DE20314560U1

DE20314560U1 - Basisstation mit verbesserter Bakenakquisition

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Publication number: DE20314560U1
Application number: DE20314560U
Authority: DE
Original assignee: InterDigital Technology Corp
Current assignee: InterDigital Technology Corp
Priority date: 2002-09-20
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2003-12-11
Anticipated expiration: 2013-09-20
Also published as: EP1532744A4; EP2107845A2; HK1056092A2; CN1682457A; US20040058712A1; US20050192060A1; TWM244696U; TW200501612A; EP1532744A1; EP2107845A3; CN2648740Y; TW200735677A; TW200412806A; ATE452469T1; KR20040025858A; US8027674B2; MY134897A; DK1532744T3; CN100521560C; DE60330569D1

Abstract

Basisstation, die zum Senden von Bakensignalen in mehreren Zellen angeordnet ist, die einen sich wiederholenden Rahmen verwenden, wobei jeder Rahmen mehrere Zeitschlitze hat; wobei die Basisstation Folgendes umfasst: mehrere Antennen, wobei jede Antenne zum Senden des Bakensignals in mindestens einer Zelle angeordnet ist; wobei jede Antenne zum Senden des Bakensignals in einem unterschiedlichen Zeitschlitz ausgebildet ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Fähigkeit einer mobilen oder stationären drahtlosen Sende/Empfangseinheit (Wireless Transmit/Receive Unit / WTRU), Bakenkanäle schnell und zuverlässig zu akquirieren, ist eine entscheidende Funktion für ein TDD(Time Division Duplex)-System der dritten Generation (3G). Bakenkanäle, die auch als Rundsendungs-Steuerkanäle (Broadcast Control Channels / BCHs) bezeichnet werden, werden in einem vorbestimmten Schlitz innerhalb eines bestimmten Rahmens eines Mehrfach-Rahmen-TDD-Systems übertragen.
Ein Bakenkanal ist immer ein BCH, jedoch können auch andere Kanäle wie zum Beispiel der Funkrufanzeigerkanal (Paging Indicator Channel / PICH) oder ein Funkrufkanal (Paging Channel / PCH) als Bakenkanäle verwendet werden. Eine wichtige Eigenschaft eines Bakenkanals ist jedoch, dass er mit einem festen (hohen) Referenzleistungspegel gesendet werden muss, so dass die Bake überall in der Zelle zuverlässig empfangen werden kann. Dies erlaubt es einer WTRU, die Streckendämpfungsschätzung aus dem bekannten Bakenkanal zu bestimmen. Im bevorzugten Einsatz eines TDD-Systems kann eine unbegrenzte Anzahl von Basisstationen (BSs) ihre Bakensignale im gleichen Zeitschlitz senden, was es allen WTRUs im Abdeckungsbereich ermöglicht, alle Baken gleichzeitig zu messen. Die WTRUs können dann die Leistung vergleichen, die sie von den jeweiligen Basisstationen im Abdeckungsbereich empfangen und sich dafür entscheiden, mit der BS eine Verbindung einzurichten, deren Signal die höchste Qualität hat.
Die WTRU akquiriert die Bake für eine Systemzugangsinformation oder zum Suchen anderer WTRUs zu einer schließlichen Zellweiterreichung oder der erneuten Auswahl einer Zelle. Der Vorteil, wenn alle benachbarten BS-Baken im gleichen Zeitschlitz sind, führt auch zu einem Nachteil in der Form von Interferenz aller Hochleistungssignale im gleichen Zeitschlitz.
Ein Bakenkanal kann weiter als ein spezieller physikalischer Kanal definiert werden, der mit einer festen hohen Referenzleistung gesendet wird und einen speziellen reservierten orthogonalen variablen Spreizfaktor-Code (Orthogonal Variable Spreading Factor/ OVSF) verwendet, der mindestens ein Mal pro Rahmen gesendet wird. Ein Zeitschlitz (Time Slot / TS), der einen Bakenkanal enthält, wird als Baken-TS bezeichnet.
