DE69133467T2 - Adaptive Leistungssteuerung für einen Spreizspektrumsender - Google Patents
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Description
- Diese Erfindung betrifft eine Mobile Station zur Verwendung in einem eine Spreizspektrummodulation verwendenden zellularen Kommunikationsnetz, bei dem die mobile Station einen Sender und eine zugeordnete Antenne zum Senden von Spreizspektrumssignalen an eine Basisstation aufweist, wobei die mobile Station eine adaptive Leistungssteuerung aufweist.
- Ein Spreizspektrumsignal wird typischerweise durch Modulieren eines Informations-Datensignals mit einem Chipcodesignal erzeug. Das Informations-Datensignal kann von einer Datenvorrichtung, wie z.B., einem Computer, oder einer analogen Vorrichtung kommen, die ein analoges Signal ausgibt, welches zu einem Informations-Datensignal digitalisiert wurde, wie z.B. Sprache oder Video. Das Chipcodesignal wird von einem Chipcode erzeugt, bei welchem die Zeitdauer Tc jedes Chip deutlich geringer ist als ein Datenbit oder Datensymbol.
- Das Spreizspektrum bietet eine Einrichtung zur Kommunikation, bei der ein Spreizspektrumsignal eine Bandbreite einnimmt, die größer ist als die Mindestbandbreite, die zum Senden derselben Information erforderlich ist. Die Bandspreizung wird unter Verwendung eines Chipcodes erreicht, der von einem Informations-Datensignal unabhängig ist. Ein synchronisierter Empfang mit dem Chipcode an einem Empfänger wird zum Entspreizen des Spreizspektrumsignals und zur nachfolgenden Rückgewinnung der Daten aus dem Spreizspektrumsignal verwendet.
- Die Spreizspektrum-Modulation bietet viele Vorteile als ein Kommunikationssystem für ein Büro oder in städtischer Umgebung. Diese Vorteile schließen die Reduzierung von beabsichtigten und nicht beabsichtigten Störungen, die Bekämpfung von Mehrwegproblemen und das Schaffen von mehrfachem Zugriff zu einem Kommunikationssystem, das von mehreren Benutzern geteilt wird, ein. In der gewerblichen Anwendung schließen diese Anwendungen lokale Netzwerke für Computer und persönliche Kommunikationsnetzwerke für Telefon sowie weitere Datenanwendungen ein, ohne jedoch darauf eingeschränkt zu sein.
- Ein zellulares Kommunikationsnetzwerk, das die Spreizspektrum-Modulation zur Kommunikation zwischen einer Basisstation und einer Vielzahl von Benutzern verwendet, erfordert die Steuerung des Leistungspegels einer bestimmten Benutzermobilstation. Innerhalb einer bestimmten Zelle kann eine Mobilstation nahe der Basisstation der Zelle mit einem Leistungspegel senden müssen, der niedriger ist als dann, wenn die Mobilstation nahe einem äußeren Rand der Zelle ist. Dies wird durchgeführt, um einen konstanten Leistungspegel, der von jeder Mobilstation empfangen wird, an der Basisstation sicherzustellen. Ein repräsentatives Leistungspegelsteuersystem, das so ausgelegt ist, dass es die Leistungssteuererfordernisse innerhalb einer bestimmten Zelle erfüllt, ist das in einem wissenschaftlichen Dokument von R. F. Ormondroyd mit dem Titel "Power Control for Spread-Spectrum Systems", Seite 109 bis 115 der Proceedings of the Conference on Communications Equipment, and Systems vom 20. bis 22. April 1982 in Birmingham, U.K. erörterte. Das Ormondroyd-System ist ein System mit geschlossenem Regelkreis, das eine Rückkopplung erfordert, wobei nämlich der Leistungspegel einer Sendung einer Mobileinheit an der Basisstation gemessen wird und ansprechend auf diese Messung die Basisstation eine Steigerung oder Verminderung der Senderleistung der Mobileinheit anweist. Um ein derartiges System in einer störungsbehafteten Umgebung zu verwirklichen, kann ein Frequenzsprungverfahren verwendet werden, wie ein Artikel von Munday and Pinches mit dem Titel "Jaguar-V Frequency-Hopping Radio System", IEE Proceedings, Band 129, Tell F, Nr. 3 (Juni 1982) lehrt. Eine andere, ähnlicher Radio Sende-Empfänger mit einer Kontrolleinheit wird im Dokument EP-A-0 392 079 (Mitsubischi), 17. Oktober 1990 offen gelegt.
