DE10122696C2 - Sendeverfahren zur Übertragung eines nicht-kontunuierlich gesendeten Mobilfunkkanals sowie Mobilfunk-Basisstation und Mobilfunknetz - Google Patents
Sendeverfahren zur Übertragung eines nicht-kontunuierlich gesendeten Mobilfunkkanals sowie Mobilfunk-Basisstation und MobilfunknetzInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Sendeverfahren nach dem Oberbeg
riff des Anspruchs 1 sowie eine zur Durchführung dieses Sen
deverfahrens ausgebildete Mobilfunk-Basisstation und ein Mo
bilfunknetz.
Das nachrichtentechnische Kernstück der mobilen Telekommuni
kation ist der bidirektionale Funkbetrieb zwischen fest in
stallierten Basisstationen und den auch als Mobilstationen
bezeichneten Endgeräten der Nutzer. Der Grundgedanke der Flä
chenabdeckung durch eine variable zellulare Struktur der Net
ze erfordert ausgefeilte Synchronisationsprozeduren für einen
störungsfreien Sende-/Empfangsbetrieb zwischen den verschie
denen Basisstationen und Mobilstationen, insbesondere im Zu
sammenhang mit dem sogenannten Handover, d. h. dem "Weiter
reichen" einer sich bewegenden Mobilstation zwischen ver
schiedenen Basisstationen.
Zur Synchronisation des Betriebes einer mit einer Basisstati
on des Mobilfunknetzes kommunizierenden Mobilstation - genau
er gesagt: zur Frequenz-, Slot-, Rahmen- bzw. Frame- und Co
desynchronisation - dient ein speziell zu diesem Zweck von
der Basisstation gesendeter Synchronisationskanal. Über die
sen Kanal werden keine Nutzdaten übertragen. Die in diesem
Kanal abgestrahlte Sendeleistung stellt daher bezüglich der
Datenkanäle grundsätzlich Störleistung dar. Diese Sendeleis
tung sollte daher möglichst gering sein.
Zudem sollten über den Synchronisationskanal möglichst wenig
zeitverzögerte Signale am Ort der Mobilstation ankommen, denn
diese Signale können zur Intersymbolinterferenz führen.
Speziell bei reinen TDMA-Systemen mit synchronisierten Basis
stationen wird der Synchronisationskanal üblicherweise in un
terschiedlichen Slots (Zeitschlitzen des Zeitdiversity-Sche
mas) gesendet, wobei die erwähnten Störungen grundsätzlich
nicht auftreten können.
Bei nicht ausschließlich nach dem TDMA-Prinzip arbeitenden
Mobilfunksystemen können die oben erwähnten Probleme jedoch
in der Praxis eine erhebliche Rolle spielen.
Ohne unmittelbaren Bezug zum Aussenden eines gesonderten Syn
chronisationskanals ist im Stand der Technik ein Verfahren
zur Teilnehmerseparierung bekannt, das mit "SDMA" (Space Di
vision Multiple Excess) bezeichnet wird. Insofern wird auf
die Druckschriften DE 197 54 783 A1, DE 32 24 183 A1 und DE 44 27 755 A1
verwiesen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe der Bereitstellung ei
nes Sendeverfahrens, welches die zeitliche Verteilung der in
eine Zelle des Netzes einfallenden Leistungsdichte im Syn
chronisationskanal möglichst gering hält und eine gute zeit
liche Trennung der Synchronisationssignale verschiedener Ba
sisstationen ermöglicht, sowie einer zur Durchführung dieses
Verfahrens geeigneten Basisstation und ein entsprechendes Mobilfunknetz zugrunde.
Diese Aufgabe wird in ihrem Verfahrensaspekt durch ein Sende
verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, in ihrem Vor
richtungsaspekt durch eine Mobilfunk-Basisstation mit den
Merkmalen des Anspruchs 8 und in ihrem Mobilfunknetz
aspekt durch die im Anspruch 17 angegebenen Merkmale gelöst.
Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteran
sprüchen angegeben.
Die Erfindung sieht vor, den Synchronisationskanal nicht -
wie bisher üblich - mit einer ungerichteten Sendeantenne (om
nidirektional) auszustrahlen, sondern gerichtet, wobei die
Senderichtung eine Zeitabhängigkeit aufweist. Hierdurch wird
die Anzahl der gleichzeitig aktiven Ausbreitungspfade verrin
gert. Wurden bei den bekannten Systemen bei Aussendung über
einen Rundstrahler seitens der Mobilstation Empfangssignale
über mehrere Pfade gleichzeitig empfangen, so wird beim er
findungsgemäßen Verfahren ein zeitlich gestaffelter Empfang
dieser Mehrwegesignale realisiert.
