfunktionen könnten in diesem Block implementiert werden. Typisch wird der Leistungsmanagementblock alle anderen Funktionsblöcke auf nicht in Gebrauch befindlichen Chips abschalten und nach Aufforderung von der MCU 312, auf dem MS-Betriebsmodus basierend, einschalten. In einer weiteren Ausführungsform ist ein Oszillator auf dem Chip vorgesehen. Der Oszillator auf dem Chip solle immer laufen, um Schnellstartprozeduren zu erleichtern und Zeit für Taktfrequenzeinstellung zu minimieren.
Eine HF-Steuerschnittstelle 318 ist vorgesehen, um Verbindung zwischen verschiedenen Steuerprozeduren für Leistung, Frequenz, Kreisverstärkung, Synchronisation und anderer HF/NF-Modulaufgaben zuzulassen, die Überwachung und Steuerung von der CRI erfordern. Die HF-Steuerschnittstelle 308 besteht aus ADCs, DACs, die relativ langsam sein können und analogen Multiplexer.
Tastatur- und Displaytreiber 324 sowie der serielle Port für das GSM-Teilnehmeridentitätsmodul („SIM") 322 sind ebenso Teil der CRI. Diese Treiber können modifiziert werden sich einer breiten Auswahl von farbigen oder monochromen, aktiven oder passiven Displays anzupassen und unterstützen eine normale oder erweiterte Tastatur mit speziellen Funktionen.
In anderen Ausführungsformen umfasst das Halbleiterbauelement 100 einen Videoblock in der SCB 102. Der Videoblock umfasst einen Videoquellen-Codec 234, der in elektrischer Kommunikation mit Video- oder Displaytreibern 232 und Video-DAC/ADC 230 steht, der, seinerseits, mit dem Videosensor 224 und Display 226 verbindet. Der Videotreiberblock wird von der CRI 104 zur Anzeige alphanumerischer Zeichen und computergenerierter Grafik aufgefordert.
Die CRI 104 ist mit einem Bus 304 versehen, um Kommunikation zwischen allen Modulen, z. B., DSP 306, MCU 312 etc. bereitzustellen, die das CRI-Untersystem ausmachen.
Der Bus 304 ermöglicht den CRI-Modulen mit dem Quellen-Code-Selektor und der RTX-Schnittstelle 300, zur Kommunikation mit den Untersystemen SCB 102 und RTX 106 zu kommunizieren. Die Quellen-Code-Selektor- und RTX-Steuerschnittstelle 300 überwacht und synchronisiert das RTX 106 und wählt außerdem den besten verfügbaren Quellen-Codec und die beste verfügbare Datenrate auf der Basis von Verkehrskanalqualität und System und Benutzersignalisierung zur jeweilig gegebenen Zeit. Dieses Merkmal sorgt für den Vorteil, dass das optimale Fehlerkorrekturverfahren für den Kanal-Codec gewählt wird. Dies ermöglicht die Verwendung mehrerer Quellen-Codecs oder Multimediaservices auf GSM-Verkehrskanälen und maximiert außerdem die Nutzung des Verkehrskanals auf der Basis gründlicher Analyse der im CRI 104 verfügbaren Echtzeitverkehrs- und Kanalstatistiken.
Das Halbleiterbauelement 100 ist außerdem mit einem („RTX") Funktransceiver-Untersystem 106 versehen. Die das RTX 106 ausmachenden Module sind via den RTX-Steuerbus 422 verbunden. Der RTX-Steuerbus 422 ist ebenso mit der Quellen-Code-Selektor- und RTX-Schnittstelle 300 verbunden und erlaubt somit Kommunikation mit den Untersystemen SCA 102 und CRI 104.
Das RTX 106 formatiert die Quellen- und Signaldaten in synchronisierte Bursts und moduliert und demoduliert das Signal für Aufwärts- und Abwärtsumsetzung durch das HF-Modul 108, das Funksignale über die GSM-Luftschnittstelle (μm) zur Funkbasisstation sendet und von dieser empfängt.
Um den Dateninhalt über verzerrte Funkwege beizubehalten, die Vertraulichkeit übertragener Daten und Nutzer-ID sicherzustellen und das Signal zu modulieren/demodulieren, muss eine Reihe von Ereignissen in sowohl Vorwärts- als auch Rückwärtsübertragungsrichtungen ausgeführt werden. Diese Ereignisse werden in verschiedenen Modulen des RTX 106 bereitgestellt. In einer Ausführungsform werden ein Kanalcodierer 400 und Kanal-Viterbi-Decodierer 420 bereitgestellt. Kanalcodierung führt Redundanz in den Datenfluss ein, was seine Rate durch Hinzufügen von Information erhöht, die aus den Quellendaten berechnet wird, um die Erkennung und Korrektur von Signalfehlern zu gestatten, die während Übertragung eingeführt werden. Abhängig vom Übertragungsverfahren werden verschiedene Codes verwendet.
