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Die
vorliegende Erfindung betrifft drahtlose Kommunikationssysteme und
speziell ein System und ein Verfahren zur Erweiterung der Dienstabdeckung
einer Basisstation in einem Funkzugriffssystem.
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In
einem Funkzugriffssystem werden ein oder mehrere Teilnehmer über eine
Funkverbindung mit einer Basisstation innerhalb eines bestimmten
Zelldienstversorgungsbereichs verbunden. Aufgrund physikalischer Einschränkungen,
z. B. zulässiger
Sendeleistung, Funkausbreitungsbedingungen, Landschaftstopologie,
ist der Zelldienstversorgungsbereich der Basisstation begrenzt,
und folglich müssen
die außerhalb
des Versorgungsbereichs befindlichen Teilnehmer unter Verwendung
anderer Mittel bedient werden.
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Ein
Verfahren zur Erweiterung des Dienstabdeckungsbereichs des Funkzugriffssystems
ist das Implementieren eines Netzes von Dienstbereichszellen, in
denen eine Vielzahl von Basisstationen in geeigneten nahegelegenen
Orten platziert wird. Ein Problem mit dieser Herangehensweise ist,
daß für Regionen
mit niedriger Teilnehmerdichte der Bedarf an weiteren Basisstationen
und ihre Verbindung mit den Kernnetz nicht begründet ist, wenn die Basisstationen
nur einige neue Teilnehmer bedienen.
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Eine
bekannte Lösung
dieses Problems ist, die Reichweite eines Funkzugriff-Basisstationszellenbereichs
durch Bereitstellen der Relaisdatenfunktionalität zwischen Teilnehmerstationen
und der Abnehmerbasisstation zu erweitern, so daß bestimmte Teilnehmerstationen
Kommunikationsdaten an andere Teilnehmerstationen weiterleiten können, die
nicht in direkter Reichweite der Abnehmerbasisstation sind.
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Dokumente,
die sich mit einem mobilen Kommunikationssystem befassen, in denen
Kommunikationsdaten von einer Basisstation an eine Mobilstation
mittels einer Zwischenübertragungs-Mobilstationseinheit übertragen
werden, sind bekannt. Die
US-Patentschrift 5,850,593 offenbart
ein Mobilfunknetz, in dem die Kommunikation zwischen einer Basisstation,
mit einer ersten Station im Dienstbereich, die als eine Repeaterstation verwendet
wird, und einer zweiten Station, die in der Nähe oder jenseits einer Grenze
des Dienstbereichs vorhanden ist, ermöglicht wird. Die Europäische Patentanmeldung
EP 0 689 303 beschreibt
ein Verfahren zur Erweiterung des Versorgungsbereichs einer Basisstation
durch Anpassung einer ersten Mobilstation, um Daten, die von einer
Basisstation oder ein zweites Ziel und umgekehrt empfangen wurden,
weiterzusenden. Die Internationale Patentanmeldung
WO 00/54539 beschreibt ein Verfahren
zur Weitersendung von Daten zwischen Mobilstationen in einem Zeitmultiplex-(Time
Division Duplex/TDD) oder Frequenzmultiplex-(Frequency Division
Duplex/FDD) Kommunikationssystem unter Verwendung eines sogenannten
ODMA-Mechanismus (Opportunity Division Multiple Access), um in der
Lage zu sein, einen Dienst mit hoher Datenrate und mit niedriger Datenrate
innerhalb der Basisstationszellenversorgung anzubieten. Auch die
Internationale Patentanmeldung
WO
03/055246 befaßt
sich mit einem Mobilfunknetz, das die Mobilstation-Weitersendungsfunktion
und ein Verfahren zur Belohnung der Weitersendungsaktivitäten nutzt.
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EP 1079548 A1 ,
die als der genaueste Stand der Technik angesehen wird, offenbart
eine Punkt-zu-Mehrpunkt-Funkverbindung,
wo eine Repeaterstation als eine Teilnehmerstation gegenüber der
Basisstation und als eine Basisstation gegenüber weiteren Teilnehmerstationen
dient.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges Verfahren
zur Erweiterung der Dienstabdeckung einer Basisstation unter Verwendung
von Zwischenstationen bereitzustellen.
