DE19800953C1 - Verfahren und Funk-Kommunikationssystem zur Zuteilung von Funkressourcen einer Funkschnittstelle - Google Patents

Verfahren und Funk-Kommunikationssystem zur Zuteilung von Funkressourcen einer Funkschnittstelle

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DE19800953C1
DE19800953C1 DE1998100953 DE19800953A DE19800953C1 DE 19800953 C1 DE19800953 C1 DE 19800953C1 DE 1998100953 DE1998100953 DE 1998100953 DE 19800953 A DE19800953 A DE 19800953A DE 19800953 C1 DE19800953 C1 DE 19800953C1
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zuteilung von Funk­ ressourcen einer Funkschnittstelle eines Funk-Kommunikations­ system sowie ein entsprechendes Funk-Kommunikationssystem.

Bekanntlich weisen Funk-Kommunikationssysteme eine Funk­ schnittstelle auf, über die Datensymbole zwischen einer orts­ festen Basisstation und üblicherweise mehreren, im Funkver­ sorgungsbereich - z. B. einer Funkzelle - der Basisstation be­ findlichen beweglichen Mobilstationen übertragen werden. Da­ bei finden Vielfachzugriffsverfahren Anwendung, um die Fun­ kressourcen der Funkschnittstelle möglichst effektiv ausnut­ zen zu können. Ein klassisches Vielfachzugriffsverfahren ist das für Zeitmultiplex (TDMA, Time Division Multiple Access), bei dem die Datensymbole als Funkblock (bursts) in einem Zeitschlitz (time slot) enthalten sind. Ein weiteres Viel­ fachzugriffsverfahren ist das für Kodemultiplex (CDMA, Code Division Multiple Access), bei dem jedes Datensymbol mit meh­ reren Kodesymbolen auf eine bestimmte Bandbreite gespreizt wird.

Darüber hinaus gibt es das OFDMA-Multiträgerverfahren (Ortho­ gonal Frequency Division Multiple Access), das zur Übertra­ gung der Datensymbole das OFDM-Prinzip gemäß Kapitel 15.3.2 von "Nachrichtenübertragung", K. D. Kammeyer, Teubner Verlag, Stuttgart, 2. Auflage 1996 nutzt. Nahezu rechteckförmige Sen­ de- und Empfangsfilter-Impulsantworten ermöglichen eine FFT- (Fast Fourier Transformation) bzw. IFFT- (Inverse Fast Fou­ rier Transformation) basierte Signalverarbeitung im Sender und Empfänger, was hohe Datenraten bei relativ geringer Kom­ plexität erlaubt. Darüber hinaus ist vorteilhaft, daß schmal­ bandige Subträger (OFDMA carriers), die beispielsweise nur einige wenige Kilohertz voneinander getrennt sein können, ei­ ne feine Granularität der Datenraten abhängig von der jewei­ ligen Anwendung ermöglichen. So kann eine Anzahl von Subträ­ gern und damit ein Segment eines Frequenzspektrums für die Kommunikationsverbindung zwischen Basisstation und Mobilsta­ tion zugewiesen werden.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 44 41 323 A1 ist ein Verfahren zur Übertragung von OFDM-Signalen in einem mobilen Kommunikationssystem bekannt, bei dem für hohe Übertragungs­ raten dynamikreduzierte OFDM-Signale durch einen Sendever­ stärker innerhalb seines im wesentlichen linearen Verstär­ kungsbereichs verstärkt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und Funk-Kommunikationssystem zur Zuteilung von Funkressourcen bei Anwendung des OFDMA-Multiträgerverfahrens anzugeben.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch das Funk- Kommunikationssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprü­ chen zu entnehmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht aus von dem OFDMA-Multi­ trägerverfahren und der Nutzung einer Anzahl von Subträgern, die für die Kommunikationsverbindung zwischen Basisstation und Mobilstationen zugeteilt werden, und umfasst folgende Schritte:

  • - Messen der Qualität unterschiedlicher Segmente des Fre­ quenzspektrums durch jede Mobilstation,
  • - Bestimmen zumindest eines für die eigene Kommunikationsver­ bindung bevorzugt geeigneten Segments durch jede Mobilstation und Senden einer entsprechenden Information zur Basisstation,
  • - Auswerten der von den Mobilstationen empfangenen Informa­ tionen durch die Basisstation und Zuteilen eines Segments für die jeweilige Kommunikationsverbindung an jede Mobilstation abhängig von der Auswertung,
  • - Senden einer Information über das zugeteilte Segment zu je­ der Mobilstation durch die Basisstation.

Das erfindungsgemäße Funk-Kommunikationssystem geht ebenfalls aus von dem OFDMA-Multiträgerverfahren und der Nutzung einer Anzahl von Subträgern, die für die Kommunikationsverbindung zwischen Basisstation und Mobilstation zugeteilt werden, und umfasst folgende Mittel:

  • - Steuermittel in jeder Mobilstation zum Messen der Qualität unterschiedlicher Segmente des Frequenzspektrums und zum Be­ stimmen zumindest eines für die eigene Kommunikationsver­ bindung bevorzugt geeigneten Segments,
  • - Sendemittel in jeder Mobilstation zum Senden einer entspre­ chenden Information zur Basisstation,
  • - Steuermittel in jeder Basisstation zum Auswerten der von den Mobilstationen empfangenen Informationen und zum Zuteilen eines Segments für die jeweilige Kommunikationsverbindung an jede Mobilstation abhängig von der Auswertung, sowie
  • - Sendemittel in jeder Basisstation zum Senden einer Informa­ tion über das zugeteilte Segment zu jeder Mobilstation.