Es gibt zwei übliche Einsatzszenarios für Bakenzeitschlitze in TDD-Systemen. Im ersten Szenario wird einer Zelle nur ein einziger Zeitschlitz als der Baken-TS zugewiesen. Der einzige Baken-TS, der den BCH enthält, befindet sich immer an einem spezifischen Zeitschlitzort TS(k) des Rahmens. Im zweiten Szenario werden einer Zelle zwei Zeitschlitze als die Baken-TSs zugewiesen. Die BCH-Bakeninformation wird an einem Ort TS(k) des Rahmens gesendet, und der zweite Baken-TS des Rahmens wird am Ort TS(k+8) angeordnet. Der zweite Baken-TS wird als die sekundäre Bake bezeichnet und kann bestimmte weitere Abwärtsverbindungs-Kanalinformation enthalten. Das zweite Szenario repräsentiert den vorwiegend verwendeten Einsatz eines heutigen TDD-Systems.
TDD-Zellen, die in eng benachbarten geografischen Bereichen und auf den gleichen Frequenzen betrieben werden, brauchen eine Ressourcenkoordination und eine Zeitsynchronisation, um eine maximale Systemkapazität und einen maximalen Systemwirkungsgrad zu erreichen. Der Einsatz der Baken-TSs von TDD-Zellen verwendet ein Verfahren, bei dem die Bakenkanäle aller benachbarter Zellen im gleichen Zeitschlitz gesendet werden, was eine Zeitausrichtung erforderlich macht. Der Hauptvorteil zeitausgerichteter Baken ist, dass es dadurch den WTRUs ermöglicht wird, gleichzeitig ihre benachbarten Zell-BS und die aktuell bedienende Zell-BS zu messen. Die WTRU kann dabei eine BS mit einem besseren Signalpegel entdecken und zu dieser BS umschalten, wodurch es der WTRU ermöglicht wird, ihre Sendeleistung zu verringern und die Batterielebensdauer zu verlängern. Wenn jedoch der Abdeckungsbereich viele BSs in enger Nachbarschaft hat, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass die zeitausgerichteten Baken-TSs zu einer extrem verschlechterten BCH-Baken-Akquisitionsleistung für WTRUs führen.
Zur Untersuchung der Akquisitionszeit der BCH-Bake zeigt eine einfache geometrische Anordnung auf der Grundlage der Streckendämpfung, dass eine WTRU an einer Zellgrenze (von zwei benachbarten BSs gleich weit entfernt) ein Verhältnis von Intra-Zell-Interferenz (lor) zu Inter-Zell-Interferenz (loc) von 0 dB erfährt. Die Intra-Zell-Interferenz (lor) ist die insgesamt empfangene Signalleistung in einem Zeitschlitz von der BS, mit der die WTRU kommuniziert. Die Inter-Zell-Interferenz (loc) ist die Summe der im gleichen TS von allen benachbarten BSs insgesamt empfangenen Signalleistung. Die Intra-Zell-Interferenz (lor) ist daher die "nützliche" Energie bzw. das nützliche Signal von der BS, mit der die WTRU kommuniziert. Die Inter-Zell-Interferenz ist die Interferenz, die von der gesamten unerwünschten Signalenergie von allen anderen BSs verursacht wird, die von der WTRU empfangen werden, und ist daher zur Decodierung des "nützlichen" Signals schädlich.
Dieses Verhältnis ior/loc ist ein wichtiger Parameter für die Leistung eines Mehrfachbenutzerdetektors (Multiuser Detector / MUD). Das analoge Verhältnis, das in den herkömmlicheren Signaldetektoren, wie zum Beispiel RAKE-Empfängern bei Frequenzteilungs-Duplex (Frequency Division Duplex / FDD), vorgefunden wird, ist Ec/lo, wobei "Ec" die Energie pro Chip im erwünschten Spreizcode und lo die Summe der Energien aller anderer Spreizcodes ist, die die WTRU empfangen kann, jedoch nicht zum Decodieren benötigt. Bei einer Erweiterung der geometrischen Streckendämpfungssituation auf mehr als die beiden nächsten Nachbarn wird das Verhältnis lor/loc weiter fallen und sich -1,5 dB annähern.
