DE19858113C1 - Verfahren zur Datenübertragung mit Makrodiversitäts-Empfang - Google Patents
Verfahren zur Datenübertragung mit Makrodiversitäts-EmpfangInfo
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Abstract
Erfindungsgemäß werden in einem Funk-Kommunikationssystem im TDD-Modus die Zeitschlitze eines Rahmens unterschiedlichen Basisstationen zugeteilt, wobei die Basisstationen exklusiv in den ihnen zugeteilten Zeitschlitzen der Abwärtsrichtung senden, jedoch auch in denen ihnen nicht zugeteilten Zeitschlitzen der Aufwärtsrichtung empfangen. Damit ist es möglich, die Empfangssignale von zumindest zwei Basisstationen miteinander zu kombinieren. Ohne wesentlichen Mehraufwand können die vorhandenen Basisstationen, die während mancher Zeitschlitze in Wartestellung sind, zur Realisierung eines Makrodiversitäts-Empfangs genutzt werden. Durch die Mehrzahl an Ausbreitungswegen, die in Aufwärtsrichtung ausgewertet werden, verbessert sich die Übertragungsqualität.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung
über eine Funkschnittstelle und ein Funk-Kommunikations
system, die einen Makrodiversitäts-Empfang ermöglichen.
In Funk-Kommunikationssystemen werden Nachrichten (beispiels
weise Sprache, Bildinformation oder andere Daten) mit Hilfe
von elektromagnetischen Wellen über eine Funkschnittstelle
übertragen. Die Funkschnittstelle bezieht sich auf eine Ver
bindung zwischen einer Basisstation und Teilnehmerstationen,
wobei die Teilnehmerstationen Mobilstationen oder ortsfeste
Funkstationen sein können. Das Abstrahlen der elektromagne
tischen Wellen erfolgt dabei mit Trägerfrequenzen, die in dem
für das jeweilige System vorgesehenen Frequenzband liegen.
Für zukünftige Funk-Kommunikationssysteme, beispielsweise das
UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) oder andere
Systeme der 3. Generation sind Frequenzen im Frequenzband von
ca. 2000 MHz vorgesehen.
Für Systeme der 3. Generation sind zwei Modi vorgesehen. In
einem TDD (time division duplex) Modus sind die Aufwärts
richtung (uplink - von der Mobilstation zur Basisstation)
durch unterschiedliche Zeitschlitze innerhalb eines Frequenz
bandes unterscheidbar. In einem FDD (frequency division du
plex) Modus gibt es ein Frequenzband für die Aufwärts- und
ein Frequenzband für die Abwärtsrichtung. Im weiteren wird
nur auf den TDD-Modus eingegangen.
Ein Funk-Kommunikationssystem im TDD-Modus ist beispielsweise
aus DE 198 20 736 C1 bekannt, wobei die Zeitschlitze eines Rah
mens unterschiedlichen Basisstationen zugeteilt sind. Diese
Zeitschlitze werden von den Basisstationen jeweils exklusiv
zum Senden oder Empfangen genutzt.
Im Übergangsbereich zwischen zwei Funkzellen oder Sektoren,
die von unterschiedlichen Basisstationen versorgt werden,
treten üblicherweise Beeinträchtigungen der Übertragungs
qualität auf.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde,
die Übertragungsqualität der Datenübertragung über die Funk
schnittstelle zu verbessern. Die Aufgabe wird durch das Ver
fahren nach den Merkmalen des Anspruchs 1 und das Funk-Kom
munikationssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu ent
nehmen.
Erfindungsgemäß werden in einem Funk-Kommunikationssystem im
TDD-Modus die Zeitschlitze eines Rahmens unterschiedlichen
Basisstationen zugeteilt sind, wobei die Basisstationen ex
klusiv in den ihnen zugeteilten Zeitschlitzen der Abwärts
richtung senden, jedoch auch in denen ihnen nicht zugeteilten
Zeitschlitzen der Aufwärtsrichtung empfangen. Damit ist es
möglich, die Empfangssignale von zumindest zwei Basissta
tionen miteinander zu kombinieren. Die Kombination gilt nur
für eine Übertragungsrichtung, die Aufwärtsrichtung.