Durch das geschilderte Zuteilungsverfahren können die Vor­ teile des OFDMA-Multiträgerverfahrens genutzt und möglichst optimale Frequenzressourcen für alle von einer Basisstation betreuten Kommunikationsverbindungen mit Hilfe der flexiblen Zuweisung mehrerer Subträger bzw. eines dadurch definierten Segments des Frequenzspektrums vergeben werden. Dabei spielt die Qualität der eigenen Kommunikationsverbindung im Hinblick auf die Frequenzsituation eine entscheidende Rolle, die ent­ sprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren individuell nach Bestimmen der am besten geeigneten Segmente in jeder von der Basisstation betreuten Mobilstation geändert und damit ver­ bessert wird.

Ein weiterer wichtiger Vorteil besteht darin, daß durch die Erfindung die Interferenzen, insbesondere die in Funk-Kommu­ nikationssystemen kritischen Interzellinterferenzen und die Intersymbolinterferenzen, berücksichtigt und ausgeglichen werden können.

Es wird durch das erfindungsgemäße Verfahren und Funk-Kommu­ nikationssystem auch eine kosteneffektive und gegenüber einer Breitband-Kommunikation (wideband communication) leistungs­ steigernde - vor allem für höhere Frequenzen im MHz-Bereich - Zuteilung der Frequenzressourcen bei Anwendung des OFDMA-Mul­ titrägerverfahrens erzielt. Das verbesserte OFDMA-Multiträ­ gerverfahren kann mit anderen Vielfachzugriffsverfahren, die Datensymbole endlicher Dauer in Zeitschlitzen übertragen, zu einem noch effektiveren Funksystem kombiniert werden. So ist das verbesserte OFDMA-Multiträgerverfahren gemäß einer beson­ ders bevorzugten Ausgestaltung in ein TDMA/CDMA-Funksystem integrierbar, was für Anwendungen mit geringeren Leistungsan­ forderungen - z. B. Mikrozellensysteme - oder für TDD-Anwen­ dungen (Time Division Duplex) oder für Anwendungen bei höhe­ ren Datenraten - z. B. für Indoor-Systeme, Schnurlos-Systeme (residential cordless) - oder für Anwendungen mit geringen Bewegungsgeschwindigkeiten besonders vorteilhaft sich aus­ wirkt.

Die Flexibilität des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beson­ ders vorteilhaft ausgenutzt, wenn den Mobilstationen von der Basisstation Segmente des Frequenzspektrums zugeteilt werden, deren Bandbreiten sich unterscheiden, oder eine unterschied­ liche Anzahl von Zeitschlitzen für die Übertragung der Daten­ symbole in den zugeteilten Segmenten zugeteilt wird. Damit können für individuelle Kommunikationsverbindungen, die sich voneinander unterscheiden, die am besten geeigneten Segmente zur Kommunikation jederzeit bestimmt und bei Bedarf geändert werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird von den Mobilstationen jeweils eine Prioritätenliste an die Basissta­ tion gesendet, die Informationen über ein für die eigene Kom­ munikationsverbindung am besten geeignetes Segment sowie über weitere, für die eigene Kommunikationsverbindung bevorzugt geeignete Segmente enthält. Dadurch erhält die Basisstation anhand der eintreffenden Listen Kenntnis von den Wünschen al­ ler Mobilstationen hinsichtlich des oder der für sie am bes­ ten geeigneten Segmente, und kann entsprechende Neuzuordnun­ gen der Segmente des Frequenzspektrums zu allen Mobilstatio­ nen - besser angepasst an deren übermittelte Bedürfnisse - vornehmen.

Es hat sich als günstig erwiesen, daß für jede Mobilstation die Anzahl der zugeteilten Subträger in einem Zeitschlitz von der Basisstation variabel einstellbar ist, um bei Bedarf nicht nur die Segmente wechseln, sondern auch deren Bandbrei­ te ändern zu können.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zum Messen der Qualität der Segmente des Frequenzspektrums sieht vor, daß die Mobilstation alle Subträger in dem ihr zugewiesenen Zeit­ schlitz empfängt, für jeden Subträger überprüft, ob eine Am­ plitudenmodulation der im Zeitschlitz übertragenen Datensym­ bole vorliegt, und einen Mittelwert aus den Ergebnissen der Überprüfung für alle zu dem jeweiligen Segment gehörigen Sub­ träger bildet. Der Vorteil liegt in dem Zweistufen-Verfahren, bei dem zunächst jeweils die Qualität für die individuellen Subträger ermittelt und anschließend zur Festlegung der Qua­ lität des spezielle untersuchten Segments die Qualitäten der Subträger gemittelt werden.

Eine besonders einfache Methode zum Messen der Qualität be­ steht darin, relative Abweichungen der Amplituden der Daten­ symbole dadurch zu ermitteln, daß die absolute Amplitudendif­ ferenz von Datensymbol zu Datensymbol aufaddiert und das Ad­ ditionsresultat mit der mittleren Amplitude aller auf einem vorgebbaren Subträger übertragenen Datensymbole normiert wird.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist das Funk-Kommu­ nikationssystem eine Mobilstation mit Steuermittel zum Messen der Qualität unterschiedlicher Segmente des Frequenzspektrums und zum Bestimmen zumindest eines für die eigene Kommunika­ tionsverbindung bevorzugt geeigneten Segments, sowie mit Sen­ demittel zum Senden einer entsprechenden Information zur Ba­ sisstation auf.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung weist das Funk-Kommunikationssystem eine Einrichtung, die gemäß alter­ nativer Ausgestaltungen als Teil einer Basisstation oder ei­ ner Basisstationssteuerung ausgeprägt ist, mit Steuermittel zum Auswerten der von den Mobilstationen empfangenen Infor­ mationen und zum Zuteilen eines Segments für die jeweilige Kommunikationsverbindung an jede Mobilstation abhängig von der Auswertung, sowie mit Sendemittel zum Senden einer Infor­ mation über das zugeteilte Segment zu jeder Mobilstation auf.

Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand eines Aus­ führungsbeispielen unter Bezugnahme auf zeichnerische Dar­ stellungen näher erläutert.

