DE4319694C2 - Verfahren zur Verbesserung der Funkversorgung von Mobiltelefonen in Mobilfunksystemen - Google Patents
Verfahren zur Verbesserung der Funkversorgung von Mobiltelefonen in MobilfunksystemenInfo
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Description
In Mobilfunksystemen ist der Effekt von Schwunder
scheinungen bekannt. Er rührt her von der Überlagerung
von Funkwellen, die die Empfangsantenne über unter
schiedliche Ausbreitungswege erreichen, wie z. B. sowohl
auf dem direkten Weg der Sichtverbindung als auch über
in der Regel mehrere Reflektoren, wie Häuser, Berge,
Fahrzeuge oder andere Objekte, deren Abmessungen groß
gegenüber der Wellenlänge der Trägerfrequenz sind.
Wenn diese Signalanteile vergleichbare Einzelpegel
aufweisen, kommt es, je nach Empfangsort, zu starken
Schwankungen des Empfangspegels, bis hin zur Auslöschung,
also der gegenseitigen Aufhebung der einzelnen Anteile.
Die bei der Bewegung durch ein solches Funkfeld gemesse
ne Verteilung der Pegel wird in der Regel gut durch
die sogenannte Rayleigh-Verteilung angenähert, daher
wird dieser Effekt häufig auch als Rayleigh-Schwund
oder Rayleigh-Fading bezeichnet.
Diese im Mobilfunk unvermeidlichen Fading-Effekte wirken
sich auf mehrere Weisen nachteilig aus. Bei Einbrüchen
der Feldstärke unter einen bestimmten Wert kann keine
erfolgreiche Übertragung von Sprache oder anderen Nutz
daten mehr stattfinden. Bei Bewegung des Teilnehmer
gerätes durch das örtliche Wellenfeld wechseln sich
Situationen mit hoher Feldstärke, also guter Übertragungs
qualität, mit solch geringer Feldstärke, d. h. geringer
Qualität mit starken Störungen, ab. Wenn die mittlere
Empfangsfeldstärke hoch genug ist, sind solche Einbrüche
jedoch nur von kurzer Dauer und machen sich im subjek
tiven Spracheindruck nicht störend bemerkbar. Daher
werden Mobilfunknetze mit einer entsprechenden Reserve
in der Funkversorgung dimensioniert.
Eine solche Leistungsreserve ist aber nur von begrenzter
Wirkung für Handgeräte (handhelds), die bei geringen
Geschwindigkeiten oder stationär betrieben werden.
Sie befinden sich nach wie vor mit einer gewissen Wahr
scheinlichkeit für längere Zeit in sogenannten Fading-
Löchern, in denen Telefonieren nicht oder nur schlecht
möglich ist. Daher findet sich in Bedienungsanleitungen
häufig der Hinweis, der Benutzer möge sich in solchen
Situationen einige Schritte bewegen, um einen Punkt
mit besserer Versorgung zu finden. Neben der Unbequem
lichkeit ist dies allerdings keine wirkliche Abhilfe,
denn das Wellenfeld ist nicht nur örtlich, sondern
auch zeitlich veränderlich, beispielsweise durch sich
bewegende Reflektoren. Daher kann sich nach kurzer
Zeit der gleiche Effekt wieder einstellen.
In modernen Mobilfunksystemen wird von den Teilnehmer
geräten auch im betriebsbereiten Zustand ("stand-by
mode" oder "idle-mode"), also wenn kein Gespräch geführt
wird, der Pegel der gegenwärtig am besten versorgenden
Station als auch der Nachbarstation gemessen, um sich
jeweils der besten Station zuordnen zu können. Dieser
Prozeß findet, vom Teilnehmer unbemerkbar, auch während
einer Verbindung statt. Damit wird der "Weiterreichen"
oder "handover" genannte Vorgang der Umschaltung einer
Verbindung von einer Feststation zu einer anderen Fest
station durch die Vermittlungseinrichtungen des Mobil
funksystems unterstützt. Auf diese Weise soll sicher
gestellt werden, daß die Verbindung immer über die
beste Feststation geführt wird. Dieser Vorgang ist
erforderlich, damit bei schnell bewegten Geräte, z. B.
Autotelefonen, die Verbindung nicht abbricht beim
Wechsel zwischen Funkzonen.
Durch das beschriebene Fading kommt es allerdings wegen
der Pegelschwankungen bei tragbaren Geräten im stationä
ren Betrieb zu Fehlzuordnungen und unerwünschten Ver
bindungsumschaltungen. Bei der zunehmenden Verbreitung
kleiner und leichter Taschentelefone wird dieser Effekt
immer mehr zu einem Problem in modernen Netzen.
