DE602005001865T2

DE602005001865T2 - Dynamische Anpassung der Detektion von Zugriffanforderungen auf ein Mobilfunknetz abhänging von der Funkumgebung des anfordernden Komunikationsendgeräts

Info

Publication number: DE602005001865T2
Application number: DE602005001865T
Authority: DE
Inventors: Anne Gabriel; Pascal Agin
Original assignee: Alcatel Lucent SAS
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2004-01-26
Filing date: 2005-01-24
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2025-01-25
Also published as: DE602005001865D1; US20050164708A1; FR2865600A1; CN1649440A; EP1558053B1; EP1558053A1; FR2865600B1; ATE369711T1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein zellulares Mobilfunknetz, und insbesondere auf die Detektion von Zugriffsanforderungen auf solche Netze.
In bestimmten Netzen oben genannten Typs, wie beispielsweise in Netzen mit einem als « Zugriffsabschnitt » (oder slotted) bezeichneten S-ALOHA-Zugriff, können die Kommunikationsendgeräte ihre Meldungen nur während den vom Netz freigegebenen Zeitschlitzen übertragen.
Präziser ausgedrückt, will ein anforderndes Endgerät auf das Netz zugreifen, muss es, beispielsweise an die Basisstation, der es in dem genannten Netz zugeordnet ist, Signale übertragen, die für eine Präambel repräsentativ sind, die eine Zugriffsanforderung im Hinblick auf die Übertragung einer entsprechenden Meldung definiert.
Im Fall eines Netzes vom Typ UMTS überträgt das Endgerät beispielsweise eine Präambel mit einer Signatur, die auf zufällige Weise aus den freigegebenen Signaturen ausgewählt wird (die wiederum vom Netz aus z.B. U = 16 Signaturen ausgewählt werden), in einem physischen Kanal mit spezifischem wahlfreiem Zugriff, dem so genannten PRACH-Kanal (für « Physical Random Access Channel ») und in einem Zugriffs-Zeitschlitz (oder « Access Slot ») mit vordefinierter Länge. In einem Netz mit wahlfreiem Zugriff vom Typ S-ALOHA erstreckt sich die Präambel beispielsweise über eine Dauer von 4096 Chips, wobei die Länge eines Zugriffs-Zeitschlitzs 5120 Chips beträgt (dies entspricht 1,3 ms), und die Zeitintervalle von 20 ms (entsprechend zwei Funkrahmen zu je 10 ms) sind regelmäßig in 15 Zugriffszeitschlitze unterteilt.
Eine Beschreibung des Zugriffsverfahrens eines Endgeräts auf ein Netz vom Typ UMTS findet sich beispielsweise im Patent US 2001/0026543 .
Die Meldung, die einer übertragenen Präambel zugeordnet ist, kann vom anfordernden Endgerät nur unter der Bedingung an das Netz übertragen werden, dass die genannte Präambel tatsächlich vom Netz bestätigt wurde, genauer gesagt von einer seiner Einrichtungen zur Verwaltung von Zugriffsanforderungen, wie beispielsweise einer Basisstation (oder Node B). Das anfordernde Endgerät schickt den der PRACH-Präambel zugeordneten Teil der Meldung, wenn die Einrichtung zur Verwaltung von Zugriffsanforderungen die Anwesenheit des Endgeräts erfasst hat, die diese abgesetzt hat, und wenn das Endgerät von der Vorrichtung innerhalb einer vordefinierten Bestätigungsfrist über den AICH-Kanal (für « Acquisition Indicator Channel ») eine Bestätigungsmeldung erhalten hat.
Wenn das anfordernde Endgerät innerhalb der vordefinierten (und konfigurierbaren) Bestätigungsfrist keine Bestätigungsmeldung empfangen hat, überträgt es eine weitere Präambel in einem Zugriffs-Zeitschlitz, die sich gegebenenfalls von der vorhergehenden unterscheidet, und zwar mit einer stärkeren Leistung, als für die vorhergehende Präambel eingesetzt wurde.
Die Anzahl an Präambeln, die nacheinander abgesetzt werden können, sowie die Periodizität der Übertragung von Präambeln sind vordefiniert und konfigurierbar. Sie werden regelmäßig vom Netz an die Endgeräte übertragen, die sich innerhalb seines Abdeckungsbereichs befinden. Des Gleichen ist die Kartographie der Zugriffs-Zeitschlitze, während denen die Endgeräte ihre Präambeln übertragen können, konfigurierbar und wird regelmäßig an die Endgeräte übertragen, die sich innerhalb des Netzabdeckungsbereichs befinden. Die Zeitreferenz jeder Basisstation wird ebenfalls regelmäßig vom Netz über einen dedizierten Synchronisierungskanal an die Endgeräte übertragen, die sich innerhalb ihres jeweiligen Abdeckungsbereichs (d. h. ihrer Zelle) befinden.
Damit eine Basisstation die Anwesenheit eines anfordernden Endgeräts erfassen kann, führt sie für jede vom Netz in der von ihr verwalteten Zelle freigegebenen Signatur ein Detektionsverfahren durch, das darin besteht, jedes zu einem für den Empfang einer Präambel freigegebenen Zeitpunkt empfangene Signal für jeden vom Netz in der genannten Zelle freigegebenen Zugriffszeitschlitz, der zu einem Analyse-Zeitfenster mit der Dauer W gehört, mit komplex zusammengesetzten Präambel-Codes zu vergleichen, die der betreffenden Signatur entsprechen, und diese anschließend, insbesondere durch Erhebung ins Quadrat, zu verarbeiten, um eine entsprechende Korrelationsenergie im Hinblick auf das Treffen einer Entscheidung zu ermitteln.
Für ein Analyse-Zeitfenster mit der Dauer von W Chips und bei nicht vorhandener Mehrfachabtastung (osf = 1) gibt es W Zeitpunkte, an denen der Empfang einer Präambel für einen bestimmten Zugriffs-Zeitschlitz und für eine bestimmte Signatur möglich ist. Über das gesamte Analyse-Zeitfenster kann man somit bis zu W Korrelationen erstellen. Eine erste Korrelation wird zwischen dem empfangenen Signal und der Präambel erstellt, eine zweite Korrelation kann zwischen dem empfangenen Signal und der um 1 Chip verschobenen Präambel erstellt werden ... und eine W-te Korrelation kann zwischen dem empfangenen Signal und der um (W-1) Chips verschobenen Präambel erstellt werden.
Für ein Analyse-Zeitfenster mit der Dauer W Chips und beim Vorhandensein eines Mehrfachabtastungs-Faktors (osf > 1) gibt es (W × osf) Zeitpunkte, die für den Empfang einer Präambel für ein bestimmtes Zugriffs-Zeitfenster und für eine bestimmte Signatur in Frage kommen. Innerhalb des gesamten Analyse-Zeitfensters können somit bis zu (W × osf) Korrelationen erstellt werden. Eine erste Korrelation wird zwischen dem empfangenen Signal und der Präambel erstellt, eine zweite Korrelation kann zwischen dem empfangenen Signal und der um 1 Chip/osf verschobenen Präambel erstellt werden, eine dritte Korrelation kann zwischen dem empfangenen Signal und der um 2 Chip/osf verschobenen Präambel erstellt werden etc.
Die Dauer W des Analyse-Zeitfensters hängt insbesondere von der Entfernung zwischen der Basisstation und der am weitesten entfernten Grenze der von ihr kontrollierten Zelle ab. Beispielsweise kann man ein Analyse-Zeitfenster mit einer Dauer W gleich etwa 608 Chips wählen, um ein mobiles Endgerät in einer Entfernung von etwa 20 km von der ihm zugeordneten Basisstation zu erfassen.
Wie dem Fachmann bekannt ist, hängt die Anzahl der Erfassungsfehler der Basisstation bei Präambeln von bestimmten Parametern des Funkkanals ab, der von dem anfordernden Endgerät genutzt wird, das in ihrem Funkabdeckungsbereich (d.h. in ihrer Zelle) eingesetzt wird, die wiederum von der Umgebung abhängig sind, in der sich das genannte anfordernde Endgerät bewegt. Da jede Basisstation für ihren gesamten Funkabdeckungsbereich (d.h. ihre Zelle) auf statische Weise konfiguriert ist, verwendet sie die gleichen Erfassungsparameter für alle mobilen Endgeräte, die sich in ihrer Zelle befinden, während die optimalen Erfassungsparameter in Abhängigkeit von dem jeweiligen mobilen Endgerät und seiner Funkumgebung variieren. Da jeder Erfassungsfehler die erneute Übertragung einer Präambel zur Folge hat (mit einer stärkeren Leistung als die vorhergehende), kann die Verbindungszeit eines anfordernden Endgeräts somit in Abhängigkeit von seiner Umgebung variieren. Außerdem kann der Interferenzpegel innerhalb einer Zelle erhöht sein, wenn sie einen Bereich abdeckt, in dem die Endgeräte ein geringfügig unterschiedliches Verhalten aufweisen.
Die Erfindung hat daher zum Ziel, den vorgenannten Nachteil zu beseitigen.
Zu diesem Zweck wird eine Vorrichtung zur Signalverarbeitung vorgeschlagen, beispielsweise für eine Basisstation eines zellularen Mobilfunknetzes (mit wahlfreiem Zugriff), wobei diese Vorrichtung Mittel zur Verarbeitung umfasst, die die Aufgabe haben, bei jedem Signal, das von einem anfordernden Endgerät während eines der freigegebenen Zugriffs-Zeitschlitze übertragen wird und für die Präambel einer Zugriffsanforderung auf das Netz repräsentativ ist, die einer der freigegebenen Signaturen zugeordnet ist, in Abhängigkeit von Erfassungsparametern eine Präambeldetektion durchzuführen.
Diese Verarbeitungsvorrichtung ist durch die Tatsache gekennzeichnet, dass ihre Verarbeitungsmittel die Aufgabe haben, beim Empfang eines Signals mit einer Zugriffsanforderung an das Netz, die von einem anfordernden Endgerät übermittelt wird, einen Nutzungswert für einen (oder mehrere) Erfassungsparameter zu ermitteln, der in Abhängigkeit von dem Wert mindestens eines ausgewählten Parameters gewählt wird, der für die Funkumgebung des anfordernden Endgeräts repräsentativ ist, um die Erfassung des empfangenen Signals auf dynamische Weise an die Funkumgebung des anfordernden Endgeräts anzupassen.
Unter « Parameter der Funkumgebung » versteht man im vorliegenden Dokument jeden Parameter, der den von einem anfordernden Endgerät zur Übertragung seiner Zugriffsanforderung an das Netz zu einem gegebenen Zeitpunkt genutzten Funkkanal beeinflussen könnte. Infolgedessen kann es sich dabei beispielsweise um die (geschätzte) Geschwindigkeit des anfordernden Endgeräts, die durchschnittliche Geschwindigkeit der mobilen Endgeräte, die sich innerhalb der Zelle befinden, in der sich das anfordernde Endgerät aufhält, um den (beispielsweise) von der Empfangs-Basisstation erfassten und dem vom anfordernden Endgerät übertragenen Signal zugeordneten Doppler-Effekt, um die Amplitude und/oder die Phase der Mehrfachwege, die durch feste oder bewegliche Hindernisse oder durch die Art der Umgebung (Gebäude, Straßen, Autobahnen), in dem sich das anfordernde Endgerät befindet, induziert werden, handeln.
Im Übrigen können die Verarbeitungsmittel zudem Erfassungsmittel umfassen, die die Aufgabe haben, den Wert jedes gewählten Umgebungsparameters zu bewerten. In einer Ausführungsvariante kann die Vorrichtung Mittel zur Erfassung umfassen, die mit den Verarbeitungsmitteln gekoppelt sind und die Aufgabe haben, den Wert jedes gewählten Umgebungsparameters zu bewerten.
Diese Erfassungsmittel können die Aufgabe haben, das empfangene Signal zu analysieren, um den Wert für die Geschwindigkeit des anfordernden Endgeräts zu bewerten. In einer Ausführungsvariante oder einer Ergänzung können die Erfassungsmittel die Aufgabe haben, aus den dedizierten Informations- und/oder Signaldaten, die von dem anfordernden Endgerät und/oder den Endgeräten übertragen werden, die sich in der Zelle aufhalten, in der sich das anfordernde Endgerät befindet, den Wert mindestens eines gewählten Umgebungsparameters zu ermitteln. Somit kann es sich bei dem gewählten Umgebungsparameter beispielsweise um die durchschnittliche Geschwindigkeit der mobilen Endgeräte handeln, die sich in der Zelle aufhalten, in der sich das anfordernde Endgerät befindet.
Im Übrigen können die Verarbeitungsmittel entsprechend ausgeführt werden, um die Erfassung für jede zugelassene Signatur wie folgt durchzuführen:

– indem jedes empfangene Signal für jeden freigegebenen Zugriffs-Zeitschlitz mit den so genannten Präambel-Codes, die den entsprechenden, freigegebenen Signaturen entsprechen, abgeglichen wird,
– indem anschließend zu jedem möglichen Empfangszeitpunkt einer Präambel die Energie berechnet wird, die jedem Verarbeitungssegment zugeordnet ist, dessen Anzahl M mindestens gleich 1 ist und das einen Erfassungsparameter darstellt,
– indem anschließend zu jedem möglichen Zeitpunkt die berechnete Summe der Segmentenergien berechnet wird,
– indem innerhalb eines Analyse-Zeitfensters der Höchstwert der berechneten Energiesummen ermittelt wird, und
– indem die ermittelte Energie-Höchstsumme mit einem Grenzwert verglichen wird, der einen weiteren Erfassungsparameter darstellt, wobei die Präambel dann mit der zugeordneten Signatur und dem Zugriffs-Zeitschlitz als erfasst gilt, wenn die entsprechende Energie-Höchstsumme über dem Grenzwert liegt.

Bei den oben angeführten Schritten handelt es sich um die wesentlichen Erfassungsschritte, die zum Verständnis der Erfindung erforderlich sind. Wie dem Fachmann jedoch bekannt sein dürfte, werden diese wesentlichen Schritte im Allgemeinen durch weitere Verarbeitungsschritte, wie beispielsweise die Filterung beim Empfang, ergänzt.
Die Anzahl der Segmente M steht in Korrelation zur Länge L der Segmente.
Wenn beispielsweise M = 1, ist L = 4096 Chips, oder wenn M = 2, ist L = 2048 Chips, oder wenn M = 4, dann ist L = 1024 Chips etc.
In einer Ausführungsvariante können die Verarbeitungsmittel entsprechend ausgeführt sein, um die Erfassung für jede Signatur wie folgt durchzuführen:

– indem sie für jeden freigegebenen Zugriffs-Zeitschlitz jedes empfangene Signal mit so genannten Präambel-Codes abgleichen, die jeder der freigebenden Signaturen entsprechen;
– indem zu jedem möglichen Zeitpunkt für den Empfang einer Präambel die Energie berechnet wird, die jedem Verarbeitungssegment zugeordnet ist, dessen Anzahl mindestens gleich 1 beträgt und das einen Erfassungsparameter darstellt;
– indem anschließend zu jedem möglichen Zeitpunkt die Summe der berechneten Segmentenergien berechnet wird, und diese Energiesumme (die einem Zeitpunkt innerhalb des Analyse-Zeitfensters zugeordnet ist) mit einem gewählten Grenzwert verglichen wird, der einen weiteren Erfassungsparameter darstellt, so dass festgelegt werden kann, dass die Präambel ermittelt wurde, mit der zugeordneten Signatur und dem Zugriffs-Zeitschlitz, wenn die Energiesumme innerhalb des betreffenden Analyse-Zeitfensters einen Wert über dem Grenzwert aufweist.