Dabei zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Mobilfunksystems mit mehre­ ren von einer Basisstation betreuten Mobilstationen,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Struktur eines Funkblocks mit Datensymbolen in einem Zeitschlitz so­ wie der OFDMA-Subträger zur Bildung von Segmenten ei­ nes Frequenzspektrums,

Fig. 3 einen Nachrichtenfluß zur Zuteilung der Frequenzres­ sourcen zu den Mobilstationen,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Amplitudenmodulati­ on der übertragenen Datensymbole auf einem OFDMA-Sub­ träger zum Messen der Qualität der Segmente,

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Mobilstation, und

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Basisstation/Basisstations­ steuerung.

Das in Fig. 1 dargestellte Funk-Kommunikationssystem ent­ spricht in seiner Struktur einem bekannten Mobilfunksystem, das Netzeinrichtungen eines Mobilfunknetzes wie z. B. Mobil­ vermittlungsstellen MSC, die untereinander vernetzt sind bzw. den Zugang zu einem Festnetz PSTN herstellen, und mit den Mo­ bilvermittlungsstellen MSC verbundene Basisstationssteuerun­ gen BSC und mit jeweils einer Basisstationssteuerung BSC ver­ bundene Basisstationen BS aufweist. Eine solche Basisstation BS ist eine ortsfeste Funkstation, die über eine Funkschnitt­ stelle Kommunikationsverbindungen zu Mobilstationen MS auf­ bauen, abbauen und aufrechthalten kann. In Fig. 1 sind bei­ spielhaft drei Funkverbindungen zwischen drei Mobilstationen MS und einer Basisstation BS dargestellt. Ein Operations- und Wartungszentrum OMC realisiert Kontroll- und Wartungsfunktio­ nen für das Mobilfunksystem bzw. für Teile davon. Das Opera­ tions- und Wartungszentrum OMC und die Basisstationssteuerung BSC realisieren üblicherweise die Funktionen der Einstellung und Anpassung der Zuteilung von funktechnischen Ressourcen innerhalb der Funkzellen der Basisstationen BS. Die Funktio­ nalität des Funk-Kommunikationssystems ist auch auf andere Funk-Kommunikationssysteme übertragbar, ggf. auch mit ortsfe­ sten Mobilstationen MS. Auch bei diesen Funk-Kommunikations­ systemen kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kom­ men.

Die Kommunikationsverbindungen zwischen der Basisstation BS und den Mobilstationen MS unterliegen einer Mehrwegeausbrei­ tung, die durch Reflektionen beispielsweise an Gebäuden oder Bepflanzungen zusätzlich zum direkten Ausbreitungsweg hervor­ gerufen werden. Geht man von einer Bewegung der Mobilstatio­ nen MS aus, dann führt die Mehrwegeausbreitung zusammen mit weiteren Störungen dazu, daß bei der empfangenden Basis­ station BS sich die Signalkomponenten der verschiedenen Aus­ breitungswege eines Teilnehmersignals zeithängig überlagern. Weiterhin wird davon ausgegangen, daß ein OFDMA-Multiträ­ gerverfahren zur Übertragung von Datensymbolen in Zeitschli­ tzen benutzt wird, das den Mobilstationen jeweils eine Anzahl von Subträgern und damit ein Segment eines Frequenzspektrums für die Kommunikationsverbindung zwischen Basisstation BS und Mobilstation MS zuteilt.

Gemäß dem Erfindungsgegenstand misst jede Mobilstation MS die Qualität unterschiedlicher Segmente des Frequenzspektrums, wobei sie alle Subträger in dem ihr zugewiesenen Zeitschlitz empfängt, für jeden individuellen Subträger dessen Qualität überprüft und anschließend die ermittelten Qualitäten der Subträger mittelt. Danach bestimmt jede Mobilstation zumin­ dest ein für die eigene Kommunikationsverbindung bevorzugt geeignetes Segment und sendet eine entsprechende Information zur Basisstation BS. Im vorliegenden Beispiel ermittelt die erste Mobilstation ein Segment Sx mit den Subträgern oc00... oc40 als das für sie am besten geeignete Segment. Darüber hinaus bestimmt sie Segmente Sy, Sz als weitere, für die ei­ gene Kommunikationsverbindung bevorzugt geeignete Segmente. In eine Prioritätenliste PL1 werden Informationen über die Segmente Sx, Sy, Sz eingetragen, entsprechend ihrer Eignung für die Kommunikationsverbindung numeriert und zur Basissta­ tion BS gesendet.

In gleicher Weise ermittelt die zweite Mobilstation ein Seg­ ment Sa mit den Subträgern oc41...oc60 als das für sie am be­ sten geeignete Segment. Darüber hinaus bestimmt sie Segmente Sb, Sc als weitere, für die eigene Kommunikationsverbindung bevorzugt geeignete Segmente. In eine Prioritätenliste PL2 werden Informationen über die Segmente Sa, Sb, Sc eingetra­ gen, entsprechend ihrer Eignung für die Kommunikationsverbin­ dung numeriert und ebenfalls zur Basisstation BS gesendet.

Auch die dritte, von der Basisstation BS betreute Mobilstati­ on MS bestimmt ein Segment Sm mit den Subträgern oc61...oc100 als das für ihre kommunikationsverbindung am besten geeignete Segment. Darüber hinaus gibt sie Segmente Sn, So als weitere, für die eigene Kommunikationsverbindung bevorzugt geeignete Segmente in einer Prioritätenliste PL3 an. Die Informationen über diese drei Segmente Sm, Sn, So, die entsprechend ihrer Eignung für die Kommunikationsverbindung in der Prioritäten­ liste PL3 numeriert sind, werden von ihr anschliessend eben­ falls zur Basisstation BS gesendet. Aus den Beispielen ist entnehmbar, daß die Anzahl der Subträger co... und damit die Bandbreite der Segmente S... unterschiedlich gewählt werden kann.