- In einem ersten geographischen Bereich, wie etwa einer städtischen Umgebung, kann die zellulare Architektur innerhalb des ersten geographischen Bereichs kleine Zellen haben, die nahe aneinander liegen, was einen niedrigen Leistungspegel von jedem Mobilbenutzer erfordert. In einem zweiten geographischen Bereich, wie z.B. einer ländlichen Umgebung, kann die zellulare Architektur in dem Bereich große Zellen haben, die ausgedehnt sind, was von jedem Mobilbenutzer einen relativ hohen Leistungspegel erfordert. Ein Mobilbenutzer, der sich von einem ersten geographischen Bereich in den zweiten geographischen Bereich bewegt, muss den Leistungspegel seines Senders einstellen, um den Erfordernissen eines bestimmten geographischen Bereichs gerecht zu werden. Andernfalls kann dann, wenn der Mobilbenutzer von einem gering bevölkerten Bereich mit wenigen ausgedehnten Zellen, in dem ein relativ hoher Leistungspegel verwendet wird, mit seinem Spreizspektrum-Sender in einen dicht bevölkerten Bereich mit vielen Zellen reist, ohne den Leistungspegel seines Spreizspektrum-Senders zu verringern, sein Spreizspektrum-Sender eine unerwünschte Störung innerhalb der Zelle, in der er sich befindet, und/oder in benachbarten Zellen verursachen.
- Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung nach Anspruch 1 zu schaffen.
- Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Unteransprüchen wieder gegeben.
- Die beiliegenden Zeichnungen, die in die Beschreibung eingeschlossen sind und einen Teil derselben bilden, zeigen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.
-
1 zeigt einen Empfänger und einen Sender mit adaptiver Leistungssteuerung gemäß vorliegender Erfindung; -
2 zeigt einen Empfänger und einen Sender mit adaptiver Leistungssteuerung gemäß vorliegender Erfindung; -
3 zeigt den relativen Effekt einer Vielzahl von Benutzern, die mit Spreizspektrum in einer zellularen Umgebung mit und ohne Verwendung von adaptiver Leistungssteuerung kommunizieren; und -
4 ist ein Flußdiagramm des Verfahrens gemäß vorliegender Erfindung. - Nachfolgend wird im Detail auf die vorliegenden bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, für welche Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt sind, wobei gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten gleiche Elemente bezeichnen.
- Die vorliegende Erfindung geht davon aus, dass eine Vielzahl von Mobilstationen in einem zellularen Kommunikationsnetzwerk unter Verwendung von Spreizspektrum-Modulation arbeiten. Das zellulare Kommunikationsnetzwerk hat eine Vielzahl von geographischen Bereichen mit einer Vielzahl von Zellen innerhalb eines geographischen Bereichs. Die Größe der Zellen in einem ersten geographischen Bereich kann von der Größe der Zellen in einem zweiten geographischen Bereich verschieden sein. In einem ersten geographischen Bereich, wie etwa einer städtischen Umgebung, kann eine zellulare Architektur in dem Bereich kleine Zellen haben, die nahe aneinander liegen. In einem zweiten geographischen Bereich, wie etwa einer ländlichen Umgebung, kann eine zellulare Architektur innerhalb des Bereichs große Zellen haben, die auseinandergezogen sind.
