-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Datenübertragung
in einem Mobilfunksystem, bei dem in einem Frequenzduplex-Betrieb Daten zwischen
einer Basisstation und einer Teilnehmerstation in beiden Übertragungsrichtungen übertragen
werden, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie Basisstationssystem
zur Durchführung
des Verfahrens.
-
Zellulare Mobilfunksystem der ersten
und zweiten Generation nutzen symmetrisch gepaarte und um die sogenannte
Duplexdistanz getrennte Trägerfrequenzen
zur Datenübertragung
innerhalb einer Verbindung. Dies wird allgemein als FDD-Übertragungsverfahren (FDD frequency
division duplex, Frequenzduplex-Betrieb) bezeichnet.
-
Das eingeführte GSM-Mobilfunksystem (global
System for mobile communications) ist ein solches Mobilfunksystem
mit FDD-Übertragungsverfahren
und wurde für
eine Sprachübertragung
optimiert. Bei einer Sprachübertragung
sind die zu übertragenden
Datenmengen in beiden Übertragungsrichtungen
statistisch betrachtet gleich, so daß über eine Funkschnittstelle
zwischen einer Basisstation und einer Teilnehmerstation für die Aufwärtsrichtung
(von der Teilnehmerstation zur Basisstation) und die Abwärtsrichtung
(von der Basisstation zur Teilnehmerstation) gleiche Übertragungskapazitäten vorzusehen
sind. Die symmetrische Zuweisung von Trägerfrequenzen für eine Verbindung
bietet dafür
den Vorteil, daß einfache
aber sehr effektive analoge Filter die Frequenzen trennen können.
-
Zukünftige Mobilfunksysteme werden
im steigenden Maße
asymmetrische Dienste anbieten, z.B. Email, Telefax, Internet).
Gemittelt über
alle Teilnehmer sind typischerweise in Abwärtsrichtun.g erheblich höhere Übertragungskapazitäten erforderlich als
umgekehrt. Im Frequenzduplex-Betrieb in einem symmetrisch gepaarten
Band erreicht das System nur eine schlechte spektrale Effizienz,
da die verfügbare
Kapazität
in Aufwärtsrichtung
zum Teil ungenutzt bleibt.
-
Aus David, K.; Benkner, T.: „Digitale
Mobilfunktechnik",
Teubner Verlag Stuttgart 1996, ISBN 3-519-06181-3, 5.290-291, sind
Frequenz- und Zeitduplex-Verfahren bekannt, die in Funk-Kommunikationssystemen
genutzt werden. Aus
DE
196 29 899 C1 ist weiterhin ein Funk-Kommunikationssystem
bekannt, bei dem Übertragungsressourcen
eines Logiksteuerkanals für
einen zusätzlichen
Verkehrskanal umgeschaltet werden können.
-
Für
die dritte Generation zellularer Mobilfunksysteme besteht weltweiter
Trend zur Verwendung eines W-CDMA (wideband code division multiple
access) basierten Zugriffsverfahrens im Frequenzduplex-Betrieb mit
symmetrisch gepaarten Frequenzzuweisungen. Das Problem der asymmetrischen
Dienste bleibt damit unberücksichtigt.
Hingegen soll ein eigener Übertragungsmodus
mit TDD-Übertragungsverfahren
(time division duplex) solche Dienste allein unterstützen. Im
TDD-Übertra-gungsverfahren, siehe
DE 198 22 276 A1 nutzen die
Auf- und die Abwärtsrichtung
ein gemeinsames Frequenzband, wobei Zeitschlitze wahlweise einer der Übertragungsrichtungen
zugeordnet werden kann, so daß beliebige
Asymmetrieverhältnisse
einstellbar sind. Innerhalb eines Frequenzbandes sind kapazitätsreduzierende
Schutzintervalle zwischen den Aussendungen notwendig. Auch sind
eine einheitliche Wahl der Umschaltpunkte zwischen Auf- und Abwärtsrichtung über mehrere
Funkzellen und größere Schutzintervalle
im Frequenzbereich zu unsynchronisierten anderen Betreibern notwendig,
um Beeinträchtigungen
gering zu halten. Die Realisierungskomplexität steigt, wenn hohe dynamische Leistungspegelunterschiede
im Zeitbereich zwischen Sende- und Empfangsintervallen bewältigt werden müssen. Aus
diesen Gründen
ist die Nutzung des TDD-Übertragungsverfahren
eher im mikrozellularen Bereich zu sehen.