Die Basisstation BS wertet alle von den Mobilstationen MS em­ pfangenen Informationen aus und teilt abhängig von der Aus­ wertung jeder Mobilstation ein Segment für die jeweilige Kommu­ nikationsverbindung zu. Eine Information über das jeweils zu­ geteilte Segment sendet die Basisstation zu jeder Mobilstati­ on. Im vorliegenden Beispiel sei angenommen, daß jeder Mobil­ station MS das von ihr gewünschte am besten geeignete Segment zugeteilt werden konnte. Dies hängt auch von den Übertra­ gungsbedingungen und/oder der Auslastung der von der Basis­ station BS versorgten Funkzelle nach Vorgaben des Operations- und Wartungszentrums OMC oder der Basisstationssteuerung BSC zum Funkressourcenmanagement ab. So erhalten die erste Mobil­ station MS das Segment Sx, die zweite Mobilstation MS das Segment Sa und die dritte Mobilstation MS das Segment Sm, je­ weils mit den entsprechenden OFDMA-Subträgern co..., von der Basisstation BS zugeteilt. Den individuellen Mobilstationen MS kann auch eine unterschiedliche Anzahl von Zeitschlitzen zur Übertragung der Datensymbole in den zugeteilten Segmenten zugewiesen werden.

Die Flexibilität des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beson­ ders vorteilhaft ausgenutzt, wenn den Mobilstationen MS von der Basisstation BS Segmente des Frequenzspektrums zugeteilt sind, deren Bandbreiten sich unterscheiden, oder eine unter­ schiedliche Anzahl von Zeitschlitzen für die Übertragung der Datensymbole in den zugeteilten Segmenten vorgesehen ist. Da­ mit können für individuelle Kommunikationsverbindungen, die sich voneinander unterscheiden, die am besten geeigneten Seg­ mente zur Kommunikation jederzeit bestimmt und bei Bedarf ge­ ändert werden.

In Fig. 2 sind die Struktur eines Funkblocks mit Datensymbolen in einem Zeitschlitz sowie die OFDMA-Subträger zur Bildung der Segmente gemäß den Beispielen in Fig. 1 schematisch darge­ stellt. So stehen beispielsweise einige hundert Subträger oc - mit einem Abstand von einigen Kilohertz zwischen jeweils zwei benachbarten Träger - in der Funkzelle der in Fig. 1 mit den drei Mobilstationen MS in Verbindung stehenden Basissta­ tion BS zur Verfügung. Davon sind die Subträger oc00...oc40 zur Definition des Segments Sx, die Subträger oc41...oc60 zur Definition des Segments Sa, und die Subträger oc61...oc100 zur Definition des Segments Sm entsprechend der Zuweisung durch die Basisstation auf die Mobilstationen verteilt. Wei­ tere Subträger oc101...ocXYZ sind in dem insgesamt für einen Netzbetreiber nutzbaren Frequenzband verfügbar, das auch die von den Mobilstationen als ebenfalls geeignet eingestuften Segmente Sy, Sz und Sb, Sc und Sn, So mit einer Anzahl von Subträgern enthält. Nach Fig. 2 wird für die Segmente Sx, Sm eine identische Bandbreite angenommen. Dies ist jedoch für ein Funk-Kommunikationssystem im Sinne der Erfindung keine Voraussetzung.

Der in Fig. 2 beispielhaft gezeigte Funkblock wird in einem Zeitschlitz einer TDMA-Rahmenstruktur übertragen. In jedem Rahmen ist zumindest ein Zeitschlitz für ein oder mehrere Teilnehmersignale vorgesehen. Von der Basisstation wird in jedem Zeitschlitz eine vorgebbare Anzahl von Subträgern be­ nutzt, auf denen jeweils eine vorgebbare Anzahl von Datensym­ bolen übertragen wird. Darüber hinaus ist für jede Mobil­ station die Anzahl der zugeteilten Subträger in einem Zeit­ schlitz von der Basisstation variabel einstellbar.

Die Dauer des Funkblocks wird mit Tbu bezeichnet. Der Funk­ block umfaßt zwei Blöcke mit jeweils N Datensymbolen d, wobei jeder Block die Länge Tbl hat. Beide Blöcke sind durch eine Trainingssequenz tseq mit der Dauer Tseq getrennt. Den Ab­ schluß des Funkblocks bildet eine Schutzzeit Tg, die die Laufzeitunterschiede aufgrund unterschiedlicher Entfernungen der Mobilstationen MS von der Basisstation BS ausgleichen soll. Weiterhin wird in Fig. 2 gezeigt, wie ein einzelnes Da­ tensymbol d nach einem reinen CDMA-Verfahren - linke Darstel­ lung - oder nach einem reinen Mehrträger-Verfahren - rechte Darstellung - übertragen werden kann. Beim CDMA-Verfahren wird jedes Datensymbol d mit Q Kodesymbolen auf die Bandbrei­ te Bu gespreizt. Beim Mehrträger-Verfahren wird jedes Daten­ symbole d auf Q Träger moduliert, wobei die Summe der Band­ breiten der Träger die Bandbreite Bu ergibt. In beiden Fällen dauert die Übertragung eines Datensymbols die Symboldauer TS. Damit ist das Funk-Kommunikationssystem als TDMA/CDMA-Mobil­ funksystem ausgebildet, bei dem in durch die Zeitschlitze ge­ bildeten Frequenzkanälen gleichzeitig die Datensymbole d meh­ rerer Kommunikationsverbindungen übertragen werden, wobei die Informationen unterschiedlicher Verbindungen gemäß einer ver­ bindungsindividuellen Feinstruktur - beispielsweise durch Spreizung der Datensymbole - unterscheidbar sind.