Ohne wesentlichen Mehraufwand können die vorhandenen Basis
stationen, die während mancher Zeitschlitze in Wartestellung
sind, zur Realisierung eines Makrodiversitäts-Empfangs ge
nutzt werden. Durch die Mehrzahl an Ausbreitungswegen, die in
Aufwärtsrichtung ausgewertet werden, verbessert sich die
Übertragungsqualität.
In Randgebieten von Funkzellen, insbesondere bei Sektor
zellen, wird die Empfangssicherheit erhöht, da die Signale
von zumindest zwei Basisstationen empfangen werden und die
evtl. gestörten Signale optimal kombiniert werden können. Das
Verfahren verbessert in Aufwärtsrichtung die Leistungsbilanz
einer Verbindung, so daß die Teilnehmerstation auch bei ge
ringer Sendeleistung und ungünstigen Übertragungsbedingungen
betrieben werden können und somit längere Gesprächszeiten und
Stand-by-Zeiten zulassen.
Durch das Makrodiversitäts-Empfangsverfahren wird die in
stallierte Hardware einer Basisstation besser ausgenutzt.
Diese verbesserte Ausnutzung der Hardware der Empfangsein
richtung ist im übrigen, über einen TDMA-Rahmen betrachtet,
unabhängig davon wieviele Zeitschlitze pro Rahmen einer Ba
sisstation zugeteilt sind.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung er
mittelt jede Basisstation die ihr nicht zugeteilten Zeit
schlitze der Aufwärtsrichtung mittels einer Überwachungs
prozedur selbst. Die Überwachungsprozedur kann zwischen den
in Aufwärts- oder Abwärtsrichtung genutzten Zeitschlitzen
anhand einer Auswertung der empfangenen Signale (Doppler
shift, Informationsinhalt und -struktur) unterscheiden. Gemäß
dieser Ausbildung der Erfindung ist kein zusätzlicher Signa
lisierungsaufwand nötig. Alternativ ist es möglich, den
Basisstationen nicht nur die ihnen zugeteilten, sondern auch
die ihnen nicht zugeteilten Zeitschlitze der Aufwärtsrichtung
von einer zentralen Einheit mitzuteilen. Dies kann innerhalb
der Zuteilungssignalisierung geschehen, die im Extremfall ja
auch die Zuteilung aller Zeitschlitze an eine Basisstation
beinhalten müßte. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung
sieht vor, daß sich die Basisstationen untereinander die ih
nen zugeteilten Zeitschlitze der Aufwärtsrichtung mitteilen.
Z. B. durch eine Auswertung von Signalisierungskanälen der
Funkschnittstelle anderer Basisstationen können hierbei zu
sätzlich weitere Informationen über die Datenübertragung, wie
Art der Datenübertragung, mitgeteilt werden.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß die Basisstationen für
Sektorzellen an einem Standort oder an unterschiedlichen
Standorten montiert sind. Die Kombination der Empfangssignale
erfolgt damit entweder bereits innerhalb eines Basisstations
komplexes eines Standorts oder in einer zentralen Einrich
tung, die mehrere Basisstationen verbindet.
Die Erfindung ist besonders dann vorteilhaft einsetzbar, wenn
das Frequenzband breitbandig ist und sich innerhalb des Fre
quenzbandes gleichzeitig übertragene Signale anhand eines
verbindungsindividuellen Spreizkodes unterscheiden. Innerhalb
eines breitbandigen Frequenzbandes sind viele Verbindungen
übertragbar, so daß der Diversitätsgewinn in diesem Fall für
mehrere, im Extremfall für alle, Verbindungen gemeinsam ein
gesetzt werden kann.
