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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Kanalauswahl für ein System zur Direktübertragung
zwischen Mobilen mit Vielfachzugriff.
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Unter Direktübertragung zwischen Mobilen versteht
man einen nicht weitergeleiteten Kommunikationsmodus, d. h. ohne
Mitwirkung einer Infrastruktur, zwischen zwei oder mehreren Mobilen
einer gleichen Gruppe, die sich in einer gegebenen geographischen
Zone befinden. Aufgrund der begrenzten Leistung der Mobile übersteigen
diese direkten Kommunikationen nicht eine Reichweite von einigen
Kilometern. Dieser Betriebsmodus ist besonders nützlich als Ergänzung zum üblicherweise
von einem Mobilfunk-Kommunikationssystem
angebotenen weitergeleiteten Modus. Er erlaubt es, auch außerhalb
der Abdeckungszone der Infrastruktur zu kommunizieren. Er kann aber
auch innerhalb der Abdeckung der Infrastruktur verwendet werden,
z. B. um das System nicht zu belasten, oder weil nur ein Teil der
Gruppe abgedeckt ist.
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Unter einem System mit Vielfachzugriff
versteht man ein System mit Übertragungsressourcenteilung,
das mehrere gleichzeitige Kommunikationen auf getrennten Kanälen mit
Hilfe eines Multiplex erlaubt, der frequenzmäßig (Vielfachzugriff im Frequenzmultiplex
oder FDMA), zeitlich (Vielfachzugriff im Zeitmultiplex, TDMA) oder
mit Codeverteilung (Vielfachzugriff im Codemultiplex, CDMA) sein
kann.
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Im weitergeleiteten Modus wird die
Zuweisung der Funkressourcen im Allgemeinen von der Infrastruktur
ausgehend von einer vordefinierten Zellenplanung und einer dynamischen
Verwaltung koordiniert, die es erlaubt, die verschiedenen von dem
betreffenden Vielfachzugriffssystem angebotenen Kanäle den verschiedenen
Kommunikationen zuzuteilen. Im direkten Modus macht das Fehlen dieser
zentralisierten Koordinierung Regeln für die (im Allgemeinen manuelle)
Auswahl der Kanäle
und eine bestimmte Disziplin der Benutzer erforderlich. In der Praxis
vereinbaren die Benutzer einer Gruppe vorab, sich auf einem gegebenen
Kanal zu treffen (typisch in der professionellen Funktelefonie oder
PMR (Professional Mobile Radio)), oder sie verwenden einen Versammlungskanal
(oder Steuerkanal), der mehreren Gruppen gemeinsam ist, bevor sie
auf einen anderen spezialisierten Kanal „umschalten" (Fall des DSRR-Systems „Digital
Short Range Radio").
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Spezifische Probleme treten auf,
wenn der direkte Modus als Ergänzung
zu einem existierenden weitergeleiteten Modus, der im TDMA (Vielfachzugriff im
Zeitmultiplex) arbeitet, definiert wird, wie insbesondere im Fall
der Systeme GSM und TETRA. Die natürliche Lösung wäre nämlich, den gleichen TDMA-Betrieb
für den
direkten Modus zu reproduzieren, um den Aufwand der Spezifikation
zu minimieren und die Realisierung eines mobilen Endgeräts zu vereinfachen,
das den weitergeleiteten und den direkten Modus gleichzeitig integriert.
Im direkten Modus, beim Fehlen einer absoluten Zeitreferenz außerhalb der
Abdeckung der Infrastruktur, erscheint es jedoch nicht naheliegend,
die Nutzung der Kanäle
durch zeitliche Aufteilung zu verwalten, wie beim TDMA der Fall.
Wenn man z. B. annimmt, dass zwei Gruppen Kommunikationen im direkten
Modus auf der gleichen Frequenz aber auf verschiedenen Kanälen beginnen
(d.h. in unterschiedlichen Zeitintervallen) und diese zwei Gruppen
a priori beliebige und unabhängige
Zeitreferenzen haben, kann es sehr gut sein, dass die verwendeten
Zeitintervalle wenigstens teilweise überlappen, und dass sich die
Kommunikationen somit gegenseitig stören, wie in 1 für
den Fall von zwei Kommunikationen, mit COM1, COM2 bezeichnet, dargestellt,
die z. B. jeweils die Zeitintervalle 4 und 3 einer
Rahmenstruktur mit acht Zeitintervallen, mit 1 bis 8 nummeriert,
benutzen.