Außerdem können mehrere Codes verkettet werden (was einem bereits codiertem Signal Redundanz hinzufügt). Die im GSM verwendeten Codes sind Block-Faltungscodes, Firecodes und Paritätscodes.
In einer weiteren Ausführungsform werden Verschachtelungselement 402 und Entschachtelungselement 418 bereitgestellt. Verschachtelung mischt die Bits mehrerer Codewörter, sodass Bits, die im modulierten Signal einander nahe sind, über mehrere Codewörter verteilt werden. Der Verlust eines verschachtelten Einzelbursts resultiert in einem gleichmäßig verteilten Datenverlust, der durch die Kanalcodierung ganz oder teilweise wiedergewonnen werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform werden Entschlüsselungsmodul 404 und Entschlüsselungsmodul 416 bereitgestellt. Verschlüsselung modifiziert die Daten zum Schutz gegen Zugriff durch eine nicht berechtigte dritte Partei. Sie wird, beispielsweise, durch Ausführen einer exklusiven ODER-Operation zwischen einer pseudozufälligen Bitfolge und den Bits eines normalen Bursts erzielt. Die zum Generieren der pseudozufälligen Folge verwendeten Algorithmen sind die A5/1 und A5/2, wobei jeder eine geringfügig unterschiedliche Sicherheit und Komplexität bereitstellt.
Einer weiteren Ausführungsform gemäß wird ein Burstformatmodul 406 bereitgestellt. Burstformatierung generiert die verschiedenen im GSM spezifizierten physikalischen Bursts und logischen Verkehrs- und Steuerkanäle. Für physikalische Bursts umfassen diese Normalburst – 56.25 Bits, Frequenzkorrekturburst – 156.25 Bits, Synchronisationsburst – 156.25 Bits, Zugriffsburst – 83-151.25 Bits und Dummy-Burst.
Das RTX-Untersystem 106 sorgt außerdem für die Verwendung der verschiedenen Verkehrs- und Steuerkanäle. Beispielsweise umfassen geeignete Verkehrskanäle: Verkehrskanal (TCH), Quellendaten mit Standardbitrate und THC, Quellendaten mit Bitratenhalbierung. Geeignete Steuerkanäle umfassen: Einen Frequenzkorrekturkanal (FCCH), der Information für Frequenzkorrektur der MS trägt, einen Synchronisationskanal (SCH), der Information für Rahmensynchronisation der MS trägt, einen Broadcast-Steuerkanal (BCCH), der allgemeine Information auf einer per Basisstationsaufforderung sendet, einen Teilnehmersuchrufkanal (PCH), der verwendet wird eine MS (Mobilstation) zu suchen, einen Direktzugriffskanal (RACH), der von einer MS verwendet wird, Zuteilung eines autarken, zugeordneten Signalisierungs- und Steuerkanals (SDCCH) anzufordern, einen Zugriffsgewährungskanal (AGCH), der verwendet wird einer MS (Mobilstation) SDCCH zuzuteilen, einen autarken, zugeordneten Signalisierungs- und Steuerkanal (SDCCH), der für Systemsignalisierung während Verbindungsaufbau verwendet wird, einen fest zugeordneten Signalisierungs- und Steuerkanal (SACCH), der kontinuierlich für Leistungsregelung, Zeitabgleich etc. verwendet wird und einen schnellen zugeordneten Steuerkanal (FACCH), der Kapazität für schnelle Signalisierbedürfnisse von den Verkehrskanälen stiehlt.
Um HF-Übertragungen zu modulieren und zu demodulieren, ist das Bauelement 100 mit einer Basisbandschnittstelle 408 versehen. In Ausführungsformen der Erfindung können unterschiedliche Modulierungsverfahren zum Einsatz kommen. Ein geeignetes Modulationsverfahren ist gaußsche Minimalphasenumtastung (GMSK). In der gezeigten Ausführungsform wird GMSK vom GMSK-Modulator 410 ausgeführt. Der GMSK-Modulator 410 ist ein Phasenmodulator, der ein Merkmal zur Beibehaltung einer Hüllkurve innerhalb eines Bursts einschließt. Um glatte Kurvenformen beim Phasenwechsel zu bekommen, wird das Signal mit einem gaußschen Passband gefiltert, was eine schmalere Bandbreite für die GMSK (gaußsche Minimalphasenumtastung) verglichen mit einer gewöhnlichen Minimalphasenumtastung (MSK) erzielt.
