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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf das Gebiet
der Kommunikationssysteme und insbesondere auf ein Verfahren und
ein System, um einen Kommunikationsdienst einem Abdeckungsloch zur
Verfügung
zu stellen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Zellulare
Kommunikationssysteme sind allgemein derart gestaltet, dass sie
redundante Komponenten haben, um zu gewährleisten, dass ein Kommunikationsdienst
nicht verloren geht, wenn eine Komponente ausfällt. Diese Redundanz erfordert
einen extra Transceiver für
jeden aktiven Transceiver und einen extra Leistungsverstärker für jeden
aktiven Verstärker,
wobei eine extra Steuereinrichtung für jede aktive Steuereinrichtung
und all diese extra (redundanten) Komponenten die Kosten eines zellularen
Kommuni kationssystems bedeutend erhöhen. Unter dem vorliegenden
System wird, wenn ein Sender oder Leistungsverstärker ausfällt, der redundante Sender
verwendet, bis der ausgefallene Sender repariert werden kann. Diese
Redundanz erhöht
ebenso das Ausmaß der
Aufrechterhaltung und der Reparaturkosten. Sowohl der aktiv als
auch der redundante Sender erfordern eine zyklische Kalibrierung
und Aufrechterhaltung. Wenn die Redundanzanforderungen in einem
zellularen Kommunikationssystem reduziert werden können, würde es die
Geschäftskosten
der Zellularbetreiber bedeutend verringern.
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Ein
Konzept, das als eine Lösung
bei einem zellularen DS-CDMA-Kommunikationssystem (DS-CDMA = direct
sequence code division multiple access/Direct-Sequence-Codemultiplexverfahren) vorgeschlagen
wurde, ist die Zellatmung. Die Idee der Zellatmung besteht darin,
wenn ein Sender (Leistungsverstärker)
bei einer bestimmten Zelle ausfällt, dass
sich die benachbarten Zellen ausweiten werden, um den Abdeckungslücke zu füllen. Daher
würde kein
Bedarf an einem redundanten Sender oder Leistungsverstärker bestehen.
Die benachbarten Zellen würden
die Abdeckungslücke
füllen,
bis der ausgefallene Sender (Leistungsverstärker) repariert werden kann.
Diese Lösung
führt zu
einer erhöhten Interferenz
in den benachbarten Zellen, bis der Sender repariert werden kann.
Simulationen zeigen, dass sich die benachbarten Zellen ausweiten
werden, wenn ein Zellensender ausfällt, aber nicht genügend, um
die Abdeckungslücke
zu eliminieren. 1 zeigt eine Simulation eines
zellularen DS-CDMA-Kommunikationssystems 10. Die "x"-e 12 sind Basisanlagen mit
omni-direktionalen Sendern. Die "o"s 14 sind
aktive Mobilvorrichtungen (portable Teilnehmerein heiten). Der Simulator
hat die Mobilvorrichtungen 14 in dem zellularen System 10 zufällig platziert.
Die Linien 16 definieren die Zellgrenzen und sind Linien
von konstanter Energie pro Chip (EC), die durch
eine Gesamtinterferenzenergie (IO) oder
(EC/IC) geteilt
ist, die durch eine Mobilvorrichtung bei diesem Punkt erfasst werden
würde.
Die Zellgrenzen 16 überlappen 18,
um Gebiete mit weicher Übergabe bzw.
Soft-Handoff auszubilden. 2 zeigt,
was passiert, wenn der Sender für
die Zentrumsbasisstation 20 ausfällt. Wie von 2 ersichtlich
ist, besteht eine Abdeckungslücke 22 um
die Zentrumsbasisstation 20. Die Abdeckungslücke 22 existiert,
selbst wenn die umgebenden Zellgrenzen 16 ausgeweitet sind.
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Die
offensichtliche Lösung
für die
Abdeckungslücke 22,
die durch den ausgefallenen Sender verbleibt, ist die Leistung der
Sender der benachbarten Zellen zu erhöhen. Diese Lösung führt zu einer Erhöhung der
Self-Interference bzw. Selbst-Interferenz von all den benachbarten
Zellensendern und schließt
nicht die Abdeckungslücke 12.