Die Kombination der Empfangssignale kann innerhalb der physi
kalischen Schicht durch eine MRC-Kombination oder in höheren
Schichten durch eine selektive Kombination erfolgen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beilie
genden Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen
Fig. 1 ein Funk-Kommunikationssystem,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer TDD-Funk
schnittstelle zwischen Basisstation und Teilneh
merstationen,
Fig. 3, 4 Varianten von Basisstatiosanordnungen, und
Fig. 5, 6 eine schematische Darstellung des Makrodiversitäts-
Empfangsverfahren.
Das in Fig. 1 dargestellte Mobilfunksystem als Beispiel eines
Funk-Kommunikationssystems besteht aus einer Vielzahl von Mo
bilvermittlungsstellen MSC, die untereinander vernetzt sind
bzw. den Zugang zu einem Festnetz PSTN herstellen. Weiterhin
sind diese Mobilvermittlungsstellen MSC mit jeweils zumindest
einer Einrichtung RRC zur Steuerung der Basisstationen BS und
zum Zuteilen von funktechnischen Ressourcen, d. h. einem Funk
ressourcenmanager, verbunden. Jede dieser Einrichtungen RRC
ermöglicht wiederum eine Verbindung zu zumindest einer Basis
station BS. Eine solche Basisstation BS kann über eine Funk
schnittstelle eine Verbindung zu einer Teilnehmerstation,
z. B. Mobilstationen MS oder anderweitigen mobilen und statio
nären Endgeräten, aufbauen. Durch jede Basisstation BS wird
zumindest eine Funkzelle gebildet.
In Fig. 1 sind beispielhaft Verbindungen V1, V2, V3 zur Über
tragung von Daten dargestellt. Ein Operations- und Wartungs
zentrum OMC realisiert Kontroll- und Wartungsfunktionen für
das Mobilfunksystem bzw. für Teile davon. Die Funktionalität
dieser Struktur ist auf andere Funk-Kommunikationssysteme
übertragbar, in denen die Erfindung zum Einsatz kommen kann,
insbesondere für Teilnehmerzugangsnetze mit drahtlosem Teil
nehmeranschluß und für im unlizensierten Frequenzbereich
betriebene Basisstationen und Teilnehmerstationen.
Die Rahmenstruktur einer TDD-Funkübertragung (time division
duplex) ist aus Fig. 2 ersichtlich. Innerhalb eines breitban
digen Frequenzbereichs, beispielsweise der Bandbreite B = 5
MHz findet gemäß einer TDMA-Komponente (time division mul
tiple access) ist eine Aufteilung in mehrere Zeitschlitze ts
gleicher Zeitdauer, beispielsweise 16 Zeitschlitze ts 1 bis
16 pro Rahmen fr statt. Jeder Basisstation BS1 bis BS3 sind
einige Zeitschlitze ts zugeteilt. Ein Teil der Zeitschlitze
ts wird jeweils in Abwärtsrichtung DL und ein Teil der Zeit
schlitze wird in Aufwärtsrichtung UL benutzt.
Bei diesem TDD-Übertragungsverfahren entspricht das Frequenz
band für die Aufwärtsrichtung UL dem Frequenzband für die Ab
wärtsrichtung DL. Gleiches wiederholt sich für weitere Trä
gerfrequenzen. Durch die variable Zuteilung der Zeitschlitze
ts für Auf- oder Abwärtsrichtung UL, DL können vielfältige
asymmetrische Ressourcenzuteilungen und durch die beliebige
Zuteilung der Zeitschlitze ts auf die Basisstationen BS1 bis
BS3 eine lastabhängige Anpassung der einer Basisstation BS
zugeteilten funktechnischen Ressourcen vorgenommen werden.