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Im TETRA-System ist dieses Problem
auf einfache Weise unter der Grundannahme gelöst worden, dass im direkten
Modus eine einzige Kommunikation pro Frequenz möglich ist. Es handelt sich
um eine vereinfachende, hinsichtlich der Ausnutzung des Spektrums
jedoch sehr unökonomische
Lösung. Was
im Fall des TETRA-Systems akzeptabel sein kann, wo die Frequenzen
einen Abstand von 25 kHz haben, wird im Fall des GSM-Systems, wo
der Abstand 200 kHz beträgt,
inakzeptabel.
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Die nicht koordinierte Natur der
Kommunikationen im direkten Modus ist daher besonders störend im
Fall eines TDMA-Systems, bei dem es a priori schwierig scheint,
mehr als eine Kommunikation pro Frequenz in einer gegebenen Zone
anzunehmen, ohne zu riskieren, dass die Kommunikationen sich untereinander
stören.
Aber auch im Fall einer Übertragung
im direkten Modus unter FDMA (Vielfachzugriff im Frequenzmultiplex)
oder CDMA (Vielfachzugriff im Codemultiplex) können Funktionsstörungen,
die mit Störungen
der Kommunikationen einer gleichen Zone untereinander zusammenhängen, häufig auftreten,
hauptsächlich
aus zwei Gründen:
- – der
zu Beginn der Kommunikation ausgewählte Verkehrskanal kann von
einer Kommunikation in der gleichen Zone belegt sein, die zum Zeitpunkt der
Messung inaktiv war, anschließend
aber wieder aktiv wird;
- – zwei
Kommunikationen in zwei verschiedenen aber benachbarten Zonen können sich
auf dem gleichen Kanal etablieren und sich anschließend stören, wenn
die zwei Gruppen einander nahe kommen.
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So ist in dem DSRR-(„Digital
Short Range Radio")-System
ein direkter Modus mit digitaler FDMA-Übertragung in den Kanälen von
25 kHz definiert. Es gibt auch einen Repeater-Modus, bei dem eines der Mobile als
Relais dient. Das Frequenzband (bei ungefähr 900 MHz) umfasst zwei Steuerkanäle und sechsundsiebzig
Verkehrskanäle.
Der Steuerkanal wird in der Phase der Etablierung des Rufs verwendet,
um Synchronisations- und Signalisationsinformationen zu übertragen,
und der Verkehrskanal wird von dem anrufenden Mobil oder im Falle
des Repeater-Modus vom Relais-Mobil ausgewählt. In jedem Fall beruht die
Kanalauswahl auf der vorherigen Suche nach einem freien Kanal durch
angemessene Funkmessungen. Allerdings garantiert dieser Auswahlmodus
nur zu Beginn der Kommunikation ein korrektes Funktionieren. Es
kann nämlich
vorkommen, dass der ausgewählte
Kanal tatsächlich
durch eine andere Kommunikation belegt ist, die zum Zeitpunkt der
Messung nicht aktiv war, anschließend aber wieder aktiv wird.
Außerdem
können
aufgrund der Beweglichkeit der Benutzer zwei ursprünglich in verschiedenen
Zonen befindliche Gruppen den gleichen Verkehrskanal auswählen und
stören
sich anschließend,
wenn sie sich einander nähern.
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Das Dokument PATENT ABSTRACTS OF JAPAN
Band 95, Nr. 004 und
JP
087 107558 A (MATSUSHITA ELECTRIC IND CO LTD), 21. April
1995, beschreibt ein System, in dem eine Kanalumschaltverarbeitung
durchgeführt
wird, wenn bei einer direkten Kommunikation zwischen Mobilen eine
Interferenz mit einer anderen Kommunikation erzeugt wird.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist
insbesondere, die oben genannten Nachteile zu beseitigen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist somit eine Vorrichtung zur Kanalauswahl für ein System zur Direktübertragung
zwischen Mobilen, mit Vielfachzugriff wobei diese Vorrichtung im
Wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, dass sie Mittel umfasst,
um im Laufe einer Kommunikation Messungen an verschiedenen Kanälen durchzuführen, um
festzulegen, ob es einen besseren Kanal als den für diese
Kommunikation verwendeten, als Verkehrskanal bezeichneten Kanal,
gibt, wobei dieser bessere Kanal den neuen zu verwendenden Verkehrskanal
darstellt.
