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Die
Erfindung betrifft die Kanalzuordnung in einem TDMA-Kommunikationssystem.
Die Erfindung betrifft außerdem
eine Kommunikationsvorrichtung und ein Kommunikationsnetz, die die
neue Kanalzuordnung verwenden, sowie ein Verfahren zum Empfang von
Kanälen
in einer Kommunikationsvorrichtung eines Kommunikationssystems.
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In
bekannten und gegenwärtig
geplanten Kommunikationssystemen sind eine Vielzahl von Basisstationen
bereitgestellt, wobei jede Basisstation in der Lage ist, mit mobilen
Endgeräten
innerhalb des Bereichs der Basisstation zu kommunizieren, um diesen
mobilen Endgeräten
Kommunikationsdienste bereitzustellen.
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Jedem
Kommunikationssystem ist zur Bereitstellung von Kommunikationsdiensten
an mobile Endgeräte
nur ein begrenzter Umfang des Spektrums zugeordnet. Ein herkömmliches
Verfahren zur Maximierung der Anzahl von Benutzern, die das System
unterstützen
kann, ist, das verfügbare
Frequenzspektrum in eine Anzahl von unterschiedlichen Frequenzträgern aufzuteilen,
und unterschiedlichen Benutzern zu ermöglichen, denselben Frequenzträger zu unterschiedlichen
Zeiten zu verwenden (sogenannte Time Division Multiple Access Systems
= Zeitmultiplex- oder TDMA-Systeme).
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In
TDMA-Systemen, wie den gut bekannten GSM-(Global System for Mobile
communications) oder EDGE-(Enhanced Data rates for GMS Evolution)-Systemen überträgt jeder
Frequenzträger
einen Mehrfachrahmen, der eine Anzahl von in Zeitschlitze aufgeteilte
Rahmen aufweist. In dem GSM-System weist beispielsweise ein Mehrfachrahmen
51 Rahmen auf, von denen jeder 8 Zeitschlitze hat, wohingegen in
dem EDGE-System ein Mehrfachrahmen 52 Rahmen aufweist, von denen
jeder 8 Zeitschlitze hat. Logische Kanäle oder Verkehrskanäle zwischen
einem mobilen Endgerät
und einer Basisstation werden durch eine Sequenz von Zeitschlitzen
auf denselben oder unterschiedlichen Frequenzträgern bereitgestellt. Der Wechsel
der von dem Kanal verwendeten Frequenz wird als Frequenzsprung ("frequency hopping") bezeichnet. Eine
Basisstation, die einem mobilen Endgerät einen Kanal zuordnet, wird
dem mobilen Endgerät
die Frequenzvorschrift und die Zeitschlitzzuordnung für den Kanal
mitteilen.
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Üblicherweise
werden sich sowohl der Zeitschlitz als auch der Frequenzträger während der
Sequenz verändern,
um die Wirkung von Störungen
auf den Kanal zu verringern und dadurch die Qualität der Kommunikationsleitung
zu maximieren. Es ist jedoch wünschenswert,
die Fähigkeit
des TDMA-Kommunikationssystems eine ausreichende Qualität der Kommunikationsleitung
sicherzustellen, weiter zu verbessern.
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Manchmal
ist es notwendig, ein mobiles Endgerät von einer Basisstation an
eine andere zu übergeben.
Wenn eine Übergabe
(handover) eines mobilen Endgeräts
bei einem andauernden Anruf notwendig ist, müssen der Verkehrskanal und
die dazugehörige
Signalisierung von der ursprünglichen
bedienenden Basisstation an die neue Ziel-Basisstation übertragen
werden, so dass keine Daten verloren gehen und die Übergabe
für den
Benutzer transparent und nahtlos verläuft.
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Wenn
in dem vorhandenen GSM-System der Bedarf nach einer Übergabe
festgestellt wird, werden der Verkehrskanal und die dazugehörige Signalisierung
von der ursprünglichen
Basisstation an die Ziel-Basisstation übergeben. Allerdings können sogar
bei effizienter Signalisierung ein Teil der Verkehrsdaten während der Übergabe
verloren gehen. Wenn das mobile Endgerät des Weiteren nicht in der Lage
ist, den neuen Kanal mit der Ziel-Basisstation herzustellen, muss
das mobile Endgerät
einen Kanal mit der ursprünglich
bedienenden Zelle wiederherstellen. Während der Verzögerung aufgrund
der Wiederherstellung werden die Kanalverkehrsdaten verloren gehen,
und im schlimmsten Fall wird der Anruf als Ergebnis der fehlgeschlagenen Übergabe
abgebrochen werden. Dies ist verständlicherweise höchst unerwünscht, und
daher besteht der Bedarf nach einem stabilen Übergabemechanismus, der in
der Basisstation und in dem mobilen Endgerät eines TDMA-Kommunikationssystems
auf relativ einfache Weise implementiert werden kann.
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In
der PCT-Patentanmeldung WO 99/14975 ist ein Kanalaufbau für ein Kommunikationssystem mit
zwei Sätzen
physikalischer Kanäle
offenbart: einer für
die Vorwärtsleitung
und ein weiterer für
die Rückleitung.
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Wie
gut bekannt ist, bringen ungünstige
Kanalzustände
Fehler in die auf der Funkschnittstelle eines drahtlosen Kommunikationssystems
empfangenen Daten ein. Es werden zahlreiche Mechanismen verwendet,
um die Wirkung dieser Fehler auf die Unversehrtheit der Daten zu
minimieren. Es ist jedoch wünschenswert,
einen neuen Weg zur Verbesserung der Korrektur von Fehlern in auf
der Funkschnittstelle eines drahtlosen Kommunikationssystems empfangenen
Daten bereitzustellen.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben
einer Kommunikationsvorrichtung in einem Kommunikationssystem nach
Anspruch 1 der anliegenden Ansprüche
bereitgestellt.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Steuerungsvorrichtung
in einem Kommunikationssystem nach Anspruch 7 der anliegenden Ansprüche bereitgestellt.
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Bevorzugterweise überträgt der sekundäre Kanal
nur Daten.
