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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Signalübertragung in einem Funk-Kommunikationssystem,
insbesondere in einem Mobilfunksystem. Weiterhin betrifft die Erfindung
ein Teilnehmerendgerät
sowie eine netzseitige Station mit jeweils Mitteln zum Durchführen des
Verfahrens.
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Funk-Kommunikationssysteme
der zweiten Generation, beispielsweise GSM (Global System for Mobile
Communication), und dritten Generation, beispielsweise UMTS (Universal
Mobile Telecommunication System), zeichnen sich unter anderem dadurch
aus, dass sie in jeweils fest vorgegebenen Frequenzbändern des Funkfrequenzspektrums
realisiert werden. So sind für
das GSM-System in den zugeordneten Frequenzbändern beispielsweise jeweils
200kHz breite Frequenzkanäle
vorgesehen, die zur gleichzeitigen Nutzung durch mehrere Teilnehmer
in acht Zeitschlitze unterteilt werden (TDMA-Teilnehmerseparierung),
währenddessen
in dem UMTS-FDD-Modus (Frequency Division Duplex) 5MHz breite Frequenzkanäle vorgesehen
sind, in denen Teilnehmer nach so genannten Spreizkodes getrennt
werden (CDMA-Teilnehmerseparierung). Die Frequenzbänder sind
bei dem GSM-System im Bereich um 900 MHz bzw. 1800 und 1900MHz angeordnet,
währenddessen
die Frequenzbänder
des UMTS-Systems im Bereich von 2GHz bzw. in den so genannten Erweiterungsbändern um
2,6GHz liegen. Zukünftige
Systeme für
noch höherratige Übertragungsraten
werden voraussichtlich im Bereich von 5GHz und noch höher angesiedelt
sein.
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Große Chancen
für den
Einsatz in Systemen der vierten Generation bzw. der Evolution der
dritten Generation wird dem so genannten OFDM-Verfahren (Orthogonal
Frequency Division Multiplex) bzw. dem OFDMA-Teilnehmerseparierungsverfahren
(OFDM-Access) zugesprochen.
Dabei wird ein Frequenzband in eine Vielzahl von Unterfrequenzbändern unterteilt,
von denen ab hängig
von einer gewünschten Übertragungsrate eine
Anzahl für
einen bestimmten Zeitraum einem Teilnehmer zugeordnet wird. Das
OFDM-Übertragungsverfahren
wird beispielsweise in dem so genannten WLAN-System nach dem IEEE
802.11-Standard bereits verwendet.
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Für zukünftige Systeme
der vierten Generation bzw. Evolutionen der dritten Generation ist
zudem vorgesehen, dass sie übergreifend
in unterschiedlichen Frequenzbändern
operieren können,
wobei auch eine Nutzung von Frequenzbändern, die aktuell Systemen
der zweiten und dritten Generation zugeordnet sind, nicht ausgeschlossen
wird. Ein Teilnehmerendgerät
wird dann beispielsweise in der Lage sein, in allen vorstehend genannten
Frequenzbändern
ein OFDM-basiertes Übertragungsverfahren
zu unterstützen.
Entsprechendes kann für
die Basisstationen bzw. Netzzugangspunkte (engl. Access Point) des
Systems gelten, wobei eine physikalische Trennung nach den einzelnen
Frequenzbändern
nicht auszuschließen
ist. So ist beispielsweise denkbar, dass eine UMTS-Basisstation
in den gleichen Frequenzbändern
auch ein OFDM-basiertes Übertragungsverfahren
unterstützt,
währenddessen
der Frequenzbereich um 5GHz von speziellen Netzzugangspunkten abgedeckt
wird.
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Für die Definition
der Struktur der Funkschnittstelle in derartigen Funk-Kommunikationssystemen,
insbesondere in Systemen mit mobilen Teilnehmerendgeräten, muss
die zeitliche Änderung
von Übertragungseigenschaften
aufgrund verschiedener physikalischer Effekte berücksichtigt
werden. So steigt beispielsweise die empfangsseitige Frequenzverschiebung
aufgrund des so genannten Doppler-Effektes bei einer relativen Bewegung
zwischen Sender und Empfänger
proportional mit steigender Trägerfrequenz
an, währenddesssen
der Mehrwegeausbreitungseffekt (engl. Multipath), d.h. eine durchschnittliche
zeitliche Spreizung der Verzögerung (engl.