Abschattung und Schwund werden die Kommunikationen schlechter und sporadischer machen. In Schwundumgebungen ist zu erwarten, dass ein Verhältnis lor/loc im Bereich von mindestens -1 bis 0 dB oder höher benötigt wird, um den BCH richtig mit einer angemessenen Akquisitionszeit zu decodieren. Die Untersuchung hat gezeigt, dass für ein zeitausgerichtetes BCH-TS-Kommunikationssystem ungefähr 25% der WTRUs an Zellgrenzen und 15% innerhalb aller Zellbereiche ein Verhältnis lor/loc von < -1 dB erfahren werden. Dies führt zu einer sehr verschlechterten BCH-Bakenerfassung, was zu Verschlechterungen bei der vom Benutzer empfundenen Dienstgüte (QoS) führt. Bei einer Verringerung des lor/loc-Werts ist die BCH-Bakenakquisition gefährdet und die WTRU-Synchronisation unter den Umständen des schlimmsten Falls (Worst Case) wäre für einen beträchtlichen Teil des Einsatzgebiets unmöglich.
Es ist daher wünschenswert, eine neuartige Herangehensweise zur Baken-TS-Nutzung vorzusehen, um die oben erörterten Nachteile abzuwenden.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren und ein System mit einer verbesserten Akquisitionsleistung von Bakenkanälen unter der Verwendung zeitversetzter Bakenzeitschlitze. Die vorliegende Erfindung kann in sektorierten Zellen oder an allen Orten mit ungünstigen Einsatzbedingungen verwendet werden, die zu einer unakzeptablen Bakenakquisitionsleistung bei zeitausgerichteten Bakenzeitschlitzen führen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ein detaillierteres Verständnis der Erfindung kann aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen gezogen werden, die als Beispiel angeführt sind und zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen zu verstehen sind. Es zeigt:
1 eine Veranschaulichung eines Beispiels, das einen typischen Zeitschlitz des Standes der Technik mit einem zugewiesenen Baken-TS zeigt,
2 eine Veranschaulichung eines Beispiels, das Zellsektoren mit den minimal zwei erlaubten Baken-TSs zeigt, und
3 eine Veranschaulichung eines Beispiels, das drei sektorierte Zellen pro Zellstandort zeigt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung verwendet eine Interferenzvermeidungsstrategie, die zum Verbessern der Bakenkanal-Akquisitionsleistung eingesetzt werden kann. Die vorliegende Erfindung kann in einem TDD-System oder einem beliebigen anderen System umgesetzt werden, dessen Zellen einen Zeitversatz der Bakenkanäle tolerieren. Sie kann in einem Bereich eingesetzt werden, der sektorierte Zellstandorte oder nichtsektorierte Zellstandorte verwendet. Allgemein handelt es sich dabei um die Eigenschaft der Zellen und ihrer Sektoren, unabhängig davon, wie der Betreiber seine Basisstationen zur Lieferung des Dienstes platziert. Auch wenn die hier beigefügten Figuren nur sektorierte Zellen zeigen, ist es ebenso möglich, dass eine Basisstation einer Zelle oder einem Sektor entspricht, wenn sie ungefähr in der Mitte der Zelle oder des Sektors aufgestellt wird.
1 veranschaulicht einen typischen Baken-TS 14 des Standes der Technik. Der Baken-TS 14 ist ein Teil eines Rahmens 12. Beim Breitband-TDD umfasst ein Rahmen (Frame) 15 Zeitschlitze und hat eine Länge von 10 ms, jedoch kann in anderen Systemen auch ein anderer Typ einer Rahmenstruktur verwendet werden. Beim Schmalband-TDD wird zum Beispiel eine Gruppe von sieben Zeitschlitzen mit einer Gesamtlänge von 5 ms als Unterrahmen (Sub-Frame) bezeichnet. Zwei Sub-Frames bilden einen Funkrahmen 10 mit einer Länge von 10 ms, der einen Rahmen der Mehrfachrahmenstruktur des Funkrahmens 10 umfasst.
In der vorliegenden Erfindung werden die Baken-TSs sektorierten Zellen zugewiesen, so dass ihre gegenseitige Interferenz gemäß bestimmter Wiederverwendungsmuster minimiert wird. Das optimale Wiederverwendungsmuster hängt von der Anzahl sektorierter oder normaler Zellstandorte, der Anzahl verfügbarer Baken-TSs und den Eigenschaften der Funkumgebung ab. Auch wenn die folgende Beschreibung sich auf ein TDD-System als ein Beispiel bezieht, wurde das TDD-System aus Gründen der Bequemlichkeit gewählt. Demnach sollte die vorliegende Erfindung nicht so interpretiert werden, dass sie auf ein TDD-System eingeschränkt ist.