- Es kann erforderlich sein, dass eine Mobilstation, während sie in einem ersten geographischen Bereich ist, einen niedrigeren Leistungspegel sendet als dann, wenn sie in einem zweiten geographischen Bereich ist. Dieses Erfordernis kann durch einen verminderten Abstand der Mobilstation von der Basisstation bedingt sein. Innerhalb einer bestimmten Zelle kann es erforderlich sein, dass eine Mobilstation nahe der Basisstation der Zelle mit einem Leistungspegel sendet, der niedriger ist als derjenige in dem Fall, wenn die Mobilstation nahe einem äußeren Randbereich der Zelle ist. Dies wird durchgeführt, um an der Basisstation einen konstanten Leistungspegel, der von jeder Mobilstation empfangen wird, sicherzustellen.
- In der vorliegenden Erfindung sendet eine Basisstation innerhalb einer bestimmten Zelle ein herstellerkompatibles Spreizspektrumsignal und ein APC-Datensignal. Das APC-Datensignal kann mit dem oder getrennt von dem herstellerkompatiblen Spreizspektrumsignal gesendet werden. Beispielsweise kann ein Spreizspektrumsignal, das ein erstes Chipcodewort verwendet, als ein erster Kanal betrachtet werden, der das herstellerkompatible Spreizspektrumsignal hat, und ein Spreizspektrumsignal, das ein zweites Chipcodewort verwendet, kann als ein zweiter Kanal betrachtet werden. Das APC-Datensignal kann in demselben Kanal, das heißt dem ersten Kanal, wie das herstellerkompatible Spreizspektrumsignal gesendet werden, oder in einem zweiten Kanal, der von dem herstellerkompatiblen Spreizspektrumsignal verschieden ist.
- In der in
1 gezeigten beispielhaften Anordnung ist eine Vorrichtung zur adaptiven Leistungssteuerung eines Spreizspektrum-Senders vorgesehen. Jede Mobilstation enthält eine Akquisitionseinrichtung, eine Detektoreinrichtung, eine Decodereinrichtung, eine Differenzeinrichtung, eine Sendereinrichtung, eine Antenne und eine Einrichtung mit variabler Verstärkung. Die Vorrichtung kann als Beispiel die Akquisitionseinrichtung als eine erste Produkteinrichtung101 , einen Chipcode-Erzeuger102 und ein Bandpaßfilter103 ausgeführt haben. Die Detektoreinrichtung kann als ein Hüllkurvendetektor104 ausgeführt sein. Andere Arten von Detektoren können mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wie z.B. quadratische Detektoren oder kohärente Detektoren, wie nach dem Stand der Technik bekannt ist. Die Decodereinrichtung kann als Decoder105 ausgeführt sein. Die Differenzeinrichtung kann als Differentialverstärker106 , die Sendereinrichtung als Sender112 und die Einrichtung mit variabler Verstärkung als Einrichtung111 mit variabler Verstärkung ausgeführt sein. Die Einrichtung111 mit variabler Verstärkung kann ein Verstärker mit variabler Verstärkung, eine Dämpfungseinrichtung mit variabler Verstärkung oder eine Einrichtung sein, die dieselbe Funktion wie die Einrichtung111 mit variabler Verstärkung und wie hierin beschrieben durchführt. - Die erste Produkteinrichtung
101 ist mit dem ersten Chipcode-Erzeuger102 und mit dem Bandpaßfilter103 gekoppelt. Der Hüllkurvendetektor104 ist zwischen den Bandpaßfilter103 und den Differentialverstärker106 geschaltet. Der Decoder105 ist zwischen den Bandpaßfilter103 und den Differentialverstärker106 geschaltet. Der Decoder105 kann alternativ mit dem Ausgang des Hüllkurvendetektors104 gekoppelt sein. Die Vorrichtung111 mit variabler Verstärkung ist mit dem Differentialverstärker106 gekoppelt und zwischen den Sender112 und die Antenne geschaltet. - Der Decoder