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Das
Kommunikationssystem kann ein Netz mit ersten und zweiten Transceiver-Vorrichtungen aufweisen,
wobei die Steuerungsvorrichtung die Kommunikation mit der Kommunikationsvorrichtung unter
Verwendung des TDMA-Teilraten-Primärkanals über die erste Transceiver-Vorrichtung
steuert und wobei die Steuerungsvorrichtung die Kommunikation mit
der Kommunikationsvorrichtung unter Verwendung des TDMA-Teilraten-Sekundärteilkanals über die
zweite Transceiver-Vorrichtung steuert.
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Die
Verwendung von zwei TDMA-Teilratenkanälen stellt eine Kanaldiversität innerhalb
eines TMDA-Systems bereit. Der Sekundärkanal kann einen unterschiedlichen
Satz von Frequenzen für
seine Frequenzsprungsequenz verwenden und kann auch unterschiedliche
Zeitschlitze verwenden. Diese Diversität hat den Vorteil, dass, wenn
ein Teilratenkanal durch Störungen
stark beeinträchtigt
ist, der andere Teilratenkanal wahrscheinlich nicht betroffen ist
und somit die Leitung zwischen dem mobilen Endgerät und dem
Netz aufrecht erhalten wird.
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Wenn
dieselben Informationsdaten auf beiden Kanälen übertragen werden, wird durch
die Verwendung beider Kanäle
zwischen dem Netz und dem mobilen Endgerät die Wahrscheinlichkeit maximiert, dass
die Daten durchgehen werden und nicht aufgrund von Signalschwund
oder anderen Ausfällen
in einem Kanal verloren gehen. Wenn für dieselben Informationsdaten
unterschiedliche Punktierungs- und Codierungsschemata verwendet
werden, wird eine Fehlerbehebung der empfangenen Informationen erleichtert.
Dies ist besonders für
die Fehlerbehebung in dem mobilen Endgerät der Downlinkprimär- und sekundärkanäle nützlich.
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Die
Primär-
und Sekundärkanäle können zwischen
dem mobilen Endgerät
und einer einzelnen Basisstation eingerichtet werden. In diesem
Fall sind die erste Transceiver-Vorrichtung und die zweite Transceiver-Vorrichtung
gemäß dem zweiten
Aspekt der Erfindung erste und zweite Transceiver einer GSM-Basisstation
(BTS) und die Steuerungsvorrichtung ist die zugeordnete Basisstations-Steuervorrichtung
(BSC).
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Zusätzlich zu
den oben beschriebenen, aus Frequenz- und Kanaldiversität resultierenden
Vorteilen bietet die Verwendung von zwei Teilratenkanälen zwischen
dem mobilen Endgerät
und einer Basisstation der Basisstation eine größere Flexibilität bei den Kanalzuordnungen.
Insbesondere, da die Teilratenkanäle getrennt festgelegt werden
können,
kann die Basisstation einen der Kanäle getrennt von dem anderen
erneut festlegen.
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Alternativ
können
die zwei Kanäle
zwischen dem mobilen Endgerät
und einer einzelnen Basisstation und einem Relais-Sender unter der
Steuerung einer einzelnen Basisstation eingerichtet werden. Diese
Anordnung entspricht im Grunde der Situation, bei der die Primär- und Sekundärkanäle zwischen
dem mobilen Endgerät
und einer einzelnen Basisstation eingerichtet werden, stellt aber
auch eine Raumdiversität
aufgrund der Trennung zwischen der Basisstation und der Relaisstation
bereit. Wenn daher bei einem der Kanäle Störungen oder ein Signalschwund auftreten,
beispielsweise als Ergebnis davon, dass sich ein Bus zwischen dem
mobilen Endgerät
und entweder der Relaisstation oder der Basisstation bewegt, bedeutet
die Trennung zwischen der Basisstation und der Relaisstation, dass
es unwahrscheinlich ist, dass bei dem anderen Kanal zur gleichen
Zeit Störungen
oder ein Signalschwund auftreten.
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Des
Weiteren können
die Primär-
und Sekundärkanäle zwischen
dem mobilen Endgerät
und jeder der zwei unterschiedlichen Basisstationen eingerichtet
werden. Durch diese Anordnung wird zusätzlich zu der oben umrissenen
Frequenzdiversität auch
eine Raumdiversität
bereitgestellt.
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In
dem zweiten Aspekt der Erfindung können die erste Transceiver-Vorrichtung
und die zweite Transceiver-Vorrichtung die ersten und zweiten GSM-Basisstationen
sein, und die Steuerungs vorrichtung kann die Basisstations-Steuervorrichtung (BSC),
die mit der ersten GSM-Basisstation verbunden ist, sein. Wenn die
zweite GSM-Basisstation eine zweite Basisstations-Steuervorrichtung
(BSC), mit der sie verbunden ist, aufweist, kann die mit der ersten
GSM-Basisstation verbundene Basisstations-Steuervorrichtung (BSC)
Signalisierungsinformationen mit der zweiten GMS-Basisstation über die mit der zweiten GSM-Basisstation
verbundene Basisstations-Steuervorrichtung austauschen.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform können sich
die zwei unterschiedlichen Basisstationen auf unterschiedlichen
Ebenen in einer hierarchischen Systemanordnung befinden.
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Vorzugsweise
sind die Primär-
und Sekundärteilratenkanäle komplementäre Unterkanäle. Die Teilratenkanäle können Half-Rate-Kanäle (Verkehrskanäle mit halber
Bitrate) oder Quarter-Rate-Kanäle (Verkehrskanäle mit geviertelter
Bitrate) sein. Wenn Quarter-Rate-Kanäle verwendet werden, ist es
offensichtlich, dass ein dritter oder ein dritter und ein vierter
Teilratenkanal ebenfalls zwischen dem mobilen Endgerät und einer
oder mehrerer Basisstationen eingerichtet werden können.