-
Der Erfindung liegt folglich die
Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur asymmetrischen Datenübertragung
sowie ein Basisstationssystem in einem Mobilfunksystem anzugeben,
das die genannten Nachteile vermeidet.
-
Die Aufgabe wird durch das Verfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch die Basisstationssystem
nach Anspruch 8 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu
entnehmen.
-
Beim Verfahren zur asymmetrischen
Datenübertragung
in einem Mobilfunksystem sind Basisstationen und Teilnehmerstationen über eine
Funkschnittstelle miteinander verbunden. Dabei werden Daten in einem
Frequenzduplex-Betrieb zwischen einer Basisstation und einer Teilnehmerstation
in beiden Übertragungsrichtungen übertragen,
wobei eine erste Trägerfrequenz
für die
Aufwärtsrichtung
und eine zweite Trägerfrequenz
für die
Abwärtsrichtung benutzt
wird. Es wird also eine Lösung
ausgehend von einem FDD-Übertragungsverfahren
vorgeschlagen.
-
Erfindungsgemäß wird der Umstand einer zumindest
zeitweilig diskontinuierlichen Übertragung ausgenutzt.
In Übertragungspausen
werden üblicherweise
Signale weiterer Stationen empfangen. Dies ist in GSM-Mobilfunksystemen
einfach zu realisieren, da entsprechend einer dort vorgesehen TDMA-Komponente
(TDMA time division multiple access) ständig Zeitschlitze zur Nachbarzellenmessung
zur Verfügung
stehen. Auch im W-CDMA Mobilfunksystemen ist bei einer ansonsten
kontinuierlichen Übertragung
ein Unterbrechungsmodus vorgesehen, bei dem die Datenübertragung
auf der Abwärtsstrecke
zeitweilig ausgesetzt wird, um bei Bedarf z.B. für die Vorbereitung einer Übergabe
(Handover) zu einer Nachbarzelle die nötigen Messungen durchzuführen. Dieser
Unterbrechungsmodus wird auch "slotted
mode" genannt.
-
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung
ist es, diese Übertragungspausen
zur Unterstützung
eines asymmetrischen Dienstes zu nutzen. Während der Übertragungspausen werden zusätzliche
Daten zwischen der Basisstation und der Teilnehmerstation übertragen,
wobei die Übertragung
der zusätzlichen Daten
auf einer dritten Trägerfrequenz
erfolgt.
-
Auf der dritten Trägerfrequenz
wird demnach büschelartig
(burstartig) gesendet, d.h. nur in isolierten Zeitintervallen wird
kurzzeitig zusätzliche Übertragungskapazität für eine Übertragungsrichtung, insbesondere
die Abwärtsrichtung,
bereitgestellt. Diese büschelartige Übertragung
erfolgt vor teilhafterweise nach einem zeitschlitzbasierten Multiplexverfahren
TDM (Time Division Multiplex), so wie es zum Beispiel in folgenden
Systemen eingesetzt wird:
UTRA TDD: Universal Terrestrial Radio
Access Time Division Duplex
DAB: digital audio broadcasting
DVB:
digital video broadcasting
-
Anhand von Figuren werden Ausführungsbeispiele
der Erfindung im Folgenden näher
erläutert.
-
Dabei zeigen:
-
1 eine
Funkschnittstelle eines Mobilfunksystems, 2 eine Kombination von GSM- und TDD-Übertragungsverfahren,
und
-
3 eine
Kombination von W-CDMA- und TDD-Übertragungsverfahren.