105 kann, wie in2 erläuternd dargestellt, alternativ zwischen einen zweiten Bandpaßfliter203 und den Differentialverstärker106 geschaltet sein. In dieser speziellen Ausführungsform ist der zweite Bandpaßfliter203 mit einer zweiten Produkteinrichtung201 gekoppelt. Die zweite Produkteinrichtung201 ist mit einem zweiten Chipcode-Erzeuger202 verbunden. Die Ausführungsform von2 könnte verwendet werden, wenn das APC-Datensignal über den zweiten Kanal gleichzeitig gesendet wird, während das herstellerkompatible Spreizspektrumsignal über den ersten Kanal gesendet wird. Der zweite Kanal verwendet ein Spreizspektrum-Signal mit einem zweiten Chipcodewort und der zweite Chipcode-Erzeuger202 erzeugt ein zweites Chipcodesignal unter Verwendung des zweiten Chipcodewortes. - Die Produkteinrichtung
101 in1 oder2 , die ein erstes Chipcodesignal von dem ersten Chipcode-Erzeuger102 verwendet, erfasst das von der Basisstation gesendete herstellerkompatible Spreizspektrumsignal. Das erste Chipcodesignal hat dasselbe Chipcodewort wie das herstellerkompatible Spreizspektrumsignal. Der Hüllkurvendetektor104 erfasst einen empfangenen Leistungspegel des herstellerkompatiblen Spreizspektrumsignals. Der empfangene Leistungspegel kann an dem Detektor gemessen werden. - Der Decoder
105 decodiert das APC-Datensignal von dem herstellerkompatiblen Spreizspektrumsignal als einen Schwellenwert. Genauer ausgedrückt werden Daten, die den Schwellenwert für den Differentialverstärker106 festlegen oder einstellen, mit dem APC-Datensignal gesendet. - Der Differentialverstärker
106 erzeugt ein Vergleichssignal, indem der empfangene Leistungspegel des herstellerkompatiblen Spreizspektrumsignals mit dem Schwellenwert verglichen wird. Der Differentialverstärker106 kann einen Differentialverstärker oder andere Schaltungen zur Durchführung der Vergleichsfunktion verwenden. - Der Sender
112 sendet ein Spreizspektrumsignal. Die Einrichtung111 mit variabler Verstärkung stellt unter Verwendung des Vergleichssignals einen Sender-Leistungspegel des Sender-Spreizspektrumsignals von dem Sender ein. Die Einrichtung111 mit variabler Verstärkung kann durch einen Verstärker mit variabler Verstärkung, eine Dämpfungseinrichtung mit variabler Verstärkung oder eine äquivalente Einrichtung, die den Leistungspegel des Sender-Spreizspektrumsignals einstellen kann, verwirklicht sein. - Im Betrieb kann eine Basisstation in einer Zelle das herstellerkompatible Spreizspektrumsignal auf einer kontinuierlichen Basis oder auf einer repetitiven periodischen Basis senden. Mobilstationen innerhalb der Zelle empfangen das herstellerkompatible Spreizspektrumsignal. Das empfangene herstellerkompatible Spreizspektrumsignal wird mit dem ersten Chipcodesignal von dem ersten Chipcode-Erzeuger
102 und der ersten Produkteinrichtung101 erfasst und entspreizt. Das entspreizte herstellerkompatible Spreizspektrumsignal wird durch den Bandpaßfilter103 gefiltert. Die Mobilstation erfasst das entspreizte herstellerkompatible Spreizspektrumsignal unter Verwendung des Hüllkurvendetektor104 und misst den empfangenen Leistungspegel des herstellerkompatiblen Spreizspektrumsignals. - Das APC-Datensignal kann auf demselben Kanal wie das herstellerkompatible Spreizspektrumsignal unter Verwendung desselben Chipcodewortes wie das herstellerkompatible Spreizspektrumsignal gesendet werden. In diesem Fall wird das APC-Datensignal in einem anderen Zeitintervall als das herstellerkompatible Spreizspektrumsignal gesendet. Dieses Format erlaubt der Mobilstation, die Synchronisation mit dem ersten Chipcode unter Verwendung des herstellerkompatiblen Spreizspektrumsignals zu erfassen.