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Somit
wird beispielsweise, wenn zwei Half-Rate-Kanäle, die unterschiedliche Unterkanalnummern
verwenden, ein Kanal alle geraden Rahmennummern und der andere Kanal
alle ungeraden Rahmennummern verwenden. Somit kann das mobile Endgerät gleichzeitig
auf beiden Kanälen
empfangen und senden, indem es der Zuordnung der Frequenz- und Zeitschlitzvorschrift
für den
ersten Kanal auf geraden Kanalnummern und der Zuordnung der Frequenz- und Zeitschlitzvorschrift
für den
zweiten Kanal auf ungeraden Kanalnummer folgt.
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Diese
Anordnung ist besonders vorteilhaft, da Half-Rate-Kanäle standardisiert
wurden und Quarter-Rate-Kanäle
momentan standardisiert werden. Als Ergebnis davon ist die Implementierung
der Teilratenkanäle,
die Unterkanäle
wie Half-Rate- und Quarter-Rate-Kanäle verwenden,
einfach.
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Des
Weiteren werden die vier Rahmen, die Kanaldaten mit Bezug zu einem
einzelnen Informationsblock übertragen,
nun durch Rahmen, die Kanaldaten mit Bezug zu dem anderen Kanal übertragen, getrennt,
anstatt dass sie wie herkömmlich
in aufeinanderfolgenden Rahmen gesendet werden. Als Ergebnis davon
wird ein zusätzlicher
Schutz gegen Fehler, die in den decodierten Informationsdaten aufgrund
der Verfälschung
von benachbarten Rahmen auf der Funkschnittstelle entstehen, bereitgestellt.
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Fachleute
in der Technik werden erkennen können,
dass es außerdem
möglich
ist, erfindungsgemäße Teilratenkanäle bereitzustellen,
indem die Zeitaufteilung zwischen dem Primärkanal und dem Sekundärkanal unterschiedlich
aufgeteilt wird, Beispielsweise kann das mobile Endgerät anstatt
auf einer der oben erläuterten
rahmenbasierten Umschaltung zwischen dem Primärkanal und dem Sekundärkanal auf
der Basis eines Blocks (vier Rahmen), auf der Basis eines halben
Mehrfachrahmens oder auf der Basis eines ganzen Mehrfachrahmens
zwischen dem Primärkanal
und dem Sekundärkanal
umschalten. Tatsächlich
sollte erwähnt
werden, dass die Teilratenkanäle
grundsätzlich
eine ungleiche Menge an Daten übertragen
können.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Durchführen einer Übergabe
einer Kommunikationsvorrichtung von einer ersten Basisstation an
eine zweite Basisstation eines TDMA-Kommunikationssystems nach Anspruch
3 der anliegenden Ansprüche
bereitgestellt.
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Somit
bietet dieser Aspekt der Erfindung ein vorteilhaftes Verfahren zur
Durchführung
einer Übergabe
in einem TDMA-Kommunikationssystem, das die Primär- und Sekundärteilratenkanäle wie oben erläutert verwendet.
Das Übergabeverfahren
kann sowohl für
die Übergabe
zwischen den Basisstationen als auch für die Übergabe innerhalb der Basisstationen
verwendet werden.
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Während der Übergabe
werden dieselben Informationsdaten sowohl auf dem Primärkanal als auch
auf dem Sekundärkanal
gesendet, die beide mit dem mobilen Endgerät eingerichtet sind. Die oben
erwähnte
Kanal- und Raumdiversität,
die aus der Verwendung der Primär-
und Sekundärkanäle während der Übergabe
entstehen, führt
zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit,
dass die Daten empfangen werden, Da eine Verkehrsverbindung mit
beiden Basisstationen aufrecht erhalten wird, während die Signalisierungsleitung
bei einer Übergabe
zwischen zwei Basisstationen übergeben
wird, wird des Weiteren die Wahrscheinlichkeit, dass Daten verloren
gehen oder der Anruf unterbrochen wird, wesentlich verringert.
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Dies
ist für
Echtzeitverkehr, insbesondere Sprache, besonders vorteilhaft, bei
dem eine Verzögerung
kritisch ist und kein Wiederholungsmechanismus vorgesehen ist.
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Die
vorliegende Erfindung bietet auch ein neues Signalisierungsprotokoll
und eine neue Signalisierungsschnittstelle zur Verwendung während Übergaben
gemäß dem dritten
Aspekt der Erfindung. Insbesondere ist zwischen einer ersten und
einer zweiten Basisstations-Steuervorrichtung eine neue Schnittstelle,
die Iur-g-Schnittstelle, festgelegt, die Signalisierungs-
und Steuerungsinformationen sowie Daten überträgt. Des Weiteren wurde die
Signalisierung bezüglich
der Anforderung und Freigabe des Sekundärkanals festgelegt.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung gibt es ein Verfahren zum Betreiben einer Kommunikationsvorrichtung
nach Anspruch 5 der anliegenden Ansprüche.
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Das
Verfahren gemäß diesem
Aspekt ist zum Kombinieren von Informationen, die über ein
mobiles Endgerät
von mindestens zwei unterschiedlichen Kanälen, die dieselben Informationsdaten übertragen, empfangen
werden, besonders nützlich.
Obwohl seine Verwendung in einem TDMA-Kommunikationssystem mit oben
erläuterten
Teilratenkanälen
besonders vorteilhaft ist, ist dieser Aspekt der Erfindung nicht
auf ein solches System beschränkt,
sondern kann stattdessen bei jedem Kommunikationssystem angewendet
werden. Dieses Verfahren ist insbesondere bei CDMA-Kommunikationssystemen
(CDMA = Code Division Multiple Access), beispielsweise dem vorgeschlagenen
UMTS-System (UMTS = Universal Mobile Telecommunication System),
anwendbar.
