-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Diese
Erfindung betrifft allgemein zellulare Handapparat-Transceiver und
insbesondere ein zellulares Handapparat-Transceiversystem, das dafür ausgelegt
ist, den Leistungsverbrauch in Ausbreitungssituationen zu minimieren,
welche die Kapazität des
Basisstations-/Mobilstationssystems übersteigen.
-
2. Beschreibung des Stands
der Technik
-
CDMA-Handapparat-Leistungsverstärkerausgabe-Wahrscheinlichkeitsverteilungen
(gemessen und simuliert) für
Zellularsysteme zeigen eine nicht Gaußsche Wirkung bei der maximalen
Ausgangsleistung. 1 zeigt beispielsweise eine
gemessene Abhängigkeit
der Wahrscheinlichkeit von der Ausgangsleistung (Pout), die an eine
Normalverteilung bei denselben Pout-Punkten für einen IS-95-CDMA-Handapparat-Leistungsverstärker angepasst
ist, wie von J. Sevic, The Time Domain and Power Amplifier Linearity
and Efficiency, Proc. Advancing the Frontiers of Microwave Radio,
MTT Short Course, April 1998, vorgestellt wurde. Es ist ersichtlich,
dass eine 6-%-Spitze bei der maximalen Ausgangsleistung (25 dBm)
auftritt. 2 zeigt eine simulierte Verteilungsfunktion
der Ausgangsleistung in einem WCDMA-System, worin ein Nokia®-Handapparat
verwendet wird, wie von H. Lilja, H. Mattila, WCDMA Power Amplifier
Requirements and Efficiency Optimization Criteria, IEEE Microwave
Theory and Techniques Symposium (MTT-S), THF4-2, 1999, vorgestellt wurde.
Es ist ersichtlich, dass eine 50-%-Spitze bei der maximalen Ausgangsleistung
auftritt. Diese Leistungspegel werden von der Basisstation vorgeschrieben
und sind eine Funktion des Signal-Rausch-Pegels am Empfänger der
Basisstation. Die 1 und 2 zeigen,
dass die Kurve bei einer hohen Leistung nicht symmetrisch ist und
bei der höchsten
Ausgangsleistung eine ausgeprägte
Spitze aufweist, an der die meiste Batterieleistung verbraucht wird.
-
Angesichts
des vorstehend Erwähnten
besteht ein Bedarf an einem Schema zum Begrenzen der Ausgangsleistung
eines mobilen Senders in Situationen einer schlechten Ausbreitung,
um die Verschwendung von RF- und DC-Leistung zu vermeiden.
-
In
der europäischen
Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
0946070 ist in der Beschreibung des Stands der Technik ein Verfahren zum
Erhöhen
einer Aufwärtsverbindungskapazität in einem
Zellularsystem durch Steuern der Sendeleistung in dem Zellularsystem
und der Basisstationsvorrichtung erörtert. Die empfangene Leistung
(gewünschte
Leistung) eines Signals in einer bestimmten Verbindung wirkt als
Interferenzleistung, die andere Verbindungen stört. Bei dem beschriebenen Prozess
wird die gewünschte
Leistung von einer Mobilstation durch die Basisstation gemessen
und mit einem Steuerzielpegel verglichen. Abhängig davon, ob der gemessene
Pegel der gewünschten
Leistung größer oder
kleiner ist als der Steuerzielpegel, sendet die Basisstation einen
Befehl zum Verringern oder Erhöhen
der Sendeleistung zur Mobilstation.
-
US-B-62195401
betrifft Funkrufempfänger und
beschreibt eine Anordnung, wodurch ansprechend auf eine Außerreichweitenangabe
zwei Zeitgeber gestartet werden, nämlich ein Außerreichweite-(OOR)-Zeitgeber
mit einer Dauer von einigen Minuten und ein Zeitgeber für ein automatisches
Ausschalten (ASO) mit einer Dauer in der Größenordnung einiger Stunden.
Die Anordnung hat vor jedem Leistungsabschalten eine so lange ASO-Zeitabschaltung,
um explizit das Ausschalten der Leistung zu vermeiden, wenn sich
die Mobilstation vorübergehend
außer
Reichweite befindet.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum
Verbessern der Wirksamkeit und der Leistungssteuerung eines Handapparats
eines Zellular-Handapparat-Transceiversystems. Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Verfahren zur Sendeleistungssteuerung für eine Mobilstation
bei einer Zweiwegekommunikation über
einen drahtlosen Kanal mit einer Basisstation des Typs vorgesehen, der
Sendeleistungs-Steuerbefehle zur Mobilstation sendet, gekennzeichnet
durch die folgenden Schritte: Überwachen
von der Basisstation empfangener Datensignale in der Mobilstation
und Deaktivieren des Sendens von der Mobilstation, wenn die empfangenen Datensignale
angeben, dass sich die Mobilstation in einem Schatten der Basisstation
befindet.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird Wissen über das Empfangs-Signal-Rausch-Verhältnis (SNR)
der Mobilstation verwendet, um den Sender der Mobilstation zu deaktivieren
und ein unnötiges
Aufwenden von Batterieleistung zu verhindern. Wenn das Empfangs-Signal-Rausch-Verhältnis der
Mobilstation unter einen festgelegten Schwellenwert abfällt, ist
es nicht sinnvoll, das Senden von der Mobilstation fortzusetzen,
weil sich der Handapparat in einem Ausbreitungsschatten befindet
und nicht in der Lage ist, mit der Basisstation zu kommunizieren.
Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung verlängert ein Verfahren zum Betreiben
eines Basisstations-/Mobilstationssystems die Sprechzeit eines CDMA-Handapparats
um etwa 5 % bis 15 %.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
weisen der Empfänger
der Mobilstation und Berechnungsalgorithmen den Sender der Mobilstation
an, in den Bereitschaftszustand (Leistung) einzutreten, bis wieder ein
verwendbares Empfangssignal erfasst wird. An diesem Punkt wird die
Leistung des mobilen Senders rampenförmig bis auf die frühere Leistung
erhöht.
-
Gemäß einer
anderen Ausführungsform kehrt
der Sender der Mobilstation nicht rampenförmig bis zu seinem Bereitschaftsmodus
zurück
(d.h. den Ausschaltzustand), sondern stattdessen zu einem mittleren
Sendeleistungszustand, der während
eines früheren
Zeitraums verwendet wurde, beispielsweise bis zu demjenigen, der
ausreichend war, um die Verbindung bis zum Schwundpunkt aufrechtzuerhalten.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
-
Andere
Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
leicht verständlich werden,
wenn die Erfindung anhand der folgenden detaillierten Beschreibung
in Zusammenhang mit der anliegenden Zeichnung, worin gleiche Bezugszahlen in
den verschiedenen Figuren gleiche Teile bezeichnen, besser verständlich wird,
wobei
-
1 eine
gemessene Abhängigkeit
der Wahrscheinlichkeit von der Ausgangsleistung zeigt, die an eine
Normalverteilung an den gemessenen Pout-Punkten für einen IS-95-CDMA-Handapparat-Leistungsverstärker angepasst
ist,
-
2 eine
simulierte Verteilungsfunktion der Ausgangsleistung in einem WCDMA-System zeigt,
worin ein Nokia®-Handapparat-Leistungsverstärker verwendet
wird,
-
3 eine
Darstellung eines Empfangs-Signal-Rausch-Verhältnisses der Basisstation und
eines Sendeleistungspegels der Mobilstation zeigt,
-
4 eine
Darstellung eines Empfangs-Signal-Rausch-Verhältnisses einer Mobilstation,
eines dem Sender der Mobilstation zugeordneten ursprünglichen
Sendeleistungsspektrums und eines dem Sender der Mobilstation zugeordneten
verbesserten Sendeleistungsspektrums zeigt,
-
die 5–8 Diagramme
von Zellular-Handapparat-Transceiversystemen für einen minimalen Leistungsverbrauch
gemäß verschiedenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind, und
-
9 ein
Diagramm ist, in dem die Kommunikation zwischen einer Basisstation
und einem mobilen Handapparat über
einen Reflexionsweg dargestellt ist.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Die
vorliegende Erfindung lässt
sich am besten verstehen, indem zuerst eine Erörterung einer gemessenen und
simulierten CDMA-Leistungsverstärkerausgabe-Wahrscheinlichkeitsverteilung
mit Bezug auf die 1 und 2 rekapituliert
wird. Wie zuvor erwähnt
wurde, zeigen CDMA-Leistungsverstärkerausgabe-Wahrscheinlichkeitsverteilungen (gemessen
und simuliert) für
Zellularsysteme bei der maximalen Ausgangsleistung eine nicht Gaußsche Wirkung.
Im Allgemeinen ist die Ausgangsleistung einer Mobilstation proportional
zum Ausbreitungsverlust von der Mobilstation zur Basisstation. Weil
sich die Mobilstation zufällig
durch die kreisförmigen
Zellen bewegt, würde
eine Gaußsche
Verteilung (Normalverteilung) des Ausbreitungsverlusts und daher der übertragenen
Leistung der Mobilstation erwartet werden. 1 ist beispielsweise
eine Graphik, die die gemessene Wahrscheinlichkeit einer gegebenen Leistungsausgabe
zeigt, welche an eine Normalverteilung an den gemessenen Pout-Punkten
für einen IS-95-CDMA-Handapparat-Leistungsverstärker angepasst
ist. Es ist ersichtlich, dass bei der maximalen Ausgangsleistung
eine 6-%-Spitze auftritt. 2 zeigt
eine simulierte Verteilungsfunktion der Ausgangsleistung in einem
WCDMA-System, in dem ein Nokia®-Handapparat-Leistungsverstärker verwendet wird.