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Andere Gegenstände und Merkmale der vorliegenden
Erfindung werden deutlich anhand der Lektüre der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Figuren. Es zeigen:
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1 den
Fall von zwei sich gegenseitig störenden Kommunikationen in einem
Direktübertragungssystem
zwischen Mobilen vom TDMA-Typ;
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2 einen
Zeitversatz, angewendet auf ein Mobil, das eine Kanalauswahl gemäß der Erfindung im
Fall eines Datenübertragungssystems
zwischen Mobilen vom TDMA-Typ durchführt;
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3 ist
ein Schema, das zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
dient.
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Die Erfindung beruht im Wesentlichen
darin, zu dem für
den direkten Modus vorgesehenen Übertragungsmodus
(egal ob TDMA, CDMA oder FDMA) einen dynamischen Kanalauswahlmechanismus
hinzuzufügen,
demzufolge im Laufe einer Kommunikation Messungen an verschiedenen
Kanälen
durchgeführt
werden, um festzulegen, ob es einen besseren Kanal als den verwendeten
Kanal für
diese Kommunikation gibt, wobei dieser bessere Kanal den neuen zu
verwendenden Verkehrskanal darstellt.
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Z. B. werden gemäß der im folgenden beschriebenen
Ausgestaltung:
- – im Laufe einer Kommunikation
Messungen am verwendeten Verkehrskanal durchgeführt, um festzulegen, ob die Übertragung
auf diesem Verkehrskanal nicht zu stark gestört ist,
- – wird
ein neuer Verkehrskanal ausgewählt,
wenn festgelegt wurde, dass diese Übertragung zu stark gestört ist.
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Die Auswahl des Verkehrskanals zu
Beginn der Kommunikation kann in bekannter Weise erfolgen:
- – sehr
einfach durch Verabredung auf einem vordefinierten Kanal ohne Überprüfung, dass
dieser frei ist, wobei das Mobil dann die anderen Mobile der Gruppe
mit Hilfe eines gemeinsamen Steuerkanals informiert;
- – oder,
effizienter, mit Hilfe von passenden Funkmessungen, die im Allgemeinen
von dem Mobil durchgeführt
werden, das den Ruf etabliert, um einen freien Verkehrskanal zu
identifizieren, wobei dieses Mobil dann die anderen Mobile der Gruppe über die
Identität
dieses Kanals mit Hilfe eines gemeinsamen Steuerkanals informiert.
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Die im Laufe der Kommunikation an
dem verwendeten Verkehrskanal durchgeführten Messungen zum Festlegen,
ob die Übertragung
auf diesem Verkehrskanal nicht zu stark gestört ist, können durchgeführt werden:
- – durch
ein Sender-Mobil, wenn dieses über
regelmäßige Zeitintervalle
verfügt,
während
denen es die Übertragung
unterbrechen und auf Empfang „umschalten" kann, um den Verkehrskanal abzuhören und
dabei den Empfangspegel auf diesem Kanal zu messen und festzulegen,
ob dieser Pegel, der den Interferenzpegel für die laufende Kommunikation
darstellt, akzeptabel (d.h. unterhalb eines gegebenen Schwellwerts)
ist, oder ob ein Kanalwechsel notwendig ist;
- – oder
durch ein Empfänger-Mobil,
das:
- – wenn
eine Kommunikation läuft,
die Qualität
des auf dem Verkehrskanal empfangenen Signals misst und so festlegt,
ob diese Qualität
akzeptabel ist (d. h. über
einem gegebenen Schwellwert liegt) oder ob der Verkehrskanal gewechselt
werden muss,
- – wenn
eine Übertragung
nicht läuft,
misst das Empfängermobil
den auf dem Verkehrskanal empfangenen Pegel und legt fest, ob dieser
Pegel, der den Interferenzpegel für die laufende Kommunikation
darstellt, akzeptabel ist (d.h. unter einer gegebenen Schwelle liegt),
oder ob der Kanal gewechselt werden muss.