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Zum
besseren Verständnis
der vorliegenden Erfindung und um zu zeigen, wie sie umgesetzt werden
kann, wird nun mit Hilfe von Beispielen Bezug auf die anliegenden
Zeichnungen genommen, in denen:
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1a den
Datenfluss zwischen dem Netz und einem mobilen Endgerät in einer
ersten Anordnung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung darstellt;
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1b den
Datenfluss zwischen dem Netz und einem mobilen Endgerät in einer
zweiten Anordnung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung darstellt;
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2 die
Empfangs- und Decodierungselemente eines beispielhaften mobilen
Endgeräts
darstellt;
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3 die
Kombination von empfangenen Blöcken
auf einem ersten und zweiten bei dem mobilen Endgerät empfangenen
TDMA-Kanal darstellen;
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4a eine
Diagrammdarstellung einer ersten alternativen Anordnung der Empfangs-
und Decodierungselemente eines beispielhaften mobilen Endgeräts darstellt;
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4b eine
Diagrammdarstellung einer zweiten alternativen Anordnung der Empfangs-
und Decodierungselemente eines beispielhaften mobilen Endgeräts darstellt;
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5 die
Zuordnung eines erste Zeitschlitzes darstellt;
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6 die
Zuordnung eines zweiten Zeitschlitzes darstellt;
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7 die
Zuordnung eines dritten Zeitschlitzes darstellt;
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8 die Zuordnung eines vierten Zeitschlitzes
darstellt;
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9 ein Übergabeverfahren
gemäß einer beispielhaften
Ausführungsform
der Erfindung darstellt;
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10 den
Signalisierungs- und Verkehrsfluss während der Übergabe gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung darstellt;
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11 den
Signalisierungs- und Verkehrsfluss während einer Übergabe
innerhalb der Basisstationen darstellt; und
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12 die
Anwendung der Erfindung bei einer hierarchischen Zellenanordnung
darstellt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen
dargestellt, in denen denselben oder ähnlichen Teilen dieselben Bezugsziffern
gegeben wurden, Obwohl sie mit Bezug auf die GSM- und EDGE-Systeme
beschrieben werden, kann die beschriebene Verwendung der Primär- und Sekundärkanäle und das
Verfahren der Übergabe
auf jedes TDMA-System angewendet werden. Das weiche Kombinieren
(soft combining) in dem mobilen Endgerät kann auf jedes beliebige
Kommunikationssystem angewendet werden, kann aber in dem beschriebenen
TDMA-System besonders vorteilhaft verwendet werden.
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Der
Datenfluss zwischen dem Netz und dem mobilen Endgerät bei Verwendung
der Primär-
und Sekundärteilratenkanäle gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung wird mit Bezug auf die 1a und 1b beschrieben
werden. In den beschriebenen vorteilhaften beispielhaften Ausführungsformen
werden dieselben Informationsdaten auf komplementären Half-Rate-Kanälen zwischen
dem mobilen Endgerät
und dem Netz übertragen.
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1a erläutert den
Datenfluss zwischen dem Netz und dem mobilen Endgerät, wenn
die zwei Half-Rate-Kanäle über erste
und zweite GMS-Basisstationen (BTS1 und BTS2) eingerichtet werden,
die sich eine Basisstations-Steuervorrichtung (BSC1) teilen. Wie
gut bekannt ist, kommuniziert die Basisstations-Steuervorrichtung
BSC1 über
eine Iu-ps-Schnittstelle oder eine Gb-Schnittstelle
oder über eine
mit einer Schnittstelle für
leistungsorientierte Dienste (CS – circuit switched) wie eine
A-Schnittstelle
oder eine Iu-cs-Schnittstelle mit einem
Kernnetz N, und kommuniziert über
die A-bis-Schnittstelle mit den GSM-Basisstationen BTS1 und BTS2. Die GSM-Basisstationen
BTS1 und BTS2 werden synchronisiert, wie durch die Taktverbindung
dargestellt ist. BTS1 und BTS2 kommunizieren über einen Primär- und einen
Sekundärkanal
f1 bzw. f2 mit einem mobilen Endgerät (nicht dargestellt).
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1b erläutert den
Datenfluss zwischen dem Netz und einem mobilen Endgerät, wenn
die zwei komplementären
Half-Rate-Kanäle
zwischen ersten und zweiten GSM-Basisstationen (BTS1 und BTS2) eingerichtet
werden, die sich keine gemeinsame Basisstations-Steuervorrichtung (BSC) teilen. In dieser
Situation sind die Basisstations-Steuervorrichtungen BSC1 und BSC2,
die mit den GMS-Basisstationen BTS1 bzw. BTS2 verbunden sind, durch
eine Iur-g-Schnittstelle verbunden. Ansonsten
entspricht die Anordnung der in 1a dargestellten
Anordnung.
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Wie
zuvor erläutert
wurde, sind der Primär- und
der Sekundärkanal
f1 und f2 in der erläuterten Ausführungsform
komplementäre
Half-Rate-Kanäle. Diese
Kanäle
wurden als komplementäre
Half-Rate-Kanäle unter
der Steuerung der primären
Basisstations-Steuervorrichtung BSC1 entweder direkt (im Fall von
sowohl f1 und f2 in 1a, als auch f1 in 1b),
oder indirekt (transparent über
BSC2) im Fall von 1b eingerichtet. Wie aus einer
Betrachtung der 1a und 1b erkennbar
ist, werden den komplementären
Half-Rate-Kanälen
f1 und f2 wechselnde Rahmen eines Mehrfachrahmens zugewiesen.
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Drei
Informationsdatenblöcke
B1, B2 und B3 sind zur Bezugnahme dargestellt. Wie in den 1a und 1b dargestellt
ist, empfängt
die BSC1 Informationsdatenblöcke
vom Kernnetz N und überträgt Informationsdatenblöcke über die
Iu-ps- oder die Gb-Schnittstelle, oder über eine CS-Schnittstelle wie die
A-Schnittstelle
oder die Iu-cs-Schnittstelle an das Kernnetz
N. BSC1 sendet die Informationsdatenblöcke an BTS1 und BTS2 oder empfängt die
Informationsdatenblöcke
von BTS1 und BTS2. In der in 1a dargestellten
Anordnung werden die Informationsdatenblöcke direkt über die jeweilige A-bis-Schnittstelle übertragen.
In der in 1b dargestellten Anordnung werden
die Informationsdatenblöcke
an die oder von der BTS1 über
die A-bis-Schnittstelle übertragen
und die Informationsdatenblöcke
an die oder von der BTS2 werden von der BSC2 über die A-bis- und die Iur-g-Schnittstellen transparent übertragen.