Es ist ersichtlich, dass bei der maximalen Ausgangsleistung eine
50-%-Spitze auftritt. Diese Leistungspegel werden von der Basisstation
vorgeschrieben und sind eine Funktion des am Basisstationsempfänger gemessenen
Signal-Rausch-Pegels. Die 1 und 2 zeigen,
dass bei einer hohen Leistung die Kurve nicht symmetrisch ist und
bei der höchsten
Leistungsausgabe, wo die meiste Batterieleistung verbraucht wird,
eine ausgeprägte
Spitze aufweist.
-
Die
vorliegende Erfindung, die ein Ungleichgewicht zwischen den Übertragungsleistungspegeln (effektiven
Abstrahlungspegeln) zwischen der Mobilstation und der Basisstation
ausnutzt, wie hier mit Bezug auf die 3 und 4 beschrieben
wird, richtet sich auf ein Schema zum Begrenzen der Ausgabe des
mobilen Senders in Situationen einer schlechten Ausbreitung, um
eine Verschwendung von RF- und DC-Leistung zu vermeiden. Es kann
verstanden werden, dass der Sender der Basisstation mehrere Größenordnungen
stärker
ist als derjenige der Mobilstation. Das Empfangs-Signal-Rausch-Verhältnis der Mobilstation ist
daher (im Durchschnitt) viel besser als das Signal-Rausch-Verhältnis der
Basisstation. 3 zeigt beispielsweise eine
Darstellung des Empfangs-Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR) 10 der
Basisstation und einen Sendeleistungspegel 12 der Mobilstation.
Wenn die Mobilstation in einen Schwundbereich einzutreten beginnt
(d.h. wenn sie sich entlang einem Weg a-b-c, wie in 9 dargestellt
ist, von einem Punkt "a" zu einem Punkt "b" bewegt), fällt das Empfangs-Signal-Rausch-Verhältnis 10 an
der Basisstation. Die Basisstation versucht, ein konstantes Signal-Rausch-Verhältnis aufrechtzuerhalten,
indem sie den Sender der Mobilstation anweist, seinen Leistungspegel 12 mit
einem konstanten Inkrement zu erhöhen (d.h. in 1-dB-Schritten gemäß IS-95).
Wenn das Empfangs-Signal-Rausch-Verhältnis 10 an der Basisstation
unter der Verwendbarkeitsschwelle (Bereich b) liegt, ist eine Kommunikation
nicht möglich,
und die Mobilstation sendet (unnötig)
bei ihrem vollen Leistungspegel 12. Die Basisstation hält den mobilen
Sender auf seinem vollen Leistungspegel 12, bis sich das
Empfangs-Signal-Rausch-Verhältnis 10 der
Basisstation verbessert, wie im Bereich c ersichtlich ist. Das Verweilen
bei der vollen Leistung ist in diesem Fall die Ursache der in den 1 und 2 dargestellten Spitzen.
-
In
Anbetracht des vorstehend Erwähnten wird
nun eine Technik zum Verbessern der Wirksamkeit und der Leistungssteuerung
für einen
Handapparat gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 4 dargelegt,
wobei es sich um eine Graphik handelt, die eine Darstellung des
Empfänger-Signal-Rausch-Verhältnisses 14 einer
Mobilstation, ein ursprüngliches
Sendeleistungsspektrum 16, das dem Sender der Mobilstation
zugeordnet ist, und ein verbessertes Sendeleistungsspektrum 18,
das dem Sender der Mobilstation zugeordnet ist, zeigt. Zusätzlich zu
einem herkömmlichen
mit einem geschlossenen Regelkreis arbeitenden (Empfangen der Basisstation
und Senden der Mobilstation) Leistungssteueralgorithmus wird Wissen über das
Empfangs-Signal-Rausch-Verhältnis 14 der
Mobilstation verwendet, um den Sender der Mobilstation zu deaktivieren
und ein sinnloses Aufwenden von Batterieleistung zu verhindern.
Wenn das Empfangs-Signal-Rausch-Verhältnis 14 der
Mobilstation unter einen festgelegten Schwellenwert fällt (Bereich b
in 4), ist es sinnlos, weiter von der Mobilstation zu
senden, weil sich der Handapparat in einem Ausbreitungsschatten
befindet und nicht in der Lage ist, mit der Basisstation zu kommunizieren.