Delay Spread), mit steigender Trägerfrequenz
abnimmt. Allgemein kann zudem definiert werden, dass mit steigender
Trägerfrequenz
größere Bandbreiten
und entsprechend höhere Übertragungsraten
verwirklicht werden können.
Die Verwendung von großen
Bandbreiten führt jedoch
entsprechend zu einem erhöhten
Rechenaufwand zur Verarbeitung der Signale.
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Vorangehende Überlegungen
würden
bei einer Systemdimensionierung dazu führen, dass bei einem Einsatz
eines OFDM-basierten Übertragungssystems
in dem GSM-Frequenzband um 900MHz Unterfrequenzbänder mit beispielsweise jeweils
10kHz gewählt
würden,
um die in diesem Frequenzbereich auftretenden starken Mehrwegeausbreitungseffekte
zu beschränken.
Eine gleiche Dimensionierung würde
jedoch in dem Frequenzband um 5GHz und einer Bandbreite von beispielsweise
100MHz zu 10000 Unterfrequenzbändern à 10kHz
führen,
welches von einer Signalverarbeitung nicht handhabbar ist. In diesem
Frequenzbereich würde
eine derart schmalbandige Auslegung der Unterfrequenzbändern zudem
nicht erforderlich sein, da dort Mehrwegeausbreitungseffekte nur
beschränkt
auftreten.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Verfahren sowie Komponenten eines
Funk-Kommunikationssystems anzugeben, welche einen effizienten und ökonomischen
Einsatz eines Übertragungsverfahrens
in unterschiedlichen Frequenzbändern
ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren sowie teilnehmer- und netzseitige
Stationen nach den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweiligen abhängigen Patentansprüchene entnehmbar.
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Erfindungsgemäß wird in
einem Funk-Kommunikationssystem, welches zumindest zwei Frequenzbänder mit
jeweils einer Vielzahl von Unterfrequenzbändern für eine Signalübertragung
von/zu Teilnehmer-Endgeräten
nutzt, in den zumindest zwei Frequenzbändern ein gleiches Übertragungsverfahren
verwendet, wobei kennzeichnend die Unterfrequenzbänder eine
jeweils unterschiedliche Frequenzbreite aufweisen.
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Auf
das einleitend genannte Beispiel abgebildet würde dies bedeuten, dass für Trägerfrequenzen
um 900MHz beispielsweise eine Frequenzbreite von 10kHz verwendet
wird, währenddessen in
dem Frequenzbereich um 2,6GHz eine Frequenzbreite von 20kHz und
in dem Frequenzbereich um 5GHz eine Frequenzbreite von 40kHz verwendet
wird. Vorteilhaft wird hierdurch der Einfluss des Dopplereffektes
sowie das Phasenrauschen unabhängig
von der jeweiligen Trägerfrequenz
nahezu konstant gehalten. Gleichzeitig wird durch die Verwendung
von unterschiedlichen Frequenzbreiten der Rechenaufwand vorteilhaft
verringert bzw. auf ein handhabbares Maß beschränkt.
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Gemäß einer
ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die zumindest
zwei Frequenzbänder
in eine jeweils gleiche Vielzahl Unterfrequenzbänder unterteilt. Auf vorangehendes
Beispiel abgebildet würde
dies bedeuten, dass beispielsweie jeweils 512 Unterfrequenzbänder definiert
werden, welches zu einer entsprechenden Breite der Frequenzbänder von
5MHz, 10MHz bzw. 20MHz führt.
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Besonders
vorteilhaft wird die Erfindung nach einer weiteren Ausgestaltung
in einem Funk-Kommunikationssystem eingesetzt, in dem die Signalübertragung
gemäß einem
OFDM-basierten Verfahren erfolgt.
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Erfindungsgemäße Stationen,
sowohl netzseitig als auch Teilnehmerseitig, weisen Mittel auf,
die eine Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglichen.
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Anhand
von in Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung
nachfolgend weitergehend erläutert.
Dabei zeigen
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1 eine
beispielhafte Anordnung von Stationen eines Funk-Kommunikationssystems,
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2 einen
Wertebereich für
einen beispielhaften Skalierungsfaktor zur Ermittlung der Frequenzbreite
in Abhängigkeit
von der Trägerfrequenz,
und
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3 eine
Darstellung des Zusammenhangs zwischen Frequenz- und Zeitbereich.
