DE69524654T2 - Sendeleistungsregelung für ein mobiles Telefon während des sanften Überreichens zwischen zwei Basisstationen unter Gebrauch von Sendeleistungsregelbits - Google Patents
Sendeleistungsregelung für ein mobiles Telefon während des sanften Überreichens zwischen zwei Basisstationen unter Gebrauch von SendeleistungsregelbitsInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät für die Verwendung in einem Mobilfunksystem und insbesondere auf die Steuerung der Übertragungsleistung von einer mobilen Einheit zu einer Basisstation. Die Erfindung ist anwendbar in CDMA- Systemen, aber sie ist nicht notwendigerweise darauf beschränkt.
- Der rationelle Betrieb eines zellulären CDMA- Mobilfunksystems erfordert, daß jede mobile Einheit die minimale Leistung sendet, die für eine annehmbare Nachrichtenübermittlung zu jeder Zeit notwendig ist. In einer Umgebung der Frequenzwiederbenutzung mit vielen Basisstationen, ergibt sich daraus auch, daß die mobile Einheit zu jeder Zeit an die Basisstation senden muß, um einen Betrieb mit minimaler Sendeleistung der mobilen Einheit zu ermöglichen. Die Auswahl dieser Basisstation wird nicht nur eine Funktion der relativen Wegverluste, sondern auch der relativen Störpegel an den zwei (oder mehr) bevorzugten Basisstationen sein.
- Eine bekannte Lösung, um dieses Problem für die Aufwärtsstrecke (die Richtung von der mobilen Einheit zur Basisstation) zu beheben, ist die Anwendung des sogenannten "sanften Übergebens". In dieser Betriebsart versuchen zwei (oder mehr) Basisstationen das Signal zu empfangen und zu demodulieren. Diese Basisstationen übergeben dann ihre Signale an das mobile Schaltzentrum, wo das bessere Signal ausgewählt wird.
- Dieser Ansatz hat zwei Probleme. Während der Betriebsart des sanften Übergebens müssen zwei (oder die Anzahl der beteiligten Basisstationen, wenn es mehr sind) Verbindungen gleichzeitig aufgebaut werden. Dieser zusätzliche Verkehr verursacht Kosten, insbesondere wenn die Kapazität des Fernnetzes von einem dritten Vermittler gemietet wird.
- Weiterhin erfordert die Verwendung von zellulären CDMA-Mobilfunksystemen eine schnelle und genaue Leistungssteuerung, um das sogenannte "Nah-Fern-Problem" abzuschwächen, das denjenigen bekannt ist, die sich in diesem Bereich auskennen. Wenn eine Leistungsregelung implementiert ist, ist es möglich, daß ein Konflikt zwischen der von den beiden Basisstationen ausgeübten Kontrolle besteht. Ein Ansatz, der aus dem Stand der Technik bekannt ist, implementiert eine Strategie "der niedrigste gewinnt", bei der die Kontrolle einer mobilen Einheit von zwei Basisstationen so ausgeübt wird, daß die mobile Einheit ihre Leistung nur dann erhöht, wenn beide Basisstationen dies erfordern. Diese Vorgehensweise birgt eine mögliche Unwirtschaftlichkeit, die unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert ist.
- Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist in der ersten Auftragung die Funkfeldverstärkung relativ zu der Leistungsregelungsbedarfsschwelle für zwei Basisstationen, die ein Signal von einer mobilen Einheit erhalten, zu erkennen. Wenn man jede Basisstation ihr sich getrennt betrachtet, dann wäre die Übertragungslage so, daß, wenn die relative Funkfeldverstärkung gleich dem Schwellwert ist, der mobile Sender auf einen Nennwert gesetzt wird. Ansonsten wird er um soviel erhöht oder erniedrigt, wie es notwendig ist, um das Empfangssignal auf dem Niveau des Schwellwerts zu halten. Die Strategie "der niedrigste gewinnt" führt zu dem abgebildeten Leistungsprofil. Dieses wiederum führt zu den Verhältnissen, die in der zweiten und dritten Auftragung abgebildet sind. Es ist zu sehen, daß in keinem Fall über den ganzen Zeitraum hinweg die Schwellenleistung erreicht wird. Wenn dieser Zeitraum einem Fehlerkontrollkodierungs- Verschachtelungsrahmen entspricht, ist es wahrscheinlich, daß das Signal an beiden Basisstationen nicht korrigiert werden kann. Um dies zu vermeiden, ist es notwendig, die Leistungsregelschwelle zu erhöhen. Dies würde jedoch immer dann zu einem nicht notwendigen Anstieg der Sendeleistung führen, wenn nur eine der Basisstationen dominant ist während eines Rahmens. Darüber hinaus neigen die vermehrten Leistungsschwankungen dazu, das Fehlerverhalten zu verschlechtern.
- Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Mittel zur Verfügung zu stellen, durch die die oben genannten Probleme vermieden werden, während das notwendige Reaktionsvermögen auf Funkfeldänderungen erhalten bleibt.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein zelluläres Mobilfunksystem mit mindestens zwei Basisstationen und mindestens einer mobilen Einheit zur Verfügung gestellt, die so ausgebildet ist, daß sie mit den Basisstationen über ein Funkmedium in Verbindung steht, wobei jede Basisstation Mittel zum Erkennen der Leistung von Empfangssignalen, Mittel zum Erzeugen eines Leistungssteuersignalbits, um die Amplitude eines Leistungssignals zu regeln, und Mittel zum Senden des Leistungssignals an die mobile Einheit enthält, wobei jede Basisstation einen anderen Unterscheidungscode mit dem Leistungssignal überträgt, und wobei die mobile Einheit Mittel zum Empfangen der Leistungssignale von jeder Basisstation und Mittel zum Überwachen von Leistungssteuersignalbits enthält, die die Basisstation, die eine größere Anzahl von Abwärtssignalen innerhalb eines Senderahmens sendet, identifizieren, wodurch diejenige der Basisstation angezeigt wird, die innerhalb des Senderahmens das größere durchschnittliche Leistungssignal empfangen hat.
- Bevorzugterweise enthält jede mobile Einheit Mittel, um den nächsten Informationsrahmen an die Basisstation zu leiten, die das größere durchschnittliche Leistungssignal empfangen hat.
- Bevorzugterweise umfassen die Mittel zum Überwachen der Leistungssteuerbits erste und zweite Empfänger, die so ausgebildet sind, daß sie die Leistungssteuerbits empfangen, wobei ihre Ausgänge mit dem Eingang von ersten und zweiten Zählern verbunden sind, die so ausgebildet sind, daß sie die Anzahl von Abwärtssignalen zählen, die von den Empfängern erzeugt werden, wobei ein Ausgangssignal jedes Zählers an einen Komparator angelegt ist, um diejenige der Basisstationen zu bestimmen, die das größere durchschnittliche Leistungssignal empfangen hat, und wobei der Komparator ein Steuersignal zum Steuern von Schaltmitteln erzeugt, um den Empfänger zu bestimmen, der seinen Inhalt an die mobile Station senden darf.
- Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erklärt, wobei:
- Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Hardware-Implementierung der vorliegenden Erfindung zeigt, die eine mobile Station, die mit zwei Basisstationen in Verbindung steht, zeigt; und
- Fig. 3 ein Blockdiagramm eines Teils der Schaltung zeigt, die zur Leistungsregelung benutzt wird und die sich in jeder der Basisstationen befindet.
- Unter Bezugnahme auf Fig. 2 sind zwei Basisstationen 100, 200 zu erkennen. Es wird darauf hingewiesen, daß, obwohl zwei Basisstationen gezeigt sind, jegliche Anzahl an Basisstationen vorgesehen sein kann. Jede Antenne 2, 4 der Basisstationen ist jeweils mit einem Empfangsmodul 6 bzw. 8 verbunden, dessen Ausgang mit einem Demultiplexer 10 bzw. 12 verbunden ist. Jeder Demultiplexer 10, 12 erzeugt ein Ausgangsdatensignal an einer Ausgangsleitung 14 bzw. 16. Jeder Demultiplexer 10, 12 hat einen weiteren Ausgang, der mit einem Eingang eines Komparators 18 bzw. 20 verbunden ist, von denen jeder ein Eingangssignal an einer Leitung 22 bzw. 24 empfängt. Dieses Signal zeigt die Identität einer Basisstation an. Jeder der Komparatoren 18, 20 hat eine Ausgangsleitung 26 bzw. 28, an denen ein den Vergleich anzeigendes Signal erzeugt wird.