Da sich die Senderichtungen der einzelnen einen bestimmten
räumlichen Bereich des Mobilfunknetzes bedienenden Bassista
tionen so abstimmen lassen, dass die Senderichtungen im Synchronisationskanal
nicht gleichzeitig auf einen Raumbereich
gerichtet sind, ist eine erhebliche Verringerung der Inter
zellen- und Intrazelleninterferenz möglich. Bei konstanter
Sendeleistung erhöht sich hiermit die Reichweite der Basis
stationen und die (unter dem Aspekt der Basisstation-
Mobilstation-Synchronisation) maximal mögliche Zellengröße.
Nimmt man die Zellengröße als gegeben an, kann andererseits
die Sendeleistung des Synchronisationskanals reduziert wer
den.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die Sende
richtung zur Ausstrahlung des Synchronisationskanals auf e
lektrischem oder mechanischem Wege gedreht. Die Winkelge
schwindigkeit dieser Drehung ist hierbei insbesondere kon
stant. Die vorrichtungsseitige Realisierung dieser bevorzug
ten Ausführung erfolgt mittels einer entsprechend drehbaren
Sendeantenne, die insbesondere eine elektrische oder mechani
sche Drehvorrichtung aufweist, welche mit konstanter Winkel
geschwindigkeit arbeitet.
In einer hierzu alternativen Ausführung des Verfahrens wird
die Senderichtung nach einem vorbestimmten Ablaufschema zwi
schen mehreren diskreten Winkelstellungen (relativ zu einer
festen Bezugsrichtung) umgeschaltet. Eine entsprechende Ba
sisstation hat eine Schalteinrichtung zur Umschaltung zwi
schen den verschiedenen Senderichtungen sowie eine dieser zu
geordnete Speichereinrichtung zur Speicherung eines entspre
chenden Umschaltprogramms.
In einer weiter bevorzugten Ausführung erfolgt die Aussendung
des Synchronisationskanals jeweils gleichzeitig in verschie
dene Richtungen ("Richtkeulen"), wobei diese Senderichtungen
in starrer Zuordnung zueinander eine zeitliche Abhängigkeit
haben. Eine zweckmäßige vorrichtungsseitige Realisierung be
steht im Aufbau einer Sendeantenne mit mehreren Richtkeulen,
der eine Drehvorrichtung oder Umschalteinrichtung - wie oben
erwähnt - zugeordnet ist.
Räumlich asymmetrische Zellen des Mobilfunknetzes können
durch eine Aussendung des Synchronisationskanals mit speziell
gewählter azimut- und elevationswinkelabhängiger Strahlungs
dichteverteilung optimal "ausgeleuchtet" werden. Die ver
schiedenen Richtkeulen des Sendesignals werden hier also mit
unterschiedlicher effektiver Sendeleistung ausgestrahlt. Der
artige Antennenkonstruktionen sind in der Nachrichtentechnik
als Richtantennen mit spezieller Haupt- und Nebenkeulenkonfi
guration an sich bekannt und relativ leicht realisierbar.
Neben den oben erwähnten Aspekten, die allein den Sendebe
trieb für einen Mobilfunkkanal (speziell seitens einer Basis
station) betreffen, sind auch systemseitige Ausgestaltungen
des Verfahrens möglich. So kann der Synchronisationskanal
insbesondere zusätzlich zur Initiierung eines Zufallskanal
zugriffs (Random Access Transmission) in Uplink-Richtung, al
so von einer Mobilstation zur Basisstation hin, dienen. Hier
bei geht die Mobilstation speziell zu einem Zeitpunkt in den
Sendebetrieb, zu dem sie in einer mit gleicher Winkelge
schwindigkeit wie die Senderichtung (Sendekeule) der Basis
station rotierenden Empfangsrichtung (Empfangskeule) liegt.
Eine entsprechende vorrichtungsseitige Ausgestaltung des Mo
bilfunksystems sieht dementsprechend eine Empfangs-Sende-
Synchronisationseinrichtung in der Mobilstation sowie seitens
der Basisstation eine Empfangsantenne mit starr an die Sende
richtung der Sendeantenne gekoppelter, zeitlich variabler
Empfangsrichtung vor.
