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TECHNISCHES
GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Anordnung, um die Reichweite eines digitalen mobilen Funkkommunikationssystems
zu erweitern, und die einerseits eng plazierte Basisstationen aufweist
und mit einer kurzen Reichweite arbeitet, und andererseits Mobileinheiten
aufweist, mit Hilfe von Wiederholungsfunktionen.
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STAND DER TECHNIK
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In Funksystemen, vorzugsweise digitalen Funksystemen,
die bei lokalen Anwendungen verwendet werden, ist die Abdeckung
zwischen einer Basisstation, die in dem System enthalten ist, und
einer Mobileinheit, die zur Basisstation gehört, auf die Abdeckungsreichweite
der Basisstationen begrenzt. Es ist durch die Patentunterlagen EP-A2-0092237 bekannt,
Wiederholungsfunktionen in allgemeinen öffentlichen Funkrelaissystemen
zu verwenden. Die Wiederholungsfunktionen wiederholen eine erste
Sequenz von absteigenden Zeitschlitzen in einem ersten Zeitrahmen
von der ersten zur zweiten Station als eine zweite Sequenz von absteigenden
Zeitschlitzen in einem zweiten Zeitrahmen. Außerdem senden die Wiederholungsfunktionen
eine erste Sequenz von ansteigenden Zeitschlitzen zur ersten Station,
die einer zweiten Sequenz von ansteigenden Zeitschlitzen entspricht,
die von der zweiten Station empfangen worden sind.
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Ein Funkwiederholer ist auch aus
der internationalen Patentanmeldung WO-Al-8910660 für Verwendung
in einem Frequenzband bekannt, das eine Mehrzahl von RF Kanälen zum
Tragen einer Mehrzahl von digitalen TDMA Kanälen aufweist, von denen jeder
eine Sequenz von Zeitschlitzen hat. Dieser Funkwiederholer weist
eine Mehrzahl von einzelnen RF-Kanal Verstärkereinheiten und Steuermittel zum
Abtasten der RF Kanäle
auf, um einen aktiven RF Kanal zu identifizieren und um eine der
Verstärkereinheiten
einem identifizierten aktiven Kanal zuzuordnen. Jede der Verstärkereinheiten
hat Mittel zum Identifizieren eines aktiven Zeitschlitzes eines
TDMA Kanals mit einem RF Kanal und zum Verstärken dieses Zeitschlitzes.
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In Verbindung mit einem verknüpften mobilen
Funksystem mit schlechter Reichweite in Bezug auf die mittlere Länge der
Funkverbindung ist eine Anzahl von Verfahren vorgeschlagen worden,
um die Abdeckung zwischen den Mobileinheiten und den Basisstationen
zu verbessern. Die veröffentlichten Vorschläge haben
jedoch Nachteile mit Verzögerungen
der Stimmen- oder Datenverbindungen mit sich gebracht. Keine bekannte
Technik zum Verbessern der Reichweite zwischen Mobileinheiten und
einer Basisstation in einem lokalen Netzwerk, das hohe Kapazität, eine
angemessene Reichweite, Zuverlässigkeit
und Qualität
liefert, ist bisher gefunden worden.
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BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG TECHNISCHES PROBLEM
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Die heutigen modernen lokalen Funksysteme
setzen die größtmögliche Reichweite
zwischen den Sendern und Empfängern
der Basisstationen und der Mobileinheiten voraus, während gleichzeitig die
größtmöglichen Überlegungen
den Funksystemen zugewendet werden, die so zugeordnet sind, daß sie im
Hochfrequenzband, vorzugsweise oberhalb 100 MHz arbeiten, was eine
schlechte Reichweite in Bezug auf eine mittlere Dämpfung der
Funkverbindung ergibt. Umgekehrt hat ein kleiner Teil der Funkverbindung
eine sehr hohe Dämpfung.
Um angemessene Signalstärke
zu erhalten, muß daher
die Verbindung mit niedriger Dämpfung
beträchtlich
verkürzt
werden, da die Verbindung mit hoher Dämpfung aus Anwendungsgründen nicht
geändert
werden kann.