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Die
GB-A-2 280 570 offenbart ein Funkkommunikationssystem, in welchem
Basisstationen in den benachbarten Zellen die Leistung erhöhen, die von
Funkkanaleinheittransceivern gesendet wird, die Sektoren steuern,
die neben dieser bestimmten Zelle liegen, wodurch die Lücke in der
Abdeckung, die durch Ausfallen dieser Zelle verbleibt, abgedeckt wird.
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Die
EP-A-0 615 395 offenbart ein zellulares mobiles Kommunikationssystem,
das eine Vielzahl von Basisstationen umfasst, die mit einer Relaisstation
verbunden sind, wobei jede Basisstation eine Anpassbarkeit dahingehend
hat, eine Änderung
des Verkehrsvolumens innerhalb einer relevanten Zelle, die dadurch
abgedeckt wird, zu bewältigen.
Die Relaisstation erlässt
einen Befehl zum Verringern der Leistungsverstärkung für die Basisstation, welche eine
verkehrsüberfüllte Zelle
abdeckt, während
die Leistungsverstärkung
für diese
Basisstationen, die die Nachbarzellen abdecken, angehoben wird,
um dadurch die Größe der verkehrsüberfüllten Zelle
zu verringern.
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Daher
besteht ein Bedarf an einem Verfahren und einem System, die einer
Abdeckungslücke einen
Kommunikationsdienst zur Verfügung
stellen können
und dadurch den Bedarf an Duplikat-Sendern in einem zellularen Kommunikationssystem
eliminieren.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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In
einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren
zur Verfügung,
um einem Abdeckungsloch einen Kommunikationsdienst zur Verfügung zu
stellen, wie in Anspruch 1 beansprucht.
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In
einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein zellulares
Kommunikationssystem zur Verfügung,
das dazu im Stande ist, einem Abdeckungsloch einen Dienst zur Verfügung zu
stellen, das durch Ausfallen eines Senders geschaffen wurde, wie
in Anspruch 5 beansprucht.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Zeichnung eines zellularen DS-CDMA-Kommunikationssystems;
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2 ist
eine schematische Zeichnung eines zellularen DS-CDMA-Kommunikationssystems, bei
dem der Sender der Zentrumszelle ausgefallen ist;
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3 ist
ein Blockdiagramm eines zellularen Kommunikationssystems;
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4 ist
ein Schaubild, das zwei Senderleistungsstrategien in einem zellularen
DS-CDMA-Kommunikationssystem zeigt;
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5 ist
eine schematische Zeichnung eines zellularen DS-CDMA-Kommunikationssystems, bei
dem der Sender der Zentrumszelle ausgefallen ist;
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6 ist
eine schematische Zeichnung eines zellularen Kommunikationssystems;
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7 ist
ein Flussdiagramm eines Verfahrens, um einem Abdeckungsloch Kommunikationsdienste
zur Verfügung
zu stellen;
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8 ist
ein Flussdiagramm eines anderen Verfahrens, um einem Abdeckungsloch
Kommunikationsdienste zur Verfügung
zu stellen;
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9 ist
ein Flussdiagramm eines anderen Verfahrens, um einem Abdeckungsloch
Kommunikationsdienste zur Verfügung
zu stellen;
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10 ist
eine schematische Zeichnung eines zellularen DS-CDMA-Kommunikationssystems, bei
dem der Sender der Zentrumszelle ausgefallen ist;
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Ausführliche
Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung liefert ein Verfahren und ein System, um eine Kommunikation
für eine
Abdeckungslücke
in einem zellularen DS-CDMA-Kommunikationssystem zur Verfügung zu
stel len. Dies eliminiert den Bedarf für Duplikat-Sender, wodurch
sowohl Akquisitionskosten als auch Aufrechterhaltungskosten für ein zellulares
DS-CDMA-Kommunikationssystem verringert werden.
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3 zeigt
ein Blockdiagramm eines herkömmlichen
zellularen Kommunikationssystems 50. Ein Operations- und
Aufrechterhaltungszentrum (OMC) 52 überwacht und steuert alle Aspekte
des zellularen Kommunikationssystems. Das OMC 52 ist mit
anderen Teilen des zellularen Kommunikationssystems 50 durch
ein Schalt- bzw. Vermittlungs- und Steuer(Routing)-System 54 verbunden.