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Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Erweiterung der Dienstabdeckung
eines Funkzugriffssystems nach Anspruch 1 und eine Hybridzwischeneinheit
nach Anspruch 7 erreicht.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung dient die Zwischenstation, im Folgenden bezeichnet
als die "Hybridzwischeneinheit", zeitweise als ein
Teilnehmergerät
für den
Kontakt mit der Hauptbasisstation und zeitweise als eine Basisstation,
die eine Vielzahl von Teilnehmerstationen in ihrer Umgebung bedient,
die durch die Hauptbasisstation nicht direkt erreicht werden können. Die
Hybridzwischeneinheit erreicht dies durch die Nutzung der Zeit,
in der sie in unbelegter Verbindung mit der Hauptbasisstation für Scheduling
und Bedienung einer eigenen abhängigen
Teilnehmerstationen ist. Wenn sie als Teilnehmerstation der Hauptbasisstation
dient, bezeichnet man sie als einen "Slawe" der Hauptbasisstation (des Masters).
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Vorteilhafte
Konfigurationen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der folgenden
Beschreibung und den Zeichnungen. Zum Beispiel wird es vorteilhaft
gesehen, daß unter
Verwendung des vorgeschlagenen Verfahrens der Erfindung die Teilnehmerstationen,
die außerhalb
der Reichweite des Dienstabdeckungsbereichs der Hauptbasisstation
sind, weiter bedient werden können,
wobei vermieden wird, daß eine
zusätzliche
Hauptbasisstation benötigt
wird. Stattdessen wird die Hybridzwischeneinheit der Erfindung diese
zusätzlichen
Teilnehmerstationen auf eine wirtschaftlichere und flexiblere Weise
versorgen. Es ist ebenfalls vorteilhaft, daß die Hybridzwischeneinheit
der Erfindung zum Netzbetreiber gehört und nicht zum Teilnehmer,
da dieses neuartige Netzelement durch den Betreiber für flexible
Netzplanung genutzt werden könnte,
indem es an erforderlichen kritischen Orten platziert wird. Ein
anderer Vorteil kann zum Beispiel in Situationen erreicht werden,
wo eine Hauptbasisstation nicht mehr benötigt wird und als eine Hybridzwischenstation
gemäß der Erfindung
neu konfiguriert wird, die als ein Slave der anderen Hauptbasisstation
dient. Außerdem
könnte
die Hybridzwischeneinheit der Erfindung, falls sie in Reichweite
einer oder mehr Hauptbasisstationen ist, als der Slave für beide
Hauptbasisstation dienen, und könnte
für z.
B. Lastausgleich, Verkehrssegregation und Zuverlässigkeitserhöhung verwendet
werden.
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Das
Verfahren der Erfindung deckt ebenfalls Handover-Szenarien ab, in
denen Daten, die an die Zielteilnehmerstation zu senden sind, an
andere Hybridzwischenstationen in der Reichweite der sich bewegenden Zielteilnehmerstation
weitergeleitet werden. Außerdem
vermeidet das Verfahren der Erfindung Störungen zwischen der Hauptbasisstation
und der Hybridzwischenstation.
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Ein
Beispiel der Ausführungsform
der Erfindung wird nun mit Hilfe der 1 bis 4 erläutert.
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1 stellt
ein Funkzugriffssystem dar, das eine Hauptbasisstation, eine Vielzahl
von Teilnehmereinheiten und eine Hybridzwischeneinheit gemäß der Erfindung
umfaßt.
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2 zeigt
ein Beispiel einer Zeitrahmenstruktur einer Hauptbasisstation.
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3 zeigt
ein erstes Beispiel einer Zeitrahmenstruktur einer Hybridzwischeneinheit
gemäß der Erfindung.
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4 zeigt
ein zweites Beispiel einer Zeitrahmenstruktur einer Hybridzwischeneinheit
gemäß der Erfindung.
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1 zeigt
ein allgemeines Blockdiagramm eines Funkzugriffssystem, das eine
Hauptbasisstation MBS, eine Vielzahl von Teilnehmereinheiten SU1
bis SU4 und eine Hybridzwischeneinheit HIU gemäß der Erfindung umfaßt.