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Das Problem kann durch die auf Funk
beruhende lokale Netzwerkanwendung OMA exemplifiziert werden (mobiler
Zugriff mit begrenzter Reichweite). Die Anwendung bringt es mit
sich, daß eine abgeschlossene
Drahtverbindung zum Teilnehmer durch Funk ersetzt wird. Die Telefonvermittlungsstelle
ist mit einer Funkbasis in geeigneter Entfernung vom Teilnehmer
verbunden, zum Beispiel 500 Meter. Die Funkbasis kann eine
große
Anzahl von Teilnehmern innerhalb des Abdeckungsbereiches verbinden.
Dem Teilnehmer, dessen normales mit Draht verbundenes Telefon durch
ein oder mehrere drahtlose Telefone ersetzt wird, wird eine Mobilität von begrenzter
Reichweite geboten. Auf diese Weise könne die Kosten für die Wartung
und das Verlegen von Kabeln minimalisiert werden. Dies setzt jedoch
voraus, daß eine
angemessene Reichweite erhalten werden kann. Eine lau fende Prüfaktivität hat gezeigt,
daß dieser
Typ von System OMA Bereiche von weniger als 100 Metern liefert.
Eine Erklärung
für diese
verhältnismäßig geringe
Reichweite besteht darin, daß die Signalstärke stark
gedämpft
wird, wenn die Funkwellen durch das Gebäude oder durch Gelände hindurchgehen
müssen.
Die Erfindung beabsichtigt, es zu ermöglichen, dieses Problem unter
anderem zu lösen.
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In einer Ausführungsform des Ziels der Erfindung
wird die Anwendung eines Zeitteilungsmultiplexprotokolls verwendet,
mit dem es möglich
sein wird, daß die
Nachricht in Zeitschlitzen gesendet werden kann, die in Zeitrahmen
auf solche Weise aufgeteilt sind, daß keine Nachteile mit Verzögerungen
von Sprach- oder Datenverbindungen auftreten. Die Erfindung beabsichtigt,
auch dieses Problem zu lösen.
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Bei einer Ausführungsform des Ziels der Erfindung
wird eine Beeinflussungsfunktion verwendet, in welcher Beeinflussungsfunktion
es möglich
sein wird, Zeitschlitze auf solche Weise zuzuteilen, daß die Kapazität im kritischen
Abdeckungsbereich des Mobilsystems erhöht wird. Die Erfindung beabsichtigt,
auch dieses Problem zu lösen.
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In einer Ausführungsform des Ziels der Erfindung
wählen
die Wiederholungsfunktionen, welche Zeitschlitze für die Übertragung
ausgewählt
werden können,
mit der sie beschäftigt
sind. Es sollte möglich sein,
dies auf solche Weise zu tun, daß die Mobileinheit oder die
Basisstation direkte Verbindung einrichten kann. Die Erfindung beabsichtigt,
auch dieses Problem zu lösen.
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In einer Ausführungsform des Ziels der vorliegenden
Erfindung arbeitet das auf Funk beruhende Kommunikationssystem mit
einem zugeordneten Frequenzband, welches Frequenzband auf solche Weise
angewendet werden wird, das es für
lokale Außen/Innenkommunikation
geeignet ist. Die Erfindung beabsichtigt, auch dieses Problem zu
lösen.
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In einer Ausführungsform des Ziels der Erfindung
werden die Wirkungen des Funkkommunikationssystems verwendet, bei
welchen Wirkungen es möglich
sein sollte, den Verkehr über
die wiederholenden Funktionen in vorteilhafter und flexibler Weise für das System
zu steuern. Die Erfindung beabsichtigt, auch dieses Problem zu lösen.
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In einer Ausführungsform des Ziels der Erfindung
wird die Übertragung
der Nachricht in Zeitschlitzen verwendet, die in Zeitrahmen zusammengesetzt sind.