Dank dieser Ausführungsvariante ist es nicht unbedingt erforderlich, sämtliche Zeitpunkte des Analyse-Zeitfensters zu analysieren. Sobald nämlich die Überschreitung des Grenzwerts zu einem Zeitpunkt innerhalb des Fensters erfasst wird, geht man davon aus, dass die Präambel erfasst wurde, so dass die Analyse des restlichen Fensters unterbrochen wird.
Auf jeden Fall werden die editierbaren Erfassungsparameter vorzugsweise aus den Segmenten gewählt, die zur Berechnung der Energie (und der zugeordneten Länge) und des (so genannten Präambel) Grenzwerts, der für den Vergleich verwendet wurde, eingesetzt wurden. Beispielsweise sind die Anzahl an Segmenten und/oder der Grenzwert editierbar.
Des Weiteren kann die Vorrichtung einen Speicher umfassen, in dem eine Zuordnungstabelle zwischen den Werten für den/die Umgebungsparameter und den Werten für den/die Erfassungsparameter gespeichert ist. In diesem Fall sind die Verarbeitungsmittel entsprechend ausgeführt, um jeden Erfassungsparameter-Wert zu ermitteln, der anhand eines Vergleichs zwischen jedem ermittelten Umgebungsparameter-Wert und mindestens einer ausreichend repräsentativen Einheit aus Werten für den/die in der Zuordnungstabelle gespeicherten Umgebungsparameter zu verwenden ist.
In einer besonderen Ausführungsvariante kann in dem Speicher beispielsweise eine Zuordnungstabelle zwischen mindestens einem Wert für die Geschwindigkeitsintervalle, den Werten für die Segmentanzahl (und die entsprechenden Längen) und den Werten für den Präambelgrenzwert abgelegt sein. Die Tabelle könnte jedoch auch lediglich eine Zuordnung zwischen den Werten für die Geschwindigkeitsintervalle und den Werten für die Segmentanzahl (und die entsprechenden Längen) enthalten, wobei der Grenzwert dann festgelegt ist, oder er könnte eine Zuordnung zwischen den Werten für die Geschwindigkeitsintervalle und den Werten für den Präambelgrenzwert enthalten, wobei dann der Wert für die Segmentanzahl (und die entsprechende Länge) festgelegt ist.
Bestimmte Werte für die Erfassungsparameter, die gegebenenfalls in der Zuordnungstabelle enthalten und einem Wert (oder einer Gruppe von Werten) mit mindestens einem Funkumgebungs-Parameter zugeordnet sein können, können über das Netz an eine Verarbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung übertragen werden, und zwar insbesondere vom Funknetz-Controller (oder RNC), mit dem die Basisstation gekoppelt ist, in die er gegebenenfalls eingebaut ist, oder von einem Betriebs- oder Wartungszentrum des zellularen Netzes (oder OMC für « Operation and Maintenance Centre »). In diesem Fall kann die Vorrichtung Konfigurationsmittel umfassen, die die Aufgabe haben, den Verarbeitungsmitteln die Werte für den/die Erfassungsparameter zu liefern, die verschiedenen Werten für mindestens einen Umgebungsparameter entsprechen.
Die Erfindung schlägt zudem erstens eine Basisstation für ein zellulares Mobilfunknetz vor, die mindestens mit einem Teil einer Verarbeitungsvorrichtung oben beschriebenen Typs ausgestattet ist, und zweitens eine Steuervorrichtung für ein zellulares Mobilfunknetz, die mindestens mit einem Teil einer Verarbeitungsvorrichtung oben beschriebenen Typs ausgestattet ist, und drittens ein Betriebs- und Wartungszentrum (oder OMC) für ein zellulares Mobilfunknetz, das mindestens Konfigurationsmittel einer Verarbeitungsvorrichtung oben beschriebenen Typs umfasst.
Die Erfindung ist insbesondere, jedoch nicht ausschließlich geeignet für den Bereich der Funkkommunikation, für die terrestrische 3GPP- und/oder für die Satellitenkommunikation, insbesondere für Netze vom Typ W-CDMA, CDMA 2000, IS95, UMTS und GSM/GPRS, sowie für den Bereich optischer Kommunikationen über Glasfaser.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden, detaillierten Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung deutlich, in der die einzige Abbildung auf schematische Weise ein Ausführungsbeispiel eines Teils eines Kommunikationsnetzes vom Typ UMTS darstellt, das Basisstationen (Node B) umfasst, die mit einer Vorrichtung zur Signalverarbeitung gemäß der Erfindung ausgerüstet sind. Die beiliegende Zeichnung dient nicht nur der Ergänzung der Erfindung, sondern gegebenenfalls auch ihrer Definition.
Gegenstand der Erfindung ist es, die Anpassung der Leistungen des Verfahrens zur Erfassung von Präambeln (oder von Zugriffsanforderungen für ein Netz mit wahlfreiem Zugriff), die von Kommunikations-Endgeräten übermittelt werden, in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Funkumgebung zu ermöglichen.
In der folgenden Beschreibung versteht man unter « Kommunikations-Endgerät » jede Netzwerkeinrichtung, die in der Lage ist, Daten in Form von Signalen auszutauschen, entweder mit einem anderen Gerät über ein oder mehrere angeschlossene Netze oder über einen eigenen Netzanschluss. Es kann sich dabei beispielsweise um Benutzerendgeräte, wie z.B. Computer oder Laptops, Mobiltelefone, PDAs oder Server handeln.
In dem folgenden Beispiel zur Erläuterung geht man im Übrigen davon aus, dass das Mobilfunknetz über einen Zugriffsmechanismus vom Typ S-ALOHA verfügt, der in der Einführung beschrieben wurde. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diesen Netztyp. Sie bezieht sich stattdessen auf alle Mobilfunknetze, die mit Hilfe eines wahlfreien Zugriffsverfahrens auf Kommunikationsendgeräte zugreifen können, das auf der Übertragung einer Präambel (oder Zugriffsanforderung) während Zugriffs-Zeitschlitzen (oder « Access Slots ») basiert. Somit bezieht sich die Erfindung auf Kommunikationsnetze mit wahlfreiem Zugriff, gegebenenfalls auch auf Satellitennetze, wie z.B. Netze vom Typ W-CDMA, CDMA 2000, IS95, UMTS und GSM/GPRS.
In dem folgenden Beispiel zur Erläuterung geht man davon aus, dass es sich bei den Endgeräten um Benutzerendgeräte (UE) vom Typ Mobiltelefon handelt, die mit einem zellularen Mobilfunknetz vom Typ 3G verbunden sind, wie z.B. einem UMTS-Netz, und die im so genannten Frequenzduplexverfahren (oder FDD für « Frequency Division Duplex ») oder im so genannten Zeitduplexverfahren (oder TDD für « Time Division Duplex ») funktionieren.
Wie in der einzigen Abbildung dargestellt, kann ein UMTS-Netz auf sehr schematische, jedoch für das Verständnis der Erfindung dennoch ausreichende Weise, durch ein Kernnetz (oder « Core Network » (CN)) dargestellt werden, das mit einem Funkzugriffsnetz (UTRAN) verbunden ist.
Das Funkzugriffsnetz umfasst eine oder mehrere Basisstationen, die als Node Bs bezeichnet werden und über einen oder mehrere RNC-Knoten (oder « Radio Network Controller ») mit dem Core Network CN verbunden sind.
In dem dargestellten Beispiel umfasst das UMTS-Netz zwei Basisstationen Node B1 und Node B2, die über die Knoten RNC1 bzw. RNC2 mit dem Core Network CN verbunden sind. Im Übrigen ist in diesem Beispiel jede Basisstation Node B1, Node B2 einer einzigen Zelle C1, C2 zugeordnet, die einen Funkbereich abdeckt, in dem sich ein oder mehrere Benutzer-Endgeräte UE befinden können.
Üblicherweise ist jeder Node Bi (i = 1,2) für die Signalverarbeitung, und insbesondere für die Verwaltung von Zugriffsanforderungen auf das UMTS-Netz zuständig, die von den Benutzerendgeräten UE übermittelt werden, die sich innerhalb der von ihm kontrollierten Zelle Ci befinden.
Bei diesem Typ von Netz mit wahlfreiem Zugriff muss das Endgerät UE, wie in der Einleitung erläutert, wenn es eine Meldung mit Daten übertragen möchte, bei seinem ersten Zugriff auf das Netz eine Zugriffsanforderung (oder Präambel) an die Basisstation Node Bi übermitteln, die die Zelle Ci kontrolliert, in der es sich befindet. Zu diesem Zweck generiert das Endgerät UE eine Präambel mit einer Signatur, die sich im Fall des Zugriffs vom Typ S-ALOHA über eine Dauer von D Chips erstreckt, beispielsweise D = 4096 Chips. Die Signatur wird auf zufällige Weise aus den freigegebenen Signaturen ausgewählt. Im Fall eines UMTS-Netzes können in jedem Zugriffs-Zeitschlitz AS U = 16 Signaturen eingesetzt werden, wobei bekannt ist, dass die Gesamtanzahl N an Zugriffs-Zeitschlitzen AS 15 beträgt. Die Anzahl an Signaturen und die Anzahl an Zugriffs-Zeitschlitzen AS, die in jeder Zelle genutzt werden können, wird jedoch durch das Netz festgelegt. Diese Anzahl wird jeder Zelle vom Netz übermittelt. Infolgedessen berücksichtigt ein Endgerät nicht 16 Signaturen und 15 Zugriffs-Zeitschlitze AS, sondern lediglich diejenigen, die ihm vom Netz freigegeben wurden.
Das Endgerät UE überträgt die Präambel dann in Form eines Funkssignals an den Node Bi, dem es zugeordnet ist, indem es einen physischen Kanal mit wahlfreiem Zugriff, PRACH (für « Physical Random Access Channel ») genannt, und einen der freigegebenen Zugriffs-Zeitschlitze ASn nutzt.
Wenn der Node Bi das Signal, das für die Zugriffsanforderung (oder Präambel) repräsentativ ist, empfängt, führt er einen Bestätigungsmechanismus (oder Detektionsmechanismus) aus, um die Anwesenheit des anfordernden Endgeräts UE zu erfassen und diesem eine Bestätigungsmeldung zu übermitteln, die ihm gestattet, die der zuvor übertragenen, erfassten Präambel zugeordneten Meldungsdaten zu übertragen.
Genauer gesagt besteht der Bestätigungsmechanismus darin, alle Signaturen in allen Zugriffs-Zeitschlitzen AS zu suchen, um die Signatur(en) zu ermitteln, die von dem jeweiligen anfordernden Endgerät UE verwendet wurden.
In einem UMTS-Netz ist die Zeitskala in Intervalle zu jeweils 20 ms unterteilt, die wiederum in 15 Zugriffs-Zeitschlitze AS0 bis AS14 unterteilt sind. Aber natürlich sind auch andere Unterteilungen denkbar.
Wenn sämtliche Informationen (ASn und s) ermittelt wurden, es sich bei der verwendeten Signatur s um eine freigegebene Signatur handelt und wenn der Node Bi bereit ist, die der erfassten Präambel zugeordnete Meldung zu empfangen, erzeugt er eine Bestätigungsmeldung AI_s, deren Wert gleich +1 ist. Wenn der Node Bi keine Signatur erfasst, erzeugt er eine Bestätigungsmeldung AI_s mit dem Wert gleich 0. Wenn der Node Bi eine Signatur erfasst, die zugeordnete Meldung jedoch nicht empfangen will oder kann (beispielsweise weil er nicht über ausreichende Ressourcen zu ihrer Verarbeitung verfügt), erzeugt er eine Bestätigungsmeldung AI_s mit dem Wert gleich –1.
Der Node Bi wandelt die Bestätigungsinformationen AI_s, die den Signaturen s zugeordnet sind, die er in einem gegebenen Zugriffs-Zeitschlitz ASn erfasst hat, anschließend in eine Abfolge S_s von Symbolen um, die 4096 Chips belegen und eine den genannten, erfassten Signaturen zugeordnete Bestätigungsmeldung darstellen. Es wird daran erinnert, dass jeder Zugriffs-Zeitschlitz in einem UMTS-Netz 1,3 ms dauert, was 5120 Chips entspricht.
Anschließend fügt der Node Bi die Bestätigungsmeldung (S_s) während eines der N = 15 Zugriffs-Zeitschlitze ASn in den zur Übertragung von Bestätigungsmeldungen dedizierten AICH-Kanal ein.
Jedes anfordernde Endgerät UE, das den AICH-Kanal abhorcht, kann die Bestätigungsmeldung auslesen, die insbesondere der Signatur zugeordnet ist, die verwendet wurde, um die Präambel (oder Zugriffsanforderung) zu übertragen, und aus dieser Meldung ableiten, ob die Bestätigung erfolgt ist oder nicht.