Selbst ein Reflexionsweg 20, wie er in 9 dargestellt
ist, ist für
die Kommunikation unzureichend. Der Empfänger und die Berechnungsalgorithmen
der Mobilstation weisen den Sender der Mobilstation dann an, in
seinen Bereitschaftsleistungszustand einzutreten, bis wieder ein
verwendbares Empfangssignal erfasst wird, wie im Bereich c aus 4 ersichtlich
ist. Wenn ein verwendbares Empfangssignal erfasst wird, wie im Bereich
c ersichtlich ist, wird das Sendesignal der Mobilstation rampenförmig bis
auf seinen vorhergehenden Leistungspegel erhöht.
-
Die
vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und
es kann beispielsweise verstanden werden, dass der Sender nicht
rampenförmig
zu seinem Bereitschaftszustand (d.h. Ausschaltzustand) zurückkehren
muss, sondern vielmehr zu einem Zustand mittlerer Sendeleistung,
der anhand eines vorhergehenden Zeitraums bestimmt wurde. Diese
Leistung könnte beispielsweise
jene sein, die ausreichte, um die Verbindung bis zu einem Schwund
aufrechtzuerhalten. Diese Funktionalität kann auch als AGC mit langsamem
Lösen für den Sender
der Mobilstation wirken. Dies würde
einer AGC mit einem schnellen Ansprechen und einem langsamen Lösen für die Sendeleistung
entsprechen, die als Reaktion auf das Empfangs-Signal-Rausch-Verhältnis 14 der
Mobilstation implementiert ist, wie zuvor erörtert wurde.
-
Es
wird verständlich
sein, dass es viele Verfahren geben kann, um eine Situation zu bestimmen, in
der sich die Mobilstation in einem Schatten der gewünschten
Basisstation befindet. Bei einem Verfahren wird das Empfangs-Signal-Rausch-Verhältnis 14 der
Mobilstation verwendet, wie zuvor erörtert wurde. Bei einem anderen
Verfahren kann der Verlust eines Rake-Fingers der primären Basisstation
analysiert werden. Bei einem weiteren Verfahren kann eine abrupte Änderung
der Verzögerung
des empfangenen Signals in Bezug auf andere benachbarte Basisstationen überwacht
werden. Jedes dieser Verfahren kann alleine oder in Kombination
eine Schattenbedingung definieren. Es ist jedoch leicht verständlich, dass
die vorliegende Erfindung in Zusammenhang mit beliebigen Techniken
funktioniert, die geeignet sind, um eine Schattenbedingung zu definieren.
-
Es
wird auch verständlich
sein, dass die Situation, in der die Mobilstation abgeschattet wird,
auch auftreten kann, ohne dass der Handapparat die volle Ausgangsleistung
erreicht. In einem solchen Fall weist der Computer der Mobilstation
den Sender der Mobilstation an, in einen Bereitschaftszustand einzutreten.
Wenn der Handapparat aus dem Schattenbereich herausbewegt wird,
wird der mobile Sender wieder durch den mobilen Computer angewiesen,
die zuvor ausgesendete Kommunikationsleistung abzurufen. Ein langsamer
Lösemodus
kann als Alternative zu einem vollständigen Herunterfahren aufgerufen werden.
In jedem Fall muss die Aktivität
des rampenförmigen Änderns des
mobilen Senders im Allgemeinen innerhalb einer Leistungs-Zeit-Spezifikation (d.h. einer
Maske) abfallen, die problematisch sein kann, weil das rampenförmige Ändern zusätzliches
spektrales Rauschen erzeugt. Die 5–8 sind
Diagramme, in denen zelluläre
Handapparat-Transceiversysteme für
einen minimalen Leistungsverbrauch gemäß verschiedenen Ausführungsformen
der vorstehend erörterten
vorliegenden Erfindung dargestellt sind.
-
Angesichts
des vorstehend Erwähnten
ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung auf dem Gebiet der
Kommunikation zwischen einer Basisstation und einem Mobilstationssystem
einen erheblichen Fortschritt darstellt, der darin besteht, dass
die Sprechzeit eines CDMA-Handapparats verlängert wird. Weiterhin wurde
diese Erfindung in erheblichen Einzelheiten beschrieben, um Fachleuten
auf dem Gebiet der Datenkommunikation die Informationen zur Verfügung zu
stellen, die sie benötigen,
um die neuen Prinzipien anzuwenden und erforderliche spezialisierte
Bauteile zu konstruieren und zu verwenden. Anhand der vorstehenden
Beschreibungen sollte es offensichtlich sein, dass die vorliegende
Erfindung in Bezug auf die Konstruktion und den Betrieb erheblich
vom Stand der Technik abweicht. Wenngleich bestimmte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung hier detailliert beschrieben worden sind,
ist zu verstehen, dass verschiedene Abänderungen, Modifikationen und
Ersetzungen daran vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang
der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der in den folgenden Ansprüchen definiert
ist.