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Für Downlink-Daten
führen
BTS1 und BTS2 eine Kanalcodierung und jegliches anzuwendendes Punktieren
gemäß herkömmlichen,
Fachleuten in der Technik bekannten, Techniken durch, bevor die
resultierenden Kanalinformationen auf den Half-Rate-Unterkanälen f1 bzw.
f2 übertragen
werden. Obwohl wie oben erläutert
derselbe Informationsdatenblock über den
Kanal f1 und über
den Kanal f2 an das mobile Endgerät übertragen wird, können in
den beiden Kanälen
unterschiedliche Punktierungs- und/oder Codierungsschemata verwendet
werden. Dieser Unterschied in den Kanaldaten, die tatsächlich auf
den zwei Kanälen übertragen
wurden, kann zusätzliche Informationen
bereitstellen, die zur Behebung von Fehlern in den empfangenen Daten
verwendet werden können.
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Für Uplink-Daten
werden die von BTS1 und BTS2 auf den Kanälen f1 bzw. f2 empfangenen
Kanaldaten decodiert, und die resultierenden Informationsdaten werden
an BSC1 (über
die A-bis-Schnittstelle oder transparent über die A-bis- und Iur-g-Schnittstelle durch den BSC2) und dann
weiter an das Netz N geleitet. Da bei dem einen oder dem anderen
der Kanäle
f1 und f2 von Zeit zu Zeit Störungen
auftreten können,
kann die BSC1 die Daten von dem anderen Kanal verwenden, um eine
originalgetreue Übertragung
der Daten sicherzustellen.
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In
der beschriebenen Ausführungsform
werden die Funkblöcke
auf Basis der Rahmennummer synchronisiert, da die Kanäle leichter
empfangen werden können.
Dies ist jedoch nicht notwendig, um die Funkblöcke auf diese Art und Weise
zu synchronisieren.
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Es
wäre natürlich ebenfalls
möglich,
abwechselnde Blöcke
auf jedem der zwei komplementären
Unterkanäle
f1 und f2 zu übertragen.
Verglichen mit der oben beschriebenen Ausführungsform würde dies
die Kapazität
der Leitung des mobilen Endgeräts
eindeutig verdoppeln, obwohl dies auf Kosten der durch das oben
beschriebene Verfahren bereitgestellten Robustheit geschehen würde.
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Obwohl
das mobile Endgerät
zwei eingerichtete Kanäle
aufweist, überträgt nur einer
der Kanäle die
entsprechenden Signalisierungs- oder Steuerungsinformationen. Als
Ergebnis davon kann das mobile Endgerät Leistungssteuerungsinformationen nur
von der Basisstation empfangen bzw. Leistungsmessungen nur der Basisstation
mitteilen, mit der eine Signalisierungsleitung eingerichtet ist.
Dies würde
bedeuten, dass in dem Fall, dass es einen grundlegenen Unterschied
zwischen den Empfangspfaden von den zwei Zellen gibt, das mobile
Endgerät
Datenblöcke
nur von der bedienenden Zelle empfangen würde, mit der eine Signalisierungsleitung
hergestellt ist.
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Auf ähnliche
Weise wird der Zeitvorlaufwert (timing advance) von der bedienenden
Zellenbasisstation gesteuert. Da die zwei Zellen synchronisiert sind,
ist das mobile Endgerät
in der Lage, die Zeitvorlaufdifferenz zwischen ihnen durch Überwachung
der Verzögerung
zwischen den Downlink-Pfaden auszuwerten. Das mobile Endgerät kann diese
Information verwenden, um den Zeitvorlaufwert zu berechnen, der
für die
andere BTS verwendet werden soll.
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Der
Betrieb des mobilen Endgeräts
bei Empfang von zwei Kanälen,
die dieselben Informationsdaten übertragen,
wird nachfolgend gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 2 beschrieben,
die die Empfangs- und Decodierungselemente eines mobilen Endgeräts darstellt.
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Die
Empfangs- und Decodierungselemente des in 2 dargestellten
mobilen Endgeräts
weisen eine Antenne 1 zum Empfang von Signalen von einem
Kommunikationsnetz auf. Die Antenne 1 ist mit einem Transceiver 2 verbunden.
Der Empfangsabschnitt des Transceivers 2 ist mit dem Entzerrer 3 gekoppelt,
der wiederum mit einem Decodierer gekoppelt ist. Die Ausgabe des
Decodierers wird dann Ausgabe 5 zur Verwendung mit dem
mobilen Endgerät, beispielsweise
um als Sprache ausgegeben zu werden. Eine Steuerung 6 steuert
den Betrieb der Empfangs- und Decodierungselemente des mobilen Endgeräts. Die
Teile, die für
die Beschreibung der Erfindung nicht relevant sind, wurden weggelassen,
da diese Fachleuten in der Technik klar sein werden.
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Damit
das mobile Endgerät
einen ersten und einen zweiten Kanal empfangen kann, steuert die Steuerung 6 den
Transceiver, um Daten des ersten und zweiten Kanals auf dem ersten
bzw. dem zweiten Kanal zu empfangen. Die Daten des ersten und zweiten
Kanals werden an den Entzerrer weitergeleitet, welcher die empfangenen
Kanaldaten kanalkodiert und die resultierenden Symbole weich kombiniert (soft
combining).
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Zum
weichen Kombinieren der empfangenen Daten werden eine Angabe der
Zuverlässigkeit der
decodierten Daten sowie die Daten selbst bereitgestellt. Da das
mobile Endgerät
dieselben Daten über
die zwei Kanäle
empfängt,
können
die zuverlässigeren
Daten behalten und die weniger zuverlässigen Daten verworfen werden.
Die Verwendung unterschiedlicher Punktierungsschemata für die zwei
Kanäle
hat zur Folge, dass in dem mobilen Endgerät zwei denselben Informationsdaten
entsprechende unterschiedliche Kanaldatensätze empfangen werden, und diese
zusätzliche
Information kann des Weiteren beim Decodieren und bei der Fehlerbehebung in
dem mobilen Endgerät
helfen.