Demodulation wird vom GMSK-Detektor-/Demodulatormodul 412 ausgeführt. In einer Ausführungsform wird das Demodulatormodul 412 mit einem Viterbi-Entzerrer 414 kombiniert, der zum Wiedergewinnen des Empfangssignals verwendet wird, das entlang des Funkwegs mit Abschaltungseffekt, Mehrwegeausbreitung, Effekten und Hinzufügen von Störsignalen und Störgeräuschen verzerrt worden ist. Das Demodulatormodul 412 schätzt die wahrscheinlichste Folge der modulierten Daten, angesichts des empfangenen verzerrten Signals und versucht irgendwelche Diskrepanzen zu eliminieren oder zu entzerren. Der Viterbi-Entzerrer 414 verwendet Maximum-Likelihood-Verfahren, um das wahrscheinlichste emittierte Signal zu finden, wobei Geräuschstatistik und andere Annahmen berücksichtigt werden und verwendet eine bekannte Trainingsfolge, die in jedem Burst für Korrelation inbegriffen ist. Der Viterbi-Entzerrer 414 ist außerdem fähig Dopplerverschiebungen zwecks Bestimmung von Geschwindigkeit, Richtung und Ort von Mobilstationen zu erkennen. In einer weiteren Ausführungsform verwendet der Kanaldecodierer 400 außerdem weiche Entscheidungsdaten vom Entzerren 414, um Fehlerkorrektur weiter zu verbessern. Abgesehen von der verwendeten weichen Entscheidung führen der Kanaldecodierer 400, das Entschachtelungselement 418 und das Entschlüsselungsmodul 416 das Umgekehrte der Codierfunktionalität aus.
Alle Funktionsblöcke im RTX werden vom CRI durch den RTX-Steuerbus gesteuert und überwacht, was flexible Einführung neuer Breitband- und Mehrfachkanäle ermöglicht, die erwartungsgemäß in den GSM-Standard eingeführt werden sollen.
Alle notwendigen Mischsignal-Basisbandumsetzfunktionen und Filter werden ebenso als Teil des RTX 106 unter Einsatz von Standardquadratur I- und Q-Signalen, um Kooperation mit einer breiten Vielfalt von HF-Modulen sicherzustellen. Die Einzelchip-Architektur ermöglicht außerdem weitere Integration bis in die Domäne des HF-Moduls 108 ohne Auswirkung auf andere als die Modulator-/Demodulatorblöcke des RTX 106 und der HF-Steuerschnittstelle 104. Außerdem ist das RTX-Modul 106 nach relevanten ETSI- und ANSUI/TIA-Spezifikationen konzipiert, beispielsweise, ETSI: GSM 05.01, Physikalische Schicht auf dem Funkteil, GSM 05.02, Multiplexing und Mehrfachzugriff auf dem Funkweg, GSM 05.03, Kanalcodierung, GSM 05.04, Modulation, GSM 05.05, Funkübertragung und -empfang, GSM 05.08, Funkuntersystem-Verbindungssteuerung, GSM 05.10, Funkuntersystem-Synchronisation, GSM 11.10, Mobilstations-Konformitätsspezifikationen und ANSI/TIA: J-STD-007 (Tag 5) Dokumentation.
Aus der obigen Beschreibung wird man schließen können, dass das Halbleiterbauelement 100 nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, Änderung in der Funktionalität der individuellen Untersysteme und deren entsprechenden Funktionsblöcken unabhängig und mit minimaler Auswirkung auf die komplette Systemarchitektur berücksichtigt. Außerdem werden Fachleute erkennen, dass es möglich ist, dem Chip Funktionszusätze mit minimaler Architekturauswirkung hinzuzufügen. Der Chip könnte, beispielsweise, außerdem andere zusätzliche Funktionalität wie: Positionier- und Navigationssysteme, Verarbeitungseinheiten für PCs und/oder PDAs, zusätzliche Mobilstationsmerkmale und verschiedene Mittel für festverdrahtete und/oder drahtlose, hier nicht beschriebene, Kommunikation enthalten.