Die Zuteilung der Zeitschlitze ts erfolgt in der Einrichtung
RRC zur Zuteilung von funktechnischen Ressourcen, wobei ein
Zeitschlitz ts nur einer Basisstation BS1 bis BS3 zugeteilt
ist. Die einer Basisstation BS1 zugeteilten Zeitschlitze ts
werden dieser durch die Einrichtung RRC signalisiert. Welche
Zeitschlitze ts die übrigen Basisstationen BS2, BS3 verwenden
und in welcher Übertragungsrichtung UL, DL kann die erste
Basisstation BS1 auf unterschiedliche Weise ermitteln.
Der ersten Basisstation BS wird nicht nur die sich betref
fende Zuteilung signalisiert, sondern die Zuteilung und Ver
wendung jedes einzelnen Zeitschlitzes ts des Rahmens (zusätz
lich auch noch die verwendeten Spreizkodes c). Es gibt somit
eine Signalisierungsprozedur für die gesamte Zuteilung.
Die Basisstationen BS signalisieren untereinander, welche
Zeitschlitze ts sie benutzen und ob dies in Auf- oder Ab
wärtsrichtung UL, DL erfolgt. Die Benutzung von Zeitschlitzen
ts wird üblicherweise den Mobilstationen MS in einem FACH
(forward link access channel) Kanal (Punkt-zu-Multipunkt Ver
bindung) über die Funkschnittstelle in Abwärtsrichtung DL
signalisiert, damit diese informiert sind, daß ein Daten
transfer und welcher Typ von Datentransfer stattfindet. Die
im FACH übertragenen Informationen enthalten auch Angaben,
welche Ressourcen einer Basisstation BS wann, wie lange und
an welche Mobilstation MS zugewiesen wurden. Diese Infor
mationen werden nach Methode 2 auch von den übrigen Basis
stationen BS ausgewertet.
Mit einer Überwachungsprozedur stellt jede Basisstation BS
fest, in welche Übertragungsrichtung und von welcher Basis
station BS die übrigen, ihr nicht zugeteilten Zeitschlitze ts
benutzt werden. Dazu empfängt die Basisstation BS in allen
ihr nicht zugewiesenen Zeitschlitzen ts und rekonstruiert
anhand der empfangenen Information die Zuteilung.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß die drei Methoden mit
einander kombiniert werden.
Innerhalb der Zeitschlitze ts werden Informationen mehrerer
Verbindungen in Funkblöcken übertragen. Die Daten sind ver
bindungsindividuell mit einer Feinstruktur, einem Spreizkode
c, gespreizt, so daß empfangsseitig beispielsweise n Verbin
dungen durch diese CDMA-Komponente (code division multiple
access) separierbar sind.
Die drei Basisstationen BS1 bis BS3 sind entweder am gleichen
Standort untergebracht und versorgen unterschiedliche Sekto
ren, Fig. 3, oder sind an unterschiedlichen Standorten mon
tiert, Fig. 4. In beiden Fällen überlappen sich die Abstrah
lungsdiagramme der Basisstationen BS zumindest teilweise.
In Fig. 5 ist eine Situation gezeigt, in der einer ersten
Basisstation BS1 die ersten vier Zeitschlitze 1-4, einer
zweiten Basisstation BS2, die Zeitschlitze 5-11 und einer
dritten Basisstation BS3 die Zeitschlitze 12-16 zugeteilt
sind. Eine Mobilstation MS befindet sich in er Funkzelle der
ersten Basisstation BS1 und benutzt für die Aufwärtsrichtung
UL den ersten Zeitschlitz 1 und für die Abwärtsrichtung. DL
den Zeitschlitz 3. Die Spreizkodes c werden im weiteren nicht
betrachtet.
Die Empfangseinrichtung RX der ersten Basisstation BS1 emp
fängt somit im ersten Zeitschlitz 1 die von der Mobilstation
MS gesendeten Signale und eine Sendeeinrichtung TX der ersten
Basisstation BS1 sendet im dritten Zeitschlitz 3 an die Mo
bilstation MS. Eine Empfangseinrichtung RX der zweiten Basis
station BS2, die eine benachbarte Basisstation zur ersten Ba
sisstation BS1 ist, empfängt zusätzlich im ersten Zeitschlitz
1 die Signale der Mobilstation MS, obwohl ihr dieser Zeit
schlitz 1 nicht zugeteilt ist. Somit können die Empfangs
signale der beiden Basisstation BS1, BS2 miteinander kombi
niert werden. Dies erfolgt in einer Kombinationseinrichtung
KE. Zur Kombination wird entweder eine MRC (maximum ration
combining) Kombination der Daten der physikalischen Schicht
oder eine selektive Kombination von RLC-Datenrahmen (RLC
radio link control) eingesetzt. Einzelheiten zur Kombination
von zwei Empfangssignalen sind aus EP 96 114 902 entnehmbar.
Falls durch die Bewegung der Mobilstation MS eine Übergabe an
eine benachbarte Basisstation BS2 nötig ist, so ist dies im
Gegensatz zu W-CDMA (wideband code division multiple access)
ein Hard-Handover, da der Mobilstation MS neue Zeitschlitze
ts 6 und 8 zugeteilt werden (siehe Fig. 6). Die zweite Basis
station BS2 kann nicht die Zeitschlitze 1 und 3 beibehalten,
sondern muß die ihr zugeteilten Zeitschlitze 5-11 zur Ver
sorgung der Mobilstation MS nutzen. Wenn die Empfangsver
hältnisse es zulassen, so wird jedoch der Makrodiversitäts-
Empfang fortgesetzt und die ersten Basisstation BS1 empfängt
zusätzlich im Zeitschlitz 8, der eigentlich der zweiten
Basisstation BS2 zugeteilt ist.
Da nach Fig. 2 in einem Zeitschlitz ts nicht nur die Signale
einer Mobilstation MS sondern durch Spreizkodes c separier
bare Signale mehrerer Mobilstationen MS übertragen werden,
empfängt eine Basisstation BS ein Signalgemisch. Dieses Sig
nalgemisch ist bezüglich zeitlicher Synchronität und Emp
fangsleistung auf die Basisstation BS1 optimiert, die die
Mobilstation MS versorgt. Für welche der Empfangssignale bei
der zweiten Basisstation BS2 eine Kombination durchgeführt
wird, hängt von den verbindungsindividuellen Übertragungs
bedingungen ab. Ein dort leistungsmäßig zu schwaches Emp
fangssignal oder eines mit unzureichender Synchronität zur
der weiteren Basisstation BS2 kann nicht dem Makrodiversi
täts-Empfang unterzogen werden. Der Makrodiversitäts-Empfang
ist somit verbindungsindividuell.
Die Entscheidung, wann für eine Mobilstation MS der Makro
diversitäts-Empfang begonnen oder beendet wird, hängt von
Qualitätsparametern ab, die fortlaufend bestimmt werden. Ist
der Beitrag der jeweils zusätzlichen Basisstation BS2, BS1
zur Erhöhung der Empfangsqualität unbedeutend oder gar kon
traproduktiv, dann wird die Kombination eingestellt. Je
nachdem, ob die Kombinationseinrichtung KE an einem Standort
mit den zwei am Makrodiversitäts-Empfang beteiligten Basis
stationen BS1, BS2 angeordnet ist oder nicht, ist eine zu
sätzliche Übertragungskapazität in der Verbindung der Basis
stationen BS zu anderen Netzelementen erforderlich. Auch dies
beeinflußt die Entscheidung über das Zu- bzw. Abschalten der
Makrodiversität. Sind die zusätzlichen Aufwendungen groß, so
wird der Makrodiversitäts-Empfang nur bei sehr schlechter
Empfangsqualität oder bei ausreichend Übertragungsressourcen
zwischen den Basisstationen BS genutzt.
Die Einstellung der Sendeleistung der Mobilstation MS erfolgt
beim Makrodiversitäts-Empfang trotzdem nur basierend auf der
Auswertung durch eine Basisstation BS1 oder BS2. Die Tatsache
des Mehrfachempfangs spielt keine Rolle.
