DE19748058A1

DE19748058A1 - Verfahren zur drahtlosen Funkkommunikation zwischen einer ortsfesten und einer mobilen Funkvorrichtung

Info

Publication number: DE19748058A1
Application number: DE1997148058
Authority: DE
Inventors: Edgar Kuehn; Ulrich Barth; Christoph Sperber
Original assignee: Alcatel CIT SA; Alcatel SA
Current assignee: Alcatel CIT SA; Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 1999-05-06
Also published as: WO1999023771A2; WO1999023771A3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbau einer drahtlosen Funkverbindung zwischen einer von mehreren ortsfesten Basis- Funkvorrichtungen und einer, insbesondere mobilen, weiteren Funkvorrichtung, die innerhalb eines bestimmten räumlichen Bereichs (Zelle) um eine Basis-Funkvorrichtung herum mit dieser über eine Funkverbindung Funksignale austauschen kann, wobei jeder Basis- Funkvorrichtung jeweils ein Satz von n Übertragungsfrequenzen aus insgesamt N nutzbaren Übertragungsfrequenzen zugewiesen ist, um zur Bereitstellung der Funkverbindung erforderliche erste Daten als auch andere zur Nachrichtenübertragung erforderliche zweite Daten, insbesondere Nutzdaten, zu übertragen, und wobei bei der Übertragung der zweiten Daten zwischen den zur Übertragung dieser Daten vorgesehenen Übertragungsfrequenzen gewechselt werden kann, sowie eine entsprechende Basis-Funkvorrichtung und ein entsprechendes Funkkommunikationssystem.

Ein bekanntes Funkkommunikationssystem mit einer ortsfesten Basis- Funkvorrichtung und einer beweglichen Funkvorrichtung, die beide über eine Funkverbindung miteinander Funksignale austauschen, ist in dem Buch "The GSM System for Mobile Communications" beschrieben, das von den Autoren M. Mouly und M.-B. Pautet 1992 im Eigenverlag mit Sitz in Palaiseau, Frankreich herausgegeben worden ist. Das in dem Buch beschriebene Funkkommunikationssystem ist das öffentliche Mobilfunksystem "Global System for Mobile Communications", kurz "GSM", dessen technische Komponenten den gleichnamigen Standard erfüllen.

In diesem Buch ist auf den Seiten 217-227 im Kapitel 4.2.2. und insbesondere in den Unterkapiteln 4.2.2.2. und 4.2.2.4. beschrieben, daß bei GSM zur Übertragung von Funksignalen auf einem Übertragungskanal Frequenz-Hopping (frequency hopping) verwendet wird. Bei diesem als Frequenzsprungverfahren bezeichneten Verfahren wird die von dem jeweiligen Übertragungskanal verwendete Übertragungsfrequenz in bestimmten Zeitabständen gewechselt. Indem eine zu übertragene Nachricht als Nutzdaten in mehreren, jeweils in Zeitabständen nacheinander gesendeten Funksignalen übertragen wird, wird mit Hilfe von Frequenz-Hopping die zu übertragende Nachricht auf unterschiedlichen Frequenzen verteilt übertragen. So ist sichergestellt, daß auch dann, wenn eine der Übertragungsfrequenzen gestört ist, die Nutzdaten auf einer anderen Übertragungsfrequenz störungsfrei übertragen werden. Mit Frequenz-Hopping lassen sich Übertragungsstörungen, die aufgrund der geographischen Topologie innerhalb der jeweiligen Zelle auftreten (Fading), sowie die Interferenz-Wahrscheinlichkeit einer Zelle mit einer Nachbarzelle, welche ebenfalls eine der Übertragungsfrequenzen der anderen Zelle nutzt, vermindern.

Allerdings ist nach dem oben genannten Buch Frequenz-Hopping für die einer Zelle zugewiesenen Übertragungsfrequenzen insoweit eingeschränkt, als daß für bestimmte gemeinsame, zur Bereitstellung der Funkverbindung erforderliche Übertragungskanäle, insbesondere FCCH (Frequency Correction CHannel), SCH (Synchronisation CHannel), BCCH (Broad Cast CHannel), PAGCH (PAGing CHannel), AGCH (Access Grant CHannel) und RACH (Random Access CHannel), auf denen interne Daten (Basis- und Signalisierungsdaten) übertragen werden, eine oder mehrere feste Übertragungsfrequenzen verwenden müssen.