Es sollte möglich
sein, dieses Senden auf solche Weise durchzuführen, daß die Qualität von Sprach-
oder Datenverbindungen nicht verschlechtert wird. Die Erfindung
beabsichtigt, auch dieses Problem zu lösen.
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Bei einer Ausführungsform des Ziels der Erfindung
ist die wiederholende Funktion zwischen entsprechenden Basisstationen
und entsprechenden Mobileinheiten verbunden, bei welcher Verbindung es
möglich
sein sollte, zu vermeiden, daß Kabel
zu den Basisstationen gelegt werden müssen. Die Erfindung beabsichtigt,
auch dieses Problem zu lösen.
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LÖSUNG
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Erfindungsgemäß wird ein digitales auf Funk beruhendes
Kommunikationssystem geschaffen, das mit einer kurzen Reichweite arbeitet,
wie zum Beispiel DECT. Dieses System weist eng plazierte Basisstationen
auf und hat wenigstens eine Wiederholungsstation, um die Reichweite
des Systems zu erhöhen,
die zwischen einer gewöhnlichen
Basisstation und einer Mobileinheit plaziert ist. Die Wiederholungsstation
ist so ausgebildet, daß sie
eine entsprechende Nachricht empfängt und die Nachricht zur Mobileinheit
weiterleitet. Das digitale auf Funk beruhende Kommunikationssystem
ist so ausgebildet, daß es
die Nachricht in Zeitschlitzen sendet, die Unterteilungen von Zeitrahmen
sind, wobei ausgewählte
Zeitschlitze in einem entsprechenden Zeitrahmen zugeordnet werden,
die Nachricht zu oder von einer solchen Wiederholungsstation zu
senden. Kennzeichnen für
die Erfindung ist es, daß die
Wiederholungsstation eine vereinfachte Variante einer Basisstation
ist und daß die
Wiederholungsstation dazu ausgebildet ist, die Zuordnung der Zeitschlitze
in Abhängigkeit
von der erforderlichen Kapazität
in dem Gebiet zu beeinflussen, in dem die Wiederholungsstation angeordnet
ist.
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Bei einer Ausführungsform des Konzepts der Erfindung
ist die Wiederholungsfunktion der Nachricht in einem digitalen Funksystem
angeordnet, das entsprechend einem Zeitteilungs-Multiplex-Protokoll arbeitet, das die
Rahmenstruktur des TDMA/TDD Verfahrens verwendet.
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In einer weiteren Ausführungsform
des Konzepts der Erfindung ist das digitale auf Funk beruhende Kommunikationssystem
mit Zeitrahmen angeordnet, die in eine Anzahl von Zeitschlitzen
aufgeteilt sind, wobei die Hälfte
der Zeitschlitze für
die Signalisierung in der Netzwerkverbindung verwendet wird. Die
andere Hälfte
wird für
die Aufwärtsverbindung verwendet.
Dort sind gewisse ausgewählte
Zeitschlitze im entsprechenden Zeitrahmen für Senden der Nachricht zu und
von der Wiederholungsfunktion zugeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform
des Konzepts der Erfindung ist die Wiederholungsfunktion so angeordnet,
daß sie
die Anzahl von Zeitschlitzen pro Verbindung beeinflußt, um die
Kapazität
innerhalb eines kritischen Bereiches des Abdeckungsgebietes des
Mobilsystems zu erhöhen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform
des Konzepts der Erfindung kann die Nachricht, die in dem auf Funk
beruhenden Kommunikationssystem übertragen
wird, von einer Basisstation/ Mobileinheit zu einer Mobileinheit/Basisstation übertragen
werden, ohne daß die
Wiederholungsfunktion gerufen oder aktiviert wird. Dies bedeutet,
daß die
Wiederholungsfunktion bestimmen wird, welche Zeitschlitze für eine Übertragung
ausgewählt
werden könne,
mit der sie beschäftigt
ist.