Das Schalt- und Steuersystem 54 ist ebenso mit dem öffentlichen Telefonnetz
(PSTN) 56 und einer Vielzahl von Basisanlagensteuereinrichtungen
(BSC) 58 verbunden. Die BSCs 58 haben eine Steuereinrichtung 60 und eine
Vielzahl von Kodeumsetzern (XCDR) 62. Jede BSC 58 ist
mit einer Vielzahl von Basisanlage-Transceivern (BTS) 64 gekoppelt.
Der BTS 64 ist im Allgemeinen in dem Zentrum einer Zelle
angeordnet und entspricht den "X"s 12 von 1.
Die BTSs 64 haben eine Steuereinrichtung 68, eine
Vielzahl von Transceivern (Sender und Empfänger) 70, einen Leistungsverstärker (PA) 72 und
eine Antenne 74. Das OMC 52 überwacht die BTSs 64 konstant,
wobei die BTSs 64 eine breite Vielfalt von Informationen
dem OMC 52 konstant berichten, einschließlich, wenn
ein Sender 70 oder Leistungsverstärker 72 ausgefallen ist.
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Es
bestehen zwei Strategien zum Steuern von Leistungsverstärkern 72 in
einem zellularen DS-CDMA-Kommunikationssystem, das in 4 gezeigt
ist. Die erste Strategie wird die Konstantleistungsstrategie 90 genannt.
Die zweite wird die Power-On-Demand-Strategie 92 genannt.
Die Figur zeigt einen Gesamt-PA-Leistungsausgang als die vertikale Achse.
Eine gestrichelte Linie 96 zeigt die maximale Leistungsausgabe
des PA. Bei der Konstantleistungsstrategie 90 machen drei
Komponenten die gesamte Leistung aus, die durch den PA verwendet
wird. Die erste Leistungsgruppe 98 wird durch den Pilot-Kanal,
den Paging-Kanal und den Synchronisations-Kanal verwendet. Die zweite
Leistungsgruppe 100 wird durch die verwendeten aktuellen
Verkehrskanäle
verwendet. Die dritte Leistungsgruppe 102 wird durch Dummy-Verkehrskanäle verwendet.
Die Idee hinter dem unter Leistung Setzen der Dummy-Verkehrskanäle besteht
darin, "konstante" Zellgrenzen zur
Verfügung
zu stellen. Bei der Power-On-Demand-Strategie 92 besteht
keine Leistung, die durch Dummy-Verkehrskanäle verbraucht wird. 5 zeigt
die Auswirkung des Schaltens von dem Konstantleistungsmodus, der
in 2 gezeigt ist, zu dem Power-On-Demand-Modus. Wie durch Untersuchen
der zwei Figuren ersichtlich ist, schrumpft das Abdeckungsloch 22,
aber besteht immer noch.
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6 zeigt
ein idealisiertes zellulares Kommunikationssystem mit den vertrauten
hexagonalen Zellen und Sendern in dem Zentrum der Zellen. Eine Zelle 120 ist
ohne einen Sender gezeigt, um anzuzeigen, dass der Sender in der
Zelle 120 ausgefallen ist. Eine Vielzahl von benachbarten
Zellen 122 bis 132, die Abdeckungsgebiete haben,
die neben dem Abdeckungsgebiet des ausgefallenen Senders liegen,
haben Sender (Basisanlagen, BTSs) 134 bis 144.
