DE19840510A1 - Verfahren zum Betreiben eines Funk-Kommunikationssystems und derartiges Funk-Kommunikationssystem - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben eines Funk-Kommunikationssystems mit mehreren Basisstationen und mindestens einer Mobilstation, wobei zur Datenübertragung ein zeitlicher Rahmen vorgegeben ist, der in eine vorbestimmte Anzahl von Zeitschlitzen aufgeteilt ist, tasten die Basisstationen jeweils mindestens einen Zeitschlitz des Zeitrahmens im Downlink aus. DOLLAR A Vorzugsweise tasten benachbarte Basisstationen unterschiedliche Zeitschlitze aus. Dadurch kann einer Mobilstation ein derartiger Zeitschlitz zugewiesen werden, der von einer benachbarten Basisstation ausgetastet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Funk-Kommunikationssystems und ein derartiges Funk-Kommunika­ tionssystem, insbesondere ein Mobilfunksystem mit TDD-Teil­ nehmerseparierung.

In Funk-Kommunikationssystemen werden Informationen (beispielsweise Sprache, Bildinformation oder andere Daten) mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen über eine Funk­ schnittstelle zwischen einer Basisstation und einer Mobilsta­ tion übertragen. Das Abstrahlen der elektromagnetischen Wel­ len erfolgt dabei mit Trägerfrequenzen, die in dem für das jeweilige System vorgesehenen Frequenzband liegen. Für zu­ künftige Mobilfunksysteme mit TD/CDMA-Übertragungsverfahren über die Funkschnittstelle, wie beispielsweise das UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) oder andere Sy­ steme der dritten Generation sind Frequenzen im Frequenzband von ca. 2000 MHz vorgesehen.

Für die dritte Mobilfunkgeneration wie das bereits er­ wähnte UMTS wurde ein breitbandiges TD-CDMA-Verfahren, näm­ lich ein Vielfachzugriffkonzept basierend auf Zeit-, Fre­ quenz- und Codemultiplex-Konzept, als Übertragungsverfahren für die TDD-Komponente des Konzeptes ausgewählt. Das TDD- Übertragungsverfahren (Time Division Duplex) umfaßt einen TDMA-Rahmen mit einer Dauer von 10 ms, der in 16 Zeitschlitze mit einer Dauer von 625 µs unterteilt ist, so daß 16 Zeit­ schlitze pro Rahmen zur Verfügung stehen. Die Zeitschlitze werden aufgeteilt in Zeitschlitze für die Aufwärts- und die Abwärtsverbindung. Dabei kann der Umschaltpunkt zwischen der Aufwärts- und der Abwärtsverbindung in dem TDD-Rahmen verän­ dert werden, um einen asymmetrischen Verkehr zu unterstützen. Eine genaue Definition der TDD-Komponente des vorgeschlagenen UMTS-Systems ist in dem Vorschlag "Draft ITU system description for the UTRA TDD component", ETSI SMG2 UMTS-L1, Tdoc SMG2 UMTS-L1 104/98 zu finden.

Innerhalb jeden Zeitschlitzes der Länge von 625 µs wird eine zusätzliche Trennung der Benutzersignale durch Spreizcodes verwendet. Dies bedeutet, daß innerhalb eines Zeitschlitzes mehr als ein Burst einer entsprechenden Länge übertragen werden kann. Diese mehreren Bursts innerhalb des gleichen Zeitschlitzes können sowohl verschiedenen Benutzers als auch teilweise oder insgesamt einem einzigem Benutzer zu­ geordnet sein. Für die vielfachen Bursts innerhalb des glei­ chen Zeitschlitzes werden verschiedene Spreizcodes verwendet, um die Unterscheidung zwischen den verschiedenen Bursts zu ermöglichen.

Die bis dato gemachten Vorschläge eines Mobilfunksystems der dritten Generation weisen das folgende Problem auf, nämlich daß trotz der zeitlichen Synchronisation aufgrund des benutz­ ten gleichen Frequenzbandes Störungen für die Mobilstationen durch benachbarte Basisstationen auftreten können, ferner ist die Synchronisation benachbarter Basisstationen aufwendig, da sie über GPS-Empfänger oder über das Festnetz durchgeführt wurde.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die Störungen von Mobilstationen durch benachbarte Basisstationen verringert wird und benachbarte Basisstationen einfach synchronisiert werden können.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 16 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Ge­ genstand der Unteransprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Funk- Kommunikationssystems mit mehreren Basisstationen und minde­ stens einer Mobilstation, wobei zur Datenübertragung ein zeitlicher Rahmen vorgegeben ist, der in eine vorbestimmte Anzahl von Zeitschlitzen aufgeteilt ist, tasten die Basissta­ tionen jeweils mindestens einen Zeitschlitz des Zeitrahmens im Downlink aus.