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In 1 ist
eine Situation beispielhaft dargestellt, in der sich ein Teilnehmerendgerät UE (User
Equipment) in so genannten Funkzellen sowohl einer Basisstation
NB (Node B) eines UMTS-Mobilfunksystems als auch eines Netzzugangspunktes
AP (Access Point) aufhält.
Es sei angenommen, dass die Basisstation mit Trägerfrequenzen im Bereich von
ca. 2–2,6
GHz und der Netzzugangspunkt mit Trägerfrequenzen im Bereich um
5GHz arbeiten. Es sei ferner angenommen, dass beide netzseitige
Stationen NB und AP ein OFDM-basiertes Übertragungsverfahren unterstützen, wobei
die UMTS-Basisstation dies beispielsweise ergänzend zu dem standardgemäßen CDMA-basierten Übertragungsverfahren
unterstützt.
Die Möglichkeit,
dass die Basisstation und der Netzzugangspunkt neben dem OFDM-basierten Übertragungsverfahren
einen oder mehrere weitere Funkstandards unterstützen, ist jedoch im Kontext
der Erfindung ohne Bedeutung. Sowohl die Basisstation NB als auch
der Netzzugangspunkt AP sind mit weiteren bekannten Netzkomponenten
verbunden, die nicht weiter dargestellt und betrachtet werden. Die Übertragungsrichtungen
von/zu dem Teilnehmerendgerät UE
wird bekanntermaßen
als Aufwärtsrichtung
UL (Uplink) bzw. Abwärtsrichtung
DL (Downlink) bezeichnet.
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In
einer solchen Situation ist das Teilnehmerendgerät UE potenziell in der Lage,
sowohl mit der Basisstation NB als auch mit dem Netzzugangspunkt
AP eine Verbindung aufzubauen und auszulösen, wobei dies in gleicher
Weise seitens des Netzes erfolgen kann. Voraussetzung hierfür ist jedoch,
dass das Teilnehmerendgerät
UE Sende- und Empfangsmittel aufweist, die in den beiden von Basisstation
NB und Netzzugangspunkt AP vorgegebenen Frequenzbändern eingesetzt
werden können
und ebenfalls das OFDM-basierte Übertragungsverfahren
unterstützen.
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In
dem dargestellten Beispiel der 1 sei weiterhin
angenommen, dass das Teilnehmerendgerät UE zunächst eine Verbindung zu der
Basisstation NB aufgebaut hat, in der eine Signalübertragung
in Aufwärts- UL
und Abwärtsrichtung
DL erfolgt. Aus verschiedenen Gründen,
beispielsweise der Bewegung des Teilnehmerendgerätes UE oder eines Bedarfs an
höherer Übertragungsrate,
kann eine Notwendigkeit entstehen, entweder eine Verbindungsübergabe
(engl. Handover) zu dem Netzzugangspunkt AP zu initiieren oder eine
weitere Verbindung zu dem Netzzugangspunkt AP aufzubauen (unter
gegebenenfalls zuvoriger Auslösung
der Verbindung zu der Basisstation NB).
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Da
nach der Erfindung für
die Trägerfrequenzen
jeweils unterschiedliche Frequenzbreiten der Unterfrequenzbänder gewählt werden,
muss dieses dem Teilnehmerendgerät
UE bei einer derartigen Verbindungsübergabe bzw. Verbindungsaufbau
bekannt sein. Dies kann nach der Erfindung auf unterschiedliche
Weise erfolgen.
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So
ist zum einen eine Festlegung in dem Funkstandard möglich, beispielsweise
mittels einer nachfolgend angegebenen Tabelle. In dieser ist für die einzelnen
Trägerfrequenzen
bzw. Systembänder
die Anzahl Unterfrequenzen sowie deren Frequenzbreite angegeben.
Beispielhaft sind zur Kennzeichnung der jeweiligen Frequenzbereiche
noch die Namen der Funkstandards angegeben, denen aktuell diese
Frequenzbereiche zugeordnet sind.
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Ein
Teilnehmerendgerät
UE, welches nach obiger Beschreibung eine Verbindung zu dem Netzzugangspunkt
AP aufbaut bzw. dessen bestehende Verbindung zu dem Netzzugangspunkt
AP übergeben
wird, ist durch Hinterlegen einer derartigen Tabelle in einem Speicherbereich
des Teilnehmerendgerätes
UE bekannt, dass der mit Trägerfrequenzen
im Bereich von 5GHz arbeitende Netzzugangspunkt AP 512 Unterfrequenzen
sowie eine Frequenzbreite dieser Unterfrequenzbänder von 40kHz unterstützt.