Die Zellen 122 und 128 werden derart betrachtet,
dass sie gegenüberliegende
Zellen sind (die BTSs 134 & 140 sind gegenüberliegende
BTSs). Es folgt, dass die Zellen 124 und 130 gegenüberliegende
Zellen sind und die Zellen 132 und 126 gegenüberliegende Zellen
sind. Unter Verwendung dieser Definitionen kann eine Lösung, die
in 7 gezeigt ist, um einer Abdeckungslücke Kommunikationsdienste
zur Verfügung
zu stellen, erläutert
werden. Der Prozess startet bei einem Block 200, bei dem
durch das OMC bestimmt wird, dass ein Sender ausgefallen ist. Das OMC
bestimmt dann den Satz von benachbarten Zellen zu der Zelle mit
dem ausgefallenen Sender und setzt all die benachbarten Sender der
Zellen in den Power-On-Demand-Modus
bei Block 202. Die benachbarten Zellen werden dann bei
Block 204 in gegenüberliegende
Paare gruppiert. Ein kombiniertes Interferenzniveau für jedes
der gegenüberliegenden Paare
wird bestimmt und das gegenüberliegende Paar
mit dem niedrigsten Interferenzniveau wird bei Block 206 ausgewählt. Das
Interferenzniveau wird von dem Indikator für die Empfangsfeldstärke (RSSI) bei
den Basisanlagen bestimmt. Das Interferenzniveau kann derart ausgewählt werden,
dass es das Mittel des RSSI oder die Varianz oder eine gewisse andere
statistische Maßnahme,
die von dem RSSI hergeleitet wird, ist. Der RSSI ist ein Indikator
des Interferenzniveaus in einem DS-CDMA, da ein zellulares DS-CDMA-Kommunikationssystem
ein Selbstinterferenzsystem ist. Die Kanäle in dem DS-CDMA-Kommunikationssystem
teilen sich das gleiche Frequenzspektrum. Bei Schritt 208 wird
die Leistung zu den Pilot-Kanälen
des ausgewählten
gegenüberliegenden
Paars Sender um 3 dB erhöht.
Der Prozess, der in 7 beschrieben ist, verlagert
die Mobilvorrichtungen in dem Abdeckungsloch zu den zwei Zellen,
die den besten Empfang haben, wobei deshalb die Zellen, die am besten
sind, dazu im Stande sind, noch mehr Benutzer unterzubringen. Dieser Prozess
ist dazu im Stande, einem Abdeckungsloch einen Kommunikationsdienst
zur Verfügung
zu stellen, da lediglich eine ausgewählte Anzahl von Sendern (Zellen) ihre
Pilot-Kanalleistung erhöht.
Das Erhöhen
der Leistung des Pilot-Kanals erhöht den Bereich der Zelle. Der
Pilot-Kanal ist
der Kanal, den eine Mobilvorrichtung von der Basisanlage sucht,
um zu bestimmen, ob die Basisanlage für eine Kommunikation verfügbar ist.
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8 ist
ein alternativer Prozess zum Auswählen eines Paars von gegenüberliegenden
Sendern, um die Abdeckungslücke
zu füllen.
Der Prozess wählt
den benachbarten Sender mit dem größten Betrag von unbenutzter
PA-Leistung aus. Wenn der gegenüberliegende
Sender hinreichend unbenutzte Leistung zum Erhöhen dessen Pilot-Leistung um
3 dB hat, wird dieses Paar Sender ausgewählt, um die Abdeckungslücke auszufüllen. Der
Prozess startet bei Block 220. Der Prozess wartet bei Block 222,
bis bestimmt wird, ob ein Sender ausgefallen ist. Das OMC bestimmt
dann bei Block 224 alle die Zellen, die neben der Zelle
liegen, in welcher der Sender ausgefallen ist. Das OMC schaltet
bei Block 226 jede der benachbarten Zellen in dem Konstantleistungs-Modus
zu dem Power-On-Demand-Modus. Als nächstes wählt das OMC die benachbarte
Zelle (Sender) mit der am meisten unbenutzten Senderleistung bei Block 228 aus.
Das OMC bestimmt dann bei Block 230, ob die Zelle, die
der ausgewählten
Zelle gegenüberliegt,
genügend
Leistung hat, um ihren Pilot-Kanal um 3 dB zu erhöhen. Wenn
die gegenüberliegende
Zelle hinreichend Leistung hat, um ihren Pilot-Kanal um 3 dB anzuheben,
erhöht
das ausgewählte Paar
Sender dann bei Block 232 die Leistung zu ihren Pilot-Kanälen 3 dB.
Wenn die gegenüberliegende Zelle
nicht hinreichend Leistung zum Anheben von ihrem Pilot-Kanal um
3 dB hat, bestimmt dann das OMC bei Block 234, ob alle
der benachbarten Zellen ausgewählt
wurden. Wenn nicht alle der Zellen bei Block 234 ausgewählt wurden, wählt das
OMC die Zelle mit der nächstgrößten unbenutzten
Sendeleistung bei Block 236 aus. Die Verarbeitung fährt dann bei
Block 230 fort. Wenn alle der benachbarten Zellen bei Block 234 ausgewählt wurden,
wählt das OMC
das Paar Zellen mit der größten Kombination von
unbenutzter Leistung bei Block 238 aus. Dieses Paar ausgewählter Sender
erhöht
dann ihre Leistung zu ihren Pilot-Kanälen bei Block 240.