- Als eine Alternative kann das APC-Datensignal auf einem separaten codierten Kanal unter Verwendung eines zweiten Chipcodewortes gesendet werden. In diesem letzteren Fall würde das zweite Spreizspektrumsignal, welches das APC-Datensignal hat, von dem zweiten Chipcode-Erzeuger
202 und der zweiten Produkteinrichtung201 erfasst. In beiden Fällen wird das APC-15 Datensignal unter Verwendung des Decoders105 decodiert. Ferner kann das APC-Datensignal mit dem herstellerkompatiblen Spreizspektrumsignal zeitteilungs-multiplexverarbeitet oder frequenzteilungs-multiplexverarbeitet sein. - Der Decoder
105 decodiert aus dem APC-Datensignal den Wert des Schwellenwertes zur Verwendung durch den Differentialverstärker106 . Wenn beispielsweise acht Pegel vorhanden wären für die der Schwellenwertpegel einzustellen ist, kann mindestens ein 3-Bit-Wort mit dem APC-Datensignal verwendet werden, um den Schwellenwert an die Mobilstation zu senden. Der Schwellenwert wird verwendet, um den Schwellenwert des Differentialverstärkers106 einzustellen und/oder zu setzen. Demgemäss wird der empfangene Leistungspegel von dem Hüllkurvendetektor104 mit dem Schwellenwert des Differentialverstärkers106 verglichen. - Wenn der empfangene Leistungspegel größer ist als der Schwellenwert, würde die Einrichtung
111 mit variabler Verstärkung den Spreizspektrum-Leistungspegel des Senders schrittweise vermindern oder absenken. Wenn der empfangene Leistungspegel niedriger ist als der Schwellenwert an dem Differentialverstärker106 , erhöht die Einrichtung111 mit variabler Verstärkung die Spreizspektrum-Leistung des Senders. - Die APC-Schaltung
110 in1 und2 kann auf einem digitalen Signalprozessor-Chip aufgebaut sein. Ein Analog-Digital-Wandler, der an dem Ausgang des Bandpaßfilters103 angeordnet ist, würde das empfangene Signal in ein Datensignal umwandeln. Der Hüllkurvendetektor104 , der Decoder105 und der Differentialverstärker106 können als Teil von digitalen Signalverarbeitungsfunktionen auf dem digitalen Signalprozessor-Chip (DSP) eingerichtet sein. Die Analog-Digital-Wandler können auf dem DSP-Chip eingeschlossen sein. -
3 zeigt den Vorteil der Verwendung einer adaptiven Leistungssteuerungsvorrichtung mit einer Mobilstation in einem personenbezogenen Kommunikationsnetzwerk. Die Anzahl von Mobilstationen mit adaptiver Leistungssteuerung N(APC) gegenüber der Anzahl von Mobilstationen, die in einem ähnlichen Bereich verwendet werden können, N, ist bezüglich einem inneren Radius Ri und einem äußeren Radius Ro aufgetragen. Wenn der innere Radius gegen Null geht, beträgt unter Verwendung des Spreizspektrums als eine Codeteilungs-Multiplexverarbeitung die Anzahl von Benutzern mit adaptiver Leistungssteuerung, die innerhalb einer Zelle arbeiten können, annähernd das Zehnfache der Anzahl von Benutzern, die ohne adaptive Leistungssteuerung innerhalb der Zelle arbeiten können. - Die vorliegende Erfindung schließt ferner ein Verfahren zur automatischen Leistungssteuerung eines Spreizspektrum-Senders für eine Mobilstation ein, der in einem zellularen Kommunikationsnetzwerk unter Verwendung von Spreizspektrum-Modulation arbeitet. Wie
4 zeigt, sendet eine Basisstation701 ein herstellerkompatibles Spreizspektrumsignal und ein APC-Informations-Datensignal. Jede Mobilbasisstation führt die Schritte des Erfassens702 des herstellerkompatiblen Spreizspektrumsignals, das von der Basisstation gesendet wurde, und des Erfassens703 eines empfangenen Leistungspegels des herstellerkompatiblen Spreizspektrumsignals durch. Die Schritte enthalten ferner das Decodieren704 des APC-Datensignals als einen Schwellenwert aus dem herstellerkompatiblen Spreizspektrumsignal oder aus einem von dem herstellerkompatiblen Spreizspektrumsignal separaten Signal. Ein Schwellenwert wird von dem APC-Datensignal eingestellt705 . Das Verfahren schließt ferner das Vergleichen706 des empfangenen Leistungspegels mit dem Schwellenwert. und das Einstellen707 eines Sender-Leistungspegels eines Sender-Spreizspektrumsignals ansprechend auf den Vergleich ein. - Dem Durchschnittsfachmann ist offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen an dem Verfahren und der Vorrichtung zur adaptiven Steuerung eines Leistungspegels eines Spreizspektrumsignals in einer zellularen Umgebung gemäß vorliegender Erfindung durchgeführt werden können, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen, und es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung Modifikationen und Variationen des Verfahrens und der Vorrichtung zur adaptiven Steuerung eines Leistungspegels eines Spreizspektrumsignals in einer zellularen Umgebung abdeckt, sofern sie in dem Schutzumfang der beigefügten Ansprüche und ihrer Entsprechungen liegen.