Wie in der Einleitung erläutert, kann das Endgerät UE die der zuvor übertragenen Präambel zugeordnete Meldung nur unter der Bedingung übertragen, dass es die Bestätigungsmeldung innerhalb der konfigurierten Bestätigungsfrist erhält. Wenn die Bestätigung wirksam ist, das Endgerät UE die Bestätigungsmeldung jedoch außerhalb der Bestätigungsfrist erhalten hat, kann es die der zuvor übertragenen Präambel zugeordnete Meldung nicht übertragen. Es hat nämlich in der Zwischenzeit seine Präambel erneut übertragen, wobei es eine neue, zufällig ausgewählte Signatur, einen neuen Zugriffs-Zeitschlitz und eine höhere Leistung verwendet hat, als zur Übertragung der vorhergehenden Präambel, oder es hat das Verfahren abgebrochen. Wenn die Bestätigung nicht wirksam ist, überträgt das Endgerät UE in gleicher Weise seine Präambel erneut unter Verwendung einer neuen, zufällig ausgewählten Signatur, eines neuen Zugriffs-Zeitschlitzs und einer höheren Leistung als bei der Übertragung der vorhergehenden Präambel.
Der Mechanismus zur Präambel-Bestätigung (oder PRACH-Verfahren), der oben schematisch erläutert wurde, ist in den Spezifikationen 3GPP TS 25.211, TS 25.213 und TS 25.214 detailliert beschrieben.
Aus den vorgehenden Erläuterungen ist ersichtlich, dass der Bestätigungsmechanismus von großer Bedeutung ist, insbesondere im Hinblick auf die Zugriffszeiten auf das Netz für anfordernde Endgeräte UE und im Bereich der Interferenzen. Es gibt nämlich Situationen, in denen der Bestätigungsmechanismus, der auch als Detektionsverfahren bezeichnet wird, nicht korrekt abläuft. Man spricht in diesem Fall von Fehlalarm oder fehlgeschlagener Detektion. Diese Fälle treten mit einer so genannten Wahrscheinlichkeit für Fehlalarm P_fa und für die fehlgeschlagene Detektion P_nd auf, die so gering wie möglich sein müssen, unabhängig von der Funkumgebung, in der sich die anfordernden Endgeräte bewegen, wenn man möchte, dass die Detektion der PRACH-Präambel wirksam ist.
Die Erfindung hat daher zum Ziel, die Detektionsparameter in Abhängigkeit von der Funkumgebung der anfordernden Endgeräte UE dynamisch anzupassen, so dass die Wirksamkeit der Detektion besser ist als im Fall einer Detektion mit festgelegten Parametern.
Unter « Funkumgebung » versteht man alle Parameter, die den von einem anfordernden Endgerät UE zur Übertragung seiner Zugriffsanforderung an das Netz zu einem gegebenen Zeitpunkt genutzten Funkkanal direkt oder indirekt stören (oder beeinflussen) können. Es handelt sich dabei beispielsweise um die (geschätzte) Geschwindigkeit des anfordernden Endgeräts UE in Bezug auf den zugeordneten Node Bi, um den dem übertragenen Signal des anfordernden Endgeräts UE zugeordneten Doppler-Effekt, wenn eine relative Bewegung zwischen diesem und dem zugeordneten Node Bi erfolgt, oder wenn sich die Umgebung des anfordernden Endgeräts UE bewegt (z.B. im Fall eines vorbeifahrenden Autos), um die Amplitude und/oder die Phase der Mehrfachwege, die durch feste Hindernisse (wie Gebäude) oder bewegliche Hindernisse (wie Personen oder Fahrzeuge) induziert werden, oder um den Umgebungstyp, in dem sich das anfordernde Endgerät UE befindet (Stadt, Landes- oder Bundesstraße, Autobahn etc.).
Im Folgenden wird der Einfluss der Funkumgebung auf die Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarms P_fa sowie die Wahrscheinlichkeit einer fehlgeschlagenen Detektion der Präambel P_nd (gleich 1 – P_d (Wahrscheinlichkeit der Präambel-Erfassung)) erläutert, die die Möglichkeit bieten, die Leistungen der PRACH-Präambelerfassung zu beurteilen.
Es können zwei Wahrscheinlichkeiten für einen Fehlalarm identifiziert werden. Die erste P₁ bezieht sich auf die Wahrscheinlichkeit, dass eine andere als die übertragene Signatur erfasst wird. Die zweite P₂ bezieht sich auf die Wahrscheinlichkeit, dass mindestens eine der 16 Signaturen erfasst wird, während keine Präambel übertragen wurde. Die beiden Wahrscheinlichkeiten P₁ und P₂ stehen durch die Gleichung P₂ = 1 – (1 – P₁)¹⁶ miteinander in Beziehung, in der folgenden Erläuterung wird jedoch nur die erste Wahrscheinlichkeit P₁ berücksichtigt.
Für die Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarms, im theoretischen Fall eines so genannten AWGN-Kanals mit einem Analyse-Zeitfenster mit der Breite W gleich 1 Chip und einem Node B, der eine Anzahl von N_rx Empfangsantennen gleich 2(j = 1 oder 2) umfasst, und einer Korrelation von M Segmenten (M = 1, 2, 4, 8 etc.) und der Länge L/M (wobei L = 4096 Chips), ist die Wahrscheinlichkeit davon abhängig, dass die Summe der für die M Segmente berechneten Energie größer ist als der Grenzwert für die Präambel PT, in der Kenntnis, dass keine Präambel übertragen wurde. Man kann nachweisen, dass diese Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarms P_fa durch die folgende Gleichung gegeben ist:
die wie folgt umgestellt werden kann: Pfa = Proba(E ≥ PT·σ2| keine Präambel übertragenwobei E die Korrelationsenergie, σ² die Varianz des thermischen Rauschens (auch mit N₀ bezeichnet) und C i(j) die Amplitude der Korrelation der Länge L/M, berechnet für das Segment Nummer i (i = 0, 1,..., M-1) und für die Empfangsantenne Nummer j (hier j = 1 oder 2) darstellt, die anhand unten stehender Gleichung berechnet werden kann:
wobei L die Länge der Präambel in Chips (hier L = 4096), r i(j) das von der Empfangsantenne Nummer j empfangene Signal und C _i die Zuordnung der komplexen Zahl C_i darstellt, die mit dem empfangenen Signal r i(j) multipliziert wurde; wobei C_i gleich dem Produkt der binären PRACH-Präambel und dem Interferenzcode (« Scrambling Code ») ist, der zur Übertragung der PRACH-Präambel verwendet wurde und einer anderen komplexen Modulzahl gleich 1 ist. Dabei ist unbedingt anzumerken, dass es sich bei dem von jeder Antenne im Node B empfangenen Signal nur um thermisches Rauschen handelt, wenn keine Präambel übertragen wird.
Man kann daher beweisen, dass die Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarms P_fa unter den vorgenannten Bedingungen wie folgt formuliert werden kann:
Man kann zudem beweisen, dass diese Gleichung im Fall einer beliebigen Anzahl an Empfangsantennen N_rx, mit dem gleichen Analyse-Zeitfenster mit der Breite W gleich 1 Chip, wie folgt formuliert werden kann:
Schließlich kann man letztere Formel für den Fall eines beliebigen Analyse-Zeitfensters mit der Breite W wie folgt verallgemeinern: Pfa = Pfa(W, Nrx, M) Pfa = Proba(∃j∈[0; W – 1]/Corr(j)2 ≥ σ2·PT| keine Präambel übertragendie wie folgt umformuliert werden kann: Pfa = 1 – Proba(∀j∈[0; W – 1]/Corr(j)2 < σ2·PT keine Präambel übertragendie wiederum umformuliert werden kann: Pfa = 1 – (1 – Pfa(W = 1, Nrx, M))
Aus diesen Gleichungen geht hervor, dass die Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarms P_fa im Wesentlichen in Abhängigkeit von dem Wert des Präambel-Grenzwerts PT (in dB) und der Anzahl M an verwendeten Segmenten variiert. Genauer gesagt ist die Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarms P_fa geringer, je geringer die Anzahl an Segmenten (M = 1) und je höher der gewählte Präambel-Grenzwert PT ist.
Im Übrigen kann man beweisen, dass der optimale Präambel-Grenzwert PT für eine festgelegte Fehlalarm-Wahrscheinlichkeit P_fa insbesondere von der gewählten Anzahl an Segmenten M abhängt (tatsächlich ist er von P_fa, M und W abhängig). Wie jedoch im Folgenden noch erläutert wird, ist die optimale Anzahl M an Segmenten bei einer festgelegten Fehlalarm-Wahrscheinlichkeit P_fa zumindest von dem Umgebungsparameter abhängig, d.h. von der Geschwindigkeit des anfordernden Endgeräts UE. Infolgedessen ist der optimale Präambel-Grenzwert PT ebenfalls zumindest von dem Umgebungsparameter abhängig, also von der Geschwindigkeit des anfordernden Endgeräts UE.
Daraus folgt, dass das Detektionsverfahren in einer gestörten Funkumgebung umso leistungsfähiger ist, desto höher der Präambel-Grenzwert PT ist.
Im Folgenden werden die Wahrscheinlichkeit der Präambeldetektion P_d und der fehlgeschlagenen Präambeldetektion P_nd erläutert.
Die Detektions-Wahrscheinlichkeit P_d entspricht der Wahrscheinlichkeit, dass eine mit einer Präambel übertragene Signatur korrekt erfasst wird. Die Wahrscheinlichkeit einer fehlgeschlagenen Detektion P_nd entspricht der Wahrscheinlichkeit, dass eine mit einer Präambel übertragene Signatur nicht erfasst wird. Diese beiden Wahrscheinlichkeiten sind durch die Gleichung P_nd = 1 – P_d verbunden.
Für die Wahrscheinlichkeit der Detektion einer Präambel, im theoretischen Fall eines so genannten AWGN-Kanals mit einem Analyse-Zeitfenster mit der Breite W gleich 1 Chip und einem Node B, der eine Anzahl von N_rx Empfangsantennen gleich 2 (j = 1 oder 2) umfasst, und einer Korrelation von M Segmenten (M = 1, 2, 4, 8 etc.) und der Länge L/M (wobei L = 4096 Chips), ist die Wahrscheinlichkeit davon abhängig, dass die Summe der für die M Segmente berechneten Energie größer ist als der Grenzwert für die Präambel PT, in der Kenntnis, dass eine Präambel übertragen wurde. Man kann nachweisen, dass diese Detektions-Wahrscheinlichkeit P_d durch die folgende Gleichung gegeben ist:
Diese Formel beinhaltet die gleichen Variablen C i(j) , die oben erläutert wurden, diesmal entspricht das von jeder Antenne in Node B empfangene Signal jedoch der Summe aus übertragenem Signal und thermischem Rauschen.
Man kann somit beweisen, dass die Detektions-Wahrscheinlichkeit P_d unter den vorgenannten Bedingungen wie folgt umformuliert werden kann:
wobei Q_m(a,b) die verallgemeinerte Marcum-Funktion und E_c die Energie pro Chip des in Node B empfangenen Signals darstellt.
Man kann ebenfalls beweisen, dass im theoretischen Fall eines so genannten AWGN-Kanals und einer beliebigen Anzahl von N_rx Empfangsantennen, sowie unabhängig von der Breite des Analyse-Zeitfensters, die letztgenannte Gleichung durch die im Folgenden aufgeführte Näherungsformel ersetzt werden kann, die nur gültig ist, wenn die Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarms P_fa über (W-1) Chips in Bezug auf die Detektions-Wahrscheinlichkeit über 1 Chip vernachlässigt werden kann:
Es wird daran erinnert, dass die Wahrscheinlichkeit einer fehlgeschlagenen Detektion P_nd anhand der Gleichung P_nd = 1 – P_d von der Detektions-Wahrscheinlichkeit P_d abgeleitet werden kann.
Es ist unbedingt darauf hinzuweisen, dass die Detektions-Wahrscheinlichkeit P_d im theoretischen Fall eines so genannten AWGN-Kanals, bei einer geringen Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarms P_fa, nur geringfügig von der Breite W des Analyse-Zeitfensters abhängig ist. Dies ergibt sich aus der Tatsache, dass es nicht möglich ist, wenn im ersten Chip keine Präambel erfasst wurde, die Detektionswahrscheinlichkeit zu verbessern, indem die Breite W des Analyse-Zeitfensters W erhöht wird, und dass infolgedessen die Wahrscheinlichkeit einer fehlgeschlagenen Detektion, unabhängig von W, gleich ist. In einer realistischen Umgebung, wie beispielsweise im Fall eines Endgeräts UE, das in einem Fahrzeug angeordnet ist, ist die oben angeführte Näherungsformel (die im Fall eines AWGN-Kanals Gültigkeit hat) nicht mehr gültig. Es existiert dann keine einfache Gleichung, die W mit P_nd in Beziehung setzt. Man kann dennoch mit Hilfe von digitalen Simulationen beweisen, dass die Detektions-Wahrscheinlichkeit P_d nicht mehr von der Breite W des Analyse-Zeitfensters unabhängig ist.
Aus den oben angeführten Gleichungen und den digitalen Simulationen ergibt sich, dass die Wahrscheinlichkeit einer fehlgeschlagenen Detektion P_nd in Abhängigkeit vom Wert des Verhältnisses E_c/σ² (oder E_c/N₀), von der Breite W des Analyse-Zeitfensters, von der Anzahl M an verwendeten Segmenten und von mindestens einem Parameter variiert, der die Funkumgebung des anfordernden Endgeräts UE stört (oder beeinflusst), wie beispielsweise die Fahrzeug-Geschwindigkeit. Man kann insbesondere beobachten, dass die Wahrscheinlichkeit einer fehlgeschlagenen Detektion P_nd geringer ist, je größer das Verhältnis E_c/σ² (oder E_c/N₀) und je kleiner die Anzahl an Segmenten (M = 1) ist.