Sind demnach einer Zelle von insgesamt N (z. B. N=124) Übertragungsfrequenzen n (z. B. n=4 oder 8) zugewiesen, so ist mindestens ein (interner) Übertragungskanal mit einer festen Übertragungsfrequenz für die interne Datenübertragung reserviert, während bei den zur Übertragung von externen Nutzdaten genutzten Übertragungskanälen zwischen den übrigen Übertragungsfrequenzen gewechselt wird, d. h. Frequenz-Hopping durchgeführt wird.

Da in jeder Zelle mindestens ein interner Übertragungskanal dauerhaft auf einer Frequenz sendet und diese Frequenz auch von Basis- Funkvorrichtungen in Nachbarzellen zu empfangen ist, ist diese Frequenz in den Nachbarzellen dauerhaft gestört. Daher sollte diese Frequenz den Nachbarzellen möglichst nicht zugewiesen werden, was eine aufwendige Planung der den Zellen jeweils zuzuweisenden Frequenzen erforderlich macht. Erschwerend kommt noch hinzu, daß dann, wenn eine Zelle in weitere Unterzellen unterteilt werden soll, auch diesen Unterzellen möglichst unterschiedliche Übertragungsfrequenzen zugewiesen werden müssen. Dabei sollten sich insbesondere die jeweils für die interne Datenübertragung genutzten festen Frequenzen der Unterzellen sowohl unter einander als auch von den festen Frequenzen der Zelle und deren Nachbarzellen unterscheiden. Aufgrund der nur begrenzten Anzahl von überhaupt nutzbaren Frequenzen verschärft sich das Planungsproblem und ist gegebenenfalls eine gewünschte Teilung einer Zelle nicht möglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die Zuweisung der jeweiligen Frequenzen für eine Zelle bzw. Unterzelle mit möglichst wenig Planungsaufwand verbunden ist. Außerdem sollen eine Basis-Funkvorrichtung und ein Funkkommunikationssystem geschaffen werden, die zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignet sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei der Übertragung sowohl von den ersten als auch von den zweiten Daten die jeweils genutzte Übertragungsfrequenz zwischen allen n Übertragungsfrequenzen des zugewiesenen Satzes gewechselt wird.

Erfindungsgemäß wird Frequenz-Hopping über den gesamten Satz von Frequenzen oder einen Untersatz von Frequenzen auf alle Arten von Übertragungskanälen angewendet, insbesondere auch auf solche Übertragungskanäle, die nicht für die eigentliche Nutzdatenübertragung (z. B. Sprach- oder Datenübertragung) genutzt werden. Bei Systemen auf GSM-Basis sind dies die sogenannten "non-dedicated channels", die zur Übertragung von Übertragungsdaten (broadcast data) und Kontrollinformationen verwendet werden, z. B. der BCCH. Anwendungsbeispiele für das erfindungsgemäße Verfahren können z. B. GSM-Mikrozellen und -Picozellen sowie GSM CTS (Cordless Telephone System) sein. Das Frequenz-Hopping auf allen einer Zelle bzw. ihrer Basis- Funkstation zugewiesenen Frequenzen erlaubt, da keine dieser Frequenzen dauerhaft durch dieselbe in einer Nachbarzelle verwendete Frequenz gestört sein kann, eine leichte und einfache Installation von zusätzlichen Zellen oder den Aufbau einer vollständig neuen Zellenhierarchie, ohne daß eine aufwendige Zell- und Frequenzplanung erforderlich ist. Da es keine Übertragungskanäle mit fester Frequenz gibt, lassen sich die ansonsten z. B. bei GSM CTS auftretenden Interferenzen deutlich reduzieren. Die Koexistenz mit umgebenden oder überlagerten Zellen oder anderen Funkvorrichtungen wird reduziert (Erhöhung der interference diversity). Zum Beispiel können in einer öffentlichen Netzwerkumgebung (Public Land Mobile Network, kurz "PLMN") oder in einer privaten/geschäftlichen Netzwerkumgebung zusätzliche Zellen wie z. B. Mikrozellen und Picozellen errichtet und mit weniger Planungsaufwand bezüglich Interferenz und Frequenz- Wiederverwendung aufrechterhalten werden, und zwar sowohl innerhalb des Netzwerks als auch innerhalb eines überlagerten Netzes. Das Registrieren in einer Zelle (Camping) in Zellen mit solch einem hoppenden BCCH kann durch Handover, z. B. von einer überlagerten Schirmzelle, oder durch eine spezielle, direkte Registrierungsprozedur initiiert werden.