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Wie
in 3 dargestellt, ist die Implementierung dieses
Aspekts der Erfindung in einem TDMA-Kommunikationssystem, in dem
beispielsweise komplementäre
Half-Rate-Kanäle
gemäß der beschriebenen
beispielhaften Ausführungsform
verwendet werden, besonders vorteilhaft.
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Wenn
die übertragenen
Funkblöcke
nicht auf einer Block-für-Block-Basis synchronisiert
werden, ist es notwendig, dass das mobile Endgerät die auf den unterschiedlichen
Kanälen
empfangenen Funkblöcke
korreliert. Diese Korrelation kann vor der Entzerrung durchgeführt werden,
um ein weiches Kombinieren durchzuführen, oder nach der Sprachdecodierung,
Diese Anordnungen sind in den 4a und 4b dargestellt.
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Um
einen Bedarf nach zwei Transceivern in dem mobilen Endgerät zu vermeiden,
sollten die Zeitschlitz-(TS)-Zuordnungen für die komplementären Unterkanäle f1 und
f2 dem mobilen Endgerät
ermöglichen,
seine Uplink- und Downlink-Zeitschlitzzuordnungen von Rahmen zu
Rahmen zu verändern,
um so auf beiden Unterkanälen
zu empfangen und zu senden. Wie Fachleuten in der Technik bekannt
sein wird, hängen
die Zeitschlitzkombinatinen, die von einem mobilen Endgerät verwendet
werden können, von
der Multislot-Klasse
des mobilen Endgeräts
ab, da die der Multislot-Klasse zugehörigen Multislot-Parameter (Tta,
Ttb, Tra und Trb) beibehalten werden müssen, um dem mobilen Endgerät zu ermöglichen, seine
Zeitreferenz zwischen benachbarten Rahmen zu verschieben.
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Die
verfügbaren
Kanalzuordnungen für
Zelle 1 und Zelle 2 sind:
für
Multisslot-Klasse 1 soll derselbe Zeitschlitz N verwendet werden
für Multisslot-Klassen
2–7 soll
der Zeitschlitz N oder N +/– 1
verwendet werden
für
Multisslot-Klassen 8–11
soll der Zeitschlitz N, N +/– 1
oder N +/– 2
verwendet werden
für
Multisslot-Klasse 12 soll der Zeitschlitz N, N +/– 1, N +/– 2 oder
N +/– 3
verwendet werden.
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Wie
in 5 dargestellt, kann ein mobiles Endgerät der Multisslot-Klasse
2 (d.h. für
ein Maximum von 2 "Rx"-Kanälen und
einem "Tx"-Kanal in der Lage)
beispielsweise den Zeitschlitz TS0 Zelle 1 zugeordnet und den Zeitschlitz
TS1 Zelle 2 zugeordnet aufweisen.
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Es
sollte jedoch erwähnt
werden, dass die Möglichkeiten
der Zeitschlitzzuordnungen durch die Notwendigkeit begrenzt sind,
dass die dem in Zelle 1 zugeordneten Kanal entsprechenden Zeitschlitze
immer in einem anderen Rahmen als die dem in Zelle 2 zugeordneten
Kanal entsprechenden Zeitschlitze vorhanden sein müssen. Somit
ist eine Zuordnung wie in 6, die ansonsten
den oben dargelegten Zuordnungsbedarf erfüllt, unzulässig.
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Es
sollte erwähnt
werden, dass der Unterschied bei dem auf der Zielzelle und der bedienenden Zelle
zu verwendenden Zeitvorlaufwert den "Tra"-Parameter
nicht beeinträchtigt
(d.h. den Zeitpunkt, um Messungen durchzuführen und zum Empfang bereit zu
sein, wie aus 7 klar wird).
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Alternativ
können
Zeitschlitze mit den gleichen Einschränkungen, wie wenn sie beide
einer einzelnen Zelle zugeordnet wären, zugeordnet werden. Somit
soll ein einen "Tx"-Schlitz (Multislot-Klasse 1–4) unterstützendes
mobiles Endgerät
denselben Zeitschlitz auf beiden Zellen zugeordnet haben. Ein Beispiel
für ein
mobiles Endgerät
der Multislot-Klasse 1 ist in 8a dargestellt.
Ein mobiles Endgerät
der Multislot-Klasse 5 kann einen der bedienenden Zelle zugeordneten
Zeitschlitz TS0 und einen der Zielzelle zugeordnetenen Zeitschlitz
TS1 aufweisen, so wie wenn TS0 und TS1 wie in 8b dargestellt
fortlaufend zugeordnet wären.
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Ein Übergabeverfahren
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung wird nun mit Bezug auf 9 beschrieben.
Gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kommuniziert das mobile Endgerät 10 während eines
bestehenden Anrufs mit der Basisstation 20 der bedienenden
Zelle 21 (9a) mit der bedienenen Basisstation 20 unter
Verwendung eines Teilratenkanals (Half-Rate-Kanal oder Quarter-Rate-Kanal),
der sowohl Verkehrs- als auch Signalisierungsinformationen überträgt.
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In
der bevorzugtesten Ausführungsform
der Erfindung ist der vorhandene Kanal ein Teilratenkanal, beispielsweise
ein Half-Rate-Kanal.
Die Situation, in der der vorhandene Kanal ein Full-Rate-Kanal ist, der bei
Beginn der Übergabe
gemäß dieser
Ausführungsform
der Erfindung in einen Half-Rate-Kanal geändert wird, wird jedoch ebenfalls
ins Auge gefasst.
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Da
sich das mobile Endgerät 10 der
Zellengrenze der bedienenden Zelle 21 nähert, wird ein zweiter Teilratenkanal
(beispielsweise ein Quarter-Rate-Kanal oder ein Half-Rate-Kanal)
mit der Basis station 30 der Zielzelle 31 (9b)
eingerichtet. Der neue, mit der Basisstation 30 der Zielzelle
eingerichtete Teilratenkanal überträgt nur Verkehrsinformationen.