In den digitalen Simulationen stellt das Verhältnis E_c/σ² die durchschnittliche Energie dar, die der Node B empfangen muss, um eine bestimmte Qualität (z.B. eine P_nd gleich 1 %) zu erreichen, beim Vorhandensein durchschnittlicher, schneller Variationseffekte im Funkkanal, die durch die Umgebungsparameter verursacht werden. Es ist insbesondere zu beobachten, dass die Variationen umso geringer sind, desto größer das Verhältnis E_c/σ² ist. Infolgedessen ist das Detektionsverfahren in einer gestörten Funkumgebung leistungsfähiger, je größer das Verhältnis E_c/σ² ist. Im Übrigen ist anzumerken, dass der Wert für E_c/σ² (in dB) bei einer P_nd gleich 1 % in Abhängigkeit von der Anzahl an Segmenten M und der Geschwindigkeit des anfordernden Endgeräts UE wie folgt variiert (die Werte sind als Beispiele ohne einschränkenden Charakter zu verstehen):

Geschwindigkeit des UE (km/h)	M = 1	M = 2	M = 3	M = 8
3	–18,4	–17,7	–16,8	–15,7
50	–18,2	–17,6	–16,8	–15,8
120	–17,8	–17,9	–17,1	–16,2
250	–16,7	–18,3	–17,9	–17,2
400	–14,6	–17,8	–18,0	–17,5

Wenn es sich bei dem Umgebungsparameter, der den PRACH-Funkkanal stört, beispielsweise um die Geschwindigkeit des anfordernden Endgeräts UE handelt, kann man folgende Feststellungen machen:

– Wenn die Korrelation lediglich über ein einziges Segment (M = 1) erfolgt, tritt bei Geschwindigkeiten zwischen ca. 250 km/h und ca. 400 km/h, im Vergleich zu geringeren Geschwindigkeiten, eine erhebliche Beeinträchtigung der Detektionsleistung ein.
– Wenn die Korrelation über zwei Segmente erfolgt (M = 2), tritt im Vergleich zum Fall M = 1 nur eine geringfügige Beeinträchtigung der Detektionsleistung bei Geschwindigkeiten unter ca. 200 km/h ein, und es tritt keine erhebliche Beeinträchtigung der Leistung bei Geschwindigkeiten zwischen ca. 250 km/h und ca. 400 km/h ein; und
– Wenn die Korrelation über eine Anzahl von mehr als zwei Segmenten (M = 4 oder 8) erfolgt, tritt bei Geschwindigkeiten unter ca. 200 km/h eine erhebliche Beeinträchtigung der Detektionsleistung ein, bei Geschwindigkeiten zwischen ca. 250 km/h und 400 km/h tritt eine geringfügige Beeinträchtigung der Detektionsleistung und bei Geschwindigkeiten über ca. 450 km/h tritt keine Beeinträchtigung ein.