Das vorgeschlagene Verfahren kann, neben dem erwähnten Syn
chronisationskanal, auch für andere nicht-kontinuierlich ge
sendete Kanäle in einem Mobilfunksystem (z. B. CCPCH) oder
zur Synchronisation zwischen den Basisstationen in einem
UMTS-System vorteilhaft angewendet werden.
Ein Mobilfunknetz, bei dem die Erfindung realisiert wird, hat
eine Synchronisiereinrichtung zur Synchronisierung des zeit
abhängig ausgerichteten Sendebetriebs der ein und denselben
Raumbereich versorgenden Basisstationen, insbesondere des
Synchronisationskanals. Die Synchronisation erfolgt derart,
dass in keinem räumlichen Bereich des Netzes, der im Sendege
biet mehrerer Basisstationen liegt, der Synchronisationskanal
durch diese Basisstationen gleichzeitig in den Raumbereich
hinein ausgesandt wird.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Mobilfunksystems sind
außerdem Mittel zur Realisierung des oben erwähnten zeitlich
gesteuerten Kanalzugriffs durch die Mobilstationen im Anspre
chen auf den Empfang der "Richtkeule" des Synchronisationska
nals der Basisstation vorgesehen.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden,
skizzenartigen Beschreibung spezieller Ausführungsbeispiele
und -aspekte anhand der Figuren. Von diesen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der
Funktionsweise einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin
dung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Sendefunktion einer
Basisstation in einer weiteren bevorzugten Ausführung,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Sendefunktion einer
Basisstation in einer weiteren bevorzugten Ausführung,
Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des mit
der zeitlichen Änderung der Senderichtung synchronisierten
Kanalzugriffs und
Fig. 5a und 5b schematische Darstellungen der für die Erläu
terung der Erfindung wesentlichen Teile einer Mobilfunk-
Basisstation gemäß zwei Ausführungsformen der Erfindung.
In Fig. 1 sind symbolisch zwei Basisstationen BS1, BS2 eines
Mobilfunknetzes mit jeweils einer Sende-Richtkeule sowie eine
in der Sendereichweite beider Basisstationen liegende Mobil
station MS gezeigt. Der gekrümmte Pfeil über den Richtkeulen
der Basisstationen BS1, BS2 symbolisiert, dass die Senderich
tung bei der Aussendung des Synchronisationskanals gedreht
wird. Es ist leicht einzusehen, dass bei der angegebenen Lage
der Richtkeulen die Mobilstation MS nicht gleichzeitig im
Sendebereich des Synchronisationskanals beider Basisstationen
liegt. Dies wird durch eine geeignete Synchronisationsein
richtung sichergestellt.
Fig. 2 zeigt eine gegenüber den Basisstationen BS1, BS2 in
Fig. 1 insoweit modifizierte Basisstation BS1', als diese
drei Richtkeulen mit gleicher effektiver Sendeleistung hat,
welche in starrer Winkellage relativ zueinander gemeinsam ge
dreht werden.
Fig. 3 zeigt das Richtdiagramm einer weiter modifizierten Ba
sisstation BS1", deren Sendeantenne in drei Richtkeulen je
weils unterschiedliche Leistungen aussendet, womit eine azi
mutabhängige Strahlungsdichtefunktion S(ϕ) realisiert wird.
Eine solche Richtcharakteristik der Basisstation BS1" ist
durch eine (als solche bekannte) speziell angepasste Reflek
torgeometrie, gegebenenfalls im Zusammenwirken mit richtungs
bezogen wirkenden Dämpfungsmitteln, realisierbar.
Fig. 4 schließlich zeigt eine weitere Basisstation BS1''' und
eine in ihrer Sendereichweite liegende Mobilstation MS, bei
denen ein durch Nutzung der Erfindung möglicher spezieller
Kanalzugriffsmodus realisiert wird. Die Basisstation BS1'''
hat im Grunde die gleiche Richtcharakteristik wie die Basis
stationen BS1, BS2 der in Fig. 1 dargestellten und oben beschriebenen
ersten Ausführungsform. Sie unterscheidet sich
von dieser aber dadurch, dass der Drehung der Sendekeule SCH
TX Keule eine Empfangskeule RACH RX Keule mit einem konstan
ten Winkelversatz nachgeführt wird.
