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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Übertragen
von Daten, bei dem Daten in einem Kommunikationssystem über eine
Luftschnittstelle an ein Teilnehmer-Endgerät übertragen werden. Ferner betrifft
die vorliegende Erfindung eine dementsprechende Vorrichtung, ein
Teilnehmer-Endgerät
und ein Kommunikationssystem.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung
soll unter dem Begriff der Daten in allen Fällen ein weiter Bereich über in Schriftform
angezeigte Daten oder Nachrichten hinaus verstanden werden. Eine
Nachricht kann in diesem Sinn also auch Ton-, Sprach-, Bild- und/oder
Video-Inhalte und damit auch Daten unterschiedlichster Formate umfassen.
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Mit der Einführung von Internet-Daten-Diensten
werden in mobilen Terminals oder Endgeräten fortschreitend höhere Datenraten
im Bereich der Luftschnittstelle benötigt, wie es derzeit insbesondere
bei Endgeräten
mit mobilen Zugängen
zum Internet nach dem Wireless Application Protokol WAP zu beobachten
ist. Momentan werden neue Endgeräte
nach dem Global System for Mobile Communication Standard bzw. GSM
mit dem High-Speed Circuit-Switched
Data- bzw. HSCSD-Protokoll und dem General Packet Radio Service
bzw. GPRS ausgestattet, um dem Bedürfnis nach wachsenden Datenübertragungskapazitäten Rechnung
tragen zu können.
Dabei führen
HSCSD im Zeitbereich Mehrzeitschlitz- bzw. Multislot-Operationen
und GPRS Paket-Daten-Dienste
ein, wobei ein Anwender dauerhaft an ein Netzwerk angeschlossen
bleiben und Funkübertragungskapazität nur bei
Bedarf in Anspruch nehmen kann.
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HSCSD und GPRS bauen auf der original Gaussian
Minimum-Shift Keying- bzw. GMSK Modulation auf, so dass sie nur
einen mode raten Anstieg der Bit-Rate pro Zeitschlitz bieten. Um
die Datenrate darüber
hinaus zu steigern wird die nächste
Generation von GSM-Endgeräten
ferner eine erweiterte Version von GRPS enthalten, das sog. Enhanced
GRPS bzw. EGRPS, das das Modulationsschema 8-PSK benutzt. Mit der
Einführung
von EGRPS wird eine Datenrate von bis zu 384 kbit/s ermöglicht werden. Diese
Datenrat wird jedoch nur bei sehr hohen Signal-Rausch-Abständen bzw.
hoher Signal-to-Noise Ratio SNR und großem Träger-Interferenz-Verhältnissen
bzw. Carrier to Interference Ratio- oder CIR-Ebenen erreicht werden.
Hohe Datenübertragungsraten
machen also eine sehr hohe Signalqualität eines Empfangssignals erforderlich.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
demnach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, eine Vorrichtung, ein
Teilnehmer-Endgerät
und ein Kommunikationssystem zum Übertragen von Daten mit einer
verbesserten Qualität
eines jeweils bei einem Empfänger
empfangenen Signals zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ferner sind eine Vorrichtung
mit den Merkmalen von Anspruch 6, eine Sende- und/oder Empfangseinheit mit den Merkmalen
von Anspruch 8, ein Teilnehmer-Endgerät nach Anspruch 10 und ein Kommunikationssystem
nach Anspruch 11 jeweils eine Lösung
dieser Aufgabe. Die Unteransprüche
definieren jeweils bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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Nach dem Stand der Technik wird gerade
im Bereich mobiler Endgeräte
jeweils nur ein Antennenelement eingesetzt. Ein erfindungsgemäßes Verfahren
zeichnet sich hingegen dadurch aus, dass in einem Endgerät aus einer
Menge verschiedener Empfangssignale von mindestens zwei Antennen
oder einer Antenneneinrichtung mit mindestens zwei Empfangscharakteristiken
eines der Empfangssignale nach Auswahl durch eine Kontrolleinheit
einer Empfangssignal-Verarbeitungseinheit zugeführt wird. Schon durch eine
Antenneneinrichtung mit zwei Empfangs charakteristiken können so
in einer Betriebssituation Eingangssignale von stark unterschiedlicher
Qualität
erhalten und erfindungsgemäß weiterverarbeitet
werden können,
wobei die Empfangssignal-Verarbeitungseinheit insbesondere Mittel
zur Frequenz-Transformation in ein Basisband und/oder Mittel zur
Decodierung umfasst.