In anderen Worten:

– M = 1 ist ein guter Kompromiss für Geschwindigkeiten zwischen 0 km/h und ca. 110 km/h;
– M = 2 ist ein guter Kompromiss für Geschwindigkeiten zwischen ca. 110 km/h und ca. 350 km/h;
– M = 4 ist ein guter Kompromiss für Geschwindigkeiten zwischen ca. 350 km/h und ca. 500 km/h; und
– M = 8 ist ein guter Kompromiss für Geschwindigkeiten über ca. 500 km/h.

In anderen Worten, wie bereits oben angesprochen, variiert die optimale Anzahl an Segmenten M zumindest in Abhängigkeit von P_nd und von dem Umgebungsparameter, bei dem es sich um die Geschwindigkeit des anfordernden Endgeräts UE handelt. Außerdem kann man beweisen, dass jeder Anzahl an Segmenten M ein optimaler Präambel-Grenzwert PT für die Wahrscheinlichkeit eines insgesamt festgelegten Fehlalarms entspricht, der für die 16 möglichen Signaturen berechnet wird.
Um die Anpassung der Detektionsparameter an die Funkumgebung zu ermöglichen, schlägt die Erfindung vor, jede Basisstation Node Bi des Netzes mit einer Vorrichtung D auszurüsten, die insbesondere die Aufgabe hat, die für die Zugriffsanforderungen (oder Präambeln) repräsentativen Signale zu verarbeiten.
Dabei ist unbedingt anzumerken, dass eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, zumindest teilweise, in einer anderen Netzeinrichtung als der Basisstation installiert werden kann, insbesondere in einem Funknetz-Controller wie z.B. einem RNC.
Eine solche Verarbeitungsvorrichtung D hat die Aufgabe, den oben beschriebenen Bestätigungsmechanismus (oder das Detektionsverfahren) auszuführen, allerdings in dynamisch anpassungsfähiger Form.
Genauer gesagt umfasst die Verarbeitungsvorrichtung D gemäß der Erfindung ein Verarbeitungsmodul MT, das mit dem Signalempfangsmodul im Node Bi, in dem es angeordnet (oder mit dem es gekoppelt) ist, verbunden ist.
Dieses Verarbeitungsmodul MT hat die Aufgabe, wenn es ein von einem anfordernden Endgerät übertragenes Signal mit einer Zugriffsanforderung auf das Netz empfängt, einen Wert zur Anwendung mindestens eines Detektionsparameters festzulegen, der in Abhängigkeit von dem Wert mindestens eines Parameters gewählt wird, der für die Funkumgebung des anfordernden Endgeräts repräsentativ ist.
Der Wert jedes Funkumgebungs-Parameters kann entweder beim Empfang des Signals mit der Zugriffsanforderung, gegebenenfalls durch Analyse dieses Signals, oder nach diesem Empfang festgelegt werden. Zu diesem Zweck kann das Verarbeitungsmodul MT ein Modul zur Detektion von Umgebungsparametern umfassen oder mit einem Detektionsmodul MD zusammenarbeiten, das zur Vorrichtung D gehört, wie in der Abbildung dargestellt.
Beispielsweise kann das Detektionsmodul MD die Aufgabe haben, das empfangene Signal zu analysieren, um den Wert der relativen Geschwindigkeit des anfordernden Endgeräts UE in Bezug auf den ihm zugeordneten Node Bi zu bewerten. Zu diesem Zweck kann jede dem Fachmann bekannte Technik eingesetzt werden, einschließlich indirekter Techniken, die auf der vorherigen Festlegung eines anderen Umgebungsparameters basieren, wie beispielsweise dem Doppler-Effekt, der dem Funkkanal zugeordnet ist. Natürlich können ausgehend von dem empfangenen Signal auch andere Umgebungsparameter ermittelt werden, wie beispielsweise die Amplitude und/oder die Phase der Mehrfachwege oder der Umgebungstyp, in dem sich das anfordernde Endgerät UE befindet.
In einer Ausführungsvariante oder einer Ergänzung kann das Detektionsmodul MD die Aufgabe haben, den Wert mindestens eines ausgewählten Umgebungsparameters aus den Informationsdaten abzuleiten, wie z.B. lokale Messungen und/oder dedizierte Signale, die von dem anfordernden Endgerät UE und/oder von den Endgeräten übertragen werden, die sich in der Zelle befinden, in der sich das anfordernde Endgerät UE aufhält. Zu den Informationsdaten und den nutzbaren dedizierten Signalen gehören beispielsweise die Steuerbits des DPCCH eines oder mehrerer mobiler Endgeräte oder andere Bits des DPCCH oder DPCCH. Beispielsweise kann es sich bei dem gewählten Umgebungsparameter um die durchschnittliche Geschwindigkeit der mobilen Endgeräte handeln, die sich in der Zelle aufhalten, in der sich das anfordernde Endgerät UE befindet, oder um die durchschnittliche Anzahl an Mehrfachwegen in der Zelle oder auch um die durchschnittliche Variation des Funkkanals, wie beispielsweise die Streuung.
Es ist unbedingt darauf hinzuweisen, dass das Detektionsmodul entsprechend ausgeführt sein kann, um die Werte mehrerer Umgebungsparameter unterschiedlichen Typs vor und/oder nach dem Empfang eines Signals zur Zugriffsanforderung zu ermitteln. Im Übrigen kann das Detektionsmodul MD auch in anderen Fällen eingesetzt werden. So kann es z.B. mit anderen Einheiten des Node B, in dem es installiert ist, gemeinsam genutzt werden, beispielsweise um die Bewertung des Kanals in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit anzupassen.
Wenn der Wert des/der Umgebungsparameter/-s festgelegt (oder bewertet) wurde, unabhängig davon, ob dies vor und/oder nach dem Empfang eines Signals zur Zugriffsanforderung erfolgt ist, legt das Verarbeitungsmodul MT den Wert fest, den mindestens ein Detektionsparameter annehmen muss, unter Berücksichtigung jedes festgelegten Umgebungsparameter-Wertes. In anderen Worten passt das Verarbeitungsmodul MT den Wert eines oder mehrerer ausgewählter Detektionsparameter dynamisch in Abhängigkeit von jedem festgelegten Umgebungsparameter-Wert auf der Basis des Signals an, das von dem anfordernden Endgerät UE übertragen wurde. Die Anzahl an Detektionsparametern, die angepasst werden können, ist von der Konfiguration der Vorrichtung D abhängig, genauer gesagt von dem geforderten konstanten Leistungsniveau.
Unter « Detektionsparameter » versteht man in der vorliegenden Beschreibung jeden Parameter, der bei der Schätzung der Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarms P_fa und/oder der Wahrscheinlichkeit einer fehlgeschlagenen Detektion P_nd berücksichtigt wird, wie beispielsweise die Anzahl M an Segmenten (und die zugeordnete Segmentlänge L) oder der Präambel-Grenzwert PT.
Beispielsweise ist das Verarbeitungsmodul MT entsprechend ausgeführt, um die Anzahl M an Segmenten und/oder den Präambel-Grenzwert PT anzupassen.
Es gibt zwei Vorgehensweisen für die Festlegung der zu verwendenden Umgebungsparameter-Werte.
Eine erste Vorgehensweise besteht darin, die Werte anhand von Formeln, die von den oben angeführten Formeln für die Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarms P_fa und/oder für die Wahrscheinlichkeit einer fehlgeschlagenen Detektion P_nd oder von äquivalenten Formeln abgeleitet sind, direkt zu berechnen.
Eine zweite Vorgehensweise besteht darin, die Werte in einer Zuordnungstabelle zu ermitteln, die im Speicher M der Vorrichtung D abgelegt ist. Genauer gesagt kann der Speicher M eine Zuordnungstabelle zwischen den Werten für die Umgebungsparameter und den Werten für die Detektionsparameter beinhalten.