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Die Auswahl eines neuen Verkehrskanals beruht
im Wesentlichen darin, nacheinander, durch ein Sendermobil oder
ein Empfängermobil,
Messungen des Empfangspegels an verschiedenen anderen Kanälen als
dem aktuellen Verkehrskanal durchzuführen, bis ein befriedigender
Kanal (d. h. ein Kanal, für
den dieser Pegel unter einem gegebenen Schwellwert liegt), oder
der beste dieser als befriedigend beurteilten Kanäle gefunden
wird, wobei der so erfasste Kanal den neuen Verkehrskanal darstellt.
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Im Fall eines TDMA-Systems kann man
so z. B. einen befriedigenden zeitlichen Kanal (oder anderes Zeitintervall)
messen, indem nacheinander der Empfangspegel für jedes der Zeitintervalle
mit Ausnahme des für
die laufende Kommunikation verwendenden Zeitintervalls gemessen
wird, und, wenn keines befriedigend ist, die Operation wiederholt
wird, wobei die Struktur des Rahmens des Mobilgeräts, das
diese Auswahl vornimmt, um einen Bruchteil eines Zeitintervalls
(z. B. um ein viertel Zeitintervall oder ein halbes Zeitintervall)
zeitverschoben wird, um einen möglichen
Zeitversatz zwischen der Zeitreferenz der Gruppe, zu der das Mobil
gehört,
das die Messungen durchführt,
und der Zeitreferenz jeder der anderen Gruppen mit einer laufenden
Kommunikation zu berücksichtigen.
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Ein solcher Zeitversatz ist in 2 dargestellt, wo als Beispiel
der Fall von vier mit COM1, COM2, COM3 und COM4 bezeichneten Kommunikationen
dargestellt ist, die jeweils die Zeitintervalle Nr. 1, Nr. 3, Nr.
5 und Nr. 7 einer Rahmenstruktur mit acht Zeitintervallen verwenden.
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Wenn die Zeitreferenz des Mobils,
das eine Kanalauswahl durchführt,
derart ist, dass die von diesem Mobil erzeugte Rahmenstruktur die
mit A bezeichnete ist, erkennt man, dass alle Zeitintervalle dieser
Rahmenstruktur (teilweise) belegt sind.
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Wenn man aber diese Rahmenstruktur
um ca. 1/4 Zeitintervall verschiebt, wie unter B dargestellt, findet
man zwei verfügbare
Zeitintervalle, hier die Zeitintervalle Nr. 2 und Nr. 4.
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Ein drittes verfügbares Zeitintervall, hier
das Zeitintervall Nr. 6, kann gefunden werden mit einer Zeitverschiebung
in der Größenordnung
von 3/4 eines Zeitintervalls wie in C dargestellt.
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Um sicher zu sein, dass alle verfügbaren Zeitintervalle
gefunden werden, müsste
man theoretisch alle möglichen
Verschiebungen durchführen,
d.h. ein gleitendes Fenster mit der Größe eines Zeitintervalls haben,
das man jedes Mal um einen Abtastwert gleiten lässt, doch kann sich dies als
relativ aufwändig
an Rechenzeit erweisen.
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Im Fall eines TDMA-Systems, bei dem
die Übertragung
diskontinuierlich ist, findet die Abhörung anderer Kanäle als des
laufenden Verkehrskanals einfach während der Zeitperioden statt,
die die für den
Verkehr verwendeten Zeitintervalle trennen.
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Im Fall eines FDMA- oder CDMA-Systems, bei
denen die Übertragung
kontinuierlich sein kann, kann es notwendig sein, diese Übertragung
zu unterbrechen, um dieses Abhören
durchzuführen.