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In einer Weiterbildung der Erfindung
werden die Eingangssignale durch schnelles Schalten oder durch Umschaltung
in Abschnitte unterteilt. Die verschiedenen Empfangssignale können dann
zwischengespeichert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird für
eine Auswahl eines der Empfangssignale als Steuer- und Auswahlkriterium
die jeweilige Qualität
des Eingangssignals untersucht und/oder ausgewertet, insbesondere
in einer Basisband-Signalaufbereitung und/oder einer Kontrolleinheit.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung erfolgt eine Kombination verschiedener Eingangssignale
prinzipiell als Kombination jeweils ausgewählter Signalabschnitte bzw.
selection combining, als Kombination bei gleichem Signalgewinn bzw.
equal gain combining, als Kombination maximaler Signalwerte bzw.
maximum ratio combining, als Kombination optimaler Signalabschnitte
der Empfangssignale bzw. optimum combining, oder nach einem anderen
Verfahren zur Bewertung und Kombination der Eingangssignale. Damit
kann die Qualität eines
Ausgangs- oder Basisband-Signals durch Kombination von jeweils entsprechenden
Abschnitten verschiedener Eingangssignale gesteigert werden.
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Eine Verwendung einer schnell schaltenden Variationskombination
bei Mehrfacheingang eines Signals bei einem Empfänger, im Englischen Sprachgebrauch
als fast switch RX diversity combining bezeichnet, stellt in einem
Endgerät
einen gegenüber dem
Stand der Technik neuartigen Ansatz dar. Durch die Anwendung eines
erfindungsgemäßen Verfahrens
und einer dementsprechenden Vorrichtung ist durch Auswahl und/oder
Kombi nation der Signale aus mehreren Antennen eine Verbesserung
der Signalqualität
hinsichtlich des SNR und der CIR-Ebene möglich. Diese Vorteile wirken
sich bei Anwendung in einem mobilen EGRPS-Endgerät besonders positiv aus, wobei
eine vorteilhafte Anwendung einer Ausführungsform gemäß vorliegender
Erfindung nicht auf diesen Spezialfall beschränkt ist.
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Mit neuen Techniken, wie General
Paket Radio Service GPRS und vergleichbare neue Dienste in Mobilfunknetzen
nach dem Global System for Mobile Communication Standard GSM oder
dem Universal Mobile Telecommunication System UMTS, eröffnen sich
neue Möglichkeiten
der Kommunikation. Als ein neues Merkmal ist u.a. das Leistungsmerkmal "always online" verfügbar geworden,
d.h. ein eingeschaltetes Gerät
kann prinzipiell ständig
Datenpakete annehmen. So werden nun Anwendungen wie z.B. ein "wireless online chat" als Übertragung
einer rege genutzten Technik aus dem PC-gebundenen Internet auf
die Ebene von Mobiltelefonen erprobt und eingeführt. Als Problem bleibt dabei
nach dem Stand der Technik, dass ein Gerät eingeschalten sein und generell
bei hoher Güte
bzw. Qualität
eines Empfangssignals erreichbar sein muss. Im Vergleich mit bekannten
Systemen zur Verbesserung des Signal-Interferenz-Abstands mit Rausch-Einfluss,
kurz SINR, zeichnet sich eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens
oder einer dementsprechenden Vorrichtung dadurch aus, dass sie als
Antennensystem mit einer einzigen Empfängerstruktur implementiert
werden kann und dabei bei geringerer Leistungsaufnahme nahezu dieselbe
Leistungsfähigkeit
wie ein voll ausgeführtes
System mit zwei Empfängereinheiten
aufzeigt. Ferner weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung eine wesentlich
geringere Komplexität
auf, als dies bei von der Leistungsfähigkeit her vergleichbaren
Systemen der Fall ist. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit gut
in mobilen Teilnehmer-Endgeräten
einsetzbar. In einem bevorzugten Einsatzfall kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung
bei relativ geringen Kosten in einem mobilen Teilnehmer-Endgerät implementiert
werden. Dabei erfordert sie nur in geringem und damit vertretbarem Umfang
zu sätzlichen
Bauraum in einem Gehäuse beispielsweise
eines Mobiltelefons. Als weitere Einsatzfelder kommen alle stationären und
mobilen elektronischen Teilnehmer-Endgeräte der gesamten Kommunikationstechnik
gleichermaßen
in Betracht, also beispielsweise Computer, Telefone, persönliche digitale
Assistenten, s.g. PDAs, die einen Kommunikationskanal über eine
Luftschnittstelle benutzen.