Claims (10)
1. Verfahren zur Datenübertragung mit Makrodiversitäts-
Empfang über eine Funkschnittstelle zwischen einer Basis
station (BS) und Teilnehmerstationen (MS) in einem Funk-
Kommunikationsystem,
bei dem
- 1. die Funkschnittstelle innerhalb eines Frequenzbandes nach einem Zeitmultiplex-Verfahren in mehrere, jeweils einen Rahmen (fr) bildende Zeitschlitze (ts) organisiert ist,
- 2. die Zeitschlitze (ts) wahlweise in Auf- oder Abwärtsrich tung (UL, DL) benutzt werden,
- 3. die Zeitschlitze (ts) eines Rahmens (fr) unterschiedlichen Basisstationen (BS) zugeteilt sind,
- 4. die Basisstationen (BS) exklusiv in den ihnen zugeteilten Zeitschlitzen (ts) der Abwärtsrichtung (DL) senden,
- 5. die Basisstationen (BS) auch in denen ihnen nicht zuge teilten Zeitschlitzen (ts) der Aufwärtsrichtung (UL) empfangen,
- 6. Empfangssignale von zumindest zwei Basisstationen (BS) miteinander kombiniert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem
jede Basisstation (BS) die ihr nicht zugeteilten Zeitschlitze
(ts) der Aufwärtsrichtung (UL) mittels einer Über
wachungsprozedur selbst ermittelt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem
den Basisstationen (BS) die ihnen nicht zugeteilten Zeit
schlitze (ts) der Aufwärtsrichtung (UL) von einer zentralen
Einheit (RRC) mitgeteilt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem
sich die Basisstationen (BS) untereinander die ihnen zuge
teilte Zeitschlitzen (ts) der Aufwärtsrichtung (UL) mit
teilen.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem
die Basisstationen (BS) für Sektorzellen an einem Standort
montiert sind.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem
die Basisstationen (BS) an unterschiedlichen Standorten
montiert sind.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem
das Frequenzband breitbandig ist und sich innerhalb des Fre
quenzbandes gleichzeitig übertragene Signale anhand eines
verbindungsindividuellen Spreizkodes (c) unterscheiden.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem
die Kombination eine MRC-Kombination ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem
die Kombination eine selektive Kombination ist.
10. Funk-Kommunikationssystem zur Datenübertragung mit Makro
diversitäts-Empfang über eine Funkschnittstelle zwischen
einer Basisstation (BS) und Teilnehmerstationen (MS),
mit einer Einrichtung (RRC) zur Zuteilung von funktechnischen
Ressourcen, so daß
mit Empfangseinrichtungen (RX) in den Basisstationen (BS), die auch in denen ihnen nicht zugeteilten Zeitschlitzen (ts) der Aufwärtsrichtung (UL) empfangen,
mit einer Kombinationseinrichtung (KE), die die Empfangs signale von zumindest zwei Basisstationen (BS) miteinander kombiniert.
- 1. die Funkschnittstelle innerhalb eines Frequenzbandes nach einem Zeitmultiplex-Verfahren in mehrere, jeweils einen Rahmen (fr) bildende Zeitschlitze (ts) organisiert ist,
- 2. die Zeitschlitze (ts) wahlweise in Auf- oder Abwärtsrich tung (UL, DL) benutzt werden,
- 3. die Zeitschlitze (ts) eines Rahmens (fr) unterschiedlichen Basisstationen (BS) zugeteilt sind,
mit Empfangseinrichtungen (RX) in den Basisstationen (BS), die auch in denen ihnen nicht zugeteilten Zeitschlitzen (ts) der Aufwärtsrichtung (UL) empfangen,
mit einer Kombinationseinrichtung (KE), die die Empfangs signale von zumindest zwei Basisstationen (BS) miteinander kombiniert.
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