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Eine
weitere mögliche
Festlegung von Parametern ist in nachfolgender Tabelle angegeben.
Hierbei sei angenommen, dass die Übertragung ausschließlich in
den Frequenzbändern
des aktuellen UMTS-Systems im Bereich von 2GHz sowie dessen Erweiterungsbändern im
Bereich von 2,6GHz erfolgt. Somit kann nach obigen Beispiel die
Basisstation NB abhängig
von der verwendeten Trägerfrequenz
unterschiedliche Frequenzbreiten der Unterfrequenzen verwirklichen.
Ein Teilnehmerendgerät
UE wird somit abhängig
von der jeweiligen Trägerfrequenz
und der Bandbreite eine entsprechende Anzahl Unterfrequenzen mit
der gegebenen Frequenzbreite nutzen.
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Alternativ
zu der Festlegung im jeweiligen Funkstandard und somit per se Kenntnis
der Teilnehmerendgeräte
kann die Festlegung aller oder einer Auswahl obiger Parameter mittels
einer Signalisierung seitens der netzseitigen Stationen NB und AP
erfolgen. So können
die Parameter beispielsweise in einem Rundsendekanal (engl. Broadcast
Channel), welcher allgemeine Informationen bezüglich der Organisation des
Funksystems enthält,
oder einem dedizierten Signalisierungskanal, beispielsweise während eines
Verbindungsaufbaus, übertragen
und von Teilnehmerendgeräten
empfangen werden.
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Einer
weiteren Alternative zufolge kann die Definition der Frequenzbreite
mittels eines Skalierungsfaktors e erfolgen. Die Dimensionierung
dieses Faktors kann beispielsweise ent sprechend der 2 erfolgen. Danach
würde sich
die jeweilige Frequenzbreite der Unterfrequenzen anhand der für die Trägerfrequenz 2,6GHz
bemessenen Frequenzbreite der Unterfrequenzen orientieren, beispielsweise
gemäß der Formel: Frequenzbreite der Unterfrequenzen bei Trägerfrequenz
= e·Frequenzbreite
der Unterfrequenzen bei 2,6GHZ.
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In
diesem Fall wäre
das Vorhalten bzw. Signalisieren des Skalierungsfaktors e ausreichend,
um dem Teilnehmerendgerät
UE eine selbständige
Ermittlung der Frequenzbreite der Unterfrequenzbänder zu ermöglichen, wobei auf jeweils
5kHz oder 10kHz-Schritte auf- bzw. abgerundet würde. Unabhängig von der jeweils verwendeten
Trägerfrequenz
wäre damit
eine allgemeingültige
Regel geschaffen, die im Fall der Hinzunahme weiterer Trägerfrequenzen
keinerlei Änderungen
in Tabellen oder Standardschriften erfordern würde, sondern lediglich die
Signalisierung eines entsprechend angepassten e-Wertes.
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Bei
der Betrachtung im Zeitbereich der OFDM-basierten Signalübertragung,
d.h. vor der Transformation in den Frequenzbereich mittels einer
Fast Fourier Transformation (FFT), kann vorteilhaft die Anzahl der Abtastungen
für den
so genannten zyklischen Präfix
konstant bleiben. Eine Skalierung mit einem Faktor e = 2 würde dabei
zu einer Verdoppelung der Abtastrate führen, wodurch die Zeitperiode
eines OFDM-Symbols halbiert wird. Beispielsweise wird die Zeitperiode
für den
zyklischen Prefix nach obigen Darstellungen um einen Faktor e =
0,5 skaliert, wenn Trägerfrequenzen
um 2GHz anstelle von 900MHz verwendet werden. Dies ist beispielhaft
in 3 dargestellt, wobei angenommen wird, dass die
Länge des
zyklischen Präfixes
jeweils 20% der Symbollänge
ist. Die fett gezeichneten Pfeile geben an, dass sich mit größerer Bandbreite
die Symbollänge und
somit auch die Länge
des zyklischen Präfixes
verringert. Dabei kann vorteilhaft berücksichtigt werden, dass höhere Trägerfrequenzen
einen geringeren Mehrwegeausbreitungseffekt implizieren.