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Bei einer weiteren Ausführungsform
des Konzepts der Erfindung werden den Basisstationen und den Mobileinheiten
des auf Funk beruhenden Kommunikationssystems eine Frequenz, ein
Frequenzbereich zugeordnet, die bzw. der für lokale Außen/ oder Innenkommunikation
geeignet ist (höher als
100 MHz).
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Bei einer weiteren Ausführungsform
des Konzepts der Erfindung kann das Funkkommunikationssystem aus
Kapazitätgründen beeinflußt werden, es
einem Benutzer oder Kunden zu erlauben, das System zu zwingen, alle
Nachrichten zwischen einer entsprechenden gewöhnlichen Basisstation und einer
entsprechenden Mobileinheit über
die Wiederholungsfunktion während
einer variablen Zeit oder dauernd zu übertragen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform
des Konzepts der Erfindung wird die Nachricht, die durch die Wiederholungsfunktion
empfangen wird, zu einer entsprechenden betroffenen Mobileinheit/gewöhnlichen
Basisstation innerhalb des selben Zeitrahmens weitergeleitet, hier
jedoch zur Wiederholungsfunktion gesendet.
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Bei einer weiteren Ausführungsform
ist die Wiederholungsfunktion drahtlos zwischen einer gewöhnlichen
Basisstation und einer Mobileinheit verbunden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform
des Konzepts der Erfindung ist das Funkkommunikationssystem mit
einem oder mehreren Elementen ausgebildet, um die Nachricht zu empfangen
und zu senden. Eine weitere Charakteristik besteht darin, daß die Elemente
von einer entsprechenden Basisstation/Mobileinheit angerufen werden
können
und das ein entsprechendes Element zum Empfangen bzw. Senden einer
Nachricht angeordnet ist, eine Nachricht von einer entsprechenden
Basisstation/Mobileinheit zu empfangen. Die Elemente zum Empfangen
bzw. Senden der Nachricht sind so ausgebildet, daß sich die
Nachricht zu einer entsprechenden betroffenen (adressierten) Mobileinheit/Basisstation übertragen.
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VORTEILE
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Durch das, was oben vorgeschlagen
worden ist, kann ein wirksames auf Funk beruhendes lokales Kommunikationssystem
eingerichtet werden, wo eine entsprechende Mobileinheit flexibel
sich innerhalb eines großen
Abdeckungsbereiches bewegen kann, während es gleichzeitig berücksichtigt
wird, daß dem
Kommunikationssytem eine höhere
Frequenz als 100 MHz zugeordnet ist, was eine schlechte Reichweite
in Bezug auf die mittlere Dämpfung
der Funkverbindung ergibt. Es sollte einfacher/weniger teuer sein,
größere Gebiete
abzudecken, wenn die Reichweite des auf Digitalität beruhendem
Funksystem stark vergrößert werden
kann. Teilnehmer, die Mobileinheiten im System verwenden, erhalten
eine größere Abdeckung.
Die Anordnung ist besonders geeignet bei Anwendungen, wo die volle
Kapazität des
Systems nicht benötigt
wird. Ein typisches Beispiel hierfür ist DECT (Digital European
Cordless Telecommunication, digitale europäische schnurlose Telekommunikation)
im lokalen Netzwerk (häufig schnurlose
lokale Schlaufe genannt), wo die Reichweite es manchmal erfordern
kann, verbessert zu werden, und wo die abgedeckte Kapazität viel größer als
benötigt
ist.
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BESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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Eine Ausführungsform, die gegenwärtig für die Anordnung
vorgeschlagen ist, die die Charakteristiken aufweist, die für die Erfindung
bedeutend sind, soll unten beschrieben werden, während gleichzeitig auf die
beigefügten
Zeichnungen Bezug genommen wird. Es zeigen:
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1 eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung in Blockdiagrammform; und
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2 eine
Zeitrahmenstruktur zum Senden der Nachricht in einem TDMA-System
in Blockdiagrammform.