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Die
Hybridzwischeneinheit HIU kann sowohl als eine Teilnehmereinheit
zum Aufbauen des Kontakts und Austausch von Kommunikationsdaten
mit der Hauptbasisstation MBS als auch als eine Basisstation zur Weitersendung
von Kommunikationsdaten zwischen der Hauptbasisstation MBS und mindestens
einer anderen Teilnehmereinheit SU3 und/oder SU4 dienen. Die Teilnehmereinheiten
SU3 und SU4, die sich auf die Hybridzwischeneinheit HIU stützen, können zum
Beispiel außerhalb
der Reichweite des Funkdienstabdeckungsbereichs CA1 der Hauptbasisstation
MBS, aber innerhalb des Funkdienstabdeckungsbereichs CA2 der Hybridzwischeneinheit
angeordnet sein, oder sie können
einen nahe gelegenen Hybridzwischeneinheitendienst anfordern, wenn
die Dienstgüte,
die sie von der Hauptbasisstation empfangen, kleiner als der akzeptierte
Pegel ist.
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Die
Hybridzwischeneinheit HIU kann sowohl als eine Teilnehmereinheit
als auch als Basisstation zur gleichen Zeit dienen. Durch Anwenden
des Kommunikationsverfahrens gemäß der Erfindung
stellt die Hybridzwischeneinheit HIU spezielle Zeitrahmenstrukturen
bereit, um die Zeitrahmenstrukturen zu erfüllen, die durch die Hauptbasisstation
MBS rundgesendet werden, und um gleichzeitig seine eigenen abhängigen Teilnehmereinheiten
SU3 und/oder SU4 zu bedienen.
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Im
Folgenden wird der Kommunikationsmechanismus zwischen den Teilnehmereinheiten
und der Hauptbasisstation MBS in einem TDD-Kommunikationssystem
erläutert.
In der Abwärtsstrecke,
z. B. wenn Daten von der Basisstation an einen oder mehr Teilnehmer
zu senden sind, weist ein Ressourcenmanager innerhalb der Hauptbasisstation
MBS eine ausreichende Menge an Übertragungsbandbreite
oder "Zeitfenstern" in der Downstreamrichtung
zu und sendet die Daten an die Teilnehmereinheiten. In der Aufwärtsstrecke,
z. B. wenn Daten von einem oder mehr Teilnehmern an die Hauptbasisstation
MBS zu senden sind, kann der Ressourcenmanager eine feste Menge
der Bandbreite zu vorgegebenen Zeitintervallen an alle Teilnehmereinheiten
in der Zelle zuweisen, oder in Abhängigkeit von der Anzahl der
Teilnehmereinheiten, die senden wollen, und von der Menge der Kommunikationsdaten,
die zu senden sind, kann er einen dynamischen Bandbreiten-Zeitplan
für die
Teilnehmereinheiten zuweisen. Die festen oder dynamischen Zeitfenster-Zeitpläne werden durch
die Basisstation an die Teilnehmereinheiten rundgesendet, sodaß sie wissen,
wann sie die Kommunikationsdaten senden können. Für die Abwärtsstrecken- und Aufwärtsstreckenübertragung,
die Zuweisung der Zeitfenster und Synchronisation der Teilnehmereinheiten
verwendet die Hauptbasisstation MBS sogenannte "Zeitrahmenstrukturen", in der Regel von gleicher Größe.
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2 zeigt
schematisch ein Beispiel einer Zeitrahmenstruktur BST einer Hauptbasisstation
MBS in einem TDD-Kommunikationssystem.
Der Zeitrahmen ist in vier Regionen unterteilt, eine erste Region
T1, die Rahmenstartinformationen bereitstellt, eine zweite Region
T2, die Abwärtsstrecken-
und Aufwärtsstrecken-Zeitfenster-Zuweisungsinformationen
TWI für
die Teilnehmereinheiten bereitstellt, eine dritte Region T3 zum
Empfangen der Teilnehmer-Bandbreitenanforderungen, und eine vierte
Region T4, die für
aktuelle Abwärtsstrecken-/Aufwärtsstrecken-Kommunikationsdatenübertragung
verwendet wird.