Beispielsweise stellt diese Tabelle eine Zuordnung zwischen den Geschwindigkeitsintervallen, der Anzahl an Segmenten M (und der zugeordneten Korrelationslänge L jedes Segments) und den Präambel-Grenzwerten PT her, wie dies im unten stehenden Beispiel der Fall ist.

Geschätzte Geschwindigkeit (km/h)	Anzahl an Segmenten M	Korrelationslänge L (Chips)	Präambel-Grenzwert (dB)
0–109	1	4096	–23,3
110–349	2	2048	–22,3
350–499	4	1024	–21,1
≥ 500	8	512	–19,5

In diesem Beispiel einer Tabelle sind vier Sätze mit jeweils drei Detektionsparametern aufgeführt, die in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit der verschiedenen anfordernden Endgeräte UE an vier verschiedene Funkumgebungen angepasst werden.
In diesem Beispiel ist das Verarbeitungsmodul MT entsprechend konfiguriert, dass es den geschätzten Wert für die Geschwindigkeit des anfordernden Endgeräts UE in Kooperation mit dem Detektionsmodul MD festlegt und anschließend in der Zuordnungstabelle die Werte für die Anzahl an Segmenten M, die Korrelationslänge L und den Präambelgrenzwert PT ermittelt, die für das entsprechende Geschwindigkeitsintervall gespeichert sind, zu dem der für die Geschwindigkeit geschätzte Wert gehört.
Natürlich könnte die Tabelle auch nur die Zuordnung zwischen Geschwindigkeitsintervall und Anzahl an Segmenten M (und den zugeordneten Längen L) beinhalten, wobei in diesem Fall der Präambel-Grenzwert festgelegt ist, oder auch zwischen Geschwindigkeitsintervallen und Präambel-Grenzwerten PT, wobei dann der Wert für die Anzahl an Segmenten M (und die zugeordnete Länge L) festgelegt ist.
Im Übrigen kann sich die Suche in der Tabelle auch nur auf eine ausreichend repräsentative Einheit von Parameterwerten erstrecken. In diesem Fall werden der oder die Werte aus der Tabelle ausgelesen, die in Bezug auf den « tabellierten » Wert gespeichert sind, der dem geschätzten Wert am nächsten kommt.
Zudem können bestimmte Detektionsparameter-Werte, die eventuell in der Zuordnungstabelle enthalten und einem Wert (oder einer Einheit von Werten) für mindestens einen Funkumgebungsparameter zugeordnet sind, über das zellulare Netz an die Verarbeitungsvorrichtung D übertragen werden, und vorzugsweise durch den Funknetz-Controller RNC, mit dem der Node B gekoppelt ist, in dem er installiert ist.
Gemäß der aktuellen UMTS-Norm legt nämlich jeder RNC den Detektionsgrenzwert fest, der für jeden von ihm gesteuerten Node B verwendet wird. Die Information des Detektionsgrenzwerts wird über das NBAP-Protokoll an den Node B übermittelt, und zwar mit Hilfe einer so genannten « Common Transport Channel Setup »-Meldung.
Infolgedessen kann man in Erwägung ziehen, die UMTS-Norm anzupassen, damit ein RNC an den von ihm gesteuerten Node B (für dessen Verarbeitungsvorrichtung D) über das NBAP-Protokoll und eventuell mit Hilfe der vorgenannten Meldung mehrere Werte für Detektionsparameter übertragen kann, wie beispielsweise den Detektionsgrenzwert oder die Anzahl an Segmenten, die verschiedenen Werten mindestens eines Parameters entsprechen, der für die Funkumgebung charakteristisch ist.
Die Verarbeitungsvorrichtung D kann ein Konfigurationsmodul MCG umfassen, das die Aufgabe hat, Werte für Detektionsparameter, die den Parameterwerten für die Funkumgebung zugeordnet sind, an ein Verarbeitungsmodul, das in einem Node B installiert ist, zu liefern. Dieses Konfigurationsmodul MCG kann in einem lokalen Endgerät vom Typ LMT installiert sein, das man direkt mit dem betreffenden Node B verbindet, um diesem die Werte zu übermitteln.
In einer Ausführungsvariante kann das Konfigurationsmodul MCG in einem Betriebs- oder Wartungszentrum des zellularen Netzes oder OMC (für « Operation and Maintenance Centre ») installiert werden. Dieses OMC-Zentrum hat nämlich die Aufgabe, die Node Bs und die RNCs des GSM-Netzes getrennt zu verwalten. Es hat insbesondere die Aufgabe, Betrieb und Wartung der Node Bs zu steuern, entweder auf direkte Weise, was den physischen Betrieb und die Wartung anbelangt, oder auf indirekte Weise über ihre verbundenen RNCs, was den logischen Betrieb und die Wartung betrifft. Wenn es mit einem Konfigurationsmodul MCG ausgerüstet ist, kann das OMC-Zentrum damit an ihren jeweiligen Bedarf angepasste Werte an ausgewählte Node Bs (und eventuell an ausgewählte RNCs) übertragen.
Sobald ein Verarbeitungsmodul MT über die anpassungsfähigen Detektionsparameter verfügt, die für die Detektion der Präambel erforderlich sind, muss das Verarbeitungsmodul MT die genannte Detektion nur noch ausführen.
Zu diesem Zweck beginnt es, für jeden der N innerhalb der von ihm verwalteten Zelle freigegebenen Zugriffs-Zeitschlitze ASn das empfangene Signal mit den Präambel-Codes abzugleichen, die jeder der innerhalb der genannten Zelle freigegebenen Signaturen entsprechen. Anschließend berechnet das Verarbeitungsmodul MT zu jedem Zeitpunkt, der für den Empfang einer Präambel infrage kommt, die Energie (der Korrelation), die jedem Verarbeitungssegment für die Segmente zugeordnet ist, deren Anzahl M eventuell ausgehend von dem oder den festgelegten Umgebungsparametern festgelegt ist, sofern es sich um einen anpassungsfähigen Detektionsparameter handelt. Anschließend berechnet es für jeden infrage kommenden Zeitpunkt die Summe der Energien der M Segmente. Dann ermittelt es innerhalb eines Analyse-Zeitfensters das Maximum der berechneten Energiesummen. Anschließend vergleicht das Verarbeitungsmodul MT das ermittelte Energiemaximum mit dem Präambel-Grenzwert PT, der eventuell auf der Basis des oder der festgelegten Umgebungsparameter festgelegt wurde, sofern es sich um einen anpassungsfähigen Detektionsparameter handelt. Auf diese Weise kann der exakte Zeitpunkt innerhalb des Analyse-Zeitfensters mit der Breite W ermittelt werden, an dem die Präambel empfangen wurde. Schließlich bestätigt das Verarbeitungsmodul MT die Präambel (d.h. es betrachtet diese als erfasst) mit der zugeordneten Signatur s und dem Zugriffs-Zeitschlitz ASn, jedoch nur dann, wenn das ihm entsprechende, ermittelte Energiemaximum über dem Präambel-Grenzwert PT liegt.
In einer Ausführungsvariante beginnt das Verarbeitungsmodul MT mit dem Abgleich des empfangenen Signals für jeden der N freigegebenen Zugriffs-Zeitschlitze ASn mit den Präambel-Codes, die jeder der U freigegebenen Signaturen entsprechen. Anschließend berechnet das Verarbeitungsmodul MT für jeden Zeitpunkt, der für den Empfang einer Präambel infrage kommt, die Energie (der Korrelation), die jedem Verarbeitungssegment zugeordnet ist, aus den Segmenten, deren Anzahl M eventuell ausgehend von dem oder den festgelegten Umgebungsparametern festgelegt wurde, sofern es sich um einen anpassungsfähigen Detektionsparameter handelt. Anschließend berechnet es für jeden infrage kommenden Zeitpunkt die Energiesumme der M Segmente und vergleicht diese mit dem Präambel-Grenzwert PT, der eventuell ausgehend von dem oder den festgelegten Umgebungsparametern festgelegt wurde, sofern es sich um einen anpassungsfähigen Detektionsparameter handelt. Wenn die einem Zeitpunkt des Analyse-Zeitfensters zugeordnete Energiesumme unter dem Grenzwert PT liegt, vergleicht es den Grenzwert PT mit der dem folgenden Zeitpunkt zugeordneten Energiesumme. Sobald jedoch eine Energiesumme über dem Grenzwert PT liegt, bestätigt es die Präambel (d.h. es betrachtet diese als erfasst) mit der zugeordneten Signatur s und dem Zugriffs-Zeitschlitz ASn. Sobald also eine Detektion innerhalb eines Analyse-Zeitfensters positiv war, ist es nicht mehr erforderlich, Vergleiche der Energiesummen vorzunehmen, die den folgenden Zeitpunkten in dem betreffenden Fenster zugeordnet sind.
Die Verarbeitungsvorrichtung D gemäß der Erfindung, und insbesondere ihr Verarbeitungsmodul MT, ihr Detektionsmodul MD, ihr Konfigurationsmodul MCG und eventuell ihr Speicher M können in Form von elektronischen Schaltungen, von Software- (oder Informatik-) Modulen oder als Kombination aus Schaltungen und Software ausgeführt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsvarianten der Verarbeitungsvorrichtung und der Basisstation beschränkt, die in der Beschreibung als Beispiele angeführt wurden, sondern umfasst sämtliche Varianten, die der Fachmann im Rahmen der folgenden Ansprüche in Erwägung ziehen kann.

