DE19909419C1

DE19909419C1 - Funkübertragungsverfahren

Info

Publication number: DE19909419C1
Application number: DE1999109419
Authority: DE
Inventors: Frank Hartmann; Holger Podolski
Original assignee: Cell Q GmbH
Current assignee: Cell Q GmbH
Priority date: 1999-03-04
Filing date: 1999-03-04
Publication date: 2000-07-06
Anticipated expiration: 2019-03-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Funkübertragungsverfahren mittels einer ortsfesten Basisstation und einer Vielzahl voneinander unabhängiger ortsfester Teilnehmerstationen, wobei in der Übertragungsrichtung von den Teilnehmerstationen zur Basisstation über die Basisstation ein beliebiger Nachrichtenkanal (7) über den Organisationskanal (2) der Basisstation als Organisationskanal den Teilnehmerstationen zugewiesen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Funkübertragungsverfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Funkübertragungsverfahren ist aus der DE 42 27 990 A1 bekannt, bei dem für die Übertragung von der Basisstation zu den Teilnehmerstation (down-link) und von den Teilnehmerstationen zur Basisstation (up-link) unterschiedliche Übertragungsverfahren zur Anwendung kommen. In der Übertragungsrichtung von der Basisstation zu den Teilnehmerstationen werden die Signale der einzelnen Nachrichtenkanäle auf erste kanalspezifische Trägerfrequenzen umgesetzt, wobei beispielsweise eine Einseitenband-Amplitudenmodulation mit unterdrücktem Träger zur Anwendung kommt. Die ersten kanalspezifischen Trägerfrequenzen werden um ein festes Frequenzraster lückenlos zueinander versetzt ausgewählt. Anschließend werden die Einseitenbandsignale gegebenenfalls mittels mehrerer Combiner-Ebenen zu einem FDM-Basisband zusammengefaßt und auf eine HF-Trägerfrequenz aufmoduliert. Dieses Verfahren ist prinzipiell für point-to-point-Verbindungen aus der Richtfunktechnik bekannt und wird auch als TF-Multiplexing bezeichnet. In der Übertragungsrichtung von den Teilnehmerstationen zur Basisstation wird das vorhandene Frequenzband in kanalrasterspezifische HF-Trägerfrequenzen unterteilt und die Signale der Nachrichtenkanäle auf die HF-Trägerfrequenzen aufmoduliert. Dieses Verfahren stellt ein HF- Multiplexing dar. Aufgrund dieses kombinierten Verfahrens ist eine optimale Ausnutzung der vorhandenen Frequenzbänder möglich. Da im allgemeinen mehr Teilnehmerstationen als Nachrichtenkanäle vorhanden sind, können diese den Teilnehmerstationen nicht fest zugeordnet werden, sondern werden temporär zugewiesen. Aus diesen Gründen wird für systeminterne Signalisierungs- und Organisationszwecke für beide Übertragungsrichtungen je ein Organisationskanal benötigt. Dabei wird je nach Systemgröße ein separater Organisationskanal oder ein Multiplex-Betrieb eines Nachrichtenkanals zur Übertragung der Signalisier- und Steuerbefehle verwendet. Dieser Organisationskanal muß in die jeweilige Übertragungsrichtung eingebunden werden. Dabei werden die Organisationskanäle prinzipiell hinsichtlich der Übertragung wie Nachrichtenkanäle behandelt. Dem Organisationskanal der Basisstation wird dazu das niedrigste Frequenzraster fest zugeordnet und wird durch Summation Bestandteil des FDM-Basisbandes. Auf diesen Organisationskanal greifen dann alle Teilnehmerstationen zu und entnehmen beispielsweise, welcher Duplex-Kanal ihnen zugewiesen wird. In der Übertragungsrichtung von den Teilnehmerstationen zur Basisstation wird der mittig im Frequenzband angeordnete Kanal als Organisationskanal verwendet und die Nachrichtenkanäle alterierend um den Organisationskanal angeordnet. Diese Festlegung und Einordnung der Organisationskanäle hat den Vorteil, daß sich das Funkübertragungssystem sehr einfach erweitern läßt. Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist jedoch die Störanfälligkeit der Organisationskanäle, da deren Ausfall zu einem Systemausfall führt. Im down-link kann dieses Problem nicht auftreten, da hier der Organisationskanal als Bestandteil des Multiplexsignals breitbandig auf einem Träger moduliert ist und in dem breitbandigen Modulationsspektrum nicht als dezidierter Frequenzkanal vorliegt. Im up-link liegt hingegen der Organisationskanal als dezidierter Frequenzkanal mit einer Breite von beispielsweise 12,5 Hz vor, so daß eine Störquelle auf der Sendefrequenz des Organisationskanals diesen ganz oder teilweise beeinträchtigt.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein gattunggemäßes Funkübertragungsverfahren zu schaffen, das eine geringere Störanfälligkeit aufweist.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Durch die wahlweise Auswählbarkeit eines beliebigen Nachrichtenkanals im up-link als Organisationskanal kann bei entsprechenden Störungen flexibel im gesamten Frequenzband ein geeigneter, ungestörter Frequenzkanal als Organisationskanal verwendet werden. Da dadurch keine feste Zuordnung mehr existiert, benötigen die Teilnehmerstationen die Information, welcher Frequenzkanal von ihnen aktuell als Organisationskanal zu verwenden ist. Diese Information erhalten die Teilnehmerstationen über den unveränderten Organisationskanal der Basisstation. Des weiteren programmiert die Basisstation ihre Organisationskanal-Empfangsgruppe auf die Frequenz des ausgewählten Nachrichtenkanals um. Dies erspart die Separierung des neuen Organisationskanals aus dem Nachrichtenübertragungsregime mit einer entsprechend notwendigen Signalumleitung. Des weiteren entbindet die Basisstation den neuen Organisationskanal und den zugehörigen Duplexkanal aus dem Übertragungsregime. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist einer der Nachrichtenkanäle als Standard-Organisationskanal festgelegt. Dies ist vorzugsweise der mittig im Frequenzband angeordnete Frequenzkanal. Bei ausbleibenden Zuordnungsprozeduren nutzen dann die Nachrichtenkanäle standardmäßig den Standard-Organisationskanal. Dies hat den Vorteil, daß bereits vorhandene Funkübertragungssysteme kompatibel bleiben, und zum anderen wird so ein gegebenenfalls undefinierter Zustand aufgrund temporärer Empfangsschwierigkeiten hinsichtlich des Organisationskanals der Basisstation vermieden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der als Organisationskanal zugewiesene Nachrichtenkanal in zeitlichen Abständen, vorzugsweise zufällig geändert. Dies erschwert eine zielgerichtete Störung des Organisationskanals.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden als Organisationskanal nur Nachrichtenkanäle verwendet, deren jeweils zugehöriger Duplex-Kanal aufgrund systeminterner Bedingungen nicht als Nachrichtenkanal zur Verfügung steht, beispielsweise weil diese Intermodulationsprobleme aufweisen oder für übergeordnete Alarmzwecke benötigt werden. Da die Nachrichtenkanäle, deren Duplex-Kanal gestört ist, ohnehin zur Nachrichtenübertragung nicht zur Verfügung stehen, bewirkt deren Verwendung als Organisationskanal keinen Verlust im Übertragungsregime.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können im up-link mehrere Nachrichtenkanäle gleichzeitig als Organisationskanal verwendet werden. Damit können Gruppen von Teilnehmerstationen gebildet werden, die im down-link alle gemeinsam den gleichen Organisationskanal empfangen, im up-link jedoch unterschiedliche Organisationskanäle nutzen. Dies ist insbesondere zu Zeitpunkten großen Netzbelastung vorteilhaft, da speziell und ausschließlich im up-link Hazardsituationen auftreten können, wenn zwei Teilnehmerstationen beispielsweise bei "Wahlwunsch" gleichzeitig auf den Organisationskanal zugreifen, was bei Häufung die Systemperformance beeinträchtigen kann. Vorzugsweise werden in der Basisstation zum Empfang der zusätzlichen Organisationskanäle vorhandene Redundanzbaugruppen der Organisationskanal-Empfangsbaugruppe verwendet. Dies erlaubt die Verwendung der bekannten Funkübertragungssysteme ohne zusätzliche schaltungstechnische Modifikationen. Die Nutzung der mehreren redundanten Baugruppen stellt aber auch keinerlei Einschränkung der Systemsicherheit dar, da der Ausfall einer Redundanzbaugruppe nur die Anzahl der verwendbaren Organisationskanäle beschränken würde. Die bekannten Baugruppen sind darüber hinaus zum Empfang zweier Frequenzkanäle ausgelegt, wobei bei den Organisationskanal-Empfangsbaugruppen im Stand der Technik der zweite Empfangszweig nicht genutzt wird. Bei Verwendung mehrerer Organisationskanäle können so zwei Organisationskanäle mit einer Baugruppe empfangen werden.

Eine weitere Ausführungsform besteht darin, daß bei der Nutzung mehrerer Organisationskanäle die Gleichverteilung der Teilnehmerstationen auf die Organisationskanäle dadurch erreicht wird, daß der Bereich der im Airinterface benutzten Teilnehmernummern, die nicht identisch sind mit den öffentlichen Rufnummern der Teilnehmer, in mehrere gleichgroße und der Anzahl der Organisationskanäle entsprechende Blöche aufgeteilt wird. Da auch bei nicht voller Ausschöpfung dieses Nummernbereiches durch die Teilnehmerstationen eine stochastisch gestreute Belegung vorgenommen wird, ist damit auch eine Gleichverteilung der Teilnehmerstationen auf die Organisationskanäle gewährleistet. Alternativ oder kumulativ können auch empirische Erfahrungen über die jeweiligen Auslastungen der Teilnehmerstationen in die Aufteilung einfließen. Vorzugsweise wird die Einteilung der im Airinterface benutzten Teilnehmernummern in Blöcke im Airinterface codiert übertragen, indem eine a priori Einteilung in beispielsweise 4 Blöcke vorgenommen wird, die in diesem Fall von 0 bis 3 numeriert würden und bei jeder Nutzungsweisung für einen bestimmten Organisationskanal übertragen wird, welche Blöcke von Teilnehmernummern diesen Organisationskanal zu benutzen haben.

Damit Teilnehmerstationen, deren Verbindung zur Basisstation für eine gewisse Zeit unterbrochen war oder die abgeschaltet waren oder neu in Betrieb genommen werden, ohne Suchprozeß den aktuellen Organisationskanal finden, sendet der Organisationskanal der Basisstation in kurzen zeitlichen Abständen die Zuweisungsprozedur, auch wenn diese sich nicht geändert haben sollte.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figur zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung des FDM-Basisbandes in der Basisstation und

Fig. 2 eine schematische Darstellung von Ober- und Unterband in der HF-Ebene.

In der Fig. 1 ist schematisch ein FDM-Basisband 1 einer Basisstation für die Übertragung im down-link dargestellt. Das FDM-Basisband 1 stellt das Summationssignal eines Organisationskanals 2 und von n Nachrichtenkanälen dar, die jeweils eine Bandbreite von beispielsweise 4 kHz aufweisen und lückenlos zueinander angeordnet sind. Der Organisationskanal 2 ist dabei fest im niedrigsten Frequenzraster angeordnet. Dieses FDM-Basisband 1 wird dann breitbandig auf einen HF- Träger aufmoduliert und ergibt das Oberband 4, in dem die einzelnen Frequenzkanäle nicht mehr dezidiert vorliegen. Das Oberband 4 wird dann über eine Antenne an die Teilnehmerstationen gesendet, wo das Signal demoduliert wird und der Organisationskanal 2 und der zugewiesene Nachrichtenkanal 3 separiert und demoduliert werden. Den Teilnehmerstationen ist ein Unterband 5 zugeordnet, das zum Oberband 4 einen Duplex-Abstand von beispielsweise 45 MHz aufweist. Dieses Unterband 5 ist im HF-Bereich in Frequenzraster 6 von beispielsweise 12,5 kHz unterteilt, die den Nachrichtenkanälen 7 bzw. dem Organisationskanal 8 zugeordnet sind, wobei die Frequenzraster ebenfalls lückenlos zueinander zugeordnet sind. Der Organisationskanal 8 ist als Standard- Organisationskanal ausgebildet und mittig im Unterband 5 angeordnet, wobei die n Nachrichtenkanäle 7 alternierend um den Standard-Organisationskanal 8 angeordnet sind. Im Gegensatz zum Oberband 4 liegen im Unterband die Nachrichtenkanäle 7 und der Standard-Organisationskanal 8 als dezidierte Frequenzkanäle vor. Jedem Nachrichtenkanal 7 im Unterband 4 ist genau ein Duplex-Nachrichtenkanal 3 im Oberband 4 zugeordnet, wobei der Duplex-Abstand zwischen den beiden Nachrichtenkanälen 3,7 jedoch aufgrund der alternierende Anordnung im Unterband 5 nicht konstant ist. Ist nun ein Nachrichtenkanal 3 oder 7 gestört oder anderweitig nicht nutzbar, so ist auch sein jeweiliger Duplex-Kanal für die Nachrichtenübertragung nicht nutzbar, obwohl der Duplex-Kanal selbst nicht gestört ist. Interne derartige Nutzungsbeschränkungen können insbesondere Intermodulationsprobleme oder anderweitige Nutzung von Nachrichtenkanälen sein, beispielsweise Alarmmmeldungen von der Basisstation zu übergeordneten Systemkomponenten. Da der Organisationskanal 2 im Oberband 4 nicht als dezidierter Frequenzkanal vorliegt, ist dieser durch externe Störquellen bzw. -sender kaum negativ beeinflußbar. Im Gegensatz hierzu ist jedoch der Organisationskanal 8 im Up-link sehr viel stärker empfindlich gegenüber äußeren Störquellen. Eine Störung des Organisationskanals 8 wird durch die Basisstation registriert, da die Organisationskanal-Empfangsbaugruppe nur ein gestörtes Signal empfängt. Da jedoch der Organisationskanal 2 im down- link ungestört ist, kann die Basisstation den Teilnehmerstationen einen der n Nachrichtenkanäle 7 als neuen Organisationskanal zuweisen. Hierzu muß dann die Basisstation den Nachrichtenkanal 7 und den zugehörigen Duplex- Kanal aus dem Nachrichtenübertragungsregime entbinden und die Organisationskanal-Empfangsbaugruppe auf den neuen Organisationskanal umprogrammieren. Um des weiteren sicherzustellen, daß kurzzeitig abgeschaltete Teilnehmerstationen, die immer noch auf den Standard organisationskanal 8 programmiert sind, nicht erst aufwendige Suchprozeduren nach dem neuen Organisationskanal durchführen müssen, wiederholt die Basisstation über ihren Organisationskanal 2 die Zuweisungsprozedur kontinuierlich. Des weiteren schalten die Teilnehmerstationen wieder automatisch auf den Standard- Organisationskanal 8 um, falls diese innerhalb eines bestimmten Zeitraumes keine Organisationskanalzuweisung empfangen. Prinzipiell gibt es beim Wechsel des Organisationskanals zwei unterschiedliche Vorgehensweisen. Zum einen ist ein Wechsel auf einen Nachrichtenkanal 7 möglich, der nicht gestört ist und dann solange als Organisationskanal genutzt wird, bis der Standard-Organisationskanal 8 wieder nutzbar ist. In einem anderen Verfahren wird der Organisationskanal fortlaufend in gleichmäßigen oder ungleichmäßigen Zeitabständen systematisch oder stochastisch geändert, um ein spezielles externes Stören des Organisationskanals zu erschweren.

Bei den bisher beschriebenen Verfahrensarten ist davon ausgegangen worden, daß alle Nachrichtenkanäle 7 als Organisationskanäle auswählbar sind. Dies gewährleistet zwar eine große Flexibilität hinsichtlich der Auswahl, führt jedoch auch zum Vertust eines Frequenzkanals für die Nachrichtenübertragung. Daher werden vorzugsweise nur die Nachrichtenkanäle 7 als Organisationkanal ausgewählt, deren Duplex-Kanal gestört oder anderweitig genutzt wird und somit ohnehin nicht für die Nachrichtenübertragung nutzbar sind. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, im up-link gleichzeitig mehrere Organisationskanäle vorzusehen.

Entsprechend der Anzahl der zu verwendenden Organisationskanäle müssen in der Basistation Organisationskanal-Empfangsbaugruppen vorhanden sein. Hierzu werden vorzugsweise die ohnehin meist vorhandenen Redundanz-Baugruppen entsprechend aktiviert und auf die Kanäle umprogrammiert. Dies ermöglicht die Aufteilung im up-link auf die verschiedenen Kanäle, was Hazard-Probleme am RF-Empfänger der Basisstation entschärft. Die Aufteilung kann dabei unter den verschiedensten Gesichtspunkten erfolgen, wie beispielsweise gleichmäßige Auslastung oder ähnliche Laufzeiten. Eine weitere Möglichkeit, mehrere Organisationskanäle ausnutzen zu können, ohne die Anzahl der für die Nachrichtenübertragung zur Verfügung stehenden Nachrichtenkanäle zu reduzieren, besteht darin, ungenutzte Randbereiche des Unterbandes 5 zu benutzen. Aufgrund der beiden verschiedenen Übertragungsverfahren im down-link und up-link verbleibt meist, im Gegensatz zu bekannten Verfahren mit gleichen Übertragungsverfahren für beide Richtungen, ein ungenutzter Randbereich, der für Organisationskanäle nutzbar ist.