-
Nach 1 umfaßt ein Mobilfunksystem
ein Vermittlungsnetz SSS (switching subsystem) und ein Basisstationssystem
BSS, die miteinander verbunden sind. Das Basisstationssystem BSS
umfaßt
zumindestens einen Funkressourcenmanager RNM, an den zumindest eine
Basisstation BS angeschlossen ist. Die Basisstation BS ist wiederum über eine
Funkschnittstelle mit Teilnehmerstationen, z.B. Mobilstationen MS
oder anderweitigen stationären
oder beweglichen Endgeräten
verbindbar.
-
Um asymmetrische Dienste zu unterstützen, wird über die
Funkschnittstelle eine symmetrische Duplex-Verbindung auf einer
ersten und zweiten Trägerfrequenz
f1, f2 mit einer Simplex-Verbindung
auf einer dritten Trägerfrequenz
f3 kombiniert.
-
In den 2 und 3 wird jeweils der Fall gezeigt,
daß zusätzliche
Daten in Abwärtsrichtung
DL (downlink) gesendet werden. Es liegt jedoch ebenso im Rahmen
der Erfindung, die dritte Trägerfrequenz für eine Übertragung
in Aufwärtsrichtung
UL (uplink) zu verwenden oder die dritte Trägerfrequenz in einem zeitvariant
einstellbaren Verhältnis
abwechselnd beiden Übertragungsrichtungen
zuzuordnen. Dabei wird der Verbindungsaufbau, die Kapazitätsverwaltung
und die Signalisierung über
die Frequenzduplex-Verbindung durchgeführt. Dies bringt den Vorteil mit
sich, daß für das Gesamtsystem
bestehend aus FDD und TDD basierten Kanälen keine doppelten Kontroilkanalstrukturen
nötig sind
und die Systemkomplexität
sinkt.
-
Wahrscheinlich liegt zuerst ein flächendeckendes
Netz im Frequenzduplex-Betrieb vor, währenddessen die Versorgung
mit der dritten Trägerfrequenz
später
eingeführt
wird und evtl. nur inselartig vorliegt. Unter Annahme dieses Szenarios
wird die Anwendung der Erfindung nicht beeinträchtigt.
-
Die Effizienz der Datenübertragung
in den symmetrischen Frequenzbändern
bleibt erhalten und insbesondere hochbitratige büschelartige (burstwise) Übertragungen
werden weitestgehend im ungepaarten Frequenzband der dritten Trägerfrequenz
ausgelagert. Damit steigt die Gesamteffizienz des Mobilfunksystem
bei der Übertragung
asymmetrischer Dienste.
-
Nach 2 wird
der Betrieb im Frequenzduplex-Betrieb nach einem GSM-Protokoll durchgeführt, das
eine Kombination von Zeit- und Frequenzmultiplex nutzt. Dabei bilden
in der Zeitachse t insgesamt acht Zeitschlitze einen Rahmen von
4,615 ms Länge.
Die Frequenzbänder
der ersten und zweiten Trägerfrequenz
f1, f2 auf der Frequenzachse f sind 0,2 MHz breit, wobei die niedrigere
Trägerfrequenz
f1 für
die Aufwärtsrichtung
genutzt wird. Welche Trägerfrequenz
für die
Auf- oder Abwärtsrichtung
genutzt wird, schränkt
die Anwendbarkeit der Erfindung nicht ein. Bei einem Frequenzwechsel
bleibt der Duplexabstand zwischen erster und zweiter Trägerfrequenz
f1, f2 erhalten. Die Zuweisung von funktechnischen Ressourcen für eine Verbindung
V1 beinhaltet immer eine Zuweisung eines Zeitschlitzes in beiden Richtungen,
wobei der Zeitschlitz für die
Abwärtsrichtung
DL um drei Positionen dem Zeitschlitz für die Aufwärtsrichtung UL vorauseilt.