Claims

Vorrichtung zur Signalverarbeitung (D) für ein zellulares Mobilfunknetz, wobei die genannte Vorrichtung (D) Verarbeitungsmittel (MT) umfasst, die entsprechend ausgeführt sind, um eine Präambeldetektion bei jedem Signal durchzuführen, das von einem anfordernden Endgerät (UE) in einem freigegebenen Zugriffs-Zeitschlitz übertragen wird und für die Präambel einer Zugriffsanforderung für das genannte Netz, die einer freigegebenen Signatur zugeordnet ist, repräsentativ ist, und zwar in Abhängigkeit von Detektionsparametern, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Verarbeitungsmittel (MT) entsprechend ausgeführt sind, dass sie beim Empfang eines Signals mit einer Zugriffsanforderung für das Netz, die von einem anfordernden Endgerät (UE) übertragen wird, einen Nutzungswert für mindestens einen Detektionsparameter festlegen, der in Abhängigkeit von dem Wert mindestens eines gewählten Parameters ausgewählt wird, der für die Funkumgebung des genannten anfordernden Endgeräts repräsentativ ist, um die Detektion des genannten empfangenen Signals in Abhängigkeit von der Funkumgebung des genannten anfordernden Endgeräts (UE) dynamisch anzupassen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Umgebungsparameter aus einer Gruppe ausgewählt wird, die die geschätzte Geschwindigkeit des anfordernden Endgeräts (UE), die durchschnittliche Geschwindigkeit der mobilen Endgeräte, die in der Zelle angeordnet sind, in der sich das genannte anfordernde Endgerät (UE) befindet, den Doppler-Effekt, der dem von dem anfordernden Endgerät (UE) übertragenen Signal zugeordnet ist, die Amplitude der Mehrfachwege, die Phase der Mehrfachwege und den Umgebungstyp einer Zelle (C), die von einer Basisstation (Node B) des genannten Netzes verwaltet wird, umfasst.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Verarbeitungsmittel (MT) Detektionsmittel (MD) umfassen, die entsprechend ausgeführt sind, um den Wert jedes gewählten Umgebungsparameters zu bewerten.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie Detektionsmittel (MD) umfasst, die mit den genannten Verarbeitungsmitteln (MT) gekoppelt und entsprechend ausgeführt sind, um den Wert jedes gewählten Umgebungsparameters zu bewerten.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Detektionsmittel (MD) entsprechend ausgeführt sind, um das genannte empfangene Signal zu analysieren, um den Wert der Geschwindigkeit des anfordernden Endgeräts (UE) zu bewerten.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Detektionsmittel (MD) entsprechend ausgeführt sind, um aus den Informationsdaten und/oder den von dem genannten anfordernden Endgerät (UE) übertragenen dedizierten Signalen den Wert mindestens eines gewählten Umgebungsparameters abzuleiten.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Detektionsmittel (MD) entsprechend ausgeführt sind, um aus den Informationsdaten und/oder den von den Endgeräten, die in der Zelle angeordnet sind, in der sich das genannte anfordernde Endgerät (UE) befindet, übertragenen dedizierten Signalen den Wert mindestens eines gewählten Umgebungsparameters abzuleiten.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem genannten gewählten Umgebungsparameter um die durchschnittliche Geschwindigkeit der mobilen Endgeräte handelt, die in der Zelle angeordnet sind, in der sich das genannte anfordernde Endgerät (UE) befindet.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Verarbeitungsmittel (MT) entsprechend ausgeführt sind, um die genannte Detektion für jede Signatur durchzuführen, und zwar i) durch Korrelation jedes empfangenen Signals für jeden der genannten freigegebenen Zugriffs-Zeitschlitze mit so genannten Präambel-Codes, die jeder der freigegebenen Signaturen entsprechen, ii) durch Berechnung, für jeden Zeitpunkt, der für den Empfang einer Präambel infrage kommt, der Energie, die jedem Verarbeitungssegment zugeordnet ist, dessen Anzahl mindestens gleich eins beträgt und das einen Detektionsparameter darstellt, sowie iii) durch Berechnung, für jeden infrage kommenden Zeitpunkt, der Summe der genannten berechneten Segmentenergien und durch Vergleich dieser Energiesumme, die einem Zeitpunkt innerhalb eines Analysezeitfensters zugeordnet ist, mit einem gewählten Grenzwert, der einen weiteren Detektionsparameter darstellt, um zu entscheiden, ob die empfangene Präambel mit der zugeordneten Signatur und dem Zugriffs-Zeitschlitz erfasst wurde, wenn die genannte Energiesumme innerhalb des genannten betreffenden Analyse-Zeitfensters einen Wert über dem genannten Grenzwert aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Verarbeitungsmittel (MT) entsprechend ausgeführt sind, um die genannte Detektion für jede Signatur durchzuführen, und zwar i) durch Korrelation jedes empfangenen Signals, für jeden der genannten freigegebenen Zugriffs-Zeitschlitze, mit so genannten Präambel-Codes, die jeder der freigegebenen Signaturen entsprechen, ii) durch Berechnung, für jeden für den Empfang einer Präambel infrage kommenden Zeitpunkt, der Energie, die jedem Verarbeitungssegment zugeordnet ist, dessen Anzahl mindestens gleich eins beträgt und das einen Detektionsparameter darstellt, sowie iii) durch Berechnung, für jeden infrage kommenden Zeitpunkt, der Summe der genannten berechneten Energien der genannten Segmente und schließlich iv) durch Festlegung eines Maximums für die genannten Energiesummen innerhalb eines Analyse-Zeitfensters und v) durch Vergleich des genannten festgelegten Energiemaximums mit einem gewählten Grenzwert, der einen weiteren Detektionsparameter darstellt, wobei die Präambel als erfasst betrachtet wird, mit der zugeordneten Signatur und dem Zugriffs-Zeitschlitz, wenn das genannte festgelegte Energiemaximum über dem genannten Grenzwert liegt.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Anzahl an Segmenten anpassungsfähig ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Grenzwert anpassungsfähig ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Speicher (M) umfasst, in dem eine Zuordnungstabelle zwischen den Werten für die Umgebungsparameter und den Werten für die Detektionsparameter gespeichert ist, sowie dadurch, dass die genannten Verarbeitungsmittel (MT) entsprechend ausgeführt sind, um jeden einzusetzenden Detektionsparameter-Wert durch den Vergleich zwischen jedem festgelegten Umgebungsparameter-Wert und mindestens einer gewählten Einheit von Umgebungsparameter-Werten zu ermitteln, die in der genannten Zuordnungstabelle gespeichert sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 10, in Kombination mit den Ansprüchen 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Speicher (M) eine Zuordnungstabelle zumindest zwischen den Werten für die Geschwindigkeitsintervalle, den Werte für die Segmentanzahl und den Grenzwerten beinhaltet.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass in dem genannten Speicher (M) Werte für die Umgebungsparameter und Werte für die Detektionsparameter gespeichert werden können, die von einer Steuereinrichtung (RNC) des genannten Netzes zugeordnet werden.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Verarbeitungsmittel (MT) entsprechend ausgeführt sind, um von der Steuereinrichtung (RNC) des genannten Netzes Werte für die Detektionsparameter zu empfangen, die mehreren Werten für mindestens einen Umgebungsparameter entsprechen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie Konfigurationsmittel (MCG) umfasst, die entsprechend ausgeführt sind, um den genannten Verarbeitungsmitteln (MT) Werte für die Detektionsparameter zu liefern, die verschiedenen Werten für mindestens einen Umgebungsparameter entsprechen.
Basisstation (Node B) für ein zellulares Mobilfunknetz, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Verarbeitungsvorrichtung (D) gemäß einem der vorgenannten Ansprüche umfasst.
Steuereinrichtung (RNC) für ein zellulares Mobilfunknetz, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Verarbeitungsvorrichtung (D) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 umfasst.
Betriebs- und Wartungszentrum (OMC) für ein zellulares Mobilfunknetz, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens Konfigurationsmittel (MCG) einer Verarbeitungsvorrichtung (D) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 umfasst.