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Im
Beispiel von 2 kann der Ressourcenmanager
zum Beispiel ein erstes Zeitfenster W1 für Downlinkübertragung und eine zweites
Zeitfenster Wn für
Uplinkübertragung
für eine
erste Teilnehmereinheit SU1 innerhalb der vierten Zeitrahmenregion
T4 zuweisen. Es ist zu beachten, daß die Zeitfenster-Zuweisungsinformationen
TWI ebenfalls Zuweisungsinformationen für aufeinanderfolgende Hauptbasisstations-Zeitrahmen BST
umfassen können,
sodaß die
Teilnehmereinheiten die Sendedaten im Voraus planen können.
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In
Kenntnis der Hauptbasisstations-Zeitrahmenstruktur BST und der ihnen
zugewiesenen Zeitfenster Wn, wissen die Teilnehmereinheiten exakt,
wann sie Daten von/an die Hauptbasisstation zu empfangen oder zu
senden haben. Der Rest der Zeit, das heißt die Zeit, in der eine Teilnehmereinheit
an die Hauptbasisstation MBS weder senden noch diese hören muß, ist die "freie Zeit" der Kommunikation
der Teilnehmereinheit.
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3 zeigt
ein erstes Beispiel des Verhaltens einer Hybridzwischeneinheit HIU
gemäß der Erfindung durch
eine spezielle Zeitrahmenstruktur HIUT, die die Beziehung mit der
Hauptbasisstations-Zeitrahmenstruktur BST zeitlich abstimmt. 3A zeigt zwei aufeinanderfolgende Hauptbasisstations-Zeitrahmen BSTn und BSTn
+ 1 und 3B zeigt die Zeitregionen
von zwei aufeinanderfolgenden Hybridzwischeneinheiten-Zeitrahmenstrukturen
HIUTm und HIUTm + 1. Es ist zu beachten, daß sich die Länge der
Regionen der in 3 gezeigten Zeitrahmen nicht
skalieren läßt. In Wirklichkeit
sind die Aufwärtsstrecken-/Abwartsstrecken-Datenübertragungsregionen
T4, T4' viel größer als
die organisatorischen Regionen H, H'. Die organisatorischen Regionen H,
H' stellen die ersten
drei Regionen eines Zeitrahmens T1, T2 und T3 dar, wie in 2 gezeigt
ist.
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Gemäß der Erfindung
nutzt die Hybridzwischeneinheit HIU die unbelegte Verbindungszeit
IDa, IDb mit der Hauptbasisstation MBS, um sich wie eine Relaisbasisstation
für eine
oder mehr Teilnehmereinheiten SU3 und/oder SU4 zu verhalten.
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Wenn
die Hauptbasisstation MBS die Zeitfenster-Zuweisungsinformationen TWI im organisatorischen Header
H bereitstellt, hört
die Hybridzwischeneinheit HIU die Informationen (in Region L) und
erhält
Informationen über
das Zeitfenster WHIU (dargestellt durch den Pfeil a in der Figur),
die sie für
diesen und/oder den nächsten
Zeitrahmen als eine Teilnehmereinheit der Hauptbasisstation MBS
zugewiesen hat und berechnet für
ihre freie Zeit IDa, IDb der Verbindung, ihre eigene Planung zum
Bedienen ihrer eigenen lokalen Teilnehmereinheiten z. B. SU3 und/oder
SU4. Sie liefert den Teilnehmereinheiten eigene Zeitfenster-Zuweisungsinformationen
in organisatorischen Regionen H' und
weist eigene Kommunikationsdatenübertragungs-Zeitfenster
Ta, Tb unter Verwendung eines speziellen Hybridzwischeneinheit-Zeitrahmens
HIUT gemäß der Erfindung zu.
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Wie
in 3 dargestellt ist, dient in Regionen H, in denen
die Hauptbasisstation MBS organisatorische Daten bereitstellt, und
in Zeitfenstern WHIU, die der Hybridzwischeneinheit HIU zugewiesen
sind, die Hybrideinheit als eine Teilnehmereinheit der Hauptbasisstation.