Es wurden verschiedene Verfahren entwickelt, um diesen
Effekt zu reduzieren. Dazu gehören
- - adaptive Leistungsregelung
- - Interleaving und Kanalcodierung
- - Diversityempfang
- - adaptive Entzerrung
- - Bandspreiz-Übertragung
- - Frequenzsprung-Verfahren.
Diese Verfahren sind zumindest als Optionen in dem
neuen GSM-Standard für digitale Mobilkommunikations
systeme enthalten und werden nachfolgend kurz darge
stellt. Dabei zeigt sich, daß alle diese Methoden das
beschriebene Problem für Handtelefone, die stationär
oder bei niedrigen Geschwindigkeiten benutzt werden,
nicht adäquat zu lösen vermögen.
Die adaptive Regelung der Sendeleistung erlaubt die
Abschwächung der tatsächlichen Sendeleistung gegenüber
der maximalen Leistung um bis zu 30 dB in 2 dB-Stufen
und in zeitlichen Abständen von etwa 0.5 Sekunden.
Bei reduzierter Sendeleistung kann bei Auftreten eines
Fading-Einbruchs die Leistung wieder heraufgesetzt
werden. Zum Ausregeln der Fading-Schwankungen ist dieser
Prozeß aber zu langsam.
Durch Bit- und Blockverschachtelung (interleaving)
werden die bei der Funkübertragung aufgrund von Fading
gebündelt auftretenden Übertragungsfehler im Empfänger
zeitlich gespreizt und damit gleichmässig verteilt,
so daß diese Fehler durch die Kanalcodierung erkannt
und korrigiert werden können. Dies setzt allerdings
voraus, daß erstens die Bitfehlerrate im Mittel relativ
gering ist, und zweitens die Dauer eines Fading-Ein
bruchs nicht zu lang ist. Dauert die Störung beispiels
weise länger als ca. 10 ms, so können die Fehler in
der Regel nicht mehr korrigiert werden.
Eine weitere Maßnahme zur Reduzierung des Fading-
Effekts besteht im Diversityempfang, bei dem von zwei
oder mehr unabhängigen Antennen Signale empfangen,
getrennt verarbeitet und anschließend zu einem
Gesamtsignal kombiniert werden. Der erforderliche
Abstand der Antennen und der zusätzliche Aufwand
erschweren den Einsatz von Diversity in Taschentelefonen.
Durch adaptive Entzerrung können Signalanteile, die
den Empfänger über unterschiedliche Ausbreitungswege
erreichen, zeitlich aufgelöst und damit die Empfangs
qualität verbessert werden. Beim GSM-System können
Mehrwege mit einer Umweglänge von zwischen etwa
900 Metern bis zu etwa 4.8 km ausgenutzt werden.
Längere Umwege wirken wie Störsignale, während kürzere
Umwege nach wie vor zum Fading beitragen, wie sie
gerade in mit Kleinzellen versorgten Stadtgebieten,
dem wichtigsten Einsatzgebiet von Taschentelefonen,
besonders häufig sind. Hier ist also die adaptive
Entzerrung nur wenig zur Reduzierung von Fading
wirksam.
Das langsame Frequenzsprung-Verfahren (slow frequency
hopping) bewirkt, daß während einer Verbindung im Sender
und im Empfänger zwischen verschiedenen Trägerfrequenzen
nach einem festgelegten Schema umgeschaltet wird.
Weil bei gleicher Sendeleistung auf jeder Trägerfrequenz
durch Fading unterschiedliche Momentanpegel vorliegen,
wird dadurch erreicht, daß eine Verbindung immer nur
kurzzeitig von einem Fading-Einbruch auf einer Frequenz
betroffen ist. Auf diese Weise wird die Wirksamkeit
von interleaving und Kanalcodierung bei niedrigen
Geschwindigkeiten unterstützt, obwohl das Frequenz
sprungverfahren selbst die mittlere Fehlerrate bei
der Übertragung nicht ändert. Nachteilig ist hierbei
aber der Bedarf an Frequenzen und der hohe Realisie
rungsaufwand in den Feststationen. Außerdem ist fest
zuhalten, daß dieses Verfahren nur während der Ver
bindung wirkt, nicht aber während des Verbindungsauf
baus und anderer Signalisierung oder bei den Pegel
messungen für die Funkzonenzuordnung bzw. die Verbindungs
umschaltungen, da auf den hierfür benutzten Frequenzen
kein frequency hopping angewendet wird.
Die Zusammenhänge zwischen diesen Verfahren und Ergeb
nisse sind z. B. in W. Koch, J. Petersen; Diversity
und Frequenzsprungverfahren im D-Netz; PKI Techn.