Hierbei ist also in der Mobilstation MS bei Empfang des Syn
chronisationssignals, also wenn die Sendekeule die Position
der Mobilstation MS überstreicht, ein Timer für den Versuch
eines Kanalzugriffs zu starten, der auf den Winkelabstand
zwischen Sende- und Empfangskeule und die Drehgeschwindigkeit
der Richtdiagramme abgestimmt ist und einen Kanalzugriff zu
dem Zeitpunkt steuert, zu dem die Mobilstation MS von der
Empfangskeule der Basisstation BS1''' überstrichen wird.
Fig. 5a und 5b zeigen in Teil-Blockschaltbildern jeweils
schematisch einen Sende- und Empfangsantennenabschnitt von
Mobilfunk-Basisstationen 10 bzw. 10'. Die Blöcke stellen
hierbei in schematischer Weise Funktionskomponenten dar, die
für die Ausführung der Erfindung wesentlich sind. Im übrigen
entspricht der Aufbau der Basisstationen im wesentlichen dem
Stand der Technik und wird daher hier nicht weiter erläutert.
Die Basisstation 10 nach Fig. 5a hat eine Synchronisationska
nal-Sendeantenne 11 und eine Empfangsantenne 13, die mecha
nisch starr miteinander sowie mit einer Welle 15a einer e
lektromotorischen Drehvorrichtung 15 verbunden sind. Die Syn
chronisationskanal-Sendeantenne 11 ist elektrisch mit dem
Ausgang einer Sendestufe 12 verbunden, und die Empfangsanten
ne 13 ist elektrisch mit dem Eingang einer Empfangsstufe 14
verbunden. Die Drehvorrichtung 15 ist über einen Steuersig
naleingang 15b und die Sendestufe 12 über einen Steuersignal
eingang 12a mit einer Synchronisationskanal-Sendesteuerung 16
verbunden. Diese steuert die Aussendung des Synchronisations
kanals in der Sendestufe 12 synchron zu einer Drehung der
Sendeantenne 11 mit konstanter Winkelgeschwindigkeit.
Sowohl die Sendeantenne 11 als auch die Empfangsantenne 13
haben - wie in der Figur mit punktierten Linien symbolisch
dargestellt ist, mehrere Sende- bzw. Empfangs-Richtkeulen mit
übereinstimmender Ausrichtung, die bei einer gemeinsamen Dre
hung der Sende- und Empfangsantenne 11, 13 in starrer Winkel
zuordnung zueinander gemeinsam gedreht werden.
In Fig. 5b ist eine gegenüber der Basisstation 10 nach Fig.
5a geringfügig modifizierte Basisstation 10' gezeigt, bei der
mit Fig. 5a übereinstimmende Komponenten mit denselben Be
zugsziffern wie dort bezeichnet sind und hier nicht nochmals
erläutert werden. Der wesentliche Unterschied besteht darin,
dass die Synchronisationskanal-Sendeantenne 11' und die Emp
fangsantenne 13' der Basisstation 10' fest montiert, aber da
für mit einer Senderichtungs-Schalteinrichtung 15' zur elekt
rischen Steuerung der effektiven Sende-(und Empfangs-)Rich
tung verbunden sind. Die Schalteinrichtung 15' bewirkt eine
elektrische Umschaltung der Sende- bzw. Empfangsrichtung zwi
schen den einzelnen Richtkeulen nach einem vorbestimmten Ab
laufschema, welches in einem Senderichtungs-Programmspeicher
16a einer modifizierten Synchronisationskanal-Sendesteuerung
16' programmiert ist.
Claims (19)
1. Sendeverfahren zur Übertragung eines nicht-kontinuierlich
gesendeten Synchronisationskanals durch eine Basisstation ei
nes Mobilfunknetzes,
gekennzeichnet durch
die Aussendung mit auf vorbestimmte Weise zeitlich geänderter
Senderichtung.
2. Sendeverfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Senderichtung mit vorbestimmter Winkelgeschwindigkeit e
lektrisch oder mechanisch gedreht wird.
3. Sendeverfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Winkelgeschwindigkeit konstant ist.
4. Sendeverfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Senderichtung nach einem vorbestimmten Ablaufschema zwi
schen mehreren diskreten Winkelstellungen relativ zu einer
festen Bezugsrichtung umgeschaltet wird.
5. Sendeverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Aussendung gleichzeitig in mehreren Senderichtungen er
folgt, welche gemeinsam zeitlich geändert werden.
6. Sendeverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Aussendung in verschiedenen Senderichtungen mit unter
schiedlicher Sendeleistung erfolgt.
7. Sendeverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Zugriff auf den Mobilfunkkanal durch eine Mobilstation
des Mobilfunknetzes in Abhängigkeit von der momentanen Sende
richtung der Basisstation initiiert wird, wobei der Zugriff
auf Zeitpunkte synchronisiert wird, zu denen die Mobilstation
sich im Bereich einer Senderichtung der Basisstation befin
det.
8. Mobilfunk-Basisstation (BS1, BS2; BS1'; BS1"; BS1'''; 10;
11) mit einer Sendeeinrichtung zur Aussendung eines Synchro
nisationskanals,
gekennzeichnet durch
eine mit der Sendeeinrichtung (12) verbundene Sendeantenne
(11; 11') mit verstellbarer Senderichtung.
9. Mobilfunk-Basisstation nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sendeantenne (11) elektrisch oder mechanisch drehbar ist.
10. Mobilfunk-Basisstation nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sendeantenne (11) eine elektrisch oder mechanisch wirken
de Drehvorrichtung (15) aufweist, die die Senderichtung mit
konstanter Winkelgeschwindigkeit dreht.
11. Mobilfunk-Basisstation nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sendeantenne (11') eine Schalteinrichtung (15') zur Um
schaltung der Senderichtung zwischen mehreren diskreten Win
kelstellungen relativ zu einer festen Bezugsrichtung und eine
mit einem Steuereingang der Schalteinrichtung verbundene Pro
grammspeichereinrichtung (16a') zur Speicherung eines vorbe
stimmten Ablaufschemas zur Umschaltung der Senderichtungen
aufweist.
12. Mobilfunk-Basisstation nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sendeantenne (11; 11') mehrere Richtkeulen und eine Drehvorrichtung
oder Schalteinrichtung (15; 15') aufweist, die
die Lage der Richtkeulen in starrer Zuordnung zueinander ver
stellt.
13. Mobilfunk-Basisstation nach einem der Ansprüche 8 bis 12,
gekennzeichnet durch
eine Empfangsantenne (13; 13') mit synchron zu einer Änderung
der Senderichtung verstellbarer Empfangsrichtung.
14. Mobilfunk-Basisstation nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Sende- und Empfangsantenne (11, 13) eine gemeinsame, e
lektrisch oder mechanisch wirkende Drehvorrichtung (15, 16)
zur Drehung der Sende- und Empfangsrichtung mit konstanter
Winkelgeschwindigkeit und konstantem Winkelabstand zugeordnet
ist.
15. Mobilfunk-Basisstation nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Sende- und Empfangsantenne eine Schalteinrichtung zur Um
schaltung der Senderichtung zwischen mehreren diskreten Win
kelstellungen relativ zu einer festen Bezugsrichtung und eine
mit einem Steuereingang der Schalteinrichtung verbundene Pro
grammspeichereinrichtung (16a') zur Speicherung eines vorbe
stimmten Ablaufschemas zur Umschaltung der Sende- und Emp
fangsrichtungen zugeordnet ist.
16. Mobilfunk-Basisstation nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sendeantenne (11) zur Abgabe unterschiedlicher Strah
lungsleistungen in den verschiedenen Richtkeulen ausgebildet
ist.
17. Mobilfunknetz mit einer Vielzahl von Basisstationen nach
einem der Ansprüche 8 bis 16 und einer Vielzahl von Mobilsta
tionen, bei dem Raumbereiche in der Sendereichweite jeweils
mehrerer Basisstationen liegen,
gekennzeichnet durch
eine Sende-Synchronisationseinrichtung zur Synchronisierung
der jeweiligen Senderichtung der einen bestimmten Raumbereich
erfassenden Basisstationen zu jedem Zeitpunkt derart, dass
der Raumbereich bei Aussendung eines Synchroni
sationskanals nicht gleichzeitig in der Senderichtung mehre
rer Basisstationen liegt.
18. Mobilfunknetz nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sende-Synchronisationseinrichtung Mittel zur Fernsteue
rung der elektrisch oder mechanisch wirkenden Drehvorrichtun
gen oder Schalteinrichtungen der Basisstationen aufweist.
19. Mobilfunknetz nach Anspruch 17 oder 18,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Mobilstationen Kanalzugriffs-Synchronisierungsmittel zur
zeitlichen Steuerung eines Kanalzugriffs in vorbestimmter
zeitlicher Abhängigkeit vom Empfang eines von einer Basissta
tion mit zeitveränderlicher Senderichtung ausgesandten Syn
chronisationskanals aufweisen.
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Legal Events
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8304 | Grant after examination procedure | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |