DE19956094C2 - Verfahren zum Betrieb eines GSM-Mobilfunksystems - Google Patents

Verfahren zum Betrieb eines GSM-Mobilfunksystems

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    • H04B7/2687—Inter base stations synchronisation
    • H04B7/2693—Centralised synchronisation, i.e. using external universal time reference, e.g. by using a global positioning system [GPS] or by distributing time reference over the wireline network

Description

GSM-Mobilfunksysteme ermöglichen den Aufbau von Kommunikati­ onsverbindungen zu mobilen Teilnehmern, indem Informationen mittels elektromagnetischer Wellen über eine Funkschnittstel­ le zwischen einer sendenden und einer empfangenden Funkstati­ on übertragen werden. Das Abstrahlen der elektromnagnetischen Wellen erfolgt bei GSM-Mobilfunksystemen mit Trägerfrequenzen im Bereich von 900 MHz, 1800 MHz und 1900 MHz. Zur Unter­ scheidung unterschiedlicher Signalquellen am Ort des jeweili­ gen Empfängers wird eine Kombination aus Frequenz- und Zeit­ lagenmultiplexverfahren angewendet. Eine wichtige Funktion nehmen Basisstationen ein, indem sie die Funkverbindungen in­ nerhalb einer oder mehrerer Zellen mit einer oder mehreren Teilnehmerstationen aufrechterhalten.
Zur Übertragung von Daten kann auf verbindungsorientierte und auf paketorientierte Konzepte zurückgegriffen werden. Bei verbindungsorientierter Datenübertragung müssen während der gesamten Zeit physikalische Ressourcen zwischen den Kommmuni­ kationsteilnehmern bereitgestellt werden. Im Gegensatz dazu werden bei der paketorientierten Datenübertragung physikali­ sche Ressourcen nur während der eigentlichen Übertragungszei­ ten der Datenpakete bereitgestellt. Dieses Verfahren basiert darauf, daß die Daten in kurzen Datenpaketen, zwischen denen längere Pausen auftreten können, übermittelt werden. In den Pausen zwischen den Datenpaketen stehen die physikalischen Ressourcen für andere logische Verbindungen zur Verfügung.
GSM-Mobilfunksysteme wurden ursprünglich zur Übertragung von Sprache konzipiert, wobei ein Kanal für die ständige Informa­ tionsübertragung zwischen Teilnehmerstation und Basisstation reserviert wird. Bei paketorientierter Datenübertragung wird jedoch ein gemeinsamer Kanal zur Paketdatenübertragung für mehrere Teilnehmerstationen genutzt.
In einigen Ländern, beispielsweise den USA, werden zahlreiche Frequenzbänder bereits von GSM-Mobilfunksystemen für verbin­ dungsorientierte Dienste belegt und stehen damit nicht für paketorienterte Datendienste, deren Realisierung eine größere Bandbreite erfordert, zur Verfügung. Im Rahmen des Aufbaus von überlagerten zellularen Funknetzen für paketorientierte Datenübertragung, die unter dem Namem EDGE (Enhanced Data Ra­ tes for GSM Evolution) bekannt sind, werden einige bisher von verbindungsorientierten Diensten genutzte Trägerfrequenzen für die überlagerten Funknetze freigegeben. Den überlagerten Funknetzen stehen allerdings trotz derartiger Maßnahmen ver­ hältnismäßig wenige Trägerfrequenzen zur Verfügung. Dies hat ein enges Wiederholungsmuster der Trägerfrequenzen für die überlagerten zellularen Funknetze zur Folge, woraus die Ge­ fahr erhöhter Gleichkanalstörungen resultiert.
Aus WO 00/74426 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines GSM- Mobilfunksystems bekannt, bei dem Funkkanäle für verbindungs­ orientierte Dienste durch Basisstationen verwaltet werden. Durch vorgebbare Basisstationen werden zusätzlich Funkkanäle für paketorientierte Dienste verfügbar gemacht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren anzugeben, welches einen zuverlässigen Betrieb ei­ nes überlagerten Funknetzes zur paketorientierten Datenüber­ tragung auch bei geringer Anzahl dafür zur Vefügung stehender Trägerfrequenzen ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.
Ein im Aufbau befindliches überlagertes zellulares Funknetz für paketorientierte Datenübertragung steht nicht vom Beginn an flächendeckend zur Verfügung. Erfahrungsgemäß erfolgt der Aufbau eines Funknetzes zunächst inselweise. Zudem ist zu be­ rücksichtigen, daß dabei Geräte von jeweils unterschiedlichen Herstellern verwendet werden. Im Laufe des Aufbaus des über­ lagerten zellularen Funknetzes für paketorientierte Daten­ übertragung wachsen die einzelnen Inseln, in denen eine Funk­ netzversorgung besteht, aufeinander zu und verschmelzen mit­ einander. Entscheidend ist, daß dabei an den Übergangsstellen ein zeitlich synchronisierter Betrieb der betroffenen Basisstationen gewährleistet ist. Neben den betrieblichen Aspekten ist ein wesentlicher Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens darin zu sehen, daß den skizzierten Randbedingungen beim Auf­ bau eines überlagerten zellularen Funknetzes für paketorien­ tierte Datenübertragung voll Rechnung getragen wird. Zudem war ein zeitlich synchronisierter Betrieb von Basisstationen in GSM-Mobilfunksystemen bislang überhaupt nicht vorgesehen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhän­ gigen Ansprüchen 2 bis 6 angegeben.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Informationen über die Referenzzeit ent­ haltende Signal von einem GPS-Satelliten (Global Positioning System) ausgestrahlt. Hierzu muß jede Basisstation über einen GPS-Empfänger verfügen. Bei Nutzung des Global Positioning System steht die Referenzzeit in Form der koordinierten Welt­ zeit (UTC - Universal Time Coordinated) zur Verfügung.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Informationen über die Referenzzeit enthaltende Si­ gnal von einem Zeitzeichensender ausgestrahlt, der einer Atomuhr zugeordnet ist. Ein Beispiel für einen derartigen Zeitzeichensender ist der in der Bundesrepublik Deutschland von der physikalisch-technischen Bundesanstalt betriebene Sender DCF77. Die im DCF77-Zeitsignal enthaltene Information über die Uhrzeit wird durch zwei hochgenaue primäre Cäsium- Atomuhren ermittelt. Die Zeitdifferenz zwischen beiden Atomuhren beträgt hochgerechnet auf 1.000.000 Jahre maximal eine Sekunde. Eventuelle Laufzeitunterschiede während der Übertragung des Zeitsignals vom Sender zum Empfänger werden durch einen für die jeweilige Basisstation berechneten Kor­ rekturwert ausgeglichen.
Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt während der Übertragung über einen für pa­ ketorientierte Dienste vorgesehenen Kontrollkanal innerhalb einer vorgegebenen Funkzelle in den benachbarten Funkzellen ein Aussetzen der Datenübertragung über Kanäle, welche die gleichen Trägerfrequenzen nutzen wie der für paketorientierte Dienste vorgesehene Kontrollkanal. Auf diese Weise wird eine ausreichende Entkopplung der Kontrollkanäle erzielt.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen an­ hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematisierte Darstellung einer Anordnung mit mehreren Basisstationen eines GSM-Mobilfunksystems und einem Informationen über eine Referenzzeit ausstrahlenden Sender.
In Fig. 1 ist ein Sender S dargestellt, der einem nicht nä­ her dargestellten Referenzzeitgenerator zugeordnet ist. Der Sender S ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel einem Satel­ liten des Global Positioning System zugeordnet und sendet ein Signal SUTC, das Informationen über eine Referenzzeit enthält, an zu synchronisierende Basisstationen BS eines GSM-Mobil­ funksystems, durch welche Funkkanäle CCH für paketorientierte Dienste verfügbar gemacht werden. Beim Global Positioning Sy­ stem enthält das Signal SUTC Informationen über die koordi­ nierte Weltzeit (UTC - Universal Time Coordinated).
Das die Informationen über die Referenzzeit enthaltende Si­ gnal SUTC wird von Basis-Transceiver-Stationen BTS empfangen, welche den Basisstationen BS zugeordnet sind und von Steue­ rungseinrichtungen BSC überwacht und gesteuert werden. Die Bassistationen BS sind untereinander über eine Umschaltein­ richtung MSC verbunden, welche außerdem Schnittstellen zu an­ deren Kommunikationssystemen bereitstellt. Jede Basisstation BS synchronisiert Zeitlagen von Funkkanälen CCH für paket­ orientierte Dienste, die über eine Funkschnittstelle zwischen der jeweiligen Basisstation BS und zugeordneten Teilnehmer­ stationen MS bereitgestellt werden unter Bezugnahme auf die Referenzzeit. Dabei wird ein eindeutiger Bezug zwischen den Zeitlagen und der Referenzzeit hergestellt, die mittels einer vorgegebenen Rechenvorschrift abgeleitet werden kann. Bei­ spielsweise kann die Rechenvorschrift durch die Festlegung, zu welchem Zeitpunkt ein vorgegebener Datenrahmen startet, definiert werden. Zeitschlitze für die Kommunikationskanäle CCH sind damit im gesamten Mobilfunksystem hinsichtlich Be­ ginn und Dauer einheitlich. Damit ist auch in nicht zusammen­ hängenden Funkversorgungsinseln oder bei zeitlich nacheinan­ der in Betrieb gehenden Basisstationen eine jeweils unabhän­ gige Synchronisierung möglich.
Während der Übertragung über einen für paketorientierte Dien­ ste vorgesehenen Kontrollkanal innerhalb einer vorgegebenen Funkzelle erfolgt in den benachbarten Funkzellen ein Ausset­ zen der Datenübertragung über Kanäle, welche die gleichen Trägerfrequenzen nutzen wie der für paketorientierte Dienste vorgesehene Kontrollkanal.
Des weiteren kann für Trägerfrequenzen, die mit Funkkanälen für verbindungsorientierte Dienste korrespondieren, ein grö­ ßerer zellbezogener Frequenzwiederholungsfaktor ausgewählt werden als für Trägerfrequenzen, die mit Funkkanälen für pa­ ketorientierte Dienste korrespondieren.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, daß nach­ träglich eingerichtete Basisstationen, durch welche paket­ orientierte Dienste verfügbar gemacht werden, sich in Kennt­ nis der Referenzzeit selbständig aufsynchronisieren können, so daß in zusammenwachsenden Funkversorgungsinseln eines Mo­ bilfunksystems automatisch die Synchronitätsbedingung erfüllt ist. Außerdem können an bestehenden Basisstationen, die bis­ lang lediglich Funkkanäle für verbindungsorientierte Dienste verwalteten, vorhandene Infrastruktureinrichtungen, wie Stromversorgungseinrichtungen, Antenneneinrichtungen, Racks und Taktgeneratoren, wiederverwertet werden.
Bei Nutzung der vom Global Positioning System bereitgestell­ ten Informationen über die koordinierte Weltzeit UTC sind an den Basisstationen BS zusätzliche GPS-Empfänger vorzusehen.
Gemäß einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung der vor­ liegenden Erfindung können die Informationen über die Refe­ renzzeit mittels von einem terrestrischen Zeitzeichensender ausgestrahlten Signalen gewonnen werden. Ist der Zeitzeichen­ sender einer Atomuhr zugeordnet, so ist die Ungenauigkeit der im empfangenen Signal über die Referenzzeit enthaltenen In­ formation nahezu ausschließlich durch Laufzeitunterschiede bedingt, die durch einen für die jeweilige Basisstation indi­ viduell berechneten Korrekturwert ausgeglichen werden können.