Mitt. 2/1990, S. 13-19 und in A. Baier, G. Heinrich,
U. Wellens; Adaptive Entzerrung in digitalen TDMA-
Mobilfunksystemen; PKI Techn. Mitt. 1/1989, S. 75-82
ausführlich dargestellt.
Aus der Druckschrift WO-92/02996 A1 ist ein modulares Funk
system bekannt geworden, bei dem die Signale zweier auf
derselben Frequenz sendenden Feststationen, welche aufgrund
der Ausrichtung scharf bündelnder Antennen das gleiche
Versorgungsgebiet erreichen, durch ihre Zeitlage in einem
TDMA-Raster getrennt sind, und Signale, die von verschiedenen
Stationen in derselben Zeitlage ausgesendet werden, durch
die Ausrichtung der Antennen auf unterschiedliche Versorgungs
gebiete gerichtet. Durch diese Maßnahme soll die Frequenzaus
nutzung verbessert werden und gleichzeitig eine mögliche
Interferenz der Signale verschiedener Feststationen vermieden
werden.
Die DE-29 28 514 A1 beschreibt ein Verfahren zur Vermeidung
von Interferenzstörungen bei der Funkübertragung, wobei
von der Funkversorgung durch zwei Gleichwellensender ausge
gangen wird, und bei einem von den beiden Gleichwellensendern
die Phase der Trägerfrequenz so nachgeregelt wird, daß
sich exakt am Ort der empfangenen Mobilstation eine kon
struktive Überlagerung der Trägeramplitude, also ein Feld
stärkemaximum einstellt. Hierzu wird eine automatische
Nachführung der Frequenz eines Senders vorgeschlagen, die
von der Messung des Empfangspegels in der Mobilstation
und der Übertragung des Meßergebnisses von der Mobilstation
zu den Feststationen nach einem von mehreren beschriebenen
Verfahren gesteuert wird. Für jede einzelne Mobilstation
wird also die Phase des versorgenden Signales derart ge
regelt, daß sich am Ort der Mobilstation immer ein Feld
stärkemaximum einstellt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin,
in einem Mobilkommunikationssystem, das vorzugsweise mit
digitaler Funkübertragung im UHF-Bereich arbeitet und
Einrichtungen zur Bit- und Blockverschachtelung, Kanal
codierung zur Fehlerkorrektur und Entzerrung des Basis
bandsignals aufweist, die nachteiligen Effekte von Schwund
erscheinungen (Fading) auf die Übertragungsqualität, ins
besondere bei stationären oder langsam bewegten Teilnehmer
geräten zu beseitigen oder zumindest zu reduzieren und
damit die Funkversorgung zu verbessern.
Gelöst wird diese Aufgabe durch Verfahren, wie sie in den
Ansprüchen 1, 6, 15 und 17 definiert sind. Besondere Ausführungs
arten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Nachfolgend sind Verfahren und Einrichtungen angegeben,
welche die beschriebenen Auswirkungen von Fading bei
Taschentelefonen weitgehend beseitigen ohne Zusatzauf
wand in diesen Geräten. Damit wird die Übertragungs
qualität verbessert und zudem die Gefahr von Fehlzu
ordnungen und überflüssigen Verbindungsumschaltungen
vermieden. Die nach dem GSM-Standard grundsätzlich
in jedem Gerät realisierten Verfahren des Interleaving
und der Kanalcodierung sowie der adaptiven Entzerrung
werden hierdurch optimal auch bei geringen Geschwindig
keiten und bei Kleinzellen zur Wirkung gebracht.
Auf das aufwendige Frequenzsprung-Verfahren (optional
im GSM-Standard) kann damit verzichtet werden.
Es wird ausgegangen von einer Funkzelle, die durch
eine Feststation (BTS), welche die Sender und Empfänger
für die in der Zelle benutzten Kanäle beinhaltet, versorgt
wird. Dabei kann es sich um eine mit einer Richtantenne
vom Rand her versorgte Sektorzelle oder um eine durch
eine rundstrahlende Antenne von der Mitte versorgte
Zelle handeln.
Nach einem ersten Verfahren wird im Bereich der Zelle
mindestens eine weitere Einrichtung (E) angeordnet,
dadurch gekennzeichnet, daß diese mindestens einen
Teil der Zelle mit denselben Kanälen versorgt wie die
BTS, wobei die Trägerfrequenzen dieser Kanäle einen
bestimmten Frequenzversatz (frequency offset) gegen
die BTS aufweisen. Diese Frequenzablage kann fest oder
zeitlich variabel sein.