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EINE FUNKTIONIERENDE
AUSFÜHRUNGSFORM
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1 zeigt
ein mobiles Telekommunikationssystem, das einerseits eine Anzahl
von Basisstationen, die hier mit 1 bezeichnet sind, die mit Abdeckungsgebieten
arbeiten, wobei die Abdeckungsgebiete als 1a angegeben sind, und
andererseits eine oder mehrere Mobileinheiten aufweist, von denen eine
durch 2 in diesem Falle bezeichnet ist. Das mobile Kommunikationssystem
arbeitet mit Frequenzen oberhalb 100 MHz und hat daher eine schlechte Reichweite
in Bezug auf die mittlere Dämpfung
einer Funkverbindung. Ein großer
Teil der Funkverbindung hat niedrige Dämpfung, während umgekehrt ein kleiner
Teil der Funkverbindung eine sehr hohe Dämpfung hat. Das mobile Kommunikationssystem
kann aus einem System aufgebaut sein, das an sich bekannt ist und
mit einer TDMA-Struktur arbeitet, z. B. DECT, DCS 1800 und
DCT 900. Das System, das in der Figur gezeigt ist, ist
ein typisches DECT-System (Digital European Cordless Telecommunication,
digitale europäische
schnurlose Telekommunikation, in einem lokalen Netzwerk), (häufig schnurlose
lokale Schlaufe genannt), wo die Reichweite manchmal verbessert
werden muß und
wo die DECT-Kapazität
viel größer ist
als notwendig. Die Basisstation 1, die in der 1 gezeigt ist, ist mit eine
Telefonvermittlung 4 über
eine Vermittlungsleitungsverbindung verbunden. Die Telefonvermittlung 4 ist
eine Teilnehmervermittlung (häufig
PABX genannt), die mit einem öffentlichen
Telefonnetz 5 verbunden ist. Nummernrufe zu einer Mobileinheit 2,
das im System gesucht ist, kommen über das öffentliche Telefonnetz 5 herein
und werden mit der Telefonvermittlung 4 verbunden. Von der
Telefonvermittlung 4 geht ein Suchruf zu der Basisstation 1 über die
Vermittlungsleitungsverbindung 3. Die Basisstation 1 ist
mit einem Sende- und Empfangselement 6 verbunden. Das Informationsende und
-empfangende Element 6 der Basisstation 1 sendet
einen Ruf zur gesuchten Mobileinheit 2. Die gesuchte Mobileinheit 2 ist
außerhalb
des Abdeckungsbereiches 1a der betreffenden Basisstation 1 und kann
daher nicht direkt den Ruf empfangen/feststellen. Eine Wiederholungsfunktion 7 ist
In nerhalb des Abdeckungsbereiches 1a der betreffenden Mobileinheit 1 angeordnet
und nimmt den Ruf auf. Die Wiederholungsfunktion 7 ist
im Prinzip eine vereinfachte Basisstation 1. Die Wiederholungsfunktion 7 wiederholt
den Ruf/ die Nachricht, die von der Basisstation 1 zur
betreffenden Mobileinheit gesendet wird, die sich außerhalb
des Abdeckungsbereiches 1a der betreffenden Basisstation 1 befindet.
Die Wiederholung des Rufs/ der Nachricht findet innerhalb des selben Zeitrahmens
statt, mit dem die betreffende Basisstation 1 den Ruf/
die Nachricht sendet. In der selben Weise führt die Wiederholungsfunktion 7 das
Empfangen und Senden von Informationen von der Mobileinheit 2 vorwärts zur
Sende- und Empfangsfunktion 6 der betreffenden Basisstation 1 durch.
Die Wiederholungsfunktion 7 braucht nicht irgendwelche
Kodierung/Dekodierung vorzunehmen. Des Senden der Wiederholungsfunktion 7 findet
in vier Teilen in einem Zeitrahmen in der folgenden Zeitsequenz
statt: Basisstation 1 zur Wiederholungsfunktion 7,
Wiederholungsfunktion 7 zur Mobileinheit 2, Mobileinheit 2 zur Wiederholungsfunktion 7,
Wiederholungsfunktion 7 zur Basisstation 1. Es
ist die Wiederholungsfunktion 7, die bestimmt, welche Zeitschlitze
für Senden
ausgewählt
werden, mit der sie beschäftigt
ist. Dies bedeutet, daß es
z. B. möglich
sein kann, daß eine
Mobileinheit 2 eine Direktverbindung (ohne die Wiederholungsfunktion 7)
zum Sendeund Empfangselement 6 der Basisstation 1 schafft.