- Unter Bezugnahme auf Fig. 3 ist zu sehen, daß jede der Basisstationen 100, 200 den in Fig. 3 abgebildeten Schaltungsanordnung enthält, der einen Verteiler 30, der mit der Antenne verbunden ist, aufweist. Ein Ausgang des Verteilers ist mit einem Eingang eines Empfängers 32 verbunden, dessen Ausgang mit einem Hüllkurvendemodulator 34 verbunden ist. Der Ausgang des Demodulators 34 ist mit einem Eingang einer Schwellwertvorrichtung 36 verbunden. Der Ausgang der Schwellwertvorrichtung 36 ist mit einem Eingang eines Modulators 38 verbunden. Der Ausgang des Modulators 38 ist mit einem weiteren Eingang des Verteilers 30 verbunden. Die Schwellwertvorrichtung 36 ist mit einem zweiten Eingang 40 an ein voreingestelltes Spannungssignal angeschlossen. Die Wirkungsweise der in Fig. 3 abgebildeten Schaltung wird später im Detail unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben.
- Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist zu sehen, daß die mobile Einheit 300 eine Antenne 42 enthält, die mit einem Ausgang eines Verteilers/Kombinators 44 verbunden ist. Ein Multiplexer 46 empfängt Daten von einer Quelle an einer Eingangsleitung 47 und ist mit einem Eingang einer Senderahmenschaltung 48 verbunden, die über einen Oszillator 50 in einen Sender 52 mündet. Der Sender 52 wird von einem Akkumulator 70 gesteuert. Der Ausgang des Senders 52 ist mit einem Eingang des Verteilers/Kombinators 44 verbunden. Ein weiterer Ausgang des Verteilers/Kombinators 44 ist mit einem Verteiler 54 verbunden, dessen Ausgänge jeweils mit einem Eingang eines Empfängers 56 bzw. 58 verbunden sind. Die Ausgänge des Empfängers 56, 58 sind jeweils mit einem Kontakt eines Schalters 60 verbunden. Der Ausgang des Empfängers 56 ist mit einem Eingang eines Zählers 62 verbunden, und der Ausgang des Empfängers 58 ist mit einem Eingang eines Zählers 64 verbunden. Die Ausgänge der Zähler 62, 64 sind mit einem digitalen Komparator 66 verbunden, dessen Ausgang mit einem Eingang einer Signalspeicherschaltung 68 verbunden ist. Der Ausgang der Signalspeicherschaltung 68 ist mit dem Schalter 60 und einem weiteren Eingang des Multiplexers 46 verbunden, um den Schalter 60 und den Multiplexer 46 zu steuern.
- Die Wirkungsweise der in den Fig. 2 und 3 abgebildeten Schaltungen soll nun beschrieben werden.