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Das Endgerät, das in dieser Weise die
Auswahl eines neuen Verkehrskanals durchführt, informiert dann das oder
die anderen Endgeräte
der Gruppe über
die Identität
des neuen zu verwendenden Verkehrskanals sowie gegebenenfalls, bei
dem oben erwähnten
Anwendungsbeispiel eines TDMA-Systems, über den zum Finden eines befriedigenden
Zeitintervalls durchgeführten
Zeitversatz, wobei dieser Zeitversatz auch auf die anderen Endgeräte der Gruppe
angewendet werden muss.
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Die über die Identität des neuen
zu verwendenden Verkehrskanals zu informierenden Endgeräte können entweder,
in einem sogenannten Grundmodus, diejenigen Endgeräte der Gruppe
sein, die an der laufenden Kommunikation teilnehmen, oder, in einem
Modus, der zusätzliche
Funktionalitäten
wie etwa die des zeitversetzten Eintritts oder der doppelten Überwachung
umfasst, die Gesamtheit der Endgeräte der Gruppe.
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Es daran erinnert, dass die als zeitversetzter Eintritt
(oder „Late
Entry") bezeichnete
Funktionalität es
verspäteten
(zum Zeitpunkt der Etablierung des Rufs nicht vorhandenen) Teilnehmern
ermöglicht, dem
Ruf im Laufe der Kommunikation beizutreten, was einen Betrieb vom
Typ mit offenem Kanal ermöglicht.
Um diese Funktionalität
im direkten Modus zu realisieren, muss eines der in die Kommunikation
im direkten Modus verwickelten Mobile periodisch auf einem bekannten
Kanal eine Zeitversetzte-Eintritt-Nachricht (Synchronisation, Signalisierung
der Rufetablierung) senden. Dieser bekannte Kanal ist hier durch
den Steuerkanal des direkten Modus gebildet, sofern er existiert,
oder durch den Steuerkanal des weitergeleiteten Modus, wenn man
sich unter der Abdeckung der Infrastruktur befindet und unter der Voraussetzung,
dass diese über
im direkten Modus laufende Rufe informiert ist.
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Es sei auch daran erinnert, dass
die als doppelte Überwachung
bezeichnete Funktionalität
es ermöglicht,
wenn ein Mobil sich unter der Abdeckung der Infrastruktur befindet,
die Rufe im weitergeleiteten Modus zu überwachen und dabei im direkten
Modus zu arbeiten und umgekehrt. Hierfür muss das im direkten Modus
arbeitende Mobil gleichzeitig auf eine Basisstation der Infrastruktur
synchronisiert sein und periodisch den Steuerkanal dieser Basisstation „abhören", um die Rufetablierungsnachrichten
im weitergeleiteten Modus aufzufangen, die es betreffen könnten. Umgekehrt
muss das im weitergeleiteten Modus arbeitende Mobil den gemeinsamen
Kanal des direkten Modus abhören,
um die Rufetablierungsnachrichten im direkten Modus aufzufangen,
die es betreffen könnten.
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Das Endgerät, das die Auswahl eines neuen Verkehrskanals
vornimmt, kann entweder dasjenige sein, das erfasst, dass die Übertragung
auf dem gegenwärtigen
Verkehrskanal zu stark gestört
ist, und dass es daher angezeigt ist, einen neuen Verkehrskanal
auszuwählen,
oder ein anderes Endgerät,
sofern dieses vorab von dem Endgerät, das erfasst hat, dass die Übertragung
auf dem gegenwärtigen
Verkehrskanal zu stark gestört
ist, über
die Notwendigkeit, einen neuen Verkehrskanal auszuwählen, informiert
worden ist.
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Die diversen so ausgetauschten Informationen
stellen Signalisierungsinformationen dar, die zu den bereits in
den betrachteten Systemen übertragenen
Signalisierungsinformationen hinzukommen und daher die gleichen,
hier nicht beschriebenen Übertragungsprinzipien
nutzen können.
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Bei einem solchen System vom Typ
TDMA wird es so möglich,
in einer gegebenen Zone mehrere Kommunikationen pro Frequenz zu übertragen.
Es ist a priori nicht möglich,
eine Frequenz voll auszulasten (z. B. mit acht Vollratenkommunikationen
pro Frequenz im GSM-System),
weil dies eine perfekte Synchronisation zwischen den Kommunikationen
in ein und derselben Zone voraussetzen würde, doch unter Anwendung einer
angemessenen Kanalauswahlprozedur ist es möglich, wenigstens die Hälfte der
maximalen theoretischen Kapazität
zu erreichen.