Claims (6)

1. Verfahren zum Betrieb eines GSM-Mobilfunksystems, bei dem
Funkkanäle für verbindungsorientierte Dienste durch Basis­ stationen (BS) verwaltet werden,
Funkkanäle (CCH) für paketorientierte Dienste durch vor­ gebbare Basisstationen (BS) zusätzlich verfügbar gemacht werden,
mindestens ein Sender (S), der einem Referenzzeitgenerator zugeordnet ist, ein Signal (SUTC) ausstrahlt, das Informa­ tionen über eine Referenzzeit enthält,
das die Informationen über die Referenzzeit enthaltende Signal (SUTC) von den vorgebbaren Basisstationen (BS) emp­ fangen wird, welche Funkzellen zugeordnet sind, in denen paketorientierte Dienste verfügbar sind,
die vorgebbaren Basisstationen (BS) Zeitlagen der Funkka­ näle (CCH) für paketorientierte Dienste jeweils selbstän­ dig unter Bezugnahme auf die Referenzzeit synchronisieren, wobei die Funkkanäle (CCH) für paketorientierte Dienste über eine Funkschnittstelle zwischen der jeweiligen Basis­ station (BS) und zugeordneten Teilnehmerstationen (MS) be­ reitgestellt werden.
2. Verfahren zum Betrieb eines GSM-Mobilfunksystems nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgebbaren Basisstationen (BS) eine Untermenge aller Basisstationen (BS) bilden.
3. Verfahren zum Betrieb eines GSM-Mobilfunksystems nach ei­ nem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Informationen über die Refe­ renzzeit enthaltende Signal (SUTC) von einem dem Global Posi­ tioning System zugeordneten Satelliten (S) ausgestrahlt wird.
4. Verfahren zum Betrieb eines GSM-Mobilfunksystems nach ei­ nem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Informationen über die Refe­ renzzeit enthaltende Signal (SUTC) von einem einer Atomuhr zu­ geordneten terrestrischen Zeitzeichensender (S) ausgestrahlt wird, und daß Laufzeitunterschiede durch einen für die jewei­ lige Basisstation (BS) berechneten Korrekturwert ausgeglichen werden.
5. Verfahren zum Betrieb eines GSM-Mobilfunksystems nach ei­ nem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für erste Trägerfrequenzen, die mit den Funkkanälen für verbindungsorientierte Dienste korre­ spondieren, ein zellbezogener Frequenzwiederholungsfaktor ausgewählt wird, der größer ist als ein ein zellbezogener Frequenzwiederholungsfaktor für zweite Trägerfrequenzen, die mit den Funkkanälen für paketorientierte Dienste korrespon­ dieren.
6. Verfahren zum Betrieb eines GSM-Mobilfunksystems nach ei­ nem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß während der Datenübertragung über einen für paketorientierte Dienste vorgesehenen Kontrollkanal innerhalb einer vorgegebenen Funkzelle in den benachbarten Funkzellen ein Aussetzen der Datenübertragung über Kanäle er­ folgt, welche die gleichen Trägerfrequenzen nutzen wie der für paketorientierte Dienste vorgesehene Kontrollkanal.
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