DE10025986A1 - Mobilfunksystem mit synchronisierten Basisstationen - Google Patents

Abstract

Für eine Mobilfunkstandards ist unter anderem eine Zeitsynchronisation der Basisstationen (1, 2) vorgesehen. Da eine unmittelbare Synchronisation über Funk, über ein Steuerkabel oder über das Fernsprech- und Datennetz in vielen Fällen zu erheblichen Problemen führt, erfolgt gemäß der Erfindung die Synchronisation der Basisstationen durch Synchronbefehle, die vergleichbar den bekannten Rundsteuersystemen durch Netzüberlagerung im Stromversorgungsnetz (11, 13) übertragen werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mobilfunksystem mit über den Servicebereich verteilten Funk-Basisstationen, mit denen mobile Stationen in Verbindung treten können und die zur Energieversorgung an ein Stromversorgungsnetz angeschlossen sind. Ferner sind die Bassistationen über eine jeweilige Schnittstelle einzeln oder zu mehreren mit Basisstations- Steuerstationen verbunden, wobei zumindeste ein Teil der Ba­ sisstationen zumindest gruppenweise zeitsychronisiert sind.

Im Rahmen der gegenwärtigen Bemühungen, die Mobilfunksysteme zu universalisieren und die durchführbaren Dienste zu be­ schleunigen, werden weiterentwickelte Standards in Betracht gezogen. Dabei ist ein System mit dem Namen EDGE in der Defi­ nitionsphase, das in zwei Varianten zur Diskussion steht, nämlich ETSI-EDGE ("EDGE Classic") und "EDGE Compact". Die Version "EGGE Compact" soll hierbei mit einer Bandbreite von nicht mehr als 600 kHz auskommen. Eine der technischen Vor­ aussetzungen hierfür ist aber, daß die Funk-Basisstationen zeitsynchronisiert sind (ETSI SMG2 Working Session on EDGE, 24.-27. August 1999, Paris, TDoc SMG2 EDGE 322/99). Hierfür müssen die Basisstationen nicht nur eine Taktinformation, sondern eine genaue Zeitinformation erhalten.

Eine hierfür möglicherweise naheliegende Lösung, nämlich die Steuerung der Synchronisierung über eine jeweilige Basissta­ tion-Steuerstation erweist sich aus folgenden Gründen als un­ günstig. Erstens basiert die entsprechende Schnittstelle, die sogenannte A_bis-Schnittstelle, auf einem Raster mit 125 µs. Ein Rahmen kann daher um ±125 µs wandern. Zweitens können die Steuerstationen in einer Schleife oder sternförmig ge­ schaltet sein. Im Fall der Schleifenschaltung verursachen die Steuerstationen aufgrund einer implementierten elastischen Datenpufferung zeitvariable Verzögerungen. Im Fall der Sternschaltung liegen zwischen der Steuerstation und der einzelnen Basisstation Punkt-zu-Punkt-Verbindungen vor, die von einem Operator gemietet werden, so daß ihre Eigenschaften zumeist unbekannt sind. So kann beispielsweise in der Leitung ein Zwischenverstärker zwischengeschaltet sein, der mittels eines elastischen Puffers ebenfalls unbekannte zeitvariable Verzö­ gerungen erzeugt.

Eine bekannte Lösung stellt die Verwendung eines speziellen Synchronisationsmoduls dar, z. B. eines GPS-Empfängers bzw. eines DCS77-Empfängers an der Basisstation, der an sie Syn­ chronbefehle abgibt. Auch dies erweist sich jedoch bei vielen Gegebenheiten als problematisch. Der GPS-Empfänger setzt ei­ nen Antennenstandort mit einer möglichst freien Rundumsicht von 360° zum Empfang von Satellitensignalen voraus. Dies ist meist nur auf dem Dach von Gebäuden möglich. Für Hochhäuser erhält man zum Teil sehr lange Antennenleitungen, wenn der Empfänger in der Steuerstation integriert ist, bzw. lange Verbindungsleitungen, wenn er extern montiert ist. Insbeson­ dere bei Innenhaussystemen mit kleinen Zellen ergeben sich problematische Installationen. Im U-Bahn-Bereich in Innen­ städten ist die Außeninstallation der GPS-Antenne aufgrund der langen Wege meist unmöglich. Ist jeder Basisstation ein eigener Zeitsignalempfänger zugeordnet, so ergeben sich bei kleinen, von einer Mikrobasisstation versorgten Zellen bei­ spielsweise für jede Etage eines Hochhauses entsprechend viele Zeitsignalempfänger mit entsprechend vielen Antennen oder Antennenleitungen/Verbindungsleitungen, während bei Ver­ wendung eines zentralen Zeitsignalempfängers von diesem zu jeder Basisstation eine spezielle Leitung für die Synchronbe­ fehle verlegt werden muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein leicht und kostengünstig zu implementierendes, weitgehend problemlos arbeitendes System zur Synchronisierung der Basisstationen zu schaffen.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale eines Mobilfunksystems nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfin­ dung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß erfolgt die Zeitsynchronisation der Basissta­ tionen durch Synchronbefehle, die durch Netzüberlagerung im Stromversorgungsnetz übertragen werden.