Der Rest der Zeit, d. h. die unbelegte Verbindungszeit IDa, IDb,
kann durch die Hybridzwischeneinheit HIU verwendet werden, um als
eine Relaisbasisstation zur Planung und Übertragung von Daten an/von
ihren lokalen Teilnehmereinheiten, z. B. SU3 und/oder SU4, zu dienen.
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Falls
sie als eine Relaisbasisstation dient, kann das Zeitfenster WHIU,
das durch die Hauptbasisstation MBS zugewiesen wurde, insgesamt
oder teilweise durch die Hybridzwischeneinheit HIU zur Übertragung von
Kommunikationsdaten, die von den Teilnehmereinheiten SU3 und/oder
SU4 oder der Hauptbasisstation MBS empfangen wurden, an die Hauptbasisstation
oder an die Teilnehmereinheiten SU3 und/oder beziehungsweise SU4
genutzt wurden.
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4 zeigt
ein zweites Beispiel des Verhaltens einer Hybridzwischeneinheit
HIU gemäß der Erfindung durch
eine spezielle Zeitrahmenstruktur HIUT, die die Beziehung mit der
Hauptbasisstations-Zeitrahmenstruktur BST zeitlich abstimmt. 4A zeigt einen Hauptbasisstations-Zeitrahmen
BSTn und 4B zeigt die Zeitregionen
von zwei aufeinanderfolgenden Hybridzwischeneinheiten-Zeitrahmenstrukturen
HIUTm und HIUTm + 1. Es ist zu beachten, daß sich die Länge der
Regionen der in 4 gezeigten Zeitrahmen nicht
skalieren läßt. In Wirklichkeit
sind die Aufwärtsstrecken-/Abwärtsstrecken-Datenübertragungsregionen
T4, T4' viel größer. Die
organisatorischen Regionen H, H' stellen
die ersten drei Regionen eines Zeitrahmens T1, T2 und T3 dar, wie
in 2 gezeigt ist.
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Ähnlich dem
in 3 gezeigten Szenario, wenn die Hauptbasisstation
MBS Zeitfenster-Zuweisungsinformationen TWI in der organisatorischen
Headerregion H bereitstellt, hört
die Hybridzwischeneinheit HIU diese Informationen (in Region L)
und erhält
Informationen über
das Zeitfenster WHIU (angegeben durch den Pfeil a in der Figur),
die sie für
diesen und/oder den nächsten
Zeitrahmen zugewiesen hat, als eine Teilnehmereinheit der Hauptbasisstation
MBS, und berechnet für
ihre freie Zeit IDa, IDb der Verbindung ihre eigene Planung zum
Bedienen ihrer eigenen lokalen Teilnehmereinheiten. Sie liefert
den Teilnehmereinheiten eigene Zeitfenster-Zuweisungsinformationen in organisatorischen
Regionen H' und
weist eigene Kommunikationsdatenübertragungs-Zeitfenster
Ta, Tb und Tc unter Verwendung eines speziellen Hybridzwischeneinheits-Zeitrahmens
HIUT gemäß der Erfindung
zu.
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Wie
in 4 dargestellt ist, dient in der Region H, in der
die Hauptbasisstation MBS organisatorische Daten bereitstellt, und
in dem Zeitfenster WHIU, das der Hybridzwischeneinheit HIU zugewiesen
wurde, die Hybrideinheit als eine Teilnehmereinheit der Hauptbasisstation.
Der Rest der Zeit, die unbelegte Verbindungszeit IDa, IDb, kann
durch die Hybridzwischeneinheit HIU verwendet werden, um als eine
Relaisbasisstation zur Planung und Übertragung der Daten an/von
ihren lokalen Teilnehmereinheiten zu dienen.
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Im
Beispiel von 4 ist der Hauptbasisstations-Zeitrahmen
BSTn länger,
z. B. zwei- oder dreimal, als der Zeitrahmen der Hybridzwischeneinheit
HIUT. Da die Hauptbasisstation das Zeitfenster WHIU für die Hybridzwischeneinheit
am Endteil der Region T4 zuweist, hat die Hybridzwischeneinheit
Zeit genug, um einen ganzen Zeitrahmen HIUTm zur Kommunikation mit
ihren eigenen lokalen Teilnehmereinheiten zu verwenden, bevor sie
als Teilnehmerstation (als ein Slave) für die Hauptbasisstation zu
dienen hat.