Claims

Ein-Chip-Halbleiterbauelement, das in einem GSM-Mobilstationssystem nützlich ist, das ein HF-Modul zum Senden und Empfangen von Funksignalen einschließt, wobei das Halbleiterbauelement umfasst: Eine Quellencodierungsbank, SCB, (102) mit einer Datenportschnittstelle (202) in elektrischer Kommunikation mit einem Daten-Codec (206), einer Audioschnittstelle in elektrischer Kommunikation mit einem Sprach-Codec (222) und einer Videoschnittstelle in elektrischer Kommunikation mit einem Video-Codec (234); eine Steuerfunkschnittstelle, CRI, (104) mit einem Quellen-Codec-Selektor (300) in elektrischer Kommunikation mit dem Daten-Codec (206), dem Sprach-Codec (222) und dem Video-Codec (234); ein Funksendeempfangsgerät, RTX, (106) in elektrischer Verbindung mit der CRI (104) über eine RTX-Steuerschnittstelle (302), wobei das RTX (106) eine Basisbandschnittstelle (408) aufweist, die an das HF-Modul gekoppelt ist.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenportschnittstelle (202) umfasst: Einen seriellen Portschnittstellentreiber in elektrischer Kommunikation mit einem FAX-Modem (204).
Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der serielle Portschnittstellentreiber einen PCMCIA-Treiber umfasst.
Halbleiterbauelement nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Audioschnittstelle (212) einen Sprachcodierer (214) zum Empfangen elektrischer Signale von einem Mikrofon (208) und einen Sprachdecodierer (216) zum Bereitstellen von Signalen an einen Lautsprecher (210) umfasst.
Halbleiterbauelement nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Videoschnittstelle (228) einen Video-DAU/ADU (230) umfasst.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Videoschnittstelle (228) weiter einen Videotreiber (232) zum Empfangen elektrischer Signale von einer CCD-Kamera und zum Bereitstellen elektrischer Signale an einen Videomonitor umfasst.
Halbleiterbauelement nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die CRI (104) einen CRI-Bus (304) umfasst, der elektrische Kommunikation zwischen dem Quellen-Codec-Selektor (300), der RTX-Steuerschnittstelle (302) und einer Mehrheit von Funktionsmodulen bereitstellt.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrheit von Funktionsmodulen ein digitales Signalverarbeitungsmodul (306) umfasst, das einen elektronischen Speicher (308) und eine Viterbi-Beschleunigerschaltung (310) aufweist.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrheit von Funktionsmodulen eine MCU (312) und eine BIU (316) umfasst, die elektrische Kommunikation zwischen der MCU (312) und dem externen elektronischen Speicher bereitstellt.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrheit von Funktionsmodulen eine SIM-Schnittstelle (322) umfasst.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrheit von Funktionsmodulen einen Display-Treiber (324) umfasst.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrheit von Funktionsmodulen einen Tastatur-Treiber (324) umfasst.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrheit von Funktionsmodulen Takt- und Energieüberwachungsschaltung (320) umfasst.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrheit von Funktionsmodulen eine HF-Steuerschnittstelle (318) umfasst.
Halbleiterbauelement nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisbandschnittstelle (408) einen GMSK-Modulator (410), der elektrische Signale zum externen HF-Modul (108) bereitstellt und einen GMSK-Detektor (412) umfasst, der Signale von einem externen HF-Modul (108) empfängt.
Halbleiterbauelement nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der RTX (106) weiter einen RTX-Steuerbus (422) umfasst, der elektrische Kommunikation zwischen dem Quellen-Codec-Selektor (300), der RTX-Steuerschnittstelle (302), der Basisbandschnittstelle (408) und einer Mehrheit von RTX-Funktionsmodulen bereitstellt.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrheit von RTX-Funktionsmodulen einen Kanalcodierer (400) umfasst.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrheit von RTX-Funktionsmodulen einen Kanal-Viterbi-Decodierer umfasst.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrheit von RTX-Funktionsmodulen Schaltungen zum Interleaving und zur Verschlüsselung (404) von Übertragungssignalen umfasst, die der Basisbandschnittstelle (408) bereitgestellt werden.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrheit von RTX-Funktionsmodulen Schaltungen zum De-Interleaving und Entschlüsselung (416) von Signalen umfasst, die von der Basisbandschnittstelle (408) empfangen wurden.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrheit von RTX-Funktionsmodulen eine Burstformatschaltung (406) umfasst.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrheit von RTX-Funktionsmodulen eine Viterbi-Ausgleichsschaltung (410) umfasst.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die MCU (312) eine Codekompaktiereinheit umfasst.