Der Frequenzversatz sollte zwischen 0.05 und 0,2 ppm
(parts per million) von der Trägerfrequenz der BTS
betragen, also bei einem 900 MHz-System zwischen etwa
45 und 180 Hz liegen, d. h. in der Größenordnung der
geschwindigkeitsabhängigen Dopplerfrequenz bei bewegten
Mobilstationen.
Die Wirkungsweise des Verfahrens besteht darin, daß
sich am Ort des Empfängers bei der Überlagerung der
von der BTS und der Einrichtung (E) gesendeten hoch
frequenten Signale ein im Rhythmus der Frequenzablage
(das ist die Differenz zwischen der Trägerfrequenz
der BTS und der Trägerfrequenz der weiteren Einrichtung)
zeitlich veränderlicher Empfangspegel ergibt. Das be
deutet, daß auch ohne Bewegung der Mobilstation Fading
einbrüche nur von kurzer Dauer sind und deren Einfluß
durch die Maßnahmen des interleaving und der Kanal
codierung beseitigt werden können, ähnlich wie dies
bei schnell bewegten Mobilstationen oder bei Anwendung
des Frequenzsprung-Verfahrens der Fall ist.
Das Prinzip der Erfindung geht hierbei von Folgendem
aus:
Bei einer feststehenden (momentan nicht bewegten) Mobil
station und einer einzigen in der Funkzelle vorhandenen
Feststation BTS kann es vorkommen, daß am Ort der Mobil
station ein "Fadingloch" (Feldstärke-Einbruch) ist,
welches über einen längeren Zeitraum besteht.
Um ein solches Fadingloch zu vermeiden, oder um mindestens
die Zeitdauer des Bestehens des Fadingloches abzukürzen,
werden zwei geringfügig unterschiedliche Trägerfrequenzen
von mindestens zwei in der Funkzelle angeordneten Fest
stationen zur Mobilstation gesendet. Durch die Über
lagerung der Trägerfrequenz der einen Feststation mit
der geringfügig davon abweichenden Trägerfrequenz der
zweiten Feststation kommt es zu einer Interferenz, der
beiden Trägerfrequenzen, welche dieselbe Information
tragen, so daß die Feldstärke im Fadingloch anfängt, mit
der Differenz der beiden Trägerfrequenzen zu schwanken.
Anstelle des vorherigen (totalen) Feldstärke-Einbruchs
verändert sich jetzt die Feldstärke im Rhythmus der
Differenz der beiden Trägerfrequenzen, so daß damit auch
höhere Feldstärke-Amplituden im Fadingloch entstehen,
die den Empfang auf Seiten der Mobilstation plötzlich
wieder ermöglichen.
Aufgrund dieser nur noch kurzzeitig bestehenden Feld
stärke-Einbrüche im Fadingloch ist es nun möglich,
die in der Beschreibungseinleitung erwähnten Ent
zerrungs- und Korrekturmaßnahmen anzuwenden, weil
erfindungsgemäss die Feldstärke im Fadingloch sozu
sagen zum Schwingen angeregt wird. Es kann nach dem
Bit-Interleaving- oder Block-Interleaving-Verfahren
eine Kanalcodierung durchgeführt werden. Es können
somit sämtliche Korrekturverfahren auch im Fadingloch
angewendet werden, dort wo normalerweise diese Korrek
turverfahren wegen Fehlens der Feldstärke überhaupt
nicht funktionieren.
Nach dem zweiten Verfahren wird im Bereich der Zelle
mindestens eine weitere Einrichtung (E) angeordnet,
dadurch gekennzeichnet, daß diese mindestens einen
Teil der Zelle mit denselben Kanälen versorgt wie die
BTS, wobei die Aussendungen der Einrichtung (E) auf
jedem Kanal zeitversetzt gegenüber denjenigen der BTS
erfolgen derart, daß die beiden Signale den Empfänger
der Mobilstation innerhalb des Zeitfensters erreichen,
welches durch den Entzerrer aufgelöst und ausgenutzt
werden kann. Dieser Zeitversatz kann entweder für alle
Kanäle einheitlich oder individuell pro Kanal einstell
bar sein, je nach Größe der Zelle, Entfernung zwischen
BTS und (E), und dem aktuellen Abstand der Mobilstation
zur BTS und zu (E).
Nach den obigen Ausführungen sollte bei einem System
nach dem GSM-Standard der zeitliche Versatz, mit dem
die Signale den Empfänger der Mobilstation erreichen,
zwischen etwa 3 und 16 Mikrosekunden liegen.
Damit wird erreicht, daß, auch ohne Vorhandensein
reflexionsbedingter Mehrwegeausbreitung, im Empfänger
ein von dem adaptiven Entzerrer ausnutzbares Signal
vorliegt. Die Wahrscheinlichkeit, daß gleichzeitig
die beiden von der BTS und der Einrichtung (E) empfan
genen Signale einem Fadingeinbruch unterliegen, ist
entsprechend geringer als bei nur einem Signal.