Gerade bei Kombination des TDMA/CDMA-Mobilfunksystem mit dem OFDMA-Multiträgerverfahren können möglichst optimale Fre­ quenzressourcen für alle von einer Basisstation betreuten Kommunikationsverbindungen mit Hilfe der flexiblen Zuweisung mehrerer Subträger bzw. eines dadurch definierten Segments des Frequenzspektrums gemäß der Erfindung vergeben werden. Dies wirkt sich für Anwendungen mit geringeren Leistungsan­ forderungen - z. B. Mikrozellensysteme - oder für TDD-Anwen­ dungen (Time Division Duplex) oder für Anwendungen bei höhe­ ren Datenraten - z. B. für Indoor-Systeme, Schnurlos-Systeme (residential cordless) - oder für Anwendungen mit geringen Bewegungsgeschwindigkeiten besonders vorteilhaft aus. Durch das verbesserte Frequenzressourcen-Zuteilungsverfahren (smart frequency hopping approach) gemäß der Erfindung werden Inter­ ferenzen, insbesondere die in Funk-Kommunikationssystemen kritischen Interzellinterferenzen (inter-cell interference) und die Intersymbolinterferenzen, berücksichtigt und zumin­ dest vermindert oder gar ausgeglichen. Dies ist deshalb von Bedeutung, da für nahezu alle Funk-Kommunikationssysteme es ein typisches Merkmal ist, daß sie in Abwärtsrichtung (down­ link) leistungsbegrenzt sind, was durch Interferenzen noch verstärkt wird.

Fig. 3 zeigt den Nachrichtenfluß über die Funkschnittstelle für die Zuteilung der Frequenzressourcen zu den Mobilstatio­ nen MS durch die Basisstation BS. An Stelle der Basisstation BS kann auch eine Basisstationssteuerung BSC die Zuteilung steuern, jedoch kommuniziert immer die Basisstation BS über die Luft mit den Mobilstationen MS. In einem ersten Schritt (1) empfangen die Mobilstationen MS parallel alle Subträger oc in dem ihnen jeweils zugewiesenen Zeitschlitz ts. Für je­ den Subträger oc überprüft die Mobilstation MS in einem wei­ teren Schritt (2), ob eine Amplitudenmodulation der im Zeit­ schlitz ts übertragenen Datensymbole vorliegt, und hat damit ein Messergebnis über die Qualität des jeweiligen Subträgers oc. Sie bildet danach einen Mittelwert aus den Ergebnissen der Überprüfung für alle zu einem ausgewählten Segment gehö­ rigen Subträger oc, was zu einem Qualitätsergebnis für das gesamte Segment führt. Dies kann sie für mehrere Segmente - vorzugsweise parallel - durchführen. Jede Mobilstation MS be­ stimmt nach Kenntnis der Qualität unterschiedlicher Segmente in einem weiteren Schritt (3) zumindest ein bevorzugt geeig­ netes Segment, im Beispiel das Segment Sx bzw. Sa bzw. Sm.

Im Schritt (4) senden die Mobilstationen MS ihre Prioritäten­ listen PL1...PL3 mit den Informationen über vorzugsweise meh­ rere bevorzugt geeignete Segmente, d. h. über die Segmente Sx, Sy, Sz bzw. Sa, Sb, Sc bzw. Sm, Sn, So, für die eine Reihen­ folge hinsichtlich ihrer Eignung von der Mobilstation MS festgelegt wurde, über die Funkschnittstelle zu der Basissta­ tion BS.

In einem Schritt (5) wertet die Basisstation BS die eintref­ fenden Prioritätenlisten PL1...PL3 mit den Informationen über die gewünschten Segmente aus und entscheidet - gegebenenfalls in Rücksprache mit der Basisstationssteuerung BSC -, welches Segment der jeweiligen Mobilstation MS zuzuweisen ist. Im ge­ nannten Beispiel ordnet die Basisstation BS die Segmente Sx, Sa und Sm, die allesamt als die am besten geeigneten Segmente mobilstationsseitig ausgewählt wurden, den drei Mobilstatio­ nen zu. Für den Fall, daß nicht das gewünschte Segment zuge­ ordnet werden kann, wird eines der anderen, von der Mobilsta­ tion MS alternativ angegebenen Segmente ausgewählt. Im Schritt (6) werden schließlich die Informationen über die zu­ geteilten Segmente Sx, Sa und Sm zu den Mobilstationen MS über die Funkschnittstelle übertragen, die die empfangenen neuen Frequenzressourcen im Frequenzspektrum für ihre indivi­ duellen Kommunikationsverbindungen nutzen. Zur Überwachung eines möglichst breiten Frequenzspektrums verfügen die Mobil­ stationen MS jeweils über Breitband-Empfänger, was bei Anwen­ dung des OFDMA-Multiträgerverfahrens der Fall ist. Der Zeit­ punkt und damit die Geschwindigkeit der Änderung der Zutei­ lung der Funkressourcen bzw. Frequenzressourcen kann abhängig von den Übertragungsbedingungen und/oder der Auslastung einer Funkzelle erfolgen. Grundsätzlich ist es pro Sekunde in einer der Anzahl der übertragenen TDMA-Rahmen entsprechenden Häu­ figkeit möglich. Bei einem auf dem GSM-Standard basierenden Mobilfunksystem werden beispielsweise circa 217 Rahmen in der Sekunde übertragen.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung der Amplitudenmodu­ lation der übertragenen Datensymbole auf einem OFDMA-Subträ­ ger zum Messen der Qualität der Segmente durch jede Mobilsta­ tion. Durch Umsetzen möglicherweise auftretender Interferen­ zen oder Rauschen in eine Amplitudenmodulation von Datensym­ bol zu Datensymbol kann auf einfache, aber effektive Weise die Qualität der einzelnen Subträger und damit auch des ge­ samten Segments über alle zugehörigen Subträger mobilstati­ onsseitig gemessen werden. Für jedes übertragene Datensymbol im Zeitschlitz wird eine FFT-Signalverarbeitung durchgeführt, und die Signalverarbeitung trägerselektiv für die Subträger des Segments fortgesetzt. So entsteht aus einem Nutzsignal ss durch ein Interferenzsignal- oder ein Rauschsignal is ein re­ sultierendes Signal rs mit einer bestimmten Amplitude, die zwischen einer minimalen Amplitude Amin und einer maximalen Amplitude Amax liegt. Liegt Interferenz oder Rauschen vor, variieren die Amplituden der individuellen auf einem bestimm­ ten Subträger Datensymbole von Datensymbol zu Datensymbol. Gibt es keine Interferenz oder kein Rauschen, weisen die Amplituden aller Datensymbole denselben Wert auf. Am einfach­ sten können relative Abweichungen der Amplituden der Daten­ symbole dadurch ermittelt werden, daß die absolute Amplitu­ dendifferenz von Datensymbol zu Datensymbol aufaddiert und das Additionsresultat mit der mittleren Amplitude aller auf einem vorgebbaren Subträger übertragenen Datensymbole nor­ miert wird. Im Beispiel werden beispielsweise die Qualitäts­ ergebnisse aller 40 Subträger des Segments Sx gemittelt und ein entsprechender Qualitätswert für das Segment Sx ermit­ telt. Dies wird für eine Mehrzahl anderer Segmente ebenfalls ausgeführt, und eine Anzahl von Segmenten bester Qualität hinsichtlich der eigenen Kommunikationsverbindung festgelegt.