Weiterhin können deutlich mehr mobile Funkvorrichtungen an einer GSM CTS-FP (FP: Fixed Part = Feststation) registriert sein. Denn wenn jedem an einer CTS-FP registrierten mobilen Funkvorrichtung ein Zeitschlitz (TS) zugewiesen wird, führt dies zu einer Begrenzung der Anzahl von mobilen Funkvorrichtungen, die gleichzeitig an einer CTS-FP registriert werden können. Indem Frequenz-Hopping nicht nur für Verkehrskanäle TCHs (Traffic CHannel), sondern auch für logische Kontrollkanäle wie FCCH, SCH, BCCH, PAGCH, RACH und AGCH (Access Grant CHannel) angewendet wird, wird auch hier der Einfluß von Interferenzen auf umgebende oder überlagerte Zellen oder Netzwerke reduziert. Frequenz- und Zellenplanungen werden vereinfacht oder sogar überflüssig gemacht.

Für alle registrierten mobilen Funkvorrichtungen kann ein gemeinsamer Zeitschlitz für diese Kontrollkanäle verwendet werden. Dieser gemeinsame Zeitschlitz hat jetzt eine Charakteristik, die der eines BCCH-Trägerkanals ähnlich ist und insbesondere an CTS-Bedürfnisse angepaßt ist.

Bei dem eingangs beschriebenen GSM-Funkkommunikationssystem findet Frequenz-Hopping vorzugsweise auf bis zu ca. 8 Frequenzen statt. Bei der Erfindung kann die Anzahl n der jeweils einem Satz zugewiesenen Übertragungsfrequenzen jedoch größer sein, z. B. größer als 16, vorzugsweise größer als 32, besonders bevorzugt größer 64. Bei besonders bevorzugten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Anzahl n der jeweils einem Satz zugewiesenen Übertragungsfrequenzen nahezu gleich der Anzahl N der insgesamt nutzbaren Übertragungsfrequenzen, vorzugsweise gleich der Anzahl N.

Vorzugsweise sind die ersten Daten Signalisierungsdaten und die zweiten Daten Nutzdaten. Dabei ist insbesondere vorgesehen, daß die Signalisierungsdaten interne Daten zum Rufaufbau und/oder zur Rundspruch-Signalisierung und die Nutzdaten externe Daten zur Sprach- und/oder Textdatenübertragung sind.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird bei einer Basis-Funkvorrichtung bzw. einem Funksystem durch eine in der Basis-Funkvorrichtung bzw. jeder weiteren Funkvorrichtung vorgesehene Steuereinheit gelöst, die bei der Übertragung sowohl von den ersten als auch von den zweiten Daten die jeweils genutzte Übertragungsfrequenz zwischen allen n Übertragungsfrequenzen des zugewiesenen Satzes wechselt.

Insbesondere bilden bei dem Funksystem die mindestens Basis- Funkvorrichtung und die mindestens eine Funkvorrichtung ein privates schnurloses Funksystem.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Es zeigt:

Fig. 1 schematisch eine Anordnung von mehreren Zellen, innerhalb denen alle Funksignale jeweils mit Hilfe von Frequenz-Hopping übertragen werden, sowie die Frequenzzuweisung innerhalb dieser Zellen; und

Fig. 2 die Unterteilung einer Zelle in mehrere Unterzellen sowie die Frequenzzuordnung innerhalb dieser Unterzellen.

Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung umfaßt drei Zellen A, B, C, die jeweils einen bestimmten räumlichen Bereich abdecken. Jede Zelle A, B, C weist eine ortsfeste Basis-Funkvorrichtung BS auf, die mit BS-A, BS-B und BS-C bezeichnet sind. Befindet sich eine mobile Funkvorrichtung (Modified Mobile System (MMS)) innerhalb einer Zelle (z. B. C), so können die Basis- Funkvorrichtung BS-C dieser Zelle C und die mobile Funkvorrichtung MMS innerhalb dieser Zelle über eine Funkverbindung Funksignale miteinander austauschen.

Jeder Basis-Funkvorrichtung BS-A, BS-B und BS-C ist im Ausführungsbeispiel jeweils ein Satz von vier Übertragungsfrequenzen f_i,1, f_i,2, f_i,3, f_i,4 (i=A, B, C) aus insgesamt N nutzbaren Übertragungsfrequenzen f₁, . . ., f_N (z. B. N=124) zugewiesen. Erfindungsgemäß werden sowohl bei Übertragungskanälen (logische Kanäle), die der Übertragung von zur Bereitstellung der Funkverbindung erforderlichen internen Daten (Basis- und Signalisierungsdaten) dienen, z. B. FCCH, SCH, BCCH, PAGCH und RACH, als auch bei anderen, z. B. der eigentlichen Sprachübertragung (externe Daten) dienenden Übertragungskanäle, die in einem bestimmten Zeitabschnitt jeweils genutzte Übertragungsfrequenz gewechselt. Das heißt, bei allen Übertragungskanälen, bei den Signalisierungskanälen und bei den Verkehrskanälen TCHs (Traffic CHannels), einer Zelle bzw. ihrer Basis- Funkvorrichtung wird Frequenz-Hopping auf allen der jeweiligen Zelle bzw. ihrer Basis- Funkvorrichtung zugewiesenen Frequenzen durchgeführt.

Je mehr Übertragungsfrequenzen einer Zelle zugewiesen werden, desto geringer ist bei einer Zelle die Wahrscheinlichkeit einer dauerhaften Störung einer ihrer Übertragungsfrequenzen durch Nutzung derselben Frequenz durch eine Nachbarzelle oder durch eine überlagerte Zelle. Wenn alle N nutzbaren Frequenzen jeweils den Zellen zugewiesen sind, unterscheiden sich die Übertragungskanäle nur durch die jeweils verwendeten Hopping- Sequenzen der Zellen.

Eine solche Zelle A, bei der alle internen und externen Übertragungskanäle am Frequenz-Hopping auf allen ihr zugewiesenen Frequenzen f_A,1, . . ., f_A,4 teilnehmen, kann ohne Planungsaufwand entsprechend Fig. 2 in mehrere Unterzellen A_i unterteilt werden. Indem alle Übertragungskanäle dieser Unterzellen A_i (i: Anzahl der Unterzellen A_i) ebenfalls ein Frequenz-Hopping auf den ihnen jeweils zugewiesenen Frequenzen f_Ai,1, . . ., f_Ai,4 durchführen, ist die Gefahr einer dauerhaften Störung durch andere Unterzellen oder die überlagerte Zelle A verringert und zwar umso stärker, je höher die Anzahl der einer Zelle bzw. Unterzelle zugewiesenen Frequenzen ist. Dies erleichtert die Zellenplanung und -verteilung, da weniger oder keine Rücksicht auf bereits vergebene Frequenzen genommen werden muß.

Besonderes Anwendungsgebiet der Erfindung ist CTS auf GSM-Basis, da dann eine MMS zwischen diesem CTS und dem öffentlichen GSM wechseln kann ("dual mode mobile station").