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3 ist
ein Schema, das ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
veranschaulichen soll. Diese Vorrichtung umfasst:
- – Mittel 1 zum
Durchführen
von Messungen auf einem gegebenen Kanal, mit Ci bezeichnet, wobei diese
Messungen, wie oben angegeben, Messungen des empfangenen Pegels
oder Messungen der Qualität
von empfangenen Signalen sind und diese Messungen mit bekannten,
hier nicht erläuterten
Techniken durchgeführt
werden können,
- – Mittel 2 zum
Empfangen des zu messenden Kanals Ci und zum Auswählen desselben
aus einer Menge von möglichen
Kanälen
Cl bis Cn, wobei dieser Kanal Ci, wie oben angegeben, entweder der
gegenwärtige
Verkehrskanal (wenn es darum geht, festzulegen, ob dieser Verkehrskanal
nicht zu stark gestört
ist) oder ein anderer Kanal ist, wenn es darum geht, einen neuen
Verkehrskanal auszuwählen),
wobei in letzterem Fall, wie ebenfalls oben angegeben, die Aufeinanderfolge
der verschiedenen Kanäle
beabsichtigt ist,
- – Mittel 3,
die es im Wesentlichen erlauben, die von den Mitteln 1 kommenden
Messergebnisse mit einer geeigneten Schwelle zu vergleichen und gegebenenfalls
mehrere dieser Messergebnisse untereinander zu vergleichen, wie
oben angegeben.
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Das aus den Mitteln 3 hervorgegebene
Ergebnis ist eine mit D bezeichnete Entscheidung, die entweder aus
der Beibehaltung des gegenwärtigen Verkehrskanals
oder in dem Befehl zur Auswahl eines neuen Verkehrskanals oder,
im Fall des Befehls zur Auswahl eines neuen Verkehrskanals und im
Fall eines TDMA-Systems, in einem Zeitverschiebungsbefehl, der auf
die Zeitreferenz des mobilen Endgeräts, das die betreffende Vorrichtung
enthält,
anzuwenden ist, oder der Identität
des neu ausgewählten Verkehrskanals
besteht.
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Diese Entscheidung, die die Ausgabe
dieser Vorrichtung darstellt, wird ferner angelegt an:
- – einen
Steuereingang der Mittel 2, um den nächsten zu messenden Kanal auszuwählen, wie er
sich aus der oben beschriebenen Arbeitsweise ergibt, sowie gegebenenfalls,
im Fall eines TDMA-Systems, um einen passenden Zeitversatzbefehl
auf die Zeitreferenz des betreffenden mobilen Endgeräts anzuwenden,
- – einen
Steuereingang der Messmittel 1, um den von den Mitteln 3 zu
verwendenden Schwellwert zu bestimmen, wie er sich ebenfalls aus
dem oben beschriebenen Betrieb ergibt,
- – einen
Steuereingang der Mittel 4 zum Senden des gemeinsamen Steuerkanals,
mit Cc bezeichnet (wobei diese Mittel außerdem in herkömmlicher
Weise in dem die betreffende Vorrichtung enthaltenden mobilen Endgerät vorgesehen sind),
um die von diesem Kanalauswahlmechanismus erzeugten Signalisierungsnachrichten
zu übertragen,
wie oben beschrieben.
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Die erfindungsgemäße Kanalauswahlvorrichtung,
wie z. B. in 3 gezeigt,
ist vorgesehen, um in mobilen Endgeräten eingebaut zu sein, die
den direkten Modus verwenden können.
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Die vorliegende Erfindung ist wohlgemerkt nicht
auf die hier beschriebene Ausgestaltung beschränkt. Insbesondere ist es nicht
notwendig, auf die Bestimmung zu warten, dass der Verkehrskanal zu
stark gestört
ist, um die Auswahl eines neuen Verkehrskanals vorzunehmen; vielmehr
können
Maßnahmen
regelmäßig oder
auch ständig
getroffen werden, um festzulegen, ob es einen besseren Kanal als diesen
Verkehrskanal gibt.