Vorzugsweise tasten benachbarte Basisstationen unterschiedli­ che Zeitschlitze aus. Zur Kommunikation kann einer der Mobil­ stationen ein derartiger Zeitschlitz zugewiesen werden, der von einer benachbarten Basisstation ausgetastet ist. Dadurch werden Störungen durch die benachbarten Basisstationen ver­ ringert. Vorzugsweise wird die Anzahl der Zeitschlitze analog zu einem "Re-Use-Cluster" gewählt.

Vorzugsweise sind die Basisstationen bereits synchronisiert.

Ferner können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Vermes­ sung der Kanäle in jedem Sendeburst eine Kanalmeßsequenz, vorzugsweise in der Midamble des Bursts, gesendet werden. Bei einem TDD-Verfahren können für die Aufwärts- und Abwärts­ strecke unterschiedliche Kanalmeßsequenzen verwendet werden.

Vorzugsweise wird zur Kanalvermessung eine zyklische Korrela­ tion verwendet, wobei ferner die Kanalmeßsequenz mit unter­ schiedlichen Code-Phasen von den verschiedenen Basisstationen gesendet wird.

Ferner kann die Kanalmeßsequenz eines vorbestimmten Bursts, vorzugsweise des ersten Bursts, eines Rahmens der Abwärts­ strecke gekennzeichnet werden, in dem beispielsweise eine weitere Kanalmeßsequenz verwendet wird. Es ist auch möglich, die gleiche Kanalmeßsequenz zu verwenden, die eine Phasenpro­ gression von 180° von Zeitrahmen zu Zeitrahmen aufweist.

Ferner kann eine Basisstation in ihren ausgetasteten Sende­ zeitschlitzen die Signale anderer Basisstationen empfangen. Mit den in dem ausgetasteten Zeitschlitz empfangenen Signalen können Laufzeitmessungen durchgeführt werden und ferner kön­ nen die empfangenen Signale zur zeitlichen Synchronisation der Basisstation und zur Kommunikation mit benachbarten Ba­ sisstationen verwendet werden.

Zur Synchronisation (oder Nachsynchronisation) empfängt die Basisstation in dem ausgetasteten Zeitschlitz vorzugsweise mehrere Basisstationen und verwendet sie als Referenz. Durch die Synchronisation mit mehreren Basisstationen erhöht sich die Redundanz und die Synchronisiergenauigkeit.

Weiterhin können die den Sendezeitschlitzen zugeordneten Emp­ fangszeitschlitze der Basisstation für einen "Random Access" durch die Mobilstation verwendet werden.

Ein erfindungsgemäßes Funkkommunikationssystem verwendet das im vorangegangenen dargelegte Verfahren.

Mit der Erfindung können mehrere Vorteile gleichzeitig er­ zielt werden. Dies sind eine Reduktion von Störungen, eine Synchronisation benachbarter Basisstationen und einen effek­ tiven "Random Access" durch die Mobilstation. Ferner ist der Einsatz der Erfindung bei einer TDD-Anwendung besonders ef­ fektiv, da alle beteiligten Sender bereits jeweils einen Sen­ der und Empfänger im gleichen Frequenzbereich besitzen, was für FDD-Anwendungen nicht der Fall ist und im allgemeinen ei­ nen weiteren Empfänger notwendig macht.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeich­ nungen dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Zuordnung der Zeitschlitze eines Zeitrahmens sowohl an die Basisstation als auch an die Mobilstation,

Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Austastung von Zeitschlitzen durch die beteiligten Basisstationen, und

Fig. 3 zeigt die Wiederholung der ausgetasteten Zeitschlitze in einem 7-er Cluster benachbarter Basisstationen.

Fig. 1 zeigt als Beispiel einen in einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform der Erfindung verwendete Zuordnung der Zeitschlitze eines Zeitrahmens ZR. Als zahlenmäßiges Beispiel wird eine Rahmendauer von 10 µs angenommen, wobei der Rahmen ZR in 16 Zeitschlitze ä 625 µs unterteilt ist. In dem Beispiel sind 8 Zeitschlitze ZSM0-ZSM7 einer Mobilstation MS und 8 Zeit­ schlitze ZSB0-ZSB7 einer Basisstation BS zugeordnet. Ein Burst (nicht dargestellt) besteht beispielsweise aus 2 × 200 µm Datenblöcken und einer Midamble von ebenfalls 200 µs zwischen den beiden Datenblöcken. Die verbleibenden 25 µs werden als Schutzzeit vorgesehen. Zur Vereinfachung der Er­ läuterung wird ferner ein Mobilfunksystem mit einer zeitli­ chen Synchronisation der Zeitschlitze einer Basisstation vorausgesetzt, wobei sich die Basisstationen auch mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens synchronisieren können, wie dies später erläutert werden wird. Sind die Laufzeiten zwischen Basisstationen und Mobilstationen klein gegenüber der Dauer eines Zeitschlitzes, dann sind die Zeitschlitze sowohl bei den Basisstationen als auch bei den Mobilstationen syn­ chronisiert. Eine ideale Synchronisation der Basisstation vorausgesetzt, ergeben sich lediglich Verschiebungen aus Ent­ fernungsdifferenzen zwischen der jeweiligen (mobilen) Funk­ station und den verschiedenen Basisstationen.