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Da
sich das mobile Endgerät 10 in
die Zielzelle 31 bewegt, wird die Signalisierungsleitung
von der ursprünglich
bedienenden Zelle 21 auf die Zielzelle 31 (9c)
umgeschaltet. Somit überträgt der Teilratenkanal
zwischen dem mobilen Endgerät 10 und
der Basisstation 30 der Zielzelle jetzt Signalisierungs-
und Verkehrsinformationen, und der Teilratenkanal zwischen der Mobilstation 10 und
der Basisstation 20 der ursprünglich bedienenden Zelle überträgt nur Verkehrsinformationen.
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Letztendlich
wird, sobald sich das mobile Endgerät 10 weiter in die
Zielzelle 31 bewegt, der Teilratenkanal zwischen dem mobilen
Endgerät 10 und
der ursprünglich
bedienenden Basisstation 20 aufgegeben, und die Übergabe
ist abgeschlossen (9d).
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Nachfolgend
wird nun gemäß der Ausführungsform
der Erfindung mit Bezug auf 10 der Signalisierungs-
und Verkehrsfluss zwischen dem mobilen Endgerät 10, der bedienenden
Basisstation 20 und der Ziel-Basisstation 30 während der Übergabe
beschrieben.
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Bei 10 kommuniziert
das mobile Endgerät 10 anfänglich mit
der bedienenden Basisstation 20 unter Verwendung eines
Teilratenkanals (Half-Rate-Kanal oder Quarter-Rate-Kanal), der sowohl
Verkehrs- als auch Signalisierungsinformationen überträgt (Schritt A). Diese Situation
entspricht der in 9a dargestellten Situation.
Wenn der Bedarf nach einer Übergabe
festgestellt wird (Schritt B), fordert die bedienende Basisstation 20 die
Ziel-Basisstation 30 auf, dem mobilen Endgerät 10 einen
Sekundärkanal
zuzuordnen (Schritt C). Wie zuvor angegeben wurde, ist der von der
Ziel-Basisstation 30 zugeordnete Sekundärkanal gemäß der beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung ein Teilratenkanal. Dieser neue Teilratensekundärkanal überträgt nur Verkehrsinformationen:
die Signalisierungsleitung wird bei der ursprünglich bedienenden Basisstation 20 aufrecht
erhalten.
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Sobald
die bedienende Basisstation 20 die Antwort auf die Aufforderung
nach einem Sekundärkanal
von der Ziel-Basisstation 30 empfängt (Schritt D), teilt die
bedienende Basisstation 20 dem mobilen Endgerät 10 die
Zuweisung des Sekundärkanals, d.h.
den Zeitschlitz, die Frequenzvorschrift und die Unterkanalnummer
für den
Sekundärkanal
mit (Schritt E). Das mobile Endgerät 10 bestätigt die
Zuweisung des Sekundärkanals
an die bedienende Basisstation 20 (Schritt F). Danach tauscht
das mobile Endgerät 10 Verkehrsinformationen
mit der bedienenden Basisstation 20 auf dem Primärkanal (Schritt G)
und Verkehrsinformationen mit der Ziel-Basisstation 30 auf
dem Sekundärkanal
auf (Schritt H). Diese Situation entspricht der in 9b dargestellten.
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Diese
Situation kann andauern bis sich das mobile Endgerät 10 in
die Zielzelle 31 bewegt und die Signalisierungsleitung
wie in 1c dargestellt von der ursprünglich bedienenden
Zelle 21 zu der in 1c dargestellten
Zielzelle 31 umgeschaltet wird. Zu Beginn der harten Übergabe
(hard handover) (Schritt I) sendet die bedienende Basisstation 20 eine Übergabe-Aufforderung
an das mobile Endgerät 10 (Schritt
J). Ansprechend auf die Übergabe-Aufforderung sendet
das mobile Endgerät 10 eine Übergabe-Zugriffsanforderung
an die Ziel-Basisstation 30 (Schritt K), gefolgt von einer
Nachricht über
die vollständige Übergabe
(Schritt L). Zu diesem Zeitpunkt wird die Signalisierungssteuerungsleitung
von der ursprünglich
bedienenden Basisstation 20 zur Ziel-Basisstation 30 übergeben.
Das mobile Endgerät 10 tauscht
auf dem Primärkanal
Verkehrsinformationen mit der Ziel-Basisstation 30 (Schritt M)
und auf dem Sekundärkanal
Verkehrsinformationen mit der ursprünglich bedienenden Basisstation 30 aus
(Schritt N).
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Bei
Abschluss der Übergabe
(Schritt O) sendet die Ziel-Basisstation eine "Sekundärkanal freigeben"-Nachricht an das
mobile Endgerät
(Schritt P). Bei Empfang dieser Nachricht bestätigt das mobile Endgerät 10 die
Freigabe des Sekundärkanals (Schritt
Q) und gibt den Sekundärkanal
(der nur Verkehr überträgt) mit
der ursprünglich
bedienenden Basisstation 20 frei. Sobald die Ziel-Basisstation 30 die Bestätigung über die
Freigabe des Sekundärkanals empfängt, informiert
die Ziel-Basisstation 30 die ursprünglich bedienende Basisstation 20 über die
Kanalfreigabe (Schritt S). Sobald die Bestätigung über die Freigabe des Sekundärkanals
von der ursprünglich
bedienenden Basisstation empfangen wird (Schritt T), ist die Übergabe
abgeschlossen. Dies entspricht der Situation in 9d.
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Wenn
ein Full-Rate-Kanal zwischen dem mobilen Endgerät und der neuen bedienenden
Basisstation 30 erwünscht
ist, kann dies natürlich
mit einer herkömmlichen
Signalisierungs- und Kanalneuzuordnung erreicht werden.