Die Mobileinheit 2 und die Basisstation 1 brauchen
nicht modifiziert werden, um mit der Wiederholungsfunktion zu arbeiten,
vorausgesetzt, daß sie
die Anforderung der Wiederholungsfunktion überwachen und derselben folgen
können,
welche Zeitschlitze erlaubt werden sollen.
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Aus Kapazitätsgründen kann es vorteilhaft sein,
auch gewisse Software in der Mobileinheit 2 und der Basisstation 1 einzurichten,
was es dem Benutzer (Bedienungsperson oder Kunden) ermöglicht, das
System (möglicherweise
zeitweilig) zu zwingen, die Wiederholungsfunktion 7 zu
verwenden. Das Ergebnis ist, daß Rufe
in verbotenen Zeitschlitzen verhindert sind. Wenn keine extra Software
in der Mobileinheit 2 und der entsprechenden Basisstation 1 installiert
ist, wird die Wiederholungsfunktion 7 gezwungen, der rufenden
Mobileinheit 2 und der Basisstation 1 zu signalisieren,
daß ein
anderer Zeitschlitz benutzt werden wird. Die Verwendung von Zeitschlitzen
in Zeitrahmen durch die Wiederholungsfunktion 7 erhöht die Reichweite
des Systems auf Kosten einer verringerten gesamten Kapazität im Netzwerk. Dies
ist besonders von Interesse im Zusammenhang mit der Einführung neuer
Systeme (z. B. DCS 1800, DECT, etc.), wo eins der ursprünglichen
Probleme darin besteht, eine angemessene Reichweite zu erhalten.
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2 zeigt
einen bevorzugten TDMA Zeitrahmen. Die Anzahl der Zeitschlitze 8 ist
als 16 ausgewählt
(DCT 900). Der Zeitrahmen ist in vier Einheiten 9, 10, 11 und 12 aufgeteilt.
Jeder Teil des Zeitrahmens 9, 10, 11 und 12 enthält vier
Zeitschlitze 8 in dem Fall. Der erste Teil des Zeitrahmens 9 wird
zum Senden von Informationen/Nachrichten von der Basisstation zur
Wiederholungsstation verwendet. Der zweite Teil des Zeitrahmens 10 wird
zum Senden von Informationen/Nachrichten von der Wiederholungsfunktion
zur Mobileinheit verwendet. Der dritte Teil des Zeitrahmens 11 wird
zum Senden von Informationen von der Mobileinheit zur Wiederholungsfunktion verwendet.
Der vierte Teil des Zeitrahmens 12 wird zum Senden von
Information von der Wiederholungsfunktion zur Basisstation verwendet.
Die Verteilung der Zeitschlitze 8 im Rahmen wird immer
dem Prinzip in der Figur folgen. Die Anzahl von Zeitschlitzen 8 pro
Teil 9, 10, 11 und 12 kann unterschiedlich gewählt werden,
um auf diese Weise die Kapazität
in kritischen Teilen des mobilen Kommunikationssystems zu erhöhen. Für auf Funk
beruhende lokale Netzwerkanwendungen, die in der Reichweite begrenzt
sind, wird das Senden von der Basisstation zur Wiederholungsfunktion
und von der Wiederholungsfunktion zur Basisstation der kritische
Teil sein. Der TDMA-Zeitrahmen kann daher aufgeteilt werden, indem
dies berücksichtigt
wird. Die Anzahl von Zeitschlitzen 8 im Zeitrahmen kann
ebenfalls verändert werden,
z. B. kann das mobile Kommunikationssystem DECT erwähnt werden,
das 24 Zeitschlitze hat.
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Die Erfindung ist nicht auf die oben
beispielsweise gezeigte Ausführungsform
begrenzt, sondern kann innerhalb des Bereichs der nachfolgenden
Patentansprüche
abgewandelt werden.