Claims

1. Verfahren zum Aufbau einer drahtlosen Funkverbindung zwischen einer von mehreren Basis-Funkvorrichtungen (BS-A, BS-B, BS-C) und einer, insbesondere mobilen, Funkvorrichtung (MMS), die innerhalb eines bestimmten räumlichen Bereichs (Zelle (A; B; C)) um eine Basis- Funkvorrichtung (BS-A; BS-B; BS-C) herum mit dieser über die Funkverbindung Funksignale austauscht, wobei jeder Basis- Funkvorrichtung (BS-A; BS-B; BS-C) jeweils ein Satz von n Übertragungsfrequenzen (f_i,1, . . ., f_i,n; i=A,B,C) zugewiesen ist, um zur Bereitstellung der Funkverbindung erforderliche erste Daten als auch andere zur Nachrichtenübertragung erforderliche zweite Daten zu übertragen, und wobei bei der Übertragung der zweiten Daten zwischen den zur Übertragung dieser Daten vorgesehenen Übertragungsfrequenzen gewechselt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Übertragung sowohl von den ersten als auch von den zweiten Daten die jeweils genutzte Übertragungsfrequenz zwischen allen n Übertragungsfrequenzen (f_i,1, . . ., f_i,n) des zugewiesenen Satzes gewechselt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl n der jeweils einem Satz zugewiesenen Übertragungsfrequenzen (f_i,1, . . ., f_i,n) einem Teil aus insgesamt N nutzbaren Übertragungsfrequenzen (f₁, . . ., f_N) entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl n der jeweils einem Satz zugewiesenen Übertragungsfrequenzen (f_i,1, . . ., f_i,n) des zugewiesenen Satzes nahezu gleich der Anzahl N der insgesamt nutzbaren Übertragungsfrequenzen (f₁, . . ., f_N), vorzugsweise gleich der Anzahl N, ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Daten Signalisierungsdaten und die zweiten Daten Nutzdaten sind.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalisierungsdaten interne Daten zum Rufaufbau und/oder zur Rundspruch-Signalisierung und die Nutzdaten externe Daten zur Sprach- und/oder Textdatenübertragung sind.

6. Ortsfeste Basis-Funkvorrichtung (BS-A), die einen bestimmten räumlichen Bereich (Zelle (A)) versorgt und die mit einer, insbesondere mobilen, Funkvorrichtung (MMS) über eine Funkverbindung Funksignale austauscht, wobei der Basis-Funkvorrichtung (BS-A) ein Satz von n Übertragungsfrequenzen (f_A,1, . . ., f_A,n) zugewiesen ist, um zur Bereitstellung der Funkverbindung erforderliche erste Daten als auch andere zur Nachrichtenübertragung erforderliche zweite Daten zu übertragen und um bei der Übertragung der zweiten Daten zwischen den zur Übertragung dieser Daten vorgesehenen Übertragungsfrequenzen zu wechseln, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis-Funkvorrichtung (BS-A) ein Funkteil und einen damit verbundenen Frequenzgenerator (Syntheziser) enthält, der bei der Übertragung sowohl von den ersten als auch von den zweiten Daten die jeweils genutzte Übertragungsfrequenz zwischen allen n Übertragungsfrequenzen (f_i,1, . . ., f_i,n) des zugewiesenen Satzes wechselt.

7. Funkkommunikationssystem mit mindestens einer ortsfesten Basis- Funkvorrichtung (BS-A, BS-B, BS-C) und mindestens einer, insbesondere mobilen, Funkvorrichtung (MMS), die innerhalb eines bestimmten räumlichen Bereichs (Zelle (A; B; C)) um eine Basis-Funkvorrichtung (BS-A; BS-B; BS-C) herum mit dieser über die Funkverbindung Funksignale austauscht, wobei jeder Basis-Funkvorrichtung (BS-A; BS-B; BS-C) jeweils ein Satz von n Übertragungsfrequenzen (f_i,1, . . ., f_i,n; i=A,B,C) zugewiesen ist, um zur Bereitstellung der Funkverbindung erforderliche erste Daten als auch andere zur Nachrichtenübertragung erforderliche zweite Daten zu übertragen und um bei der Übertragung der zweiten Daten zwischen den zur Übertragung dieser Daten vorgesehenen Übertragungsfrequenzen zu wechseln, dadurch gekennzeichnet, daß jede Basis-Funkvorrichtung und jede Funkvorrichtung jeweils ein Funkteil und einen damit verbundenen Frequenzgenerator (Syntheziser) enthalten, der bei der Übertragung sowohl von den ersten als auch von den zweiten Daten die jeweils genutzte Übertragungsfrequenz zwischen allen n Übertragungsfrequenzen (f_i,1, . . ., f_i,n) des zugewiesenen Satzes wechselt.

8. Funkkommunikationssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Basis-Funkvorrichtung und die mindestens eine, insbesondere mobile, Funkvorrichtung ein privates schnurloses Funktelekommunikationssystem bilden.