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Die vorliegende Erfindung wird zur
Darstellung weiterer Merkmale und Vorteile nachfolgend unter Bezugnahme
auf die beigefügte
Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert. In
der Zeichnung zeigten:
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1:
ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Verfahrens sowie einer
Weiterbildung des Verfahrens und
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2:
ein Ausführungsbeispiel
einer Antenneneinrichtung für
ein Teilnehmer-Endgerät
in Form eines Mobiltelefons.
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Die Abbildung von 1 zeigt in vereinfachter Darstellung
ein erfindungsgemäßes Verfahren
in Form eines Blockschaltbildes. Hierin ist eine erste Ausführungsform
zur Umsetzung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eine Empfangseinheit
RX mit zwei Antennenelementen Ant1, Ant2 dargestellt. In diesem
Ausführungsbeispiel
sind die Antennenelemente Ant1, Ant2 als zwei separate Antennenelemente
ausgeführt,
deren Empfangssignale IN1, IN2 wahlweise über einen schnell ansprechenden
Schalter SW auf ein Hochfrequenz-Front End RF_FE zur Signalaufbereitung
und nachfolgenden Transformation in ein Basisband weitergeleitet
werden. Dabei wird das Schalten des Schalters SW durch ein Kontrollsignal
ctrl aus dem Basisband-Signalaufbereitung
BB durch eine Kontrolleinheit bzw. Logik CL gesteuert. Als Steuer-
und Auswahlkriterium wird hier die jeweilige Qualität des Eingangssignals
ausgewertet. Diese Auswertung findet in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
in festen Zeitabschnitten im Basisband statt, vorzugsweise unter
Berücksichtigung
einer Bit-Fehler-Rate BER oder des SNR etc..
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In einer Weiterbildung dieses Ausführungsbeispiels
sind weiter die Antennenelemente Antl, Ant2 als zwei separate Antennenelemente
ausgeführt.
Die Empfangssignale IN1, IN2 der Antennenelemente Antl, Ant2 werden
nun wahlweise über
einen schnell ansprechenden Schalter SW auf ein Hochfrequenz-Front
End RF_FE zur Signalaufbereitung weitergeleitet, das Teil eines
komplexeren Blocks DCB ist. Die Funktionsweise wird nachfolgend
ebenfalls unter Bezug auf die Abbildung von 1 beschrieben: Ein über die Kontrolleinheit bzw.
Logik CL synchron mit dem Schalter SW gesteuerter Schalter SW2 sorgt
nun für
eine Zuführung
der gewandelten Daten in Zwischenspeicher bzw. Buffer, die als A1-Buf
und A2-Buf für
jedes der Empfangssignale IN1, IN2 der Antennenelemente Ant1, Ant2
getrennt vorgesehen sind. Wenn sich die Schalter SW, SW2 in der
oberen Schaltstellung befinden, so wird das von der Antenne Ant1
empfangene Eingangssignal IN1 an den Speicher A1-Buf weitergeleitet
und dort zwischengespeichert. In der dargestellten, unteren Schaltstellung
der Schalter SW, SW2 wird das Eingangssignal IN2 von Antenne Ant2
analog an den Speicher A2-Buf weitergeleitet und dort zwischengespeichert.
Dabei wird das Schalten der Schalter SW,SW2 weiterhin durch ein
Kontrollsignal ctrl aus der Basisband-Signalaufbereitung BB durch
die Logik CL gesteuert. Dieses nun durch die gestrichelt eingezeichneten
Pfade und Blocks für
einen Schalter SW2, einen ersten Zwischenspeicher A1-Buf und einen
zweiten Zwischenspeicher A2-Buf sowie einen Signal-Kombinierer-Block
DCom ergänzte
Blockschaltbild stellt eine sehr schnell schaltenden Vorrichtung
zur Variationskombination von Mehrfacheingangssignalen bei einem
Empfänger
bzw. ein Fast switch RX diversity combining-Verfahren im Fall einer Empfangseinheit
RX mit zwei Antennenelementen Ant1, Ant2 dar.