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Es
ist zu beachten, daß im
Beispiele von 3 und 4 gemäß der Erfindung
angenommen wird, daß die
Hybridzwischeneinheit nur einige Teilnehmereinheiten bedient, die
außerhalb
der Reichweite der Hauptbasisstation MBS sind. Die Hybridzwischeneinheit
ist nicht entwickelt, um eine Basisstation zu ersetzen. In Fällen, in
denen die Anzahl der zu bedienenden Teilnehmer die Kommunikationskapazität der Hybridteilnehmereinheit übersteigt,
ist die Installation einer neuen Hauptbasisstation begründet.
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Die
Hybridzwischeneinheit HIU könnte
ebenfalls als ein Slave dienen, das heißt, als eine Teilnehmereinheit
von zwei Hauptbasisstationen dienen, vorausgesetzt, daß die Rahmenstartpunkte
der zwei Hauptbasisstationen auf eine geeignete Weise synchronisiert
sind. Zu diesem Zweck würde
die Hybridzwischeneinheit eine Zeitfensterzuweisung von jeder Hauptbasisstation
empfangen und könnte Kommunikationsdateninformationen
an/von einer oder mehr Teilnehmereinheiten von/an eine oder die
andere Hauptbasisstation weiterleiten. Die Hybridzwischenteilnehmereinheit
könnte
zum Beispiel entscheiden, die Verbindung zu einer Hauptbasisstation
aufzubauen, die bessere Kommunikationsgüte oder mit weniger Kommunikationsverkehrslast
darstellt.
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Es
ist ebenfalls möglich,
einen Handover-Mechanismus zu aktivieren, in den eine Hybridzwischeneinheit
direkt mit einer anderen Hybridzwischeneinheit verbunden wird, um
anstehende Daten zu übertragen,
die an eine Zielteilnehmerstation zu senden sind, falls sich die
Zielteilnehmerstation aus der Reichweite der ursprünglich bedienenden
Hybridzwischeneinheit bewegt. Der neue Hybrid dazwischen, der die
anstehenden Daten empfängt,
wird die Weitersendung der Kommunikation zwischen der lokalen Zielteilnehmerstation
und der Hauptbasisstation übernehmen.
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Die
Hybridzwischeneinheit umfaßt
eine Antenne, die sowohl ihre lokalen Teilnehmereinheiten als auch die
Hauptbasisstation abdecken kann. Um Störung zu vermeiden, kann die
Hybridzwischeneinheit mit weniger Leistung als die Hauptbasisstation
senden oder eine Null in ihrem Antennendiagramm in der Richtung
der Hauptbasisstation platzieren oder mit einem verschiedenen Frequenzkanal
arbeiten.
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Obgleich
die Erfindung für
ein Funkkommunikationssystem mit TDD-Betriebsmodus beschrieben worden
ist, gelten die Prinzipien der Erfindung ebenfalls für andere
Funkzugangstechniken, die zentrale Ressourcenzuteilung verwenden
und die Teilnehmer im Voraus über
Empfangs- und Sendezeitfenster informieren, die sie zu verwenden
haben. Zum Beispiel kann die Erfindung ebenfalls auf Funkkommunikationssysteme
mit FDD-Betriebsmodus angewendet werden.
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Es
ist ebenfalls zu verstehen, daß die
Mittel, um das Verfahren oder bestimmte Schritte des Verfahrens zur
Erweiterung der Dienstabdeckung einer Basisstation auszuführen, die
hierin beschrieben sind, in Hardware- oder Softwareform innerhalb
der Hybridzwischeneinheit implementiert sein können.
| Bezugszeichen | Englisch | Deutsch |
| | Figure
1 | Fig.
1 |
| | Figure
2 | Fig.
2 |
| | Figure
3 | Fig.
3 |
| | Figure
4 | Fig.
4 |