Beide Verfahren können auch kombiniert werden, d. h.
daß eine Einrichtung (E) auf jedem Kanal ein Signal
aussendet, welches gegenüber dem Sendesignal der
BTS sowohl zeitlich versetzt ist, als auch einen
Frequenzversatz aufweist.
Weiterhin können beide Verfahren auch in der Weise
kombiniert werden, daß eine Einrichtung (E) auf jedem
Kanal ein Signal aussendet, welches sich zusammensetzt
aus einem ersten Teilsignal, welches die gleiche Zeit
lage besitzt wie das Signal der BTS, diesem gegenüber
aber einen Frequenzversatz aufweist, und einem zweiten
Teilsignal, welches gegenüber dem Signal der BTS einen
zeitlichen Versatz aufweist, und welches zusätzlich
gegenüber dem Signal der BTS einen Frequenzversatz
aufweisen kann.
Dabei kann der Frequenzversatz des zweiten Teilsignals
in Betrag und Vorzeichen unterschiedlich vom Frequenz
versatz des ersten Teilsignals sein. Beträgt beispiels
weise der Versatz des ersten Teilsignals +90 Hz,
so kann derjenige des zweiten Teilsignals ebenfalls
+90 Hz, oder +63 Hz, oder 0 Hz (kein Versatz), oder
-90 Hz betragen.
Im Gegensatz zum Frequenzsprung-Verfahren sind die
obigen Methoden auch auf den GSM-Signalisierungskanälen
(BCCH, CCCH) anwendbar.
In Erweiterung der Verfahren kann der Frequenzversatz
auf jedem Kanal individuell eingestellt werden in Ab
hängigkeit von der im zugehörigen Empfänger der BTS
aus dem von der Mobilstation empfangenen Signal er
mittelten Frequenzablage.
Beispielsweise kann der Frequenzversatz reduziert werden,
wenn aufgrund der durch den Dopplereffekt entstehenden
und im Empfänger der BTS meßbaren Frequenzablage darauf
geschlossen werden kann, daß sich die Mobilstation
ausreichend schnell bewegt. Eine weitere Anwendung
kann darin bestehen, daß bei sehr schnell sich bewegenden
Mobilstationen, z. B. solchen, die in schnellfahrenden
Zügen benutzt werden, die Dopplerverschiebung durch
einen entsprechend eingestellten Frequenzversatz teil
weise kompensiert wird, damit die insgesamt resultierende
Frequenzablage innerhalb des von der adaptiven Phasennach
führung in den Empfängern der Mobilstation und der
BTS verarbeitbaren Bereichs bleibt. Hierdurch kann
ein Anstieg der Bitfehlerrate bei hohen Geschwindigkeiten,
wie er in den zitierten Veröffentlichungen berichtet
ist, verhindert werden.
In einer zusätzlichen Erweiterung der Verfahren kann
der zeitliche Versatz auf jedem Kanal individuell einge
stellt werden in Abhängigkeit von der im zugehörigen
Empfänger in der BTS bei der adaptiven Entzerrung er
mittelten Impulsantwort des Kanals.
Zur Realisierung der beschriebenen Verfahren gibt es
verschiedene Möglichkeiten.
In einer ersten Ausführungsform wird in der BTS
das modulierende Signal (Basisbandsignal) ausgekoppelt,
gegebenenfalls verzögert, einer aus der Frequenzer
zeugung der BTS abgeleiteten und um den Frequenzver
satz verschobenen Trägerfrequenz aufmoduliert und nach
Leistungsverstärkung einer Sendeantenne zugeführt.
Diese Ausführungsform eignet sich zur Installation
am Standort der BTS, so daß von einer Einrichtung die
gesamte von der BTS abgedeckte Zellfläche versorgt
werden kann.
In einer zweiten Ausführung werden die besagten
Einrichtungen in Form eines Relaissenders (repeater)
realisiert. Hierzu wird das von der BTS ausgesendete
Signal empfangen, mit einer ersten Mischfrequenz in
eine Zwischenfrequenzlage umgesetzt, verstärkt, gegebenen
falls zeitlich verzögert, und anschließend mit einer
zweiten Mischfrequenz, die sich von der ersten Misch
frequenz um den gewünschten Frequenzversatz unter
scheidet, in die ursprüngliche Frequenzlage umgesetzt
und nach Verstärkung wieder ausgesendet.