Die zeitversetzte Vorgehensweise könnte eine einfache Vorgehensweise beinhalten, bei der der Stand der Technik die Baken aller Zellen oder Sektoren in TS(k) und TS(k+n) in jedem Rahmen zuwies. Die vorliegende Erfindung schlägt vor, dass bei einer ersten Gruppe dieser Zellen oder Sektoren in jedem Rahmen die Baken in TS(k) und TS(k+n) sind und dass bei einer zweiten Gruppe dieser Zellen oder Sektoren in jedem Rahmen die Baken in TS(m) und TS(m+p) sind. Alternativ wird eine beliebige Erweiterung dieses Zeitschlitz-Wiederverwendungsmusterprinzips vorgeschlagen. Der UTRA-TDD-Standard legt (im Gegensatz zu GSM) nicht fest, dass die Bake in einem bestimmten Zeitschlitz sein muss. Er gibt . an, dass der Bakenkanal (BCH) an einem bestimmten TS(k) sein muss, wobei k ein Wert von 1 bis 7 sein kann. Wenn es einen zweiten Baken-TS im Rahmen gibt, muss der bei TS(k+8) sein.
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 2 gezeigt, welche einen Bakenzeitschlitz-Wiederverwendungsfaktor von zwei ohne Zellsektorierung in der räumlichen Dimension verwendet. Der Abdeckungsbereich 28 hat vier Basisstationen BS1, BS2, BS3 und BS4. Jeder Basisstation BS1 bis BS4 wird ein unterschiedlicher versetzter Zeitschlitz für das Aussenden seiner Bake in eine der drei Zellen zugewiesen. Die erste Gruppe von BSs senden ihre Baken in den Zeitschlitzen TS(k) und TS(k+n) in die Zellen 20 bzw. 22. Die zweite Gruppe von BSs sendet ihre Baken in den Zeitschlitzen TS(m) und TS(m+p) in die Zellen 24 bzw. 26. TS(k) repräsentiert einen Zeitschlitz zur Zeit k, und TS(k+n) repräsentiert einen weiteren Zeitschlitz, der durch n Zeitschlitze vom Zeitschlitz TS(k) versetzt ist. Die gleiche Verfahrensweise wird für die Zellen TS(m) und TS(m+p) angewendet.
Eine WTRU in Zelle 24 wird aktiviert, während sie sich in der Zelle 24 von BS1 befindet, die im Abdeckungsbereich 28 ist. In diesem Einsatzszenario kann die WTRU eine von vier möglichen Zeitschlitzbaken, TS(k), TS(k+n), TS(m) oder TS(m+p), empfangen, von denen jede einen möglichen Zellstandort repräsentiert. Für dieses Beispiel und aus Gründen der Einfachheit ist die empfangene Bake mit der besten Signalqualität diejenige, die von BS1 mit einem Bakenzeitschlitz von TS(m) in die Zelle 24 gesendet wird. Die WTRU in der Zelle 24 akquiriert dann diese BCH-Bake und richtet ihre Kommunikation über BS1 ein. Bei einer Bewegung der WTRU durch den Abdeckungsbereich 28 kann sie andere Baken in den anderen Zeitschlitzen überwachen und auf der Grundlage der Bakenkanalsignale eine Entscheidung darüber treffen, ob sie auf eine andere BS umschalten sollte.
Wenn die WTRU sich jetzt in eine Position bewegt, in der die umgebenden Basisstationen BS1 – BS4 alle ihre BCH-Baken im gleichen Zeitschlitz übertragen würden, würde es die WTRU aufgrund der oben erwähnten lor/loc-Probleme schwierig finden, eine BCH-Bake zu akquirieren. Eine Verringerung der gegenseitigen Interferenz der Bakenkanäle benachbarter Zellen wird daher das durchschnittlich angetroffene Verhältnis lor/loc für mobile Geräte im Abdeckungsbereich verbessern und daher die BCH-Akquisitionszeit verkürzen.
In einer alternativen Ausführungsform ist in 3 eine Mehrzahl von Zellen gezeigt, die eine Zellsektorierung oder eine räumliche Dimensionierung mit drei Sektoren pro Zelle und Antennen mit einer Wiedervennrendung von zwei verwendet. Jede Basisstation BS1 – BS4 sendet Bakensignale in drei Sektoren aus. Die drei Sektoren bestehen entweder aus zwei TS(k)s-Sektoren oder einem TS(m)-Sektor oder einem TS(k)-Sektor und zwei TS(m)s-Sektoren. Wenn BS1 die BCH-Bake in Sektoren 31 oder 33 sendet, sendet BS1 die Bake im Zeitschlitz k. Wenn alternativ dazu BS1 in den Sektor 32 sendet, sendet BS1 die Bake im Zeitschlitz m.