Fig. 2 zeigt schematisch das Austasten der von den Basissta­ tionen BS gesendeten Zeitschlitze ZSB1-ZSB7 eines Zeitrah­ mens ZR. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren tasten die Ba­ sisstationen 1-7 jeweils einen Zeitschlitz oder mehrere Zeitschlitze ZSB1-ZSB7 aus. Der 0-te Zeitschlitz ZSB0 wird nicht ausgetastet. Dabei können benachbarte Basisstationen jeweils unterschiedliche Zeitschlitze austasten. Dieses Ver­ fahren ist vorteilhafterweise jeweils für "FDD"- (Frequence Division Duplex) als auch für "TDD"- (Time Division Duplex) Verfahren einsetzbar. Wenn eine Basisstation einen Zeit­ schlitz austastet, also in diesem Zeitschlitz nicht sendet, dann können Mobilstationen in benachbarten Zellen durch Sen­ designale dieser Basisstation nicht gestört werden. Tasten benachbarte Basisstationen unterschiedliche Sendezeitschlitze aus, so werden in jeder Zelle zyklisch die Sendesignale der benachbarten Basisstation ausgetastet und Störungen durch diese Basisstation können vermieden werden, indem die Mobilstationen in einem ungestörten Zeitschlitz empfangen. Damit können vorteilhafterweise ansonsten kritische Störsi­ tuationen für Mobilstationen vermieden werden, indem diesen Mobilstationen ungestörte bzw. wenig gestörte Zeitschlitze zugewiesen werden. Dargestellt ist in Fig. 2 der Fall, in dem die Basisstation 1 den ersten Zeitschlitz ZSB1, die Basissta­ tion 2 den zweiten Zeitschlitz ZSB2 usw. austasten.

Fig. 3 zeigt das Schema der Wiederholung in einem Cluster von Basisstationen 1-7. Die Anzahl der Zeitschlitze, die ausgeta­ stet werden, kann ähnlich einem "Re-Use-Cluster" ausgewählt werden, beispielsweise können 3, 4, 6, 7, 9 usw. Zeitschlitze für diesen Zweck verwendet werden. Jede Basisstation tastet dabei einen dieser Zeitschlitze aus, wie dies in der Fig. 2 dargestellt ist. In dem Beispiel tastet die Basisstation 1 den ersten Zeitschlitz ZSB1, die Basisstation 2 den zweiten Zeitschlitz ZSB2, usw., bis zur Basisstation 7, die den sieb­ ten Zeitschlitz ZSB7 austastet. Diese Organisation kann im Rahmen einer Netzwerkplanung oder durch die Basisstation selbst organisiert erfolgen.

In einem TDD-Verfahren, in welchem keine frequenzmäßige Tren­ nung der Abwärts- und der Aufwärtsstrecke gegeben ist, werden vorteilhafterweise für die Abwärtsstrecke und die Aufwärts­ strecke unterschiedliche Kanalmeßsequenzen verwendet, um den Mobil- und Basisstationen eine einfache Identifizierung der Quelle eines Bursts zu ermöglichen.

Ferner ist es möglich, die Kanalmeßsequenz des ersten Bursts eines Rahmens der Abwärtsstrecke zu kennzeichnen. Dies Kenn­ zeichnung könnte beispielsweise durch eine weitere Kanalmeß­ sequenz erfolgen. Vorteilhafterweise kann auch die gleiche Kanalmeßsequenz verwendet werden, wobei eine Phasenmodulation dieser Kanalmeßsequenz für den ersten Burst eines jeden Rahmens vorgenommen wird. Als einfachstes Verfahren kann das Aussenden dieser Kanalmeßsequenz mit einer Phasenprogression von 180° von Rahmen zu Rahmen verwendet werden. Dadurch än­ dert sich von Rahmen zu Rahmen jeweils das Vorzeichen der Meßwerte.

Ferner kann in ihren ausgetasteten Sendezeitschlitzen jede Basisstation die Signale der anderen Basisstationen empfan­ gen. Dies gilt sowohl für die Kanalmeßsequenzen als auch für die Datenblöcke. Deshalb kann die Basisstation in diesem Zeitschlitz Signale von den umliegenden Basisstationen emp­ fangen und Laufzeitmessungen durchführen. Ferner können die empfangenen Signale zur zeitlichen Synchronisation der Ba­ sisstation und zur Kommunikation mit benachbarten Basissta­ tionen verwendet werden.