- Fig. 2 zeigt eine mobile Einheit 300 in Verbindung mit Basisstationen 100, 200. Nur die Aufwärtsstrecke, d. h. die Verbindungsrichtung von der mobilen Einheit zu den Basisstationen wird für diese Erfindung betrachtet. Es wird jedoch angemerkt, daß Verbindungen zur Leistungsregelung, die in der entgegengesetzten Richtung ablaufen, d. h. von der Basisstation zu der mobilen Einheit, für die Signalübertragung notwendig sind. Die mobile Einheit sendet ihr Signal an die Basisstationen 100, 200. Diese Basisstationen enthalten, wie in Fig. 3 abgebildet ist, einen Empfänger 32, und einen Hüllkurvendemodulator 34 zum Erkennen der Leistung der Empfangssignale von dieser speziellen mobilen Einheit. Dieses Signal wird in einer Schwellwertvorrichtung 36 verglichen und es wird ein der Leistung entsprechendes Leistungssteuerbit erzeugt. Wenn die Empfangssignalleistung einen Schwellwert überschreitet, wird ein kleineres Leistungssignal erzeugt, wenn sie einen Schwellwert unterschreitet, wird ein größeres Leistungssignal erzeugt und durch den relevanten Teils des Modulators 38 gesendet, wobei das für dieses System geeignete Modulationsformat verwendet wird. Diese Signale werden von den zwei Basisstationen 100, 200 gemäß der in diesen Basisstationen empfangenen Leistungen gesendet. Die mobile Einheit 300 empfängt das Signal, das dann durch Verteiler/Kombinator 44, der Koppler ist, der zwischen Empfangen und Senden multiplexiert, zu dem Verteiler 54 läuft. Dies ist ein Verteiler, der sich in die zwei Empfänger 56, 58 für die Leistungssteuersignalbits aufteilt. Genau gesagt wird diese Entscheidung bei einem zellulären CDMA-Mobilfunksystem auf der Basis von Ausbreitungscodes ausgeführt. An diesem Punkt muß die richtige Datenabfolge der Empfangsleistungssteuerung mittels eines Schalters 60 ausgewählt werden, der von einer Signalspeicherschaltung 68 gesteuert wird. Wie der Zustand der Signalspeicherschaltung 68 gesteuert wird, wird zur gegebenen Zeit erklärt werden. Am Ausgang der Schaltung 60 befindet sich ein Akkumulator 70, der die aufsummierten Aufwärts-/Abwärtssignale aufnimmt, um einen Gesamtpegel zu erzeugen, der die Leistung des Ausgangssignals des Senders 52 steuert, und diese Leistung wird gesendet. Die Ausgänge der Empfänger 56, 58 sind auch mit den Zählern 62, 64 verbunden. Die Zähler 62, 64 zählen die Anzahl der Abwärtssignale, die von den Empfängern 56, 58 erzeugt wurden, zusammen und sind mit einem digitalen Komparator 66 verbunden. Der Komparator 66 vergleicht die Anzahl der Abwärtssignale, die er von den zwei Basisstationen 100, 200 empfangen hat. Die Basisstation, die die größere Anzahl von Abwärtssignalen sendet, hat innerhalb eines Senderahmens das größere durchschnittliche Leistungssignal empfangen, und kann deshalb bei der Auswahl für den folgenden Rahmen als die bessere Basisstation angesehen werden. Das Ausgangssignal des Komparators 66 setzt deshalb, wenn es negativ ist, die Signalspeicherschaltung 68 für den folgenden Rahmen auf eins, und wenn es positiv ist, setzt es die Signalspeicherschaltung 68 auf null. So ist der Betrieb der Zähler 62, 64 synchron mit der Senderahmenstruktur. So wird der Vorgang der Leistungsregelung für jeden Rahmen auf der Basis der Signalqualität an den Basisstationen während des vorhergehenden Rahmens gesteuert.
- Eine Zusatzfunktion ergibt sich dadurch, daß an die mobile Einheit eine Anforderung gestellt wird, ihren Rahmen an diejenige Basisstation zu leiten, die als die beste angesehen wird. Dies wird dadurch erreicht, daß ein Basisstationsauswahlbit in den Senderahmen multiplexiert wird. So wird das Ausgangssignal der Signalspeicherschaltung 68 zusammen mit den Daten an der Eingangsleitung 47 in den Multiplexer 46 eingespeist, um von der mobilen Einheit 300 in das Netzwerk über die Basisstation gesendet zu werden. Diese Daten werden von dem Multiplexer 46 an eine Senderahmenschaltung 48 weitergeleitet, die alle Funktionen ausführt, wie beispielsweise eine breite Fehlerkorrekturkodierung auszuführen, die Fehlerprüfsumme zu bilden und eine Verschachtelung auszuführen, um so das Signal zu erzeugen, das tatsächlich auf das Signal des Senders 52 moduliert wird. Das Signal, das an die Basisstationen 100, 200 gesendet wird, gelangt in das Empfängermodul 6, 8, damit begonnen wird, es zu demodulieren, insbesondere die Prüfsumme darauf anzuwenden. Wenn diese Prüfsumme erfolgreich ist, dann demultiplexieren die Demultiplexer 10, 12, um das eine Datenbit herauszuseparieren, das der Basisstationsauswahl entspricht. Dies wird dann mit der Basisstationsidentität an dem Eingang 22, 24 in dem Komparator 18, 20 verglichen, um zu bestimmen, ob es eine Übereinstimmung zwischen dem Bit und der Basisstation gibt. Wenn eine Übereinstimmung vorhanden ist, dann werden die Daten von der Basisstation in das Fernnetz auf das mobile Schaltungszentrum eingespeist, wenn keine Übereinstimmung vorhanden ist, findet keine Einspeisung statt.