Die Grundlagen der entsprechenden Technik sind seit langem insbesondere in Zusammenhang mit Rundsteuerungen bekannt (z. B. DE-AS 21 24 870, 23 04 734, 24 56 344; DE-PS 197 14 386). Es sind auch Systeme bekannt, bei denen Rundsteuersignale synchron von mehreren Sendestation gesendet werden und die Sendestationen selbst durch entsprechende Signale synchroni­ siert sind (DE-AS 19 51 444, 25 31 470). Die entsprechende Signalübertragung durch Netzüberlagerung ist sowohl einphasig als auch dreiphasig möglich (DE-AS 21 33 180). Der Realisie­ rung entsprechender Synchronisiersysteme in Mobilfunksystemen stehen also keine grundsätzlichen Probleme entgegen.

Dem Industriefrequenz-Wechselstrom können vielerlei kodierte Schaltbefehle, beispielsweise zum Einschalten oder Ausschal­ ten bestimmter Belastungen, überlagert sein. Die für die Ba­ sisstationen bestimmten Synchronbefehle benötigen also eine ausreichende Länge, um sie eindeutig identifizierbar zu ma­ chen. Um zu einem definierten Synchronzeitpunkt zu kommen, muß deshalb ein bestimmter Punkt des Synchronbefehls für die Synchronisation definiert sein, beispielsweise ein einer di­ gitalen Kenn-Impulsfolge folgender Synchronimpuls oder, bei noch höheren Anforderungen an die zeitliche Übereinstimmung, eine gegebene Flanke dieses Synchronimpulses.

Bei Netzen üblicher Größe ist die Verwendung einer Mehrzahl von Zeitgebern erforderlich, die die Synchronbefehle in das Stromversorgungsnetz an örtlich verschiedenen Stellen einlei­ ten und ihrerseits von einem zentralen Zeitgeber zeitgesteu­ ert sind, beispielsweise über Funk. Geht man von einer ein- oder dreiphasigen Speisung der Basisstationen durch 20 kV/230 V-Transformatoren aus, so sitzen die Zeitgeber mit einem jeweiligen Zeitsignalempfänger, beispielsweise einem GPS-Empfänger, jeweils auf der Sekundärseite, also insbeson­ dere der 230-V-Seite der Transformatoren. Alle Basisstatio­ nen, die stromversorgungsmäßig vom selben Transformator ge­ speist werden, können von einem einzigen Zeitgeber synchroni­ siert werden. Hierdurch erspart man sich eine andernfalls sehr viel höhere Zahl von Zeitgebern sowie den Aufwand für eigene Zeitsignalleitungen zwischen dem Zeitgeber und den Ba­ sisstation.

Die Synchronbefehle benötigen allerdings von den Zeitgebern bis zu den Basisstationen eine von den jeweiligen Installa­ tionen, insbesondere den Leitungslängen, abhängige Laufzeit. Diese Laufzeit muß bei der Installation der Basisstationen jeweils gemessen und ihre Kompensation muß eingestellt wer­ den, und zwar mit Hilfe justierbarer Zeitlaufglieder im Weg der Synchronbefehle. Vorzugsweise sind die Zeitlaufglieder in den einzelnen Basisstationen nach einer in der Basisstation befindlichen Synchronbefehl-Auskoppelstelle positioniert. Für mehrere durch die örtliche Architektur gleiche Signalwege aufweisende Basisstationen käme aber auch eine einspeisungs­ seitige Laufzeitjustierung in Frage.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfin­ dung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Aus­ führungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Die einzige Figur zeigt schematisch einen Ausschnitt aus der Festinstallation eines Mobilfunknetzes.

Der in Zeichnung schematisch dargestellte Bereich des Netzes umfaßt eine erste Anzahl von Basisstationen 1 kleinerer Lei­ tung, mit einphasiger Wechselstromspeisung, und eine Anzahl Basisstationen 2 höherer Leistung mit dreiphasiger Wechsel­ stromspeisung. Die Basisstationen sind symbolisch als Funk­ türme dargestellt, speziell im Fall kleinerer Stationen zur Bedienung von kleineren Zellen, die beispielsweise nur Gebäu­ deteile sind, handelt es sich jedoch nur um eine Senderschal­ tung mit Antenne.

Die Basisstationen werden einzeln oder auch in Gruppen von einer jeweiligen Basisstation-Steuerstation 3 gesteuert, und diese Stationen hängen festnetzmäßig mit einem Vermittlungs- und Betreibernetz 4 zusammen, entsprechend den örtlichen Ge­ gebenheiten und dem Netzstandard. Zwischen den Basisstationen 1, 2 und den Steuerstationen 3 ist eine Schnittstelle defi­ niert, die üblicherweise als Abis bezeichnet wird.