Ferner ist es ausreichend, wenn jede Basisstation eine ein­ zige Nachbarbasisstation auswählt, um diese als Referenz für die Synchronisation zu verwenden. Aus Redundanzgründen und zur Erhöhung der Synchronisiergenauigkeit, beispielsweise bei Ausfall der Referenzbasisstation oder bei Störungen auf der Übertragungsstrecke, ist es angebracht, wenn jede Basissta­ tion mehrere andere Basisstationen als Referenzen für die ei­ gene Synchronisation verwendet.

Ferner können die den Sendezeitschlitzen zugeordneten Emp­ fangszeitschlitze der Basisstation für einen "Random Access" durch die Mobilstation verwendet werden. Als ein einfaches Verfahren verwenden Mobilstationen Bursts, welche vom Aufbau her identisch zu normalen Daten-Bursts sind. Die Code-Phase der Kanalmeßsequenz und die Spreizcodes für die Daten werden von der Mobilstation nach einem Zufallsverfahren aus einem größeren Vorrat derartiger Kombinationen gewählt. Die Sende­ leistung für einen "Random Access"-Burst wird bestimmt aus der Leistung der Kanalmessung für diese Basisstationen und einer Solleistung für den "Random Access"-Burst, welche bei­ spielsweise im Broadcast-Channel übertragen wird. Die zuläs­ sigen Kombinationen aus Kanalmeßsequenz und Spreizcodes kön­ nen ebenfalls im "Broadcast-Channel" übertragen werden. Diese Maßnahmen ermöglichen die Detektion einer bestimmten Anzahl gleichzeitig empfangener "Random Access"-Bursts verschiedener Mobilstationen durch die Basisstation.

Claims (16)

1. Verfahren zum Betreiben eines Funk-Kommunikationssystems mit mehreren Basisstationen (BS, 1, . . ., 7) und mindestens ei­ nen Mobilstation (MS), wobei zur Datenübertragung ein zeit­ licher Rahmen (ZR) vorgegeben ist, der in eine vorbestimmte Anzahl von Zeitschlitzen (ZSM0-ZSM7, ZSB0-ZSB7) aufgeteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisstationen (BS) jeweils mindestens einen Zeitschlitz (ZSB1,. . .,ZSB7) des Zeitrahmens (ZR) im Downlink austasten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß benachbarte Basisstationen (BS) unterschiedliche Zeitschlitze (ZSB1,. . .,ZSB7) austasten.

3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß Mobilstationen (MS) ein derartiger Zeitschlitz (ZSB1,. . .,ZSB7) zugewiesen wird, der von einer benachbarten Basisstation (1, . . ., 7) ausgetastet ist.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Zeitschlitze (ZSB1,. . .,ZSB7) analog zu einem "Re-Use-Cluster" gewählt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Basisstationen (1, . . ., 7) synchronisiert sind.

6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermessung der Ka­ näle in jedem Sendeburst eine Kanalmeßsequenz, vorzugsweise in der Midamble, gesendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem TDD-Verfahren für die Aufwärts- und Abwärtsstrecke unterschiedliche Kanalmeßsequenzen verwendet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Kanalvermessung eine zyklische Korrela­ tion verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kanalmeßsequenz mit unterschiedlichen Code- Phasen von den verschiedenen Basisstationen (BS) gesendet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kanalmeßsequenz des ersten Bursts eines Rahmens (ZR) der Abwärtsstrecke gekennzeichnet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalmeßsequenz eine Phasenprogression von 180° von Zeitrahmen zu Zeitrahmen (ZR) aufweist.

12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Basisstation (1, . . ., 7) in ih­ ren ausgetasteten Sendezeitschlitzen (ZSB1, . . ., ZSB7) die Si­ gnale anderer Basisstationen (1, . . ., 7) empfängt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß aus den in dem ausgetasteten Zeitschlitz (ZSB1, . . ., ZSB7) emp­ fangenen Signalen Laufzeitmessungen durchgeführt werden, und die empfangenen Signale zur zeitlichen Synchronisation der Basisstation (1, . . ., 7) und zur Kommunikation mit benachbar­ ten Basisstationen (1, . . ., 7) verwendet werden können.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Synchronisation die Basisstation (1, . . ., 7) in dem ausgetasteten Zeitschlitz (ZSB1, . . ., ZSB7) mehrere Basisstationen (1, . . ., 7) empfängt und als Referenz verwendet.

15. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die den Sendezeitschlitzen (ZSB1, . . ., ZSB7) zugeordneten Empfangszeitschlitze (ZSM1, . . ., ZSM7) der Basisstation (BS) für einen "Random Access" durch die Mobilstation (MS) verwendet werden.

16. Funkkommunikationssystem unter Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15.