Claims (6)
- Mobile Station zur Verwendung in einem eine Spreizspektrumsmodulation verwendenden zellularen Kommunikationsnetz, bei dem die mobile Station einen Sender (
112 ) und eine zugeordnete Antenne zum Senden von Spreizspektrumssignalen an eine Basisstation aufweist, wobei die mobile Station eine adaptive Leistungssteuerung (Adaptive Power Control/APC) aufweist, gekennzeichnet durch: – mindestens eine Schaltung (101 ,102 ,103 ;201 ,202 ,203 ) zum Akquirieren und Decodieren der von der Basisstation kommenden Spreizspektrumssignale; – einen Detektor (104 ) zum Erfassen eines empfangenen Leistungspegels eines von der Basisstation gesendeten gattungsgemäßen Spreizspektrumssignals; – einen Decodierer (105 ) zum Decodieren eines Schwellenwerts eines APC-Datensignals, das in einem von der Basisstation gesendeten Spreizspektrumssignal codiert ist, wobei der Decodierer einen Datendemodulator (105 ) enthält; – einen Differenzverstärker (106 ), der mit dem Detektor (104 ) und dem Decodierer (105 ) verbunden ist, zum Erzeugen eines Vergleichssignals durch Vergleichen des empfangenen Leistungspegels mit dem Schwellenwert; und – eine variable Verstärkungsvorrichtung (111 ), die mit dem Differenzverstärker (106 ) verbunden und zwischen den Sender (112 ) der mobilen Station und die Antenne geschaltet ist und auf das eine Erhöhung oder eine Verringerung anzeigende Vergleichssignal anspricht, um einen Sender-Leistungspegel des vom Sender (112 ) der mobilen Station kommenden Sender-Spreizspektrumssignals einzustellen, – wobei entweder der Detektor (104 ) und der Decodierer (105 ) mit einer Akquisitionsschaltung (101 ,102 ,103 ) verbunden ist oder der Detektor (104 ) mit einer ersten Akquisitionsschaltung (101 ,102 ,103 ) und der Decodierer (105 ) mit einer zweiten Akquisitionsschaltung (201 ,202 ,203 ) verbunden ist. - Mobile Station nach Anspruch 1, bei der jede Akquisitionsschaltung einen Chipcodegenerator (
102 ,202 ), ein Bandpassfilter (103 ,203 ) und eine mit dem Chipcodegenerator und dem Bandpassfilter verbundene Produktvorrichtung (101 ,201 ) enthält. - Mobile Station nach Anspruch 1 oder 2, bei der eine erste Akquisitionsschaltung (
101 ,102 ,103 ) mit dem Detektor (104 ) und eine zweite andere Akquisitionsschaltung (201 ,202 ,203 ) mit dem Decodierer (105 ) verbunden ist. - Mobile Station nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher der Detektor (
104 ) und der Decodierer (105 ) mit der gleichen Akquisitionsschaltung (101 ,102 ,103 ) verbunden sind. - Mobile Station nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die variable Verstärkungsvorrichtung (
111 ) einen variablen Dämpfer aufweist. - Mobile Station nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die variable Verstärkungsvorrichtung (
111 ) einen variablen Verstärker aufweist.
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