Bezugszeichenliste

1

FDM-Basisband

2

Organisationskanal

3

Nachrichtenkanal

4

Unterband

5

Frequenzband

6

Frequenzraster

7

Nachrichtenkanal

8

Organisationskanal

Claims

1. Funkübertragungsverfahren mittels einer ortsfesten Basisstation und einer Vielzahl voneinander unabhängiger ortsfester Teilnehmerstationen, bei welchem auf einer Vielzahl von Funkkanälen zwischen der Basisstation und den Teilnehmerstationen analoge Signale mit einer für den Fernsprechbetrieb ausreichenden Basissignalbandbreite im Duplexbetrieb übertragen werden können, wobei die Anzahl der Funkkanäle kleiner als die Gesamtzahl der Teilnehmerstationen ist und jede Teilnehmerstation zu einem Zeitpunkt immer nur Zugriff auf einen Duplex-Funkkanal hat und eine direkte Übertragung zwischen Teilnehmerstationen ausgeschlossen ist, wobei für systeminterne Signalisierungs- und Organisationszwecke sowie zum Verbindungsaufbau in beiden Übertragungsrichtungen je mindestens ein Kanal als Organisationskanal (2, 8) genutzt wird, die bezüglich ihrer pysikalischen Parameter und der Einordnung in die beiden unterschiedlichen Übertragungsverfahren mit den Nachrichtenkanälen (3, 7) in den jeweiligen Übertragungsrichtungen identisch sind, und in welchem digitale Informationen in der Form TDM/TDMA übertragen werden, umfassend folgende Verfahrensschritte:

a) in der Basisstation umsetzen der Signale der einzelnen Nachrichtenkanäle (3) auf kanalspezifische erste Trägerfrequenzen, wobei die schmalbandigen ersten kanalspezifischen Trägerfrequenzen um ein festes Frequenzraster lückenlos zueinander versetzt ausgewählt werden,
b) aufsummieren der modulierten Trägerfrequenzen und des Organisationskanals (2) zu einem FDM-Basisband (1), wobei der Organisationskanal (2) fest der niedrigsten Trägerfrequenz zugeordnet ist,
c) aufmodulieren des FDM-Basisbandes (1) auf eine HF- Trägerfrequenz,
d) unterteilen des für die Teilnehmerstationen zur Verfügung stehenden Frequenzbandes (5) in Kanalraster, wobei jeder aktiven Teilnehmerstation über den Organisationskanal (2) der Basisstation ein Kanalraster zugeordnet wird,
e) aufmodulieren der Signale auf einen kanalrasterspezifischen HF-Träger, so daß das modulierte HF-Trägersignal einen Nachrichtenkanal (7) bildet, der im zugeordneten Kanalraster verbleibt,

dadurch gekennzeichnet, daß

a) in der Übertragungsrichtung von den Teilnehmerstationen zur Basisstation über die Basisstation ein beliebiger Nachrichtenkanal (7) auswählbar ist, der den Teilnehmerstationen über den Organisationskanal der Basisstation als Organisationskanal (2) zugewiesen wird, wobei die Basisstation eine Organisationskanal-Empfangsbaugruppe auf die Frequenz des ausgewählten Nachrichtenkanals umprogrammiert und den Nachrichtenkanal mit seinem zugehörigen Duplex-Kanal aus dem Nachrichtenübertragungsschema entbindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Übertragungsrichtung von den Teilnehmerstationen zu der Basisstation ein Nachrichtenkanal (7) als Standard- Organisationskanal (8) festgelegt wird, der bei ausbleibenden Zuordnungsprozeduren durch den Organisationskanal (2) der Basisstation als Organisationskanal der Teilnehmerstationen genutzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der als Organisationskanal zugewiesene Nachrichtenkanal (7) in regelmäßigen oder unregelmäßigen zeitlichen Abständen geändert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Kanalnummer des als Organisationskanal zugewiesenen Nachrichtenkanals (7) mittels einer Zufallsfunktion ausgewählt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Organisationskanal auswählbare Nachrichtenkanäle (7) nur derartige Nachrichtenkanäle (7) verwendet werden, deren jeweiliger Duplexkanal (3) aufgrund systeminterner Bedingungen nicht als Nachrichtenkanal zur Verfügung steht.

6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Übertragungsrichtung von den Teilnehmerstationen zu der Basisstation gleichzeitig mindestens zwei Nachrichtenkanäle (7) als Organisationskanäle genutzt werden, wobei über den Organisationskanal (2) der Basisstation den einzelnen Teilnehmerstationen einer der Organisationskanäle zugeordnet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die am Air- Interface benutzten Teilnehmernummern in Blöcke aufgeteilt werden, wobei jedem Block ein Organisationskanal zugeordnet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blöcke gleich groß gewählt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der Blöcke mittels einer Zufallsfunktion in zeitlichen Abständen geändert wird.

10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Organisationskanal (2) der Basisstation in zeitlichen Abständen die Organisationskanalzuweisungen an die Teilnehmerstationen unabhängig von einer Änderung der Zuweisung überträgt.