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Ein
dritter alternativer Prozess ist in 9 gezeigt
und nimmt Teile den beiden Prozessen von 8 und 7 auf.
Wenn ein Sender bei Block 260 ausfällt, bestimmt das OMC die benachbarten
Zellen und setzt die Sender in einen Power-On-Demand-Modus bei Block 262.
Als nächstes
wird der benachbarte Sender mit der größten Quantität von unbenutzter
Senderleistung bei Block 264 ausgewählt. Das OMC bestimmt dann,
ob der Sender, der dem ausgewählten
Sender gegenüberliegt,
hinreichend Leistung hat, um dessen Pilot-Kanal um 3 dB bei Block 266 zu
erhöhen.
Wenn der Sender, der dem ausgewählten
Sender gegenüberliegt,
hinreichend Leistung hat, um seinen Pilot-Kanal um 3 dB zu erhöhen, bestimmt
das OMC bei Block 286, ob sowohl der ausgewählte als
auch der gegenüberliegende
Sender Interferenzniveaus haben, die unter einem vorbestimmten Schwellenwert
sind. Wenn sowohl der ausgewählte
als auch der gegenüberliegende
Sender Interferenzniveaus haben, die unter einem vorbestimmten Schwellenwert
sind, erhöhen
die ausgewählten
und gegenüberliegenden
Sender dann deren Pilot-Kanalleistung um 3 dB bei Block 270.
Wenn entweder der ausgewählte
oder der gegenüberliegende
Sender ein Interferenzniveau über
(oder gleich) einem bestimmten Schwellenwert hat, wählt das
OMC dann den Sender mit der nächstgrößten unbenutzten
Senderleistung bei Block 262 aus. Die Verarbeitung würde dann
zu Block 266 um kehren. Wenn der Sender, der dem ausgewählten Sender
gegenüberliegt,
nicht die Leistung hat, um seinen Pilot-Kanal um 3 dB zu erhöhen, bestimmt
das OMC dann bei Block 274, ob alle der benachbarten Sender ausgewählt wurden.
Wenn nicht alle der benachbarten Sender bei Block 274 ausgewählt wurden,
fährt die
Verarbeitung dann bei Block 272 fort. Wenn alle der benachbarten
Sender bei Block 274 ausgewählt wurden, wählt das
OMC das Paar gegenüberliegender
Sender mit der größten Kombination
von unbenutzter Leistung bei Block 278 aus. Die Verarbeitung fährt dann
bei Block 270 fort.
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10 ist
eine Simulation von dem Prozess von 9. Wie von
der Figur ersichtlich ist, wurde das Abdeckungsloch 22,
das in den 2 und 5 offensichtlich
war, abgedeckt. Daher liefert die Erfindung ein Verfahren und System,
um einem Abdeckungsloch eine Kommunikation in einem zellularen DS-CDMA-Kommunikationssystem
zur Verfügung
zu stellen. Die Erfindung lässt
zu, dass ein Zellularbetreiber sowohl dessen anfängliche Investitionen und die
gegenwärtigen
Aufrechterhaltungskosten durch Eliminieren des Bedarfs an Duplikatsendern
und -leistungsverstärkern
verringert.
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Während die
Erfindung in Verbindung mit spezifischen Ausführungsbeispielen beschrieben wurde,
ist offensichtlich, dass viele Alternativen, Modifikationen und
Variationen von dem Fachmann im Lichte der vorangehenden Beschreibung
erkannt werden. Zum Beispiel wurde die Erfindung unter Verwendung
von omni-direktionalen Sendern beschrieben, aber sie könnten ebenso
leicht modifiziert werden, um mit sektorisierten Sendern zu arbeiten. Ebenso
wurde die Erfindung in Verbindung mit einem zellularen DS-CDMA-Kommunikationssystem
beschrieben, aber gleichermaßen
könnte ebenso
ein Frequenzsprung- oder andere Spreiz-Spektrum-Zellularsysteme verwendet werden. Dementsprechend wird
beabsichtigt, dass die Erfindung solche Alternativen, Modifikationen
und Variationen umfasst, so wie sie in den Schutzbereich der beiliegenden
Ansprüche fallen.