- Wenn die obige Erfindung in Verbindung mit einem statistisch multiplexierten Fernnetz verwendet wird, führt dies zu einer beträchtlichen Verminderung des durchschnittlichen Verkehrspegels. Wenn das Netzwerk nahe an seinem Fassungsvermögen arbeitet, wird diese mittlere Verminderung auch in den Spitzenwerten der Verkehrspegel widergespiegelt.
- Die vorliegende Erfindung löst das Problem des Konflikts der Leistungsregelung, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, da die mobile Einheit nur von einer Basisstation innerhalb des ausschlaggebenden Zeitraums, d. h. eines Fehlersteuerkodierungs-Verschachtelungsrahmens, gesteuert wird.
- Vorliegende Erfindung kann ohne weiteres so erweitert werden, daß sie eine Vielzahl von Basisstationen beliefert. Dies würde erfordern, daß die Leistungsregelsignale von allen relevanten Basisstationen an der mobilen Einheit protokolliert werden, um die beste Basisstation für den nächsten Rahmen auszuwählen. Die mobile Einheit muß nun mehr als ein Basisstationsidentifikationsbit senden (d. h. einen Bit für zwei Basisstationen, zwei Bits für drei Basisstationen usw.). In der Praxis würde das Systemdesign genug Bits enthalten, um die maximale Anzahl von Basisstationen zu beliefern, die innerhalb des Systems irgendwo zur Anwendungen kommen könnten.
- Das tatsächliche Umsetzen des Basisstationsidentifikationsbits in die entsprechende Basisstation könnte zu der Zeit entschieden werden, wenn der Mehrfachbasisstationsmode aufgebaut ist. In dem Fall, in dem zwei Basisstationen in Betrieb sind, wäre eine Möglichkeit eine null für die Basisstation, mit der die mobile Einheit zuerst verbunden war, zu verwenden, und eine eins für die mobile Einheit, die dazugefügt wurde, obwohl jede vernünftige Art des Umsetzens benutzt werden könnte.
- Nach der obigen Beschreibung zählt die mobile Einheit die Leistungssteuersignale während des gesamten Rahmens. Das letzte Leistungssteuersignal, das in dem Rahmen vorkommt, könnte jedoch ignoriert werden, so daß es möglich ist, die Entscheidung früher zu treffen, so daß genug Zeit vorhanden ist, um den nächsten Senderahmen, der moduliert werden soll, rechtzeitig aufzubauen.
Claims (8)
1. Zelluläres Mobilfunksystem mit mindestens zwei Basisstationen (100, 200) und
mindestens einer mobilen Einheit (300), die so ausgebildet ist, daß sie mit den
Basisstationen (100, 200) über ein Funkmedium in Verbindung steht, wobei jede
Basisstation (100, 200) Mittel (30, 32, 34) zum Erkennen der Leistung von
Empfangssignalen, Mittel (1(), 12, 18, 20, 22, 24, 36, 40) zum Erzeugen eines
Leistungssteuersignalbits, um die Amplitude eines Leistungssignals zu regeln, und Mittel
(2, 4) zum Senden des Leistungssignals an die mobile Einheit (300) enthält, wobei jede
Basisstation (100, 200) einen anderen Unterscheidungscode mit dem Leistungssignal
überträgt, und wobei die mobile Einheit (300) Mittel (42, 44. 54) zum Empfangen der
Leistungssignale von jeder Basistation (100, 200) und Mittel (56, 58, 60, 62, 64, 66, 68)
zum Überwachen von Leistungssteuersignalbits enthält, die die Basisstation (100, 200),
die eine größere Anzahl von Abwärtssignalen innerhalb eines Senderahmens sendet,
identifizieren, wodurch diejenige der Basisstationen (100, 200) angezeigt wird, die
innerhalb des Senderahmens das größere durchschnittliche Leistungssignal empfangen
hat.