-
Eine dritte Trägerfrequenz f3 mit einem breitbandigen,
B = 5 MHz (nicht maßstabsgetreu
gezeichnet), Frequenzband ist Basis für eine TD-CDMA-Übertragung
im TDD Betrieb, die eine, asymmetrische Kapazitätszuteilung erlaubt. Ein Rahmen
der TDD-Übertragung
hat die Länge
von 10 ms und umfaßt
dabei 16 Zeitschlitze, die jeder für sich der Auf- oder Abwärtsrichtung
UL, DL zugewiesen werden können,
ohne daß eine
korrespondierende Ressource für
die entgegengesetzte Übertragungsrichtung bereitgestellt
wird. Innerhalb der Zeitschlitze kommt eine Teilnehmerseparierung
durch CDMA-Übertragung
(CDMA Code division multiple access) zum Einsatz, wobei je nach
Anzahl der tatsächlich
genutzten Spreizkodes in den Zeitschlitzen eine unterschiedliche
Anzahl von Verbindungen realisiert werden kann.
-
Die Mobilstation MS empfängt die
in Abwärtsrichtung
DL übertragenen
Daten auf der zweiten Trägerfrequenz
f2, wobei außerhalb
des der Mobilstation MS zugewiesenen Zeitschlitzes die Möglichkeit
besteht, Messungen zu Aussendungen anderer Basisstationen BS durchzuführen. In
einem Zeitintervall, in dem die Mobilstation MS auf der ersten oder
zweiten Trägerfrequenz
f1, f2 weder sendet noch empfängt – die Übertragung
also unterbrochen ist -, werden von der Basisstation BS auf der
dritten Trägerfrequenz
f3 zusätzliche
Daten gesendet, die von der Mobilstation MS empfangen werden. Da
die zusätzlichen
Daten auf der dritten Trägerfrequenz
f3 burstartig gesendet werden, eignen sie sich besonders für Informationen
von Paketdatendiensten, deren inhärenter Eigenschaften eine solche Übertragung
erlauben. Für
die Übertragung
auf der dritten Trägerfrequenz
f3 sind keine eigenen Kontrollkanalstrukturen für die Verbindung nötig. Die
nötige
Signalisierung wird auf der ersten und zweiten Trägerfrequenz
f1, f2 durchgeführt.
-
Die auf der ersten und zweiten Trägerfrequenz
f1, f2 auf der einen Seite und die dritte Trägerfrequenz f3 auf der anderen
Seite übertragenen
Daten können
einem einzigen Dienst oder auch zwei unterschiedlichen Diensten
innerhalb der Verbindung zugeordnet sein. Im ersten Fall wird die
Asymmetrie eines Dienstes unterstützt und im zweiten Fall wird kann
ein im wesentlichen eine Übertragungsrichtung benutzender
Dienst die Signalisierung der ersten und zweiten Trägerfrequenz
f1, f2 nutzen.
-
Entsprechend 3 findet der Frequenzduplex-Betrieb in
breitbandigen, B = 5 MHz, Frequenzbändern auf der ersten und zweiten
Trägerfrequenz f1,
f2 statt. Dabei wird im Gegensatz zum GSM-Protokoll kein Zeitmultiplex,
sondern ein Kodemultiplex (CDMA) zur Unterscheidung mehrerer Teilnehmer
in gleichen Frequenzband eingesetzt. Diese als W-CDMA bezeichnet Übertragung
erfolgt kontinuierlich, wobei nach 3 in
Abwärtsrichtung
DL Unterbrechungen der ansonsten kontinuierlichen Übertragung möglich sind.
Diese als "slotted
mode" bezeichneten Übertragungspausen,
dienen zur Nachbarzellenmessung oder erfindungsgemäß zur Übertragung
zusätzlicher
Daten. Um die Übertragungsdatenrate
konstant zu halten wird vor und nach der Unterbrechung eine größere Datenmenge
komprimiert, d.h. kurzzeitig mit höherer Rate, übertragen.
Die freiwerdende Zeit wird wie bereits bei 2 erläutert,
zum Empfang zusätzlicher
Daten auf der dritten Trägerfrequenz
f3 verwendet.
-
Alternativ zur Übertragung mit einem TD-CDMA-Übertragungsverfahren
können
für die Abwärtsrichtung
DL auch DAB oder DVB zur Übertragung
großer
zusätzlicher
Datenmengen genutzt werden.