Wie bei allen Gleichfrequenz-Relaissendern (on-frequency
repeater) muß bei der Aufstellung dieser Einrichtung
auf genügende Entkopplung zwischen der Empfangs- und
der Sendeantenne geachtet werden, damit keine Schwing
neigung einsetzt.
Um diese Gefahr zu vermeiden, kann die Einrichtung
in einer dritten Ausführungsform so weitergebildet
werden, daß von der BTS das Sendesignal zusätzlich
in einem anderen Frequenzbereich, z. B. als Richtfunk
signal, aussendet, und die Relaisstation dieses Signal
empfängt, wie vorstehend beschrieben verarbeitet, und
anschließend mit dem definierten Frequenzversatz
auf den von der BTS benutzten Frequenzen wieder
aussendet.
Die dargestellten Verfahren lassen sich auch zur Ver
besserung der Übertragungsverhältnisse in der Über
tragungsrichtung von den Mobilstationen zur Fest
station anwenden. Dazu können Relaissender dienen,
welche die Signale der Mobilstationen empfangen,
mit einem Frequenzversatz, einem zeitlichen Versatz,
oder einer Kombination dieser Merkmale versehen,
und in der Original-Frequenzlage oder über eine
Richtfunkverbindung an die BTS übertragen.
Nachfolgend werden einige besondere Anordnungen der
Einrichtungen in Funkzellen nach den erfindungsgemässen
Verfahren dargestellt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von mehrere
Ausführungswege darstellende Zeichnungen näher erläutert.
Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung
weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung hervor.
Es zeigen:
Fig. 1: zeigt eine von der Mitte her von einer BTS
mit einer rundstrahlenden Antenne ausgeleuchtete Funkzelle
1, wo am Standort der BTS eine weitere Einrichtung E
eingerichtet wird, welche näherungsweise das gleiche Gebiet
wie die BTS zusätzlich versorgt (Versorgungsgebiet 3).
In Fig. 2 ist eine ebenfalls mittenversorgte Funkzelle
1 dargestellt, innerhalb welcher zwei Einrichtungen
(E) angeordnet sind, die jeweils einen bestimmten Teil der
Zelle zusätzlich mit überlagerten Versorgungsgebieten 3
versorgen. Dabei kann es sich z. B. um Gebiete handeln, in
denen verstärkt mit dem Betrieb von Taschentelefonen
gerechnet wird, wie Fußgängerzonen, Sportanlagen, Bahnhöfe,
vorstädtische Wohnanlagen, Parks o. ä.
Fig. 3 betrifft eine von einer BTS mit einer Richt
antenne versorgte Sektorzelle 4, die Teil eines aus
gedehnten Sektorzellennetzes sein kann, an deren der
BTS gegenüberliegenden Rand der Zelle eine Einrichtung
(E) angeordnet ist, welche von diesem Standort aus mit
einer der BTS entgegengesetzten Richtantenne die besagte
Sektorzelle (4) mit denselben Kanälen wie die BTS
zusätzlich versorgt, (Sektor-Versorgungsgebiet 5).
Bei dieser Anordnung kann auf den zusätzlichen zeit
lichen Versatz des Signals verzichtet werden, wenn
die Entfernung zwischen BTS und (E) bereits eine ent
sprechende Verzögerung durch die Laufzeit des Signals
zur Folge hat.
Fig. 4 zeigt eine andere von einer BTS 2 mit einer Richt
antenne vom Rand her versorgte Zelle als Teil eines
Funknetzes, bei dem jeweils an Kreuzungspunkten mit
benachbarten Zellen Einrichtungen (E) angeordnet sind, die
ihrerseits mit Sektorantennen Gebiete 4, 4' der Zelle
zusätzlich versorgen. Die Anordnung ist so gewählt, daß an
denselben Standorten auch entsprechende Einrichtungen zur
zusätzlichen Versorgung der Nachbarzellen 5 untergebracht
werden können. Mit der gleichen Begründung wie bei Fig. 3
kann auch hier unter Umständen auf den zusätzlichen
zeitlichen Versatz der Sendesignale verzichtet werden.
Die sich bei regelmässiger Fortsetzung dieser Anordnung
ergebende Funknetzstruktur ist in Fig. 5 skizziert.
Mit einer solchen Anordnung wird gleichzeitig der
Gleichkanal-Interferenzabstand und damit die Wiederhol
barkeit der Kanäle in der Fläche verbessert, weil die
BTS mit geringerer Leistung senden kann.
Fig. 6 stellt eine von der Mitte her durch eine BTS 2
versorgte Zelle 1 dar, an deren Rand mehrere Einrichtungen
(E) angeordnet sind, die ihrerseits mit Richtantennen Teile
5 der Zelle mit denselben Kanälen wie die BTS versorgen.