Eine Mobilstation MS zur Unterstützung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Funk-Kommunikationssystems ist in Fig. 5 darge­ stellt, während Fig. 6 eine entsprechende Basisstation bzw. Basisstationssteuerung BSC zeigt. Dabei sind nur die für den Erfindungsgegenstand wesentlichen Mittel und Einrichtungen dargestellt.

Die Mobilstation MS weist Steuermittel MSE mit einer Spei­ chereinrichtung MSP und einer FFT-Einrichtung FFT, Modulati­ onsmittel MOD bzw. Demodulationsmittel DEM und Sende/Em­ pfangsmittel MHF auf.

In Abwärtsrichtung wie in Aufwärtsrichtung (uplink) werden Datensymbole d der Teilnehmersignale übertragen. Für die Übertragung in Aufwärtsrichtung werden sie von den Steuermit­ teln MSE aufbereitet und für das Senden den Modulationsmit­ teln MOD zugeführt. Dagegen werden in Abwärtsrichtung die Da­ tensymbole d von den Sende/Empfangsmitteln MHF empfangen, von den Demodulationsmitteln DEM aufbereitet und an die Steuer­ mittel MSE weitergeleitet. In einem Teil der Modulations­ mittel MOD wird eine Datenmodulation, Fehlersicherung, Ver­ schachtelung u. ä. durchgeführt. Zusätzlich werden die Daten­ symbole d eines Funkblockes in einem Teil der Modulations­ mittel MOD entsprechend der Kombination von TDMA- und CDMA- Verfahren zur Realisierung der verbindungsindividuellen Fein­ struktur für die Unterscheidung der Teilnehmersignale in ei­ nem Zeitschlitz gespreizt. Nach Analog/Digital-Wandlung wer­ den die Funkblöcke in den Sende/Empfangsmitteln MHF verstärkt und über die Funkschnittstelle zu der Basisstation gesendet.

In Abwärtsrichtung empfangen die Sende/Empfangsmittel MHF über die Luft alle Subträger oc in dem der Mobilstation MS zugewiesenen Zeitschlitz - siehe Schritt (1) in Fig. 3. Die Steuermittel MSE werden über die Subträger oc informiert und führen eine Messung der Qualität unterschiedlicher Segmente entsprechend obiger Ausführungen durch. Die Steuermittel MSE bestimmen die für die eigene Kommunikationsverbindung bevor­ zugt geeigneten Segmente S..., tragen sie in die Prioritäten­ liste ein, und veranlassen die Sende/Empfangsmittel MHF zum Aussenden entsprechender Informationen über die Luft an die Basisstation - siehe Schritt (4) in Fig. 3.

Auch in Abwärtsrichtung empfangen die Sende/Empfangsmittel MHF - aber zu einem späteren Zeitpunkt nach erfolgter Auswer­ tung der übermittelten Segmente aller Mobilstationen durch die Basisstation - die Information über das individuell von der Basisstation zugewiesene Segment S... - siehe Schritt (6) in Fig. 3. Entsprechend der zugeteilten Frequenzressourcen nehmen die Steuermittel MSE eine Änderung der funktechnischen Parameter in der Funkzelle für die Mobilstation MS vor.

Gleichzeitig kann durch das verbesserte Zuteilungsverfahren den Bedürfnissen einzelner Mobilstationen MS entsprochen wer­ den, die besondere Übertragungsbedingungen (kein CDMA oder ein Mehrträger-Verfahren nur innerhalb einer bestimmten Band­ breite) und besondere Datenraten anfordern.

Die Einrichtung gemäß Fig. 6 - als Basisstation BS oder als Basisstationssteuerung BSC ausgeprägt - weist Steuermittel BSE mit einer Speichereinrichtung BSP und einer FFT-Einrich­ tung FFT, Modulationsmittel MOD bzw. Demodulationsmittel DEM und Sende/Empfangsmittel BHF auf. Von den Steuermitteln BSE werden die Sende/Empfangsmittel BHF veranlaßt, die Subträger oc über die Luft in Abwärtsrichtung zu den Mobilstationen zu senden. In der Gegenrichtung empfangen die Sende/Empfangsmit­ tel BHF die Informationen über die von den Mobilstationen be­ stimmten Segmenten S... und leiten sie an die Steuermittel BSE weiter. Anhand der Auswertung der Gesamtheit der eintref­ fenden Informationen teilt die Steuermittel BSE ein Segment S... jeder von ihr versorgten Mobilstation zu und veranlaßt die Sende/Empfangsmittel BHF zum Aussenden entsprechender In­ formationen über die Luft an die jeweilige Mobilstation.