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Obwohl
eine Übergabe
zwischen einer ersten Basisstation 20 und einer zweiten
Basisstation 30 beschrieben wurde, ist es nicht notwendig,
dass die Übergabe
zwischen zwei Basisstationen stattfindet. In einer alternativen
Ausführungsform
der Erfindung, die mit Bezug auf 11 beschrieben
ist, kann eine Übergabe
innerhalb der Basisstationen erreicht werden. In 11 befindet
sich ein mobiles Endgerät 10 in
einem bestehenden Anruf mit einer bedienenden Basisstation 20,
die eine BTS 22 und eine BTS 23 aufweist.
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Zunächst wird
ein Primärverkehrskanal
zwischen dem mobilen Endgerät 10 und
der BTS der Basisstation eingerichtet, und diese Verkehrsinformationen
werden durch die BSC 23 an das Netz N geleitet (Schritt
A'). Um eine Übergabe
innerhalb der Basisstation durchzuführen, fordert die BSC 23 die
Zuweisung eines Sekundärkanals
von der BTS 22 (Schritt C'). Sobald der BSC der Sekundärkanal mitgeteilt wurde
(Schritt D'), informiert
die BSC 23 das mobile Endgerät über die Zuweisung des Sekundärkanals (Schritt
E'). Sobald die
Zuweisung des Sekundärkanals
von dem mobilen Endgerät
bestätigt
wurde (Schritt F'),
wird der sekundäre
Verkehrspfad zum Netz N zusätzlich
zu dem vorhandenen primären
Verkehrspfad (G') über die
BTS 22 und die BSC 23 eingerichtet (Schritt H').
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Um
den Übergabe
innerhalb der Basisstation abzuschließen, wird eine "Kanal freigeben"-Nachricht von der
BSC 23 an das mobile Endgerät 10 gesendet (Schritt
P'). Sobald das
mobile Endgerät
die "Kanal freigeben"-Nachricht bestätigt (Schritt
Q'), informiert
die BSC 23 die BTS 22 über die Kanalfreigabe (Schritt
S'). Sobald die
Kanalfreigabe bestätigt
ist (Schritt T'),
ist die Übergabe
innerhalb der Basisstation abgeschlossen.
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Gleichermaßen können, obwohl
die Einrichtung der Primär-
und Sekundärkanäle in dem
Kontext einer Übergabe
zwischen einer Basisstation und einer anderen, oder in dem Kontext
einer Übergabe
innerhalb der Basisstation beschrieben wurde, in einer alternativen
vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung parallele Primär-
und Sekundärkanäle mit einer oder
mehreren Basisstationen während
des normalen Betriebes eingerichtet werden, und nicht notwendigerweise
während
einer Übergabe.
Das Einrichten der Primär-
und Sekundärkanäle in dieser
Situation ähnelt
dem oben mit Bezug auf die 10 und 11 beschriebenen
Einrichten, wobei die Schritte bezüglich der Feststellung eines Übergabezustands, der Übergabe
der Signalisierungsleitung von einer Basisstation zu einer anderen
(in der mit Bezug auf 10 beschriebenen Übergabesituation
zwischen den Basisstationen) und der nachfolgenden Freigabe von
einem der Kanäle
weggelassen wurden.
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Die
Verwendung der Erfindung ist besonders vorteilhaft in einer hierarchischen
Zellensituation, in der beispielsweise die Bereiche, die durch zahlreiche Micro-
oder Picozellen abgedeckt sind, vollständig oder teilweise in das
durch die Makrozelle abgedeckte Gebiet fallen. 12 stellt
eine solche Anordnung dar, in der die Makrozelle durch eine Makrozellen-Basisstation
(MAC-BS) abgedeckt
ist, und in der eine Mikrozelle durch eine Mikrozellen-Basisstation (MIC-BS1
und MIC-BS2) abgedeckt ist. Probleme bei der Bereitstellung einer
ausreichenden Abdeckung für
das mobile Endgerät 10 in
solchen Situationen sind gut bekannt. Eine Lösung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung ist es, eine Teilratenleitung mit der Basisstation
der Makrozelle (MAC-BS)
und eine zweite Teilratenleitung mit der Basisstation der Mikrozelle
(MIC-BS1) einzurichten. Während
sich das mobile Endgerät
innerhalb der Makrozelle bewegt, wird die Teilratenleitung zur Makrozellen-Basisstation
(MAC-BS) aufrecht erhalten, und der Teilratenkanal zu der Basisstation
der Mikrozelle (MIC-BS1) wird an die Basisstation einer anderen
Mikrozelle (MIC-BS2) übergeben.
Somit wird immer ein Verkehrskanal mit der Makrozelle aufrecht erhalten, was
aufgrund der verringerten Wahrscheinlichkeit, dass der Anruf unterbrochen
wird, wenn sich das mobile Endgerät zwischen den Zellen bewegt,
zu einer verbesserten Leistung des Systems führt.
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Des
Weiteren wird durch die Zuordnung von zwei Teilratenkanälen zwischen
einem mobilen Endgerät 10 und
seiner bedienenden Basisstation eine nützliche Frequenzdiversität bereitgestellt.
Die Zuordnung von einem der Teilratenkanäle kann unter Verwendung der
oben mit Bezug auf 11 beschriebenen Übergabe
innerhalb der Basisstation verändert
werden, um den optimalen Kanal auszuwählen (mit minimalen Störungen)
und somit die beste Versorgung für
das mobile Endgerät
bereitzustellen.
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Um
sowohl eine Raumdiversität
als auch eine Frequenzdiversität
zu erreichen, können
eine Basisstation und eine zugehörige
Relaisstation wie in 12 dargestellt vorteilhaft verwendet
werden.
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Somit
bieten die Aspekte der vorliegenden Erfindung eine Kanal-/Frequenzdiversität, und die Raumdiversität bietet
eine verbesserte Qualität,
insbesondere während
der Übergabe,
da keine Sprachsamples verloren gehen. Eine Steigerung der Kapazität kann durch
Verwendung von zwei "HR" (Half Rate)- oder "QR" (Quarter Rate)-Kanälen anstatt
eines "FR" (Full Rate)-Kanals
unter mittleren oder schlechten Funkzuständen realisiert werden. Die
Störanfälligkeit
dieser Kanäle
wird durch den doppelten Pfad zu den Zellen kompensiert.