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Die Zeitsteuerung bzw. das Timing
der Schalter SW, SW2 findet in der Logik CL gemäß bekannter Abtast-Theoreme
statt. Dem entsprechend wird die Schaltfrequenz ausreichend hoch
gewählt, damit
das jeweils von den Antennen Ant1, Ant2 empfangene Signal In1, In2
in einer Weise rekonstruiert werden kann, wie dies bei dem Einsatz
zweier getrennter Empfänger-Signalaufbereitungsketten
der Fall wäre.
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Die Antennenelemente können in
anderen Ausführungsformen
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
neben der vorstehend dargestellten Möglichkeit separater Antennenelemente
Ant1, Ant2 auch als ein Antennenelement mit mehreren Charakteristiken
ausgeführt
werden, wobei die einzelnen Charakteristiken beispielsweise durch
unterschiedliche Speise- oder Anzapfungspunkte realisiert werden
können.
Die Abbildung von 2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
für ein
Antennenelement Ant in einem Gehäuse
B mit zwei Speisepunkten FAnt1, FAnt2 und zwei auswechselbaren bzw.
wahlweise setzbaren Kurzschlussposten S1, S2.
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Das dargestellte Verfahren zur Kombination prinzipiell
verschiedener Eingangssignale aus den hier nur zwei Zwischenspeichern
kann wahlweise als Kombination jeweils ausgewählter Signalabschnitte bzw.
selection combining, als Kombination bei gleichem Signalgewinn bzw.
equal gain combining, als Kombination maximaler Signalwerte bzw.
maximum ratio combining, als Kombination optimaler Signalabschnitte
der Empfangssignale bzw. optimum combining, oder nach einem anderen
Verfahren zur Bewertung und Kombination der Eingangssignale erfolgen.
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In einer nicht weiter dargestellten
Ausführungsform
der Erfindung wird eine Vorrichtung gemäß der Abbildung von 2 als Parallelzweig betrieben,
in dem zu einer laufenden Signalverarbeitung quasi als Qualitätskontrolle
alternative Empfangssignale hinsichtlich ihrer Qualität getestet
werden. Bei besserer Qualität
eines Empfangssignals aus einer alternativen Antenne wird dann der
eigentliche Haupt-Signalpfad umgeschaltet. Bei Anpassung der Leitungen
werden die RF-Signale im gesamten Eingangspfad in dieser Lösung nicht
weiter ge stört,
da für
dieses letztgenannte Verfahren auch ein nur kurzfristiges Aufschalten
mit nachfolgendem Qualitätsvergleich
ausreicht. Somit eignet sich dieses Verfahren auch für einen
Einsatz in Zwischenstationen eines komplexeren Kommunikationssystems, wie
z.B. einer Relais-Station.
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Im Rahmen der vorliegenden Darstellung
der Ausführungsformen
der Erfindung wurden insbesondere folgende Bezugszeichen und Abkürzungen
verwendet:
WAP Wireless Application Protocol (Mobile Internet)
GSM
Global System for Mobile Communication
HSCSD High-Speed Circuit-Switched
Data
GPRS General Packet Radio Service
EGPRS Enhanced
GPRS
Ant Antenne bzw. Antenneneinheit
Ant1/2 Antenne bzw.
Antenneneinheit
RX Empfänger
bzw. Receiver
SNR Signal-Rausch-Abstand bzw. Signal-to-Noise Ratio
CIR
Träger-Interferenz-Abstand
Carrier to Interference Ratio
SINR Signal-to-Interference-plus-Noise
Ratio
BB Basisband-Signalaufbereitung / Base Band Unit
CL
Kontrolleinheit bzw. Logik
ctrl Steuersignal aus BB für CL
IN1/2
Empfangssignal der Antenne 1 / 2
DCom Signal-Kombinierer-Block
DCB
Diversity-Combining-Block
RF Hochfrequenz / Radio Frequency
RF_FE
Hochfrequenz-Front End
ADC Analog Digital Umsetzer / Analog
to Digital Converter
B Gehäuse
SW,
SW2 Schalter
A1-Buf Kurzzeitspeicher
A2-Buf Kurzzeitspeicher
S1,
S2 Kurzschlussposten
FAnt Speisepunkt des Antennenelements