Die Änderung der Segmente des Frequenzspektrums berücksich­ tigt auch die Übertragungsbedingungen (starke Störungen und Interferenzen) und die Auslastung der funktechnischen Res­ sourcen (Zeitschlitze, Frequenzen, Spreizkodes) in der Funk­ zelle. Diese Bedingungen werden den Steuermitteln BSE vom Ba­ sisstationscontroller BSC bzw. vom Operations- und Wartungs­ zentrum OMC signalisiert. Daraufhin wählen die Steuermittel BSE die Subträger zur Definition des Segments nach Qualitäts­ merkmalen für jede Kommunikationsverbindung aus.

Die Signalverarbeitung bei Anwendung des OFDMA-Multiträger­ verfahrens durch die FFT-Einrichtung FFT sowie die Modulati­ onsmittel MOD bzw. Demodulationsmittel DEM arbeiten in der Basisstation BS in gleicher Weise wie in der Mobilstation MS, sodaß obige Ausführungen zu Fig. 5 entsprechend gelten. In der Speichereinrichtung BSP sind u. a. die von den Mobilstationen kommenden Prioritätenlisten mit den als bevorzugt geeignet gekennzeichneten Segmenten gespeichert.

Zum Erreichen einer möglichst einfachen Synchronisation in Bezug auf Zeit und Frequenz wird ein Anfangs-Synchronisa­ tionsschritt ausgeführt, bei dem Symbole mit halber Übertra­ gungsrate gesendet werden, sodaß die übertragenen Symbole auch bei vollständig unsynchronisierten Bedingungen in einem Zeitfenster sicher empfangen werden. Bei Mikrozellen-Anwen­ dungen ist lediglich eine Synchronisation der Mobilstationen auf die Basisstation erforderlich.

Zur Identifikation der Basisstation BS kann ein Basisstati­ onskode gebildet werden, wobei die Phasen zwischen den auf zumindest zwei benachbarten Subträgern an erster Stelle im Funkblock übertragenen Datensymbolen verwendet werden. Vor­ zugsweise sind dies die beiden Subträger, die in der Mitte eines Datenstroms mit mehreren Subträgern liegen. So wird dem ersten Datensymbol auf dem Subträger mit der niedrigeren Fre­ quenz die Phase 0 Grad zugeordnet. Die Phase des ersten Da­ tensymbols des bebachbarten Subträgers mit der höheren Fre­ quenz bildet den Basisstationskode, d. h. mit den Werten 0 Grad, 90 Grad, 180 Grad und 270 Grad. Die Phasen der ersten Symbole der beiden bebachbarten Subträger kann auch als Pha­ senreferenz zum Detektieren der Informationen auf allen Sub­ trägern benutzt werden.

Aus obigen Bemerkungen ergibt sich, daß sich das erfindungs­ gemäße Verfahren insbesondere für einen Einsatz in zukünfti­ gen Funk-Kommunikationssystemen, wie UMTS (Universal Mobile Communications System) oder FPLMTS (Future Public Land Mobile Telecommunication System) eignet.

Claims (17)