In der Zeichnung ist, was die Stromversorgung angeht, nur die der Basisstationen 1 und 2 dargestellt. Die Stromversorgung der Basisstationen 1 erfolgt einphasig, also über zwei Strom­ leiter, von einer Transformatorstation 10 über ein Stromver­ sorgungsnetz 11. Die Stromversorgung der Basisstationen 2 er­ folgt dreiphasig von einer Transformatorstation 12 über ein Stromversorgungsnetz 13.

Die Basisstationen 1 und 2 sind miteinander und mit dem ge­ samten Netz des Systems zeitlich synchronisiert. Die Synchro­ nisation geht aus von einem schematisch dargestellten zentra­ len Zeitgeber 17, der mit einem Sender versehen ist und über Funkwellen 18 dezentrale Zeitgeber 19, 20 erreicht, die den Transformatorstationen 10 bzw. 12 zugeordnet sind. Der der Transformatorstation 10 zugeordnete Zeitgeber 19 ist für eine einphasige Einleitung von Synchronbefehlen auf das Stromver­ sorgungsnetz 11 geschaltet und der der Transformatorstation 12 zugeordnete Zeitgeber 20 ist für eine dreiphasige Einlei­ tung der Synchronbefehle in das Stromversorgungsnetz 13 ge­ schaltet. Der Einleitung dient jeweils eine Einleitungsschal­ tung 21. Der jeweilige Synchronbefehl ist dann im Stromver­ sorgungsnetz mit einer abweichenden, im allgemeinen höheren Frequenz als der Industriefrequenz von 50 oder 60 Hz dem Wechselstrom überlagert und enthält eine digitale Symbolfolge als Kenn-Impulsfolge aufmoduliert.

An der Basisstation 1 bzw. 2 wird die Kenn-Impulsfolge des Synchronbefehls erkannt und mit Hilfe einer Auskoppelschal­ tung 24 extrahiert. Der gesamte Synchronbefehl oder zumindest der separierte Synchronimpuls durchlaufen nun eine individu­ ell justierte Zeitkorrekturschaltung 25, die im wesentlichen ein Zeitlaufglied enthält, das die diversen Verzögerungen durch die Laufzeit auf dem Stromversorgungsnetz und gegebe­ nenfalls dort vorhandenen Verzögerungsstellen kompensiert, nämlich insbesondere zu einer für alle Basisstationen 1 und 2 gleichen Gesamtlaufzeit ausdehnt. Der resultierende, an allen Basisstationen zu gleicher Zeit auftretende Synchronimpuls führt dann in an sich bekannter Weise die synchrone Zeitsteuerung der Basisstationen durch.

Claims (8)

1. Mobilfunksystem mit über den Servicebereich verteilten Funk-Basisstationen (1, 2), mit denen mobile Stationen in Verbindung treten können und die zur Energieversorgung an ein Stromversorgungsnetz (11, 13) angeschlossen sind und außerdem über eine jeweilige Schnittstelle (A_bis) einzeln oder zu meh­ reren mit Basisstations-Steuerstationen (3) verbunden sind, die ihrerseits mit einem Vermittlungssystem (4) verbunden sind, sowie mit einer zumindest gruppenweisen Zeitsychronisa­ tion zumindest eines Teils der Basisstationen, dadurch gekennzeichnet, daß daß die Zeitsynchronisation der Basisstationen (1, 2) durch Synchronbefehle erfolgt, die durch Netzüberlagerung im Strom­ versorgungsnetz (11, 13) übertragen werden.

2. Mobilfunksystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Synchronbefehle aus einer Kenn-Impuls­ folge und einem daran anschließenden Synchronimpuls bestehen.

3. Mobilfunksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Synchronbefehle in das Stromver­ sorgungsnetz (11, 13) von örtlich an verschiedenen Stellen angeordneten Zeitgebern (19, 20) eingeleitet werden, die ih­ rerseits von einem zentralen Zeitgeber (17) zeitgesteuert sind.

4. Mobilfunksystem nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Synchronbefehle abgebenden Zeitgeber (19, 20) vom zentralen Zeitgeber (17) über Funk (18) zeitge­ steuert sind.

5. Mobilfunksystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die die Synchronbefehle abgebenden Zeitgeber (19, 20) über Einleitungsstellen (21) mit dem Stromversorgungsnetz (11, 13) verbunden sind, die sekundärseitig am jeweils letzten Netztransformator (10, 12) des Stromversorgungsnetzes liegen.

6. Mobilfunksystem nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeweils ein einziger Zeitgeber (19, 20) die Synchronbefehle an alle sekundärseitig an die selben Sekun­ däranschlüsse des jeweiligen Netztransformators (10, 12) an­ geschlossenen Basisstationen (1, 2) sendet.

7. Mobilfunksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß justierbare Zeitlaufglie­ der (25) im Weg der Synchronbefehle angeordnet sind.

8. Mobilfunksystem nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zeitlaufglieder (25) in den einzelnen Basisstationen (1, 2) nach einer in der Basisstation befind­ lichen Synchronbefehl-Auskoppelstelle (24) positioniert sind.