Auch bei dieser Anordnung können an denselben Standorten
Relaissender für die benachbarten Zellen angeordnet
werden, und es wird ebenfalls eine bessere Kanalwieder
holbarkeit ermöglicht.
1
Funkzelle
2
erste Feststation (BTS)
3
Versorgungsgebiet der weiteren Einrichtung)
4
Sektorzelle (BTS)
5
Sektorzelle (weitere Einrichtung)
BTS= Feststation
Y= zweite weitere Feststation
Z= dritte weitere Feststation
X= vierte weitere Feststation
U= erste Ausführung
V= zweite Ausführung
W= dritte Ausführung
E= weitere Einrichtung
BTS= Feststation
Y= zweite weitere Feststation
Z= dritte weitere Feststation
X= vierte weitere Feststation
U= erste Ausführung
V= zweite Ausführung
W= dritte Ausführung
E= weitere Einrichtung
Claims (24)
1. Verfahren zur Verbesserung der Funkversorgung von
Mobiltelefonen in zellularen Mobilfunksystemen, wobei in
jeder Zelle (1) mindestens eine erste Feststation (BTS) mit
mindestens einer Antenne angeordnet ist, welche mindestens
den Bereich dieser Zelle (1) mit Funkfrequenzen einer
Kanalgruppe versorgt, und im Bereich der Zelle (1)
mindestens eine weitere Feststation (E) angeordnet ist,
welche mindestens einen Teil der Zelle (1) mit
Funkfrequenzen der gleichen Kanalgruppe wie die erste
Feststation versorgt, dadurch gekennzeichnet, daß die
Trägerfrequenzen der Kanäle der Kanalgruppe der zweiten
Feststation (E) um einen bestimmten Frequenzversatz
gegenüber den Trägerfrequenzen der Kanäle der Kanalgruppe
der ersten Feststation (BTS) abweichen, so daß am Ort eines
Empfängers ein im Rhythmus des Frequenzversatzes zeitlich
veränderlicher Empfangssignalpegel erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Frequenzversatz einen zeitlich festen, gleichbleibenden
Wert aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Frequenzversatz zeitlich variabel ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Frequenzversatz zwischen der
Trägerfrequenz der ersten (BTS) und der weiteren (E)
Feststation in der Größenordnung der geschwindigkeits
abhängigen Dopplerfrequenz einer bewegten Mobilstation
liegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Frequenzversatz zwischen 0,05 und
0,2 ppm von der Trägerfrequenz der ersten Feststation (BTS)
beträgt.
6. Verfahren zur Verbesserung der Funkversorgung von
Mobiltelefonen in zellularen Mobilfunksystemen, wobei in
jeder Zelle (1) mindestens eine erste Feststation (BTS) mit
mindestens einer Antenne angeordnet ist, welche mindestens
den Bereich dieser Zelle (1) mit Funkfrequenzen einer
Kanalgruppe versorgt, und daß im Bereich der Zelle (1)
mindestens eine weitere Feststation (E) angeordnet ist,
welche mindestens einen Teil der Zelle (1) mit
Funkfrequenzen der gleichen Kanalgruppe wie die erste
Feststation versorgt, dadurch gekennzeichnet, daß die
Aussendung der weiteren Feststation (E) gegenüber der
Aussendung der ersten Feststation (BTS) phasenverschoben um
einen derartigen Zeitversatz erfolgt, daß die beiden
Aussendungen den Empfänger der Mobilstation innerhalb eines
Zeitfensters erreichen, welches durch einen in der
Mobilstation angeordneten Entzerrer aufgelöst und
ausgenutzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Zeitversatz für alle Kanäle der Kanalgruppe einheitlich
eingestellt ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Zeitversatz individuell für jeden einzelnen Kanal der
Kanalgruppe eingestellt ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Zeitversatz, mit dem die Signale der
ersten Feststation (BTS) und der weiteren Feststation (E)
den Empfänger der Mobilstation erreichen, im Bereich von 3
bis 16 Mikrosekunden liegt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die weitere Feststation (E) auf jedem
Kanal der Kanalgruppe ein Signal aussendet, welches
gegenüber dem Sendesignal der ersten Feststation (BTS)
sowohl zeitlich versetzt ist, als auch einen
Frequenzversatz aufweist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die weitere Feststation (E) auf jedem
Kanal der Kanalgruppe ein Signal aussendet, welches sich
zusammensetzt aus einem ersten Teilsignal, welches die
gleiche Zeitlage besitzt wie das Signal der ersten
Feststation (BTS), diesem gegenüber einen Frequenzversatz
aufweist, und einem zweiten Teilsignal, welches gegenüber
dem Signal der ersten Feststation (BTS) einen zeitlichen
Versatz aufweist und welches gegenüber dem Signal der
ersten Feststation (BTS) einen Frequenzversatz aufweist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
der Frequenzversatz des zweiten Teilsignals in Betrag und
Vorzeichen unterschiedlich vom Frequenzversatz des ersten
Teilsignals ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß der Frequenzversatz auf jedem Kanal
individuell eingestellt wird in Abhängigkeit von der im
zugehörigen Empfänger der ersten Feststation (BTS) aus dem
von der Mobilstation empfangenen Signal ermittelten
Frequenzablage.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß der zeitliche Versatz auf jedem Kanal
individuell eingestellt wird in Abhängigkeit von der im
zugeordneten Empfänger in der ersten Feststation (BTS) bei
der adaptiven Entzerrung ermittelten Impulsantwort des
Kanals.