1. Verfahren zur Zuteilung von Funkressourcen einer Funk­ schnittstelle eines Funk-Kommunikationssystems, wobei
  • 1. Datensymbole (d) in Zeitschlitzen (ts) über die Funk­ schnittstelle zwischen einer Basisstation (BS) und meh­ reren von der Basisstation (BS) betreuten Mobilstationen (MS) übertragen werden, und
  • 2. ein OFDMA-Multiträgerverfahren zur Übertragung der Da­ tensymbole (d) benutzt wird, das den Mobilstationen (MS) jeweils eine Anzahl von Subträgern (oc) und damit ein Segment (S...) eines Frequenzspektrums für die Kommunika­ tionsverbindung zwischen Basisstation (BS) und Mobilsta­ tion (MS) zuteilt,
mit den folgenden Verfahrensschritten:
  • 1. Messen der Qualität unterschiedlicher Segmente (S...) des Frequenzspektrums durch jede Mobilstation (MS),
  • 2. Bestimmen zumindest eines für die eigene Kommunikationsver­ bindung bevorzugt geeigneten Segments (Sx... Sa... Sm...) durch jede Mobilstation (MS) und Senden einer entsprechen­ den Information zur Basisstation (BS),
  • 3. Auswerten der von den Mobilstationen (MS) empfangenen In­ formationen durch die Basisstation (BS) und Zuteilen eines Segments (Sx, Sa, Sm) für die jeweilige Kommunikationsver­ bindung an jede Mobilstation (MS) abhängig von der Auswer­ tung, sowie
  • 4. Senden einer Information über das zugeteilte Segment (Sx, Sa, Sm) zu jeder Mobilstation (MS) durch die Basisstation (BS).
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zumindest zwei Mobilstationen (MS) von der Basisstation (BS) Segmente (Sx, Sa) des Frequenzspektrums zugeteilt werden, de­ ren Bandbreiten sich unterscheiden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem den Mobilstationen (MS) von der Basisstation (BS) eine unter­ schiedliche Anzahl von Zeitschlitzen (ts) für die Übertragung der Datensymbole (d) in den zugeteilten Segmenten zugeteilt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem von den Mobilstationen (MS) jeweils eine Prioritätenliste (PL1, PL2, PL3) an die Basisstation (BS) gesendet wird, die Informationen über ein für die eigene Kommunikationsver­ bindung am besten geeignetes Segment (Sx, Sa, Sm) sowie über weitere, für die eigene Kommunikationsverbindung bevorzugt geeignete Segmente (Sy, Sz; Sb, Sc; Sn, So) enthält.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem von der Basisstation (BS) in jedem Zeitschlitz (ts) eine vor­ gebbare Anzahl von Subträgern (oc) benutzt wird, auf denen jeweils eine vorgebbare Anzahl von Datensymbolen (d) übertra­ gen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem für jede Mobilstation (MS) die Anzahl der zugeteilten Subträ­ ger (oc) in einem Zeitschlitz (ts) von der Basisstation (BS) variabel einstellbar ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zum Messen der Qualität der Segmente (S...) des Frequenzspek­ trums von der Mobilstation (MS)
  • 1. alle Subträger (oc) in dem ihr zugewiesenen Zeitschlitz (ts) empfangen werden,
  • 2. für jeden Subträger (oc) überprüft wird, ob eine Amplitu­ denmodulation der im Zeitschlitz übertragenen Datensymbole
  • 3. vorliegt, und ein Mittelwert aus den Ergebnissen der Überprüfung für alle zu dem jeweiligen Segment (S...) gehörigen Subträger (oc) ge­ bildet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem relative Abweichungen der Amplituden der Datensymbole (d) da­ durch ermittelt werden, daß die absolute Amplitudendifferenz von Datensymbol zu Datensymbol aufaddiert und das Additions­ resultat mit der mittleren Amplitude aller auf einem vor­ gebbaren Subträger (oc) übertragenen Datensymbole normiert wird.
9. verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem von der Mobilstation (MS) mehrere Segmente (z. B. Sx, Sy, Sz) bester Qualität bestimmt und entsprechend einer ansteigenden Amplitudenmodulation in einer Prioritätenliste (z. B. PL1) nu­ meriert werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem eine Amplitudenmodulation dann ermittelt wird, wenn die Amplituden der auf einem bestimmten Subträger (oc) übertrage­ nen Datensymbole (d) auf Grund von Interferenzen oder von Rauschen sich von Datensymbol zu Datensymbol unterscheiden.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Funk-Kommunikationssystem als TDMA/CDMA-Mobilfunksystem ausgeprägt ist, bei dem in durch Zeitschlitze gebildeten Fre­ quenzkanälen gleichzeitig Datensymbole (d) mehrerer Kommuni­ kationsverbindungen übertragen werden, wobei die Informa­ tionen unterschiedlicher Verbindungen gemäß einer verbin­ dungsindividuellen Feinstruktur unterscheidbar sind.
12. Funk-Kommunikationssystem zur Zuteilung von Funkres­ sourcen einer Funkschnittstelle, wobei
  • 1. Datensymbole (d) in Zeitschlitzen (ts) über die Funk­ schnittstelle zwischen einer Basisstation (BS) und meh­ reren von der Basisstation (BS) betreuten Mobilstationen (MS) übertragen werden, und
  • 2. ein OFDMA-Multiträgerverfahren zur Übertragung der Da­ tensymbole (d) benutzt wird, das den Mobilstationen (MS) jeweils eine Anzahl von Subträgern (oc) und damit ein Segment (S...) eines Frequenzspektrums für die Kommunika­ tionsverbindung zwischen Basisstation (BS) und Mobilsta­ tion (MS) zuteilt,
mit
  • 1. Steuermittel (MSE) in jeder Mobilstation (MS) zum Messen der Qualität unterschiedlicher Segmente (S...) des Fre­ quenzspektrums und zum Bestimmen zumindest eines für die eigene Kommunikationsverbindung bevorzugt geeigneten Seg­ ments (Sx... Sa... Sm...),
  • 2. Sendemittel (MHF) in jeder Mobilstation (MS) zum Senden ei­ ner entsprechenden Information zur Basisstation (BS),
  • 3. Steuermittel (BSE) in jeder Basisstation (BS) zum Auswerten der von den Mobilstationen (MS) empfangenen Informationen und zum Zuteilen eines Segments (Sx, Sa, Sm) für die jewei­ lige Kommunikationsverbindung an jede Mobilstation (MS) ab­ hängig von der Auswertung, sowie
  • 4. Sendemittel (HF) in jeder Basisstation (BS) zum Senden ei­ ner Information über das zugeteilte Segment (Sx, Sa, Sm) zu jeder Mobilstation (MS).
13. Funk-Kommunikationssystem nach Anspruch 12, mit einer Mobilstation (MS), die aufweist
  • 1. Steuermittel (MSE) zum Messen der Qualität unterschied­ licher Segmente (S...) des Frequenzspektrums und zum Bestim­ men zumindest eines für die eigene Kommunikationsverbindung bevorzugt geeigneten Segments (Sx, Sa, Sm), und
  • 2. Sendemittel (MHF) zum Senden einer entsprechenden Informa­ tion zur Basisstation (BS).
14. Funk-Kommunikationssystem nach Anspruch 12 oder 13, mit einer Einrichtung, die aufweist
  • 1. Steuermittel (BSE) zum Auswerten der von den Mobilstationen (MS) empfangenen Informationen und zum Zuteilen eines Seg­ ments (Sx, Sa, Sm) für die jeweilige Kommunikationsverbindung an jede Mobilstation (MS) abhängig von der Auswertung, sowie
  • 2. Sendemittel (BHF) zum Senden einer Information über das zu­ geteilte Segments (Sx, Sa, Sm) zu jeder Mobilstation (MS).
15. Funk-Kommunikationssystem nach Anspruch 14, bei dem die Steuermittel (BSE) das Auswerten der von den Mobilsta­ tionen (MS) empfangenen Informationen und das Zuteilen der Segmente (Sx, Sa, Sm) für die jeweiligen Kommunikations­ verbindungen an die Mobilstationen (MS) entsprechend den Übertragungsbedingungen und/oder der Auslastung einer Funk­ zelle nach Vorgaben einer Einrichtung (BSC, OMC) zum Funkres­ sourcenmanagement durchführen.
16. Funk-Kommunikationssystem nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die Einrichtung als Teil einer Basisstation (BS) ausge­ bildet ist.
17. Funk-Kommunikationssystem nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die Einrichtung als Teil einer Basisstationssteuerung (BSC) ausgebildet ist.
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