2. Zelluläres Mobilfunksystem nach Anspruch 1, wobei jede mobile Einheit (300)
Mittel (44, 52, 68, 70) enthält, um den nächsten Informationsrahmen an die Basisstation
(100, 200) zu leiten, die das größere durchschnittliche Leistungssignal empfangen hat.
3. Zelluläres Mobilfunksystem nach Anspruch 2, wobei die Mittel (56, 58, 60, 62,
64, 66) zum Überwachen der Leistungssteuerbits erste und zweite Empfänger (56, 58)
umfassen, die so ausgebildet sind, daß sie die Leistungssteuerbits empfangen, wobei ihre
Ausgänge mit dem Eingang von ersten und zweiten Zählern (62, 64) verbunden sind, die
so ausgebildet sind, daß sie die Anzahl von Abwärtssignalen zählen, die von den
Empfängern (56, 58) erzeugt werden, wobei ein Ausgangssignal jedes Zählers (62, 64)
an einen Komparator (66) angelegt ist, um diejenige der Basisstationen (100, 200) zu
bestimmen, die das größere durchschnittliche Leistungssignal empfangen hat, und wobei
der Komparator ein Steuersignal zum Steuern von Schaltmitteln (60) erzeugt, um den
Empfänger (56, 58) zu bestimmen, der seinen Inhalt an die mobile Station (300) senden
darf.
4. Zelluläres Mobilfunksystem nach Anspruch 3, wobei das Ausgangssignal der
Schaltmittel (60) an einen Akkumulator (70) angelegt ist, der so ausgebildet ist, daß er
die Abwärts-/Aufwärtssignale aufsummiert, um einen Gesamtsignalpegel zum Steuern
des Ausgangssignals eines Transmitters (52) zu erzeugen.
5. Zelluläres Mobilfunksystem nach Anspruch 4, wobei die Mittel (44, 52, 68, 70)
zum Leiten des nächsten Informationsrahmens an eine spezielle Basisstation (100, 200)
einen Signalspeicher (68) umfassen, der mit dem Eingang eines Multiplexers (46)
verbunden ist, der an einem weiteren Eingang (47) Daten empfängt, die von der mobilen
Einheit (300) gesendet werden sollen, wobei ein Ausgang des Multiplexers (46) mit
einem Eingang einer Rahmenschaltung (48) verbunden ist, die so ausgebildet ist, daß sie
eine breite Fehlerkorrekturkodierung ausführt, die Fehlerprüfsumme bildet und eine
Verschachtelung ausführt, um ein auf ein Eingangssignal des Transmitters (52) zu
modulierendes Signal zu erzeugen.
6. Zelluläres Nlobilfunksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die Mittel (30, 32, 34) zum Erkennen der Leistung von Empfangssignalen in jeder
Basisstation (100, 200) einen Empfänger (32) und einen Hüllkurvendemodulator (34)
umfassen.
7. Zelluläres Mobilfunksystem nach Anspruch 6, wobei die Mittel (10, 12, 18, 20,
22, 24, 36, 40) zum Erzeugen eines Leistungssteuersignalbits in jeder Basistation (100,
200) eine Schwellwertvorrichtung (36) umfassen, die so ausgebildet ist, daß sie die
erkannte Leistung der Empfangssignale mit einem anderen Signal (40) vergleicht, um ein
kleineres Leistungssignal zu erzeugen, wenn die Empfangsleistung einen Schwellwert
überschreitet, oder ein größeres Leistungssignal, wenn die Empfangsleistung einen
Schwellwert unterschreitet.
8. Zelluläres Nlobilfunksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
jede Basisstation (100, 200) einen Komparator (18, 20) enthält, der so ausgebildet ist,
daß er an einem ersten Eingang (22, 24) ein Signal zur Identifikation der Basisstation
empfängt, das mit den Daten, die der Auswahl der Basisstation entsprechen, verglichen
wird, und wenn eine Übereinstimmung gefunden wird, werden die Daten von der
Basisstation (100, 200) in das Netzwerk eingespeist.
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