Außerdem gibt es neben den standardmäßigen Makrozellstandorten zusätzliche Ausführungsformen für spezielle Zellsektorierungen, auf die das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar ist. Zum Beispiel könnte eine Pico-BTS-Zelle für eine große Menschenansammlung in einem eng begrenzten Raum, wie zum Beispiel bei einer Sportveranstaltung oder einer sonstigen Versammlung, Sektoren nach Sitzreihen im Zuschauerraum haben. Eine Mikro-BTS-Zelle könnte eine Straße mit zwei unterschiedlichen Sektoren abdecken, wobei einer eine Nordseite der Straße und der andere Sektor die Südseite repräsentieren würde.
Die vorliegende Erfindung sieht eine sehr einfache, jedoch wirkungsvolle Interferenzvermeidungsstrategie zum Einsatz von Baken-TS in Systemen, wie zum Beispiel einem UTRA-TDD-System vor, das die Bakenakquisitionszeit mittels einer Funknetzplanung verbessern kann. Eine Anwendung der vorliegenden Erfindung auf Antennensektoren-Wiederverwendungszellen ermöglicht es UTRA-TDD-Systemkonstrukteuren in dicht besiedelten städtischen Fußgänger-WTRU-Umgebungen, Systeme mit einer akzeptablen vom Benutzer empfundenen Systemakquisitionszeit sowie einer praktischen Einsatzmöglichkeit zu schaffen.
Die vorliegende Erfindung stimmt voll mit dem UTRA-UMTS-Standard überein, insbesondere, da mobile Geräte dazu fähig sein müssen, auf jedem beliebigen Zeitschlitz die benachbarten Zellen zu messen. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die Baken-TS-Zuweisung für Zellen in der vorliegenden Erfindung und im vorliegenden Verfahren während des Systembetriebs immer noch verändert und besonders wirkungsvoll eingesetzt werden kann, wenn sektorierte Zellstandorte verfügbar sind.
Die oben beschriebene vorliegende Erfindung soll die Vorgehensweise mit zeitausgerichteten Baken-TS nicht ersetzen, die Vorteile hinsichtlich der Batterielebensdauer der WTRU und der Systemkapazität hat. Bei Einsatzszenarien jedoch, bei denen eine Zeitausrichtung der Bakenzeitschlitze für einen beträchtlichen Prozentsatz von WTRUs im Abdeckungsbereich zu einer inakzeptablen Bakenakquisitionsleistung führt, stellt die vorliegende Erfindung eine wertvolle und leicht umzusetzende Verfahrensweise für ein Funkressourcenmanagement (Radio Resource Management / RRM) dar.
Auch wenn bestimmte Verarbeitungsfunktionen so beschrieben wurden, dass sie durch bestimmte Komponenten ausgeführt werden, versteht es sich, dass die Erbringung von Verarbeitungsfunktionen wie gewünscht auch auf Netzwerkkomponenten verteilt werden können.
Auch wenn die vorliegende Erfindung im Einzelnen beschrieben wurde, versteht es sich, dass die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist und dass verschiedene Änderungen daran vorgenommen werden können, ohne dass dadurch vom Geist und Umfang der Erfindung abgewichen wird, der durch die nachfolgenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Basisstation, die zum Senden von Bakensignalen in mehreren Zellen angeordnet ist, die einen sich wiederholenden Rahmen verwenden, wobei jeder Rahmen mehrere Zeitschlitze hat; wobei die Basisstation Folgendes umfasst: mehrere Antennen, wobei jede Antenne zum Senden des Bakensignals in mindestens einer Zelle angeordnet ist; wobei jede Antenne zum Senden des Bakensignals in einem unterschiedlichen Zeitschlitz ausgebildet ist.
Basisstation nach Anspruch 1, bei der jede Zelle mehrere Sektoren umfasst, und jede Antenne zum Senden des Bakensignals in einem unterschiedlichen Zeitschlitz im jeweiligen Sektor ausgebildet ist.