15. Verfahren zur Verbesserung der Funkversorgung von
Mobiltelefonen in zellularen Mobilfunksystemen, wobei in
jeder Zelle (1) mindestens eine erste Feststation (BTS) mit
mindestens einer Antenne angeordnet ist, welche mindestens
den Bereich dieser Zelle (1) mit Funkfrequenzen einer
Kanalgruppe versorgt, und im Bereich der Zelle (1)
mindestens eine weitere Feststation (E) angeordnet ist,
welche mindestens einen Teil der Zelle (1) mit
Funkfrequenzen der gleichen Kanalgruppe wie die erste
Feststation versorgt, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem
Signal der ersten Feststation (BTS) das modulierende
Basisbandsignal ausgekoppelt, einer aus der
Frequenzerzeugung der ersten Feststation (BTS) abgeleiteten
und um einen Frequenzversatz gegenüber der Trägerfrequenz
der ersten Feststation verschobenen Trägerfrequenz
aufmoduliert und nach Leistungsverstärkung einer
Sendeantenne der weiteren Feststation (E) zugeführt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß
das Basisbandsignal zeitlich verzögert wird.
17. Verfahren zur Verbesserung der Funkversorgung von
Mobiltelefonen in zellularen Mobilfunksystemen, wobei in
jeder Zelle (1) mindestens eine erste Feststation (BTS) mit
mindestens einer Antenne angeordnet ist, welche mindestens
den Bereich dieser Zelle (1) mit Funkfrequenzen einer
Kanalgruppe versorgt, und im Bereich der Zelle (1)
mindestens eine weitere Feststation (E) angeordnet ist,
welche mindestens einen Teil der Zelle (1) mit
Funkfrequenzen der gleichen Kanalgruppe wie die erste
Feststation versorgt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
der ersten Feststation (BTS) und der weiteren Feststation
(E) eine Relais-Verbindung besteht, wobei von der weiteren
Feststation das von der ersten Feststation (BTS)
ausgesendete Signal empfangen wird, mit einer ersten
Mischfrequenz in eine Zwischenfrequenzlage umgesetzt und
verstärkt wird und anschließend mit einer zweiten
Mischfrequenz, die sich von der ersten Mischfrequenz um
einen Frequenzversatz unterscheidet, in die ursprüngliche
Frequenzlage umgesetzt und nach der Verstärkung von der
weiteren Feststation (E) ausgesendet wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß
das empfangene Signal zeitlich verzögert wird.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste Feststation (BTS) ihr
Sendesignal in einem anderen Frequenzbereich aussendet und
die Relaisstation dieses Signal verarbeitet und
anschließend mit dem definierten Frequenzversatz auf den
von der ersten Feststation (BTS) benutzten Frequenzen
wieder aussendet.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, daß die Feststationen (BTS und E) am
gleichen Standort betrieben werden.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, daß eine oder mehrere weitere Feststationen
(E) in einem Abstand von der ersten Feststation (BTS)
innerhalb der Zelle betrieben werden.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste Feststation (BTS) am Rande
einer Sektorzelle (4) betrieben wird, und daß die weitere
Feststation (E) der ersten Feststation (BTS) bezüglich der
Sektorzelle (4) gegenüberliegend betrieben wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste Feststation (BTS) ihre
Sektorzelle (4) als Teil eines Funknetzes vom Rand her
versorgt und daß die weiteren Feststationen (E) in den
Kreuzungspunkten mit benachbarten Sektorzellen (4)
betrieben werden.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste Feststation (BTS) ihre
Sektorzelle (4) von der Mitte aus versorgt und daß am Rand
dieser Sektorzelle (4) die weiteren Feststationen (E)
betrieben werden, die ihrerseits mit Richtantennen Teile
der Sektorzelle (4) mit denselben Kanälen wie die